CN114108732A - 一种用于煤矿地下水库的清淤系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于煤矿地下水库的清淤系统及方法，其中该系统包括脉冲气源输出装置、脉冲气流管道、注水管、清淤管和地沟。其中，脉冲气流管道位于清淤管内。脉冲气流管道其中一端位于地下水库内且封闭，另一端与脉冲气源输出装置连接。清淤管的其中一端伸入地下水库，另一端伸入地沟，并且清淤管上正对地下水库内矿井水流向的外侧面设有开孔。注水管设置在矿井水流向的上游位置并伸入地下水库。本发明涉及的用于煤矿地下水库的清淤系统及方法，能够根据煤矿地下水库的自身特点和悬浮物的沉降特征快速清理淤积悬浮物，确保地下水库净化效果及水资源储存调配。

Description

一种用于煤矿地下水库的清淤系统及方法

技术领域

本发明涉及矿业工程技术领域，具体涉及一种用于煤矿地下水库的清淤系统及方法。

背景技术

水资源是支撑煤炭资源开发、区域经济发展和生态环境协调的基础资源。随着我国大型能源基地建设和煤炭资源开发向西部生态脆弱区转移，煤炭规模开发使本已脆弱的生态环境和有限的水资源更加受到影响，西部生态脆弱区水资源短缺已成为制约我国煤炭工业科学发展的关键因素。经过实践证明，煤矿地下水库技术作为一种重要的煤矿开采水资源保护技术，已成功在神东矿区全面实施。

煤矿地下水库运行过程中，矿井水在地下水库内部的岩石裂缝和孔隙中运移，其自身所含悬浮物在自由沉降和岩体阻力的作用下得到去除，因此，煤矿地下水库能够去除矿井水悬浮物，进而净化矿井水。然而，煤矿地下水库内部岩体在长期的净化过程中，由于悬浮物的累积，会造成岩体裂缝和孔隙淤积，从而影响地下水库储水空间的库容和水质净化效果，也会改变储水岩体的渗透率，进而影响地下水库内的水资源调配和使用。

目前，现有技术中的一些清理地下水库、井下巷道、地面水库的淤煤和泥沙的解决方案，存在对于煤矿地下水库的适用性比较差，清淤技术耗时长，清淤范围小和清淤效果并不理想的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够有效改善清淤效果、节省清淤时间和扩大清淤范围的用于煤矿地下水库的清淤系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于煤矿地下水库的清淤系统，包括脉冲气源输出装置、脉冲气流管道、注水管、清淤管和地沟。其中，脉冲气流管道位于清淤管内。脉冲气流管道其中一端位于地下水库内且封闭，另一端与脉冲气源输出装置连接。清淤管的其中一端伸入地下水库，另一端伸入地沟，并且清淤管上正对地下水库内矿井水流向的外侧面设有开孔。注水管设置在矿井水流向的上游位置并伸入地下水库。

根据本发明的用于煤矿地下水库的清淤系统，在充分考虑煤矿地下水库的自身特点，将注水管设置在矿井水流向的上游位置，更加适用于地下水库的清淤，且操作简单易实现。通过脉冲气源输出装置输出间歇式、激烈爆发性的脉冲气流能对进入清淤管内的悬浮物造成强紊流扰动，进而排出地下水库，另外，脉冲气流在矿井水上升过程中，也会对其上升路径上的悬浮物造成扰动，叠加了扰动效果，因此极大程度上加强了清淤效果，并且间接节省了清淤能耗。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据发明的用于煤矿地下水库的清淤系统，在一个优选的实施方式中，清淤管上至少包括两组开孔。

清淤管的多孔设计，使得大范围清淤时效率更高，有效节省时间。

具体地，在一个优选的实施方式中，脉冲气流管道包括与脉冲气源输出装置连接的脉冲气流母管和与脉冲气流母管连接的脉冲气流支管。脉冲气流支管上设有开孔且位于清淤管内。脉冲气流支管的其中一端位于地下水库内且封闭，另一端与脉冲气流母管连接。

清淤管和脉冲气流支管的组合设计，使得在脉冲气流对悬浮物形成强紊流扰动时能够及时排除水库，从而使得清淤效果更好。

进一步地，在一个优选的实施方式中，脉冲气流支管至少包括两组。

根据地下水库的坡度、矿井水流向和悬浮物的沉降特征，设置能够大范围清淤的多组管道，能够更进一步提高清淤效率。

具体地，在一个优选的实施方式中，第一组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线与注水管的中心线之间的间距和第二组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线与第一组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线之间的间距相等。

