CN113638764A - 一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置及方法，包括空气脉冲发生装置、抽采钻孔疏堵增透装置，所述空气脉冲发生装置与所述抽采钻孔疏堵增透装置通过连接管路连通；空气脉冲发生装置包括主机，所述主机包括箱体、在箱体内底部设置的增压泵、与增压泵连通的增压管路，在增压管路上设置的卸压阀门、控制阀门、压力表，当压力表显示增压管路内压力上升或者回落到设定值时，泄压阀门自动打开或关闭。本发明通过在抽采钻孔内建立增压—泄压反复作用的空气动力场，可以清除钻孔瓦斯渗流通道和抽采管内瓦斯流动通道的堵塞物，疏通了瓦斯流通通道；增加了瓦斯渗流通道，有效提高了煤体透气性，实现了提高低浓度抽采钻孔瓦斯浓度和流量的目标。

Description

一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种空气脉冲循环动力作用疏堵增 透装置及方法。

背景技术

煤炭工业是我国国民经济和社会发展的基础产业。随着煤矿产量的增加、开 采强度的增大，国家对煤矿的高产高效提出了更高的要求，随之而来的就是矿井 瓦斯涌出量增加以及煤与瓦斯突出等一系列问题，由瓦斯引起事故已成为我国矿 井最严重的安全事故之一。

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯事故的根本性技术措施，也是实现煤与瓦斯共采、 煤层气利用、提高资源回收率、减少大气污染、煤矿绿色开采的时代要求。我国 煤与瓦斯突出防治法规规定，对于不具备保护层开采条件的突出煤层，必须实施 煤层瓦斯区域预抽措施，依靠区域预抽措施彻底消除煤与瓦斯突出危险性。从瓦 斯抽采现场实践看，抽采钻孔抽采一段时间后，钻孔瓦斯浓度衰减，衰减的原因 主要有：钻孔封孔质量差、瓦斯源自然衰减、瓦斯流动通道封闭等。现有大量用 于提高瓦斯抽采效率的技术手段，诸如高压水力压裂增透技术、液态CO₂致裂增 透技术，但对于现有技术中抽采过程中的钻孔运行到后期，因钻孔已经封堵，受 抽采管强度限制，不适合采用高压流体或爆破技术进行疏堵增透。

针对煤层裂隙被煤粉、积水堵塞，抽采管被煤粉填满，瓦斯流动通道封闭造 成瓦斯浓度低的问题，如何疏堵增透，成为一个重要的研究课题。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中针对煤层裂隙被煤粉、积水堵塞，抽采管被煤 粉填满，瓦斯流动通道封闭造成瓦斯浓度低的问题，利用井下方便使用的压缩空 气，通过研究压缩空气循环脉冲疏堵增透机理，提供一种空气脉冲循环动力作用 疏堵增透装置及方法，能够同时完成钻孔疏堵和钻孔增透抽采操作，具有操作方 便和抽采效率高等优点。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案如下：

一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置，包括空气脉冲发生装置、抽采钻 孔疏堵增透装置，所述空气脉冲发生装置与所述抽采钻孔疏堵增透装置通过连接 管路连通；所述空气脉冲发生装置包括主机，所述主机包括箱体、在箱体内底部 设置的增压泵、与增压泵连通的增压管路，在增压管路上设置的卸压阀门、控制 阀门、压力表，所述控制阀门控制主机的开启，压力表用于监测增压管路内的压 力，当压力表显示增压管路内压力上升或者回落到设定值时，泄压阀门自动打开 或关闭。

进一步地，所述抽采钻孔疏堵增透装置包括设置在抽采钻孔内的抽采管。

进一步地，所述连接管路包括紧固在抽采管上的专用快速接头、以及依次连 通的板把式快速接头B、金属软管、板把式快速接头A，板把式快速接头A的另 一端连通主机的增压管路。

一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透方法，工作过程包括：

S1：将空气脉冲发生装置安放到合适位置，安装连接管路，将空气脉冲发生 装置与抽采管1连通，抽采管和连接管路将井下压缩空气引至主机，然后打开控 制阀门，装置开始运行；

