CN114635676A - 用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置及方法 - Google Patents
用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，包括旋转扇叶、转盘、转子和连轴，连轴的前端安装有旋转扇叶，后端穿过转盘中心后安装有转子，转盘上开设有对称布置的椭圆形出水口，转盘后壁开设有能完全容纳转子的圆形弧面槽，本发明还提供一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水方法，包括以下步骤：步骤A、完成风力排渣注水钻孔施工，然后使用套管进行封孔；步骤B、采用上述用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，并通过长杆将其安装在套管内，然后微量注水，使吸水膨胀橡胶膨胀；步骤C、进行中高压注水，旋转扇叶在水流的带动下进行旋转，具有动压注水、注水效果好、水流流量压力波动范围广、密闭性优等优点。
Description
技术领域
本发明涉及煤层注水防灾技术领域，具体涉及一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置及方法。
背景技术
自苏联提出使用煤层注水技术防治矿井灾害以来，煤层注水技术历经百年发展，国内外专家学者针对低透煤层的增透措施进行了深入研究，形成了诸多行之有效的技术手段。然而，随着煤炭资源开采深度的逐年增加，传统的煤体注水工作面临着高地应力、低孔隙率、难渗透等瓶颈问题，进而导致深部煤体注水压力增加、注水流量降低、湿润效果欠佳等状况，严重制约和影响了煤层注水的防灾减尘效果。
因此，针对低渗透难润湿煤体，如何改善煤体渗透性能、增加煤体注水量，达到预湿煤体、强度弱化等效果，实现注水高效防灾目标，成为煤炭资源安全开采领域亟需解决的重要课题。针对部分低渗难润煤层，通常采用单一的动力参数，为注水孔提供10MPa的注水动力，必须对传统的煤层注水工艺、装置进行创新，以改变煤层注水过程中的动力参数单一等情况。
发明内容
本发明旨在提供一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，增加煤层注水流量、煤层湿润效果好，解决低渗透难湿润煤层注水压力增加、注水流量降低、湿润效果欠佳等问题。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，包括旋转扇叶、转盘、转子和连轴，连轴的前端安装有旋转扇叶，后端穿过转盘中心后安装有转子，所述转盘上开设有两个对称布置的椭圆形出水口，转盘后壁开设有能完全容纳转子的圆形弧面槽，转盘外侧壁套装有吸水膨胀橡胶，吸水膨胀橡胶能遇水膨胀并抵紧注水孔，形成环形密封圈，所述转子呈三边为弧形凸起的三角形，连轴上套装有为旋转扇叶提供压力缓冲的高强度减压弹簧，当水流带动旋转扇叶转动时，旋转扇叶通过连轴带动转子同轴转动，椭圆形出水口前后不会被遮挡完全从而确保始终留有水流通过的空间。
作为上述方案的优选，所述旋转扇叶的叶片的倾斜角度为15°～30°，保证水流经过时能带动叶片旋转，减少水流冲击压力对扇叶的影响，扇叶启动阻力小。
进一步优选为，所述弧形槽的深度大于转子的厚度，保证转子置于弧形槽内，有效避免转子露出弧形槽，避免水流阻力干扰、动力损失。
进一步优选为，所述椭圆形出水口的长轴大于转盘半径，且长轴端点到转盘圆心的距离与转子顶点到转盘圆心的距离一致，有效保证旋转扇叶带动转子转动时，椭圆形出水口一直留有水流通过的空间。
进一步优选为，所述旋转扇叶与转盘圆心的最远距离大于椭圆形出水口与转盘圆心的最远距离，有效保证椭圆形出水口被遮挡部分不会因为过于小，导致水流流量压力波动范围小的情况发生。
进一步优选为，所述转盘与连轴连接处设有轴承，连轴转动时不会影响转盘的固定。
本发明还提供一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水方法，包括以下步骤：
步骤A、完成煤层内风力排渣注水钻孔施工，然后安装贴合注水孔内壁的套管进行封孔处理；
步骤B、采用上述用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，并通过长杆将其安装在套管内，然后微量注水，旋转长杆，从而带动转盘旋转，使吸水膨胀橡胶完全接触到水并膨胀抵紧注水孔套管，形成与套管紧密贴合的环形密封圈；
步骤C、撤出长杆，进行中高压注水，旋转扇叶在水流的带动下进行旋转，并通过连轴带动转子进行同轴转动，旋转扇叶结合转子不断改变出水口供水流经过的出口大小，从而实现注水孔内的流量压力变换，并在循环变化中，通过动压注水，开启更多裂缝。
作为上述方案的优选，所述步骤A中套管采用PVC管，避免水腐蚀钢管导致套管生锈，导致套管外壁与注水孔出现裂隙，从而使套管安装不稳固。
本发明的有益效果：
(1)通过旋转扇叶带动转子同轴转动从而遮挡椭圆形出水口，在煤层注水过程中简单实现注水孔内流量压力的变化，将传统的静压注水改变为可以有效提高煤层注水防灾效果的动压注水，操作简便。
