CN114934763A - 弱冲击特厚煤层卸压装置及卸压方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弱冲击特厚煤层卸压装置及卸压方法，属于煤层泄压增透技术领域，包括上下设置的第一圆板和第二圆板，第一圆板和第二圆板通过连接管相连，连接管中间位置沿连接管周向设置多个圆孔，且连接管中间外侧沿连接管周向套接有水囊，水囊外侧中间固定有弹力圈，水囊上下两端的连接管外壁分别呈环形阵列固定有多个套杆，水囊的外侧呈环形阵列分布与套杆数量相当的弧形板，弧形板内侧中间的上下两端分别固定有内杆，内杆远离弧形板的一端与套杆插接，弧形板内侧中间开设有与弹力圈相设配的弧形贯通口，弧形板外侧沿弧形板周向固定有橡胶头；弧形板对水囊起保护作用，裂液通过连接管进入水囊，弧形板向外移动挤压煤层，对煤层压裂进行泄压。

Description

弱冲击特厚煤层卸压装置及卸压方法

技术领域

本发明属于煤层泄压增透技术领域，涉及一种弱冲击特厚煤层卸压装置及卸压方法。

背景技术

随着煤矿采深的不断增加，矿井中的瓦斯以高应力、高瓦斯压力和低渗透率的特征赋存于煤层之中，伴随而生的以煤与瓦斯突出为代表的煤岩动力灾害问题日益突出，其严重影响着我国煤炭的正常开采，进而影响我国的各项工业产业及民生保障，故而需要强化原有的煤层卸压增透及瓦斯抽采技术。

常用的煤层卸压增透技术主要有深孔爆破、高能气体压裂、水力压裂、水力冲孔等，这些措施均通过释放煤层应力、增加煤层裂隙达到改善煤层透气性强化瓦斯抽采的目的。由于煤矿现场技术条件、环境因素的限制，以水力压裂为代表的水力化措施在井下广泛使用；该技术主要通过高压泵组向煤层中持续注入以水为溶剂的高粘度压裂液，当注入压力高于储层的破裂压力时，煤层会被压开并产生裂隙；持续注入压裂液及支撑剂，使煤层中的裂隙得到支持并不断扩展，压裂结束后会在煤层中形成多条瓦斯运移通道，瓦斯抽采量显著提升，达到煤层卸压强化瓦斯抽采的目的。

现有的煤层泄压装置采用压裂的方式进行泄压，但是水囊内充入压裂液撑大水囊压迫煤层使得煤层出现裂缝的方式，水囊的强度不够，压裂效果不理想，并且水囊在进入和取出煤层的过程中容易被煤层内的物体划破，直接影响泄压工作。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有的压裂装置水囊的强度不够，压裂效果差，水囊在进入和取出煤层的过程中容易被煤层内的物体划破，影响泄压工作的问题，提供一种弱冲击特厚煤层卸压装置及卸压方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

弱冲击特厚煤层卸压装置，包括上下平行设置的第一圆板和第二圆板，第一圆板和第二圆板通过连接管相连，且连接管的上下两端分别位于第一圆板和第二圆板的中心，连接管中间位置沿连接管周向设置多个圆孔，且连接管中间外侧沿连接管周向套接有水囊，水囊外侧中间固定有弹力圈，水囊上下两端的连接管外壁分别呈环形阵列固定有多个套杆，水囊的外侧呈环形阵列分布与套杆数量相当的弧形板，弧形板内侧中间的上下两端分别固定有内杆，内杆远离弧形板的一端与套杆插接，弧形板内侧中间固定有弧形块，弧形块上开设有与弹力圈相设配的弧形贯通口，弧形板外侧沿弧形板周向固定有橡胶头。

本基础方案的有益效果在于：水囊外侧设置弧形板，对水囊起保护作用，水囊在进入和取出煤层的过程中不易被划破；压裂液通过连接管的圆孔进入水囊，弹力圈随水囊撑开，进而弧形板被撑开，弧形板向外移动挤压煤层，橡胶头插进煤层中，方便对煤层压裂进行泄压。

进一步，水囊上下两端的开口处分别固定有定位环，定位环分别套装在连接管上。有益效果：通过定位环，将水囊套装在连接管外侧，便于压裂液从连接管流入水囊中。

进一步，圆孔上下分布为四组，每组圆孔在连接管外侧呈环形陈列分别有六个，圆孔贯通连接管的外壁与连接管内腔连通。有益效果：便于压裂液通过连接管流出。

进一步，圆孔全部位于两个定位环之间，定位环的内圈壁分别与连接管的外壁固定，两个定位环与连接管的连接处做密封处理，水囊将全部圆孔包裹。有益效果：通过密封处理以及水囊将全部圆孔包裹，从圆孔流出的压裂液完全流入水囊中，防止压裂液向外部扩散。

进一步，连接管的上端穿过第一圆板中间开设有通孔，且与第一圆板的上表面平齐；第一圆板上表面的中间固定有与连接管内腔相连通的水管接头，且连接处密封处理。有益效果：便于压裂液从水管接头流入连接管，且密封处理后避免压裂液溢出。

进一步，套杆为五个，且以连接管的横向中轴线对称分布。有益效果：便于水囊撑开时，对弧形板均匀提供动力。

进一步，套杆上开设有便于内杆插接的插接孔，内杆与套杆的连接长度超过水囊的最大撑开半径。

进一步，橡胶头采用圆台形结构，橡胶头的大头与弧形板外侧固定，橡胶头的小头向外。

进一步，弹力圈弹性形变阀值超过水囊的最大撑开半径。

弱冲击特厚煤层卸压装置的泄压方法，包括以下步骤：

S1、水囊包裹全部的圆孔，弹力圈从弧形贯口穿过后，固定在水囊外侧的中间；五个套杆呈环形陈列固定在水囊上下两端的连接管外壁，套杆与内杆远离弧形板的一端插接，完成装置的装备；