由于矿井水在地下流动过程中，悬浮物受到岩体阻力和自身重力作用，发生沉降。同时，在水流作用下，悬浮物将在注水管下游及四周区域逐渐沉降，并且悬浮物在裂缝和孔隙汇总长时间积累，会逐渐压实进而发生板结。因此，根据上述悬浮物的沉降特性，在地下水库的淤积主要集中区域范围内设置间距较小的清淤管组合，能够极大程度上提高清淤效果和清淤效率。

进一步地，在一个优选的实施方式中，第三组及之后的每组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线与前一组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线之间的间距均为前两组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线之间的间距的2倍。

在远离地下水库的淤积主要集中区域的范围内设置间隔相对较大的清淤管组合，能够保证提高清淤效果的同时尽可能简化结构，节省成本。

进一步地，在一个优选的实施方式中，第一组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线与第二组脉冲气流支管外设置的清淤管的中心线组成平面的坡度为地下水库的坡度。

这种组合形式，能够在充分考虑悬浮物的沉降特性的基础上，有效提高清淤效果和效率。

具体地，在一个优选的实施方式中，清淤管道与脉冲气流支管伸入地下水库的长度为地下水库宽度的3/4，清淤管的中心线距离地下水库底板的深度为地下水库高度的1/4。

这种结构形式，能够有效对沉降在地下水库底部的悬浮物进行强紊流扰动，避免悬浮物在裂缝和孔隙中长时间积累逐渐压实进而发生板结。

具体地，在一个优选的实施方式中，清淤管的管径为脉冲气流支管管径的3倍。

这种结构形式，能够有效对随矿井水进入清淤管中的悬浮物进行强紊流扰动尽快排出地下水库。

进一步地，在一个优选的实施方式中，脉冲气流支管上与开孔对应的位置以及脉冲气流支管的顶端设有对称布置的单向阀。

单向阀只允许介质向一个方向流动并能够有效阻止介质反向流动，因此脉冲气流可以从单向阀喷出，并有效避免矿井水从单向阀进入脉冲气流支气管。

进一步地，在一个优选的实施方式中，脉冲气流支管上靠近脉冲气流母管的位置设有高频电磁阀。

通过高频电磁阀能够快速启闭并灵活调整出适应于清淤的脉冲气流，对悬浮物造成强紊流扰动，悬浮物跟随矿井水进入清淤管，进而排出地下水库。

具体地，在一个优选的实施方式中，注水管伸入地下水库的长度为地下水库宽度的1/2，注水管的中心线距离地下水库底板的深度为地下水库高度的1/3。

这种布置形式，非常有利于注水管从工作面收集高悬浮物矿井水并向地下水库注入。

进一步地，在一个优选的实施方式中，开孔上设有篦子，篦子上开有圆孔，圆孔的孔径不大于3mm。

通过在清淤管上间隔设置的开孔上设置篦子，并在篦子上设置孔径不大于3mm的圆孔，能够有效避免大颗粒物进入清淤管，造成管道堵塞，影响清淤效果。

进一步地，在一个优选的实施方式中，脉冲气流输出装置的出口处设有电动阀门。

通过电动阀门可以自动控制脉冲气流输出装置的启闭。

进一步地，在一个优选的实施方式中，清淤管上靠近地沟的位置设有手动球阀。

通过手动球阀，能够极其方便地实现悬浮物跟随矿井水经清淤管排入地沟。

根据本发明第二方面的用于煤矿地下水库的清淤方法，采用上述所述的系统实施，包括如下步骤：S01、对煤矿地下水库中的地质条件进行勘测，根据勘测数据确定煤矿地下水库的坡度和矿井水在库内的流动方向。S02、根据矿井水在地下水库中的流动方向，将注水管设置在矿井水流向的上游位置。S03、利用注水管向地下水库注入从工作面收集的高悬浮物矿井水。S03、开启脉冲气源输出装置提供脉冲气流进入脉冲气流管道对悬浮物造成强紊流扰动，悬浮物跟随矿井水进入清淤管道进而排出地下水库。

显然，本发明的用于煤矿地下水库的清淤方法，由于采用了上述所述的清淤系统实施，能够根据煤矿地下水库的自身特点和悬浮物的沉降特征快速清理淤积悬浮物，确保地下水库净化效果及水资源储存调配。

相比现有技术，本发明的优点在于：能够根据煤矿地下水库的自身特点和悬浮物的沉降特征快速清理淤积悬浮物，确保地下水库净化效果及水资源储存调配。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的清淤系统的整体平面结构；