(2)转盘后壁开设有能完全容纳转子的圆形弧面槽，转盘后方形成中空区，转子内置弧形槽内能有效减少动力损失，来自前方的水流冲击压力能直接作用于转子上，如果流速过快，导致水流冲击压力过大，转子能因此减缓转速，从而反作用促使旋转扇片减速，转子与旋转扇片相互作用，使水流流量压力处于循环波动中，注水后能开启更多裂缝，有效促进水的渗流过程，增加注水效果。
(3)转盘上开设有两个对称布置的椭圆形出水口，保证水流流量左右均衡，转子呈三角形，能在转动过程中，旋转扇叶通过连轴带动转子同轴转动，旋转扇叶能不同程度遮挡住椭圆形出水口的前后，增加水流流动阻力，并能调节经过的水流流量压力，转子呈三边为弧形凸起，能使遮挡椭圆形出水口的范围更广，从而水流流量压力波动范围广。
(4)连轴上套装有为旋转扇叶提供压力缓冲的高强度减压弹簧，当水流带动旋转扇叶转动时，旋转扇叶留有前后移动空间的同时，位于正后方的转子位置能保持固定，有效降低水流冲击压力过大时对扇叶的损耗，有效避免动力损失。
(5)转盘外侧壁套装有吸水膨胀橡胶，吸水膨胀橡胶能遇水膨胀并抵紧注水孔，形成环形密封圈，设计巧妙，充分利用吸水膨胀橡胶的吸水属性，将其运用到煤层注水孔上，膨胀橡胶密封性能好，膨胀后与注水孔内的套管严丝密合。
综上所述，具有动压注水、注水效果好、水流流量压力波动范围广、密闭性优等优点。
附图说明
图1为间歇性加压注水孔内转子装置的结构示意图。
图2为间歇性加压注水孔内转子装置的安装示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1—图2所示，一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，由旋转扇叶1、转盘2、转子3和连轴4组成。
旋转扇叶1的叶片的倾斜角度为15°～30°。
转盘2与连轴4连接处设有轴承，连轴4的前端安装有旋转扇叶1，后端穿过转盘2中心后安装有转子3。
转子3呈三边为弧形凸起的三角形。
连轴4上套装有为旋转扇叶(1)提供压力缓冲的高强度减压弹簧。
转盘2上开设有两个对称布置的椭圆形出水口21，转盘2后壁开设有能完全容纳转子3的圆形弧面槽22，弧形槽22的深度大于转子3的厚度，保证转子置于弧形槽22内。
转盘2外侧壁套装有吸水膨胀橡胶23，吸水膨胀橡胶23能遇水膨胀并抵紧注水孔，形成环形密封圈。
椭圆形出水口21的长轴大于转盘2半径，且长轴端点到转盘2圆心的距离与转子3顶点到转盘2圆心的距离一致。
旋转扇叶1与转盘2圆心的最远距离大于椭圆形出水口21与转盘2圆心的最远距离。
当水流带动旋转扇叶1转动时，旋转扇叶1通过连轴4带动转子3同轴转动，椭圆形出水口21前后不会被遮挡完全从而确保始终留有水流通过的空间。
一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水方法，具体实施步骤如下：
步骤A、完成煤层5内风力排渣注水钻孔施工，然后安装贴合注水孔6 内壁的套管进行封孔处理。
步骤A中套管采用PVC管。
步骤B、采用上述用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，并通过长杆将其安装在套管内，然后微量注水，旋转长杆，从而带动转盘2旋转，使吸水膨胀橡胶23完全接触到水并膨胀抵紧注水孔套管，形成与套管紧密贴合的环形密封圈。
步骤B中长杆顶部设有可以勾紧间歇性加压注水孔内转子装置的钩子。
步骤C、撤出长杆，进行中高压注水，旋转扇叶1在水流的带动下进行旋转，并通过连轴4带动转子3进行同轴转动，旋转扇叶1结合转子3不断改变出水口21供水流经过的出口大小，从而实现注水孔6内的流量压力变换，并在循环变化中，通过动压注水，开启更多裂缝，从而促进水的渗流过程，增加注水效果。
通过旋转扇叶带动转子同轴转动从而遮挡椭圆形出水口，产生水流流量压力波动性循环，改变煤层注水过程中的动力参数单一的情况，在注水孔内实现注水压力流量的变化，提高煤层注水防灾效果。
Claims (8)
1.一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，其特征在于：包括旋转扇叶(1)、转盘(2)、转子(3)和连轴(4)，连轴(4)的前端安装有旋转扇叶(1)，后端穿过转盘(2)中心后安装有转子(3)，所述转盘(2)上开设有两个对称布置的椭圆形出水口(21)，转盘(2)后壁开设有能完全容纳转子(3)的圆形弧面槽(22)，转盘(2)外侧壁套装有吸水膨胀橡胶(23)，吸水膨胀橡胶(23)能遇水膨胀并抵紧注水孔，形成环形密封圈，所述转子(3)呈三边为弧形凸起的三角形，连轴(4)上套装有为旋转扇叶(1)提供压力缓冲的高强度减压弹簧，当水流带动旋转扇叶(1)转动时，旋转扇叶(1)通过连轴(4)带动转子(3)同轴转动，椭圆形出水口(21)前后不会被遮挡完全从而确保始终留有水流通过的空间。
2.根据权利要求1所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，其特征在于：所述旋转扇叶(1)的叶片的倾斜角度为15°～30°。