S2：增压泵加压后的压缩空气经过板把式快速接头A、金属软管、板把式快 速接头B、专用快速接头、抽采管充入抽采钻孔内；

S3：根据压力表的示数显示，当增压管路内压力达到上限设定值后，泄压阀 门自动打开，压缩空气往钻孔内的增压过程停止；

S4：随着钻孔中气体压力的降低，压力表示数回落到下限设定值后，泄压阀 门自动关闭，压缩空气重新往钻孔内通入，钻孔又处于充气增压状态中；

S5：在瓦斯抽采过程中，自动循环进行步骤S2至S4的增压—泄压过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明通过在抽采钻孔内建立增压—泄压反复作用的空气动力场，可以 清除钻孔瓦斯渗流通道和抽采管内瓦斯流动通道的堵塞物，疏通了瓦斯流通通道；

2、本发明利用较低的压力在钻孔周围的煤体内部产生了大量微裂隙，增加 了瓦斯渗流通道，有效提高了煤体透气性，实现了提高低浓度抽采钻孔瓦斯浓度 和流量的目标；

3、本发明还具有操作简单、安全可靠、成本较低等特点，为煤矿安全高效 生产提供了支持，将产生显著的经济社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用 的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此 不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置整体结构示意图；

图2为空气脉冲发生装置结构示意图；

图3空气脉冲循环动力作用疏堵增透方法流程示意图；

附图标记：1-抽采管，2-专用快速接头，3-板把式快速接头B,4-金属软管， 5-板把式快速接头A，6-主机，7-增压泵，8-箱体，9-卸压阀门，10-控制阀门， 11-压力表，12-封孔材料，13-增压管路。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中 描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置，包括空气脉冲发生装置、抽采钻 孔疏堵增透装置，所述空气脉冲发生装置与所述抽采钻孔疏堵增透装置通过连接 管路连通。

具体的，所述空气脉冲发生装置包括主机6，所述主机6包括箱体8、在箱 体8内底部设置的增压泵7、与增压泵7连通的增压管路13，在增压管路13上 设置的卸压阀门9、控制阀门10、压力表11；所述控制阀门10可以控制本主机 6的开启，压力表11用于监测增压管路内的压力，当压力表显示增压管路内压力 上升到上限设定值时，泄压阀门9自动打开，压缩空气瞬间喷出，增压管路内压 力降低，当压力表显示增压管路内压力回落到下限设定值时，泄压阀门9自动关 闭，重新开设充气增压。

所述抽采钻孔疏堵增透装置包括设置在抽采钻孔内的抽采管1，如图1所示， 抽采钻孔内的抽采管1外周被封孔材料封堵。所述连接管路包括紧固在抽采管1 上的专用快速接头2、以及依次连通的板把式快速接头B3、金属软管4、板把式 快速接头A5，板把式快速接头A5的另一端连通主机6的增压管路13。

本发明实现空气脉冲循环动力作用达到抽采钻孔疏堵增渗目的的原理为：

通过设置在抽采钻孔内的抽采管1，向抽采钻孔及其周围煤体内充入压缩空 气，孔内压力逐渐升高，当压力达到设定数值时，孔口泄压阀门9自动打开，抽 采钻孔内的压缩空气瞬间喷出，孔内压力降低，泄压阀门9关闭，重新开始充气； 完成了“孔内充气增压→达到设定值→瞬间自动排气泄压再充气”的工作循环， 重复这一压缩空气循环脉冲作用过程。

在压缩空气的脉冲动力作用下，煤体和堵塞物承受周期性变化应力，更容易 发生疲劳破坏，有利于裂隙的延伸和扩展，可以在相对较小的压力下实现抽采钻 孔的大范围增渗。

抽采钻孔充入压缩空气后，抽采钻孔、周围煤体以及抽采管组成一个高压密 闭腔体，当腔体突然卸压时，压缩空气膨胀做功，抽采管内和筛孔部位堵塞的煤 渣，发生层裂破坏、松动，被气流携带冲出钻孔，钻孔周围煤体裂隙间的煤粉和 积水也被带出钻孔，瓦斯渗流通道得以清理。