图2示意性显示了本发明实施例的清淤系统的整体俯视结构；

图3示意性显示了本发明实施例的清淤系统中的清淤管和脉冲气流支管布置的侧视状态。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的清淤系统的整体平面结构。图2示意性显示了本发明实施例的清淤系统的整体俯视结构。图3示意性显示了本发明实施例的清淤系统中的清淤管和脉冲气流支管布置的侧视状态。

实施例1

如图1至图3所示，本发明实施例的用于煤矿地下水库的清淤系统10，包括脉冲气源输出装置1、脉冲气流管道2、注水管3、清淤管4和地沟5。其中，脉冲气流管道2位于清淤管4内。脉冲气流管道2其中一端位于地下水库6内且封闭，另一端与脉冲气源输出装置1连接。清淤管4的其中一端伸入地下水库6，另一端伸入地沟5，并且清淤管4上正对地下水库6内矿井水流向的外侧面设有开孔41。注水管3设置在矿井水流向的上游位置并伸入地下水库6。

根据本发明实施例的用于煤矿地下水库的清淤系统，在充分考虑煤矿地下水库的自身特点，将注水管设置在矿井水流向的上游位置，更加适用于地下水库的清淤，且操作简单易实现。通过脉冲气源输出装置输出间歇式、激烈爆发性的脉冲气流能对进入清淤管内的悬浮物造成强紊流扰动，进而排出地下水库，另外，脉冲气流在矿井水上升过程中，也会对其上升路径上的悬浮物造成扰动，叠加了扰动效果，因此极大程度上加强了清淤效果，并且间接节省了清淤能耗。

具体地，如图1所示，在本实施例中，清淤管4上至少包括两组间隔设置的开孔41。清淤管的多孔设计，使得大范围清淤时效率更高，有效节省时间。进一步地，在本实施例中，开孔41上设有篦子7，篦子7上开有圆孔，圆孔的孔径不大于3mm。通过在清淤管上间隔设置的开孔上设置篦子，并在篦子上设置孔径不大于3mm的圆孔，能够有效避免大颗粒物进入清淤管，造成管道堵塞，影响清淤效果。

具体地，在本实施例中，注水管3伸入地下水库6的长度为地下水库6宽度W的1/2，注水管3的中心线距离地下水库6底板的深度为地下水库6高度H的1/3。这种布置形式，非常有利于注水管从工作面收集高悬浮物矿井水并向地下水库注入。

进一步地，如图1所示，在本实施例中，脉冲气流输出装置1的出口处设有电动阀门8。通过电动阀门可以自动控制脉冲气流输出装置的启闭。进一步地，如图3所示，在本实施例中，清淤管3上靠近地沟6的位置设有手动球阀9。通过手动球阀，能够极其方便地实现悬浮物跟随矿井水经清淤管排入地沟。

实施例2

如图1至图3所示，本发明实施例的用于煤矿地下水库的清淤系统10，包括脉冲气源输出装置1、脉冲气流管道2、注水管3、清淤管4和地沟5。其中，脉冲气流管道2位于清淤管4内。脉冲气流管道2其中一端位于地下水库6内且封闭，另一端与脉冲气源输出装置1连接。清淤管4的其中一端伸入地下水库6，另一端伸入地沟5，并且清淤管4上正对地下水库6内矿井水流向的外侧面设有开孔41。注水管3设置在矿井水流向的上游位置并伸入地下水库6。

根据本发明实施例的用于煤矿地下水库的清淤系统，在充分考虑煤矿地下水库的自身特点，将注水管设置在矿井水流向的上游位置，更加适用于地下水库的清淤，且操作简单易实现。通过脉冲气源输出装置输出间歇式、激烈爆发性的脉冲气流能对进入清淤管内的悬浮物造成强紊流扰动，进而排出地下水库，另外，脉冲气流在矿井水上升过程中，也会对其上升路径上的悬浮物造成扰动，叠加了扰动效果，因此极大程度上加强了清淤效果，并且间接节省了清淤能耗。

具体地，如图1至图3所示，在本实施例中，脉冲气流管道2包括与脉冲气源输出装置1连接的脉冲气流母管21和与脉冲气流母管21连接的脉冲气流支管22。脉冲气流支管上设有开孔且位于清淤管内。脉冲气流支管的其中一端位于地下水库内且封闭，另一端与脉冲气流母管连接。清淤管和脉冲气流支管的组合设计，使得在脉冲气流对悬浮物形成强紊流扰动时能够及时排除水库，从而使得清淤效果更好。进一步地，在本实施例中，脉冲气流支管2至少包括两组。根据地下水库的坡度、矿井水流向和悬浮物的沉降特征，设置能够大范围清淤的多组管道，能够更进一步提高清淤效率。