3.根据权利要求1所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，其特征在于：所述弧形槽(22)的深度大于转子(3)的厚度，保证转子置于弧形槽(22)内。
4.根据权利要求1所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，其特征在于：所述椭圆形出水口(21)的长轴大于转盘(2)半径，且长轴端点到转盘(2)圆心的距离与转子(3)顶点到转盘(2)圆心的距离一致。
5.根据权利要求4所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，其特征在于：所述旋转扇叶(1)与转盘(2)圆心的最远距离大于椭圆形出水口(21)与转盘(2)圆心的最远距离。
6.根据权利要求1所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，其特征在于：所述转盘(2)与连轴(4)连接处设有轴承。
7.一种用于低渗难润煤层的间歇性加压注水方法，且特征在于，包括以下步骤：
步骤A、完成煤层(5)内风力排渣注水钻孔施工，然后安装贴合注水孔(6)内壁的套管进行封孔处理；
步骤B、采用权1—权6任一所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水孔内转子装置，并通过长杆将其安装在套管内，然后微量注水，旋转长杆，从而带动转盘(2)旋转，使吸水膨胀橡胶(23)完全接触到水并膨胀抵紧注水孔套管，形成与套管紧密贴合的环形密封圈；
步骤C、撤出长杆，进行中高压注水，旋转扇叶(1)在水流的带动下进行旋转，并通过连轴(4)带动转子(3)进行同轴转动，旋转扇叶(1)结合转子(3)不断改变出水口(21)供水流经过的出口大小，从而实现注水孔(6)内的流量压力变换，并在循环变化中，通过动压注水，开启更多裂缝。
8.根据权利要求7所述的用于低渗难润煤层的间歇性加压注水方法，其特征在于：所述步骤A中套管采用PVC管。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203729957U (zh) * | 2013-12-30 | 2014-07-23 | 王刚 | U形管单井液力自循环采油装置 |
| KR101655160B1 (ko) * | 2015-09-16 | 2016-09-07 | 한국원자력연구원 | 로터리 피스톤 펌프 |
| CN109611028A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-12 | 西南石油大学 | 基于滚子与叶轮的水力振荡器 |
| CN211950457U (zh) * | 2020-04-29 | 2020-11-17 | 蔡旭东 | 一种油田注水用注水嘴 |
| CN112963110A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-06-15 | 中国地质大学（北京） | 一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法 |
| CN113374432A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-10 | 山东科技大学 | 一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置及方法 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203729957U (zh) * | 2013-12-30 | 2014-07-23 | 王刚 | U形管单井液力自循环采油装置 |
| KR101655160B1 (ko) * | 2015-09-16 | 2016-09-07 | 한국원자력연구원 | 로터리 피스톤 펌프 |
| CN109611028A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-04-12 | 西南石油大学 | 基于滚子与叶轮的水力振荡器 |
| CN211950457U (zh) * | 2020-04-29 | 2020-11-17 | 蔡旭东 | 一种油田注水用注水嘴 |
| CN112963110A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-06-15 | 中国地质大学（北京） | 一种径向水平井密封装置、钻井设备及钻井方法 |
| CN113374432A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-10 | 山东科技大学 | 一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置及方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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