本发明实现空气脉冲循环动力作用达到抽采钻孔疏堵增透目的的具体工作 过程为：

S1：将空气脉冲发生装置安放到合适位置，安装连接管路，将空气脉冲发生 装置与抽采管1连通，利用井下压缩空气作为脉冲空气来源，抽采管1和连接管 路将井下压缩空气引至装置主机，然后打开控制阀门10，装置开始运行；

S2：由增压泵7加压后的压缩空气经过板把式快速接头5、金属软管4、板 把式快速接头3、专用快速接头2、抽采管1充入抽采钻孔内；

S3：根据压力表11的示数显示，当孔内压力达到上限设定值后，装置中的 自动泄压阀门9打开，压缩空气往钻孔内的增压过程停止，钻孔中的气体压力突 然降低，钻孔堵塞物及钻孔周围煤体遭受拉伸撕裂破坏，粉碎的堵塞物随着压缩 空气一起冲出钻孔；

S4：随着钻孔中气体压力的降低，压力表示数回落到下限设定值后，自动泄 压阀门9关闭，压缩空气重新往钻孔内通入，钻孔又处于充气增压状态中；

S5：在瓦斯抽采过程中，自动循环进行步骤S2至S4的增压—泄压过程。

本发明通过在抽采钻孔内建立增压—泄压反复作用的空气动力场，可以清除 钻孔瓦斯渗流通道和抽采管内瓦斯流动通道的堵塞物，疏通了瓦斯流通通道；本 发明利用较低的压力在钻孔周围的煤体内部产生了大量微裂隙，增加了瓦斯渗流 通道，有效提高了煤体透气性，实现了提高低浓度抽采钻孔瓦斯浓度和流量的目 标；本发明还具有操作简单、安全可靠、成本较低等特点，为煤矿安全高效生产 提供了支持，将产生显著的经济社会效益。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况 下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相 应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置，其特征在于：包括空气脉冲发生装置、抽采钻孔疏堵增透装置，所述空气脉冲发生装置与所述抽采钻孔疏堵增透装置通过连接管路连通；所述空气脉冲发生装置包括主机(6)，所述主机(6)包括箱体(8)、在箱体(8)内底部设置的增压泵(7)、与增压泵(7)连通的增压管路(13)，在增压管路(13)上设置的卸压阀门(9)、控制阀门(10)、压力表(11)，所述控制阀门(10)控制主机(6)的开启，压力表(11)用于监测增压管路(13)内的压力，当压力表显示增压管路内压力上升或者回落到设定值时，泄压阀门(9)自动打开或关闭。

2.根据权利要求1所述的一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置，其特征在于：所述抽采钻孔疏堵增透装置包括设置在抽采钻孔内的抽采管(1)。

3.根据权利要求2所述的一种空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置，其特征在于：所述连接管路包括紧固在抽采管(1)上的专用快速接头(2)、以及依次连通的板把式快速接头B(3)、金属软管(4)、板把式快速接头A(5)，板把式快速接头A(5)的另一端连通主机(6)的增压管路(13)。

4.一种利用权利要求1-3任一所述的空气脉冲循环动力作用疏堵增透装置的空气脉冲循环动力作用疏堵增透方法，其特征在于：工作过程包括：

S1：将空气脉冲发生装置安放到合适位置，安装连接管路，将空气脉冲发生装置与抽采管(1)连通，抽采管(1)和连接管路将井下压缩空气引至主机(6)，然后打开控制阀门(10)，装置开始运行；

S2：增压泵(7)加压后的压缩空气经过板把式快速接头A(5)、金属软管(4)、板把式快速接头B(3)、专用快速接头(2)、抽采管(1)充入抽采钻孔内；

S3：根据压力表(11)的示数显示，当增压管路内压力达到上限设定值后，泄压阀门(9)自动打开，压缩空气往钻孔内的增压过程停止；

S4：随着钻孔中气体压力的降低，压力表(11)示数回落到下限设定值后，泄压阀门(9)自动关闭，压缩空气重新往钻孔内通入，钻孔又处于充气增压状态中；

S5：在瓦斯抽采过程中，自动循环进行S2至S4的增压—泄压过程。

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