具体地，在本实施例中，第一组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线与注水管3的中心线之间的间距和第二组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线与第一组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线之间的间距相等。由于矿井水在地下流动过程中，悬浮物受到岩体阻力和自身重力作用，发生沉降。同时，在水流作用下，悬浮物将在注水管下游及四周区域逐渐沉降，并且悬浮物在裂缝和孔隙汇总长时间积累，会逐渐压实进而发生板结。因此，根据上述悬浮物的沉降特性，在地下水库的淤积主要集中区域范围内设置间距较小的清淤管组合，能够极大程度上提高清淤效果和清淤效率。

进一步地，在本实施例中，第三组及之后的每组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线与前一组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线之间的间距均为前两组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线之间的间距的2倍。在远离地下水库的淤积主要集中区域的范围内设置间隔相对较大的清淤管组合，能够保证提高清淤效果的同时尽可能简化结构，节省成本。

进一步地，在本实施例中，第一组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线与第二组脉冲气流支管22外设置的清淤管4的中心线组成平面的坡度为地下水库的坡度。这种组合形式，能够在充分考虑悬浮物的沉降特性的基础上，有效提高清淤效果和效率。

具体地，在本实施例中，清淤管4与脉冲气流支管22伸入地下水库6的长度为地下水库6宽度W的3/4，清淤管4的中心线距离地下水库6底板的深度为地下水库6高度H的1/4。这种结构形式，能够有效对沉降在地下水库底部的悬浮物进行强紊流扰动，避免悬浮物在裂缝和孔隙中长时间积累逐渐压实进而发生板结。

具体地，在本实施例中，清淤管4的管径为脉冲气流支管22管径的3倍。这种结构形式，能够有效对随矿井水进入清淤管中的悬浮物进行强紊流扰动尽快排出地下水库。

具体地，如图2所示，假设注水管3的中心线距离地下水库6上游边界线的距离为m，在临近注水管3的下游位置设置第一组清淤管4和脉冲气流支管22，第一组清淤管4的中心线与注水管3的中心线之间的间距均为n。进一步，第二组清淤管4和脉冲气流支管22设置在临近第一组清淤管4和脉冲气流支管22的下游位置，两组清淤管4的中心线之间的间距也为n。第三组清淤管4和脉冲气流支管22设置在临近第二组清淤管4和脉冲气流支管22的下游位置，两组清淤管4的中心线之间的间距2为n。以此类推，第K组清淤管4和脉冲气流支管22与第K-1组的相对位置参考第K-1组与第K-2组的位置设置，不同点在于该两组的清淤管的中心线间距为上两组的清淤管的中心线间距2倍。一直到经计算第X组清淤管4和脉冲气流支管22的中心线出现在水库下游边界线外时，将不再设置该组合。

如图1所示，进一步地，在本实施例中，脉冲气流支管22上与开孔41对应的位置以及脉冲气流支管22的顶端设有对称布置的单向阀101。单向阀只允许介质向一个方向流动并能够有效阻止介质反向流动，因此脉冲气流可以从单向阀喷出，并有效避免矿井水从单向阀进入脉冲气流支气管。进一步地，在本实施例中，脉冲气流支管22上靠近脉冲气流母管21的位置设有高频电磁阀102。通过高频电磁阀能够快速启闭并灵活调整出适应于清淤的脉冲气流，对悬浮物造成强紊流扰动，悬浮物跟随矿井水进入清淤管，进而排出地下水库。

实施例3

本发明实施例的用于煤矿地下水库的清淤方法，采用上述实施例1和实施例2的清淤系统10实施，具体包括如下步骤：S01、对煤矿地下水库6中的地质条件进行勘测，包括上覆岩层1001垮落形态、采空区岩体性质、煤层1002走向和倾角，根据勘测数据确定煤矿地下水库的坡度和矿井水在库内的流动方向。S02、根据矿井水在地下水库6中的流动方向，将注水管3设置在矿井水流向的上游位置。S03、利用注水管3向地下水库6注入从工作面收集的高悬浮物矿井水。S03、开启脉冲气源输出装置1提供脉冲气流进入脉冲气流管道2对悬浮物造成强紊流扰动，悬浮物跟随矿井水进入清淤管道进而排出地下水库。

具体地，当监测到地下水库6需要清淤时，对煤矿地下水库6进行详细勘察，根据勘察数据，确定地下水库6的坡度和矿井水在库内的流动方向。打开电动阀门8和高频电磁阀102，开启脉冲气源输出装置1提供激烈爆发性的压缩空气流经过电动阀门8进入脉冲气流母管21，利用高频电磁阀102快速启闭并灵活调整出适应于清淤的脉冲气流。脉冲气流经过脉冲气流支管22，经过单向阀101喷出对悬浮物造成强紊扰动，悬浮物跟随矿井水经篦子7进入清淤管4，最后经手动球阀9进而排入地沟5，这样就达到了对地下水库的清淤目的。

显然，本发明实施例的用于煤矿地下水库的清淤方法，由于采用了上述所述的清淤系统实施，能够根据煤矿地下水库的自身特点和悬浮物的沉降特征快速清理淤积悬浮物，确保地下水库净化效果及水资源储存调配。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的用于煤矿地下水库的清淤系统及方法，能够根据煤矿地下水库的自身特点和悬浮物的沉降特征快速清理淤积悬浮物，确保地下水库净化效果及水资源储存调配。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，包括脉冲气源输出装置、脉冲气流管道、注水管、清淤管和地沟；其中，

所述脉冲气流管道位于所述清淤管内；

所述脉冲气流管道其中一端位于地下水库内且封闭，另一端与所述脉冲气源输出装置连接；

所述清淤管的其中一端伸入地下水库，另一端伸入所述地沟，并且所述清淤管上正对地下水库内矿井水流向的外侧面设有开孔；

所述注水管设置在矿井水流向的上游位置并伸入地下水库。

2.根据权利要求1所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述清淤管上至少包括两组开孔。

3.根据权利要求1或2所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述脉冲气流管道包括与所述脉冲气源输出装置连接的脉冲气流母管和与所述脉冲气流母管连接的脉冲气流支管，所述脉冲气流支管上设有所述开孔且位于所述清淤管内；

所述脉冲气流支管的其中一端位于地下水库内且封闭，另一端与所述脉冲气流母管连接。

4.根据权利要求3所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述脉冲气流支管至少包括两组。

5.根据权利要求4所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，第一组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线与所述注水管的中心线之间的间距和第二组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线与第一组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线之间的间距相等。

6.根据权利要求5所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，第三组及之后的每组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线与前一组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线之间的间距均为前两组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线之间的间距的2倍。

7.根据权利要求5所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，第一组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线与第二组所述脉冲气流支管外设置的所述清淤管的中心线组成平面的坡度为地下水库的坡度。

8.根据权利要求3所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述清淤管与所述脉冲气流支管伸入地下水库的长度为地下水库宽度的3/4，所述清淤管的中心线距离地下水库底板的深度为地下水库高度的1/4。

9.根据权利要求3所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述清淤管的管径为所述脉冲气流支管管径的3倍。

10.根据权利要求3所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述脉冲气流支管上与所述开孔对应的位置以及所述脉冲气流支管的顶端设有对称布置的单向阀。

11.根据权利要求3所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述脉冲气流支管上靠近所述脉冲气流母管的位置设有高频电磁阀。

12.根据权利要求1或2所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述注水管伸入地下水库的长度为地下水库宽度的1/2，所述注水管的中心线距离地下水库底板的深度为地下水库高度的1/3。

13.根据权利要求1或2所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述开孔上设有篦子，所述篦子上开有圆孔，所述圆孔的孔径不大于3mm。

14.根据权利要求1或2所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述脉冲气流输出装置的出口处设有电动阀门。

15.根据权利要求1或2所述的用于煤矿地下水库的清淤系统，其特征在于，所述清淤管上靠近所述地沟的位置设有手动球阀。

16.一种用于煤矿地下水库的清淤方法，采用上述权利要求1至15中任一项所述的系统实施，其特征在于，包括如下步骤：

S01、对煤矿地下水库中的地质条件进行勘测，根据勘测数据确定煤矿地下水库的坡度和矿井水在库内的流动方向；

S02、根据矿井水在地下水库中的流动方向，将注水管设置在矿井水流向的上游位置；

S03、利用注水管向地下水库注入从工作面收集的高悬浮物矿井水；

S03、开启脉冲气源输出装置提供脉冲气流进入脉冲气流管道对悬浮物造成强紊流扰动，悬浮物跟随矿井水进入清淤管道进而排出地下水库。

Images