S2、水管接头连接外部的裂液管路，将水囊移动到煤层内需要泄压的位置；

S3、通过外部的压裂液管路输送压裂液，压裂液充斥在水囊中将水囊撑开，水囊形成一个扁椭圆的形状，弧形板挤压煤层，橡胶头以点破面插进煤层中，事先产生突破口，对煤层压裂进行泄压；泄压后，通过外部的液体泵将水囊中的压力液抽出，将水囊从煤层内取出。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的弱冲击特厚煤层卸压装置，五个弧形板两两接触形成一个环形板，环形板将水囊包住，对水囊在进入和取出煤层的过程中进行保护，避免水囊在煤层中移动被煤层中的物体划破。

2、本发明所公开的弱冲击特厚煤层卸压装置，压裂液通过连接管上的圆孔进入水囊中，压裂液充斥在水囊中将水囊撑开，水囊形成一个扁椭圆的形状，弹力圈随之撑开，弧形板分别从第一圆板和第二圆板之间向外移动，随着不断的向水囊中充入压裂液水囊不断增大压迫弧形板挤压煤层，弧形板的结构强度更好，相比于水囊对煤层压裂产生的裂缝效果更好。

3、本发明所公开的弱冲击特厚煤层卸压装置，弧形板的外侧分别固定有橡胶头，橡胶头采用圆台形结构设计，橡胶头的小头向外，随着弧形板对煤层压裂，橡胶头最先接触煤层，橡胶头以点破面插进煤层中，事先产生突破口，方便弧形板对煤层压裂进行泄压。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明弱冲击特厚煤层卸压装置的结构示意图；

图2为本发明弱冲击特厚煤层卸压装置水囊的结构示意图；

图3为本发明弱冲击特厚煤层卸压装置弧形板爆炸结构示意图；

图4为本发明弱冲击特厚煤层卸压装置水囊上定位环结构示意图；

图5为本发明弱冲击特厚煤层卸压装置连接管结构示意图；

图6为本发明弱冲击特厚煤层卸压装置弧形板连接结构示意图。

附图标记：第一圆板1、水管接头101、水囊2、定位环201、弹力圈202、弧形板3、套杆301、内杆302、橡胶头303、弧形块304、弧形贯通口305、连接管4、圆孔401、第二圆板5。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～图6所示的弱冲击特厚煤层卸压装置，包括上下平行设置的第一圆板1和第二圆板5，第一圆板1和第二圆板5通过连接管4相连，且连接管4的上下两端分别位于第一圆板1和第二圆板5的中心，连接管4中间位置沿连接管4周向设置四组圆孔401，且连接管4中间外侧沿连接管4周向套接有水囊2，水囊2上下两端的开口处分别固定有定位环201，定位环201分别套装在连接管4上，通过定位环201，将水囊2套装在连接管4外侧，便于压裂液从连接管4流入水囊2中。

每组圆孔401在连接管4外侧呈环形陈列分别有六个，圆孔401贯通连接管4的外壁与连接管4内腔连通，便于压裂液通过连接管4流出；圆孔401全部位于两个定位环201之间，定位环201的内圈壁分别与连接管4的外壁固定，两个定位环201与连接管4的连接处做密封处理，水囊2将全部圆孔401包裹，通过密封处理以及水囊2将全部圆孔401包裹，从圆孔401流出的压裂液完全流入水囊2中，防止压裂液向外部扩散。

连接管4的上端穿过第一圆板1中间开设有通孔，且与第一圆板1的上表面平齐；第一圆板1上表面的中间固定有与连接管4内腔相连通的水管接头101，且连接处密封处理，水管接头101远离第一圆板1的一端外接外部的压裂液管路，通过外部的压裂液管路输送压裂液，压裂液进入到连接管4中，压裂液通过圆孔401进入到水囊2中，压裂液充斥在水囊2中将水囊2撑开，水囊2形成一个扁椭圆的形状，水囊2撑开后提供对煤层压裂的动力；在泄压后，也可以通过外部的液体泵将水囊2中的压裂液抽出，水囊2内的压裂液顺着连接管4从水管接头101进入外部的压裂液管路中被抽走。

水囊2上下两端的连接管4外壁分别呈环形阵列固定有五个套杆301，且以连接管4的横向中轴线对称分布，便于水囊2撑开时，对弧形板3均匀提供动力；水囊2的外侧呈环形阵列分布与套杆301数量相当的弧形板3，弧形板3两两接触形成一个环形板，环形板将水囊2包住；弧形板3内侧中间的上下两端分别固定有内杆302，套杆301上开设有便于内杆302插接的插接孔，内杆302远离弧形板3的一端与套杆301插接，内杆302与套杆301的连接长度超过水囊2的最大撑开半径，水囊2撑开到最大时，内杆302也不会从套杆301内的插接孔内脱离，从而保证弧形板3的稳定性。

水囊2外侧中间固定有弹力圈202，弧形板3内侧中间固定有弧形块304，弧形快304上开设有与弹力圈202相设配的弧形贯通口305，弹力圈202穿过弧形通口305；弹力圈202弹性形变阀值超过水囊2的最大撑开半径，水囊2撑开到最大时，弹力圈202始终处于可形变的扩大范围内，使得水囊2收缩时，弹力圈202随之收缩。

弧形板3外侧沿弧形板3周向固定有橡胶头303，橡胶头303采用圆台形结构，橡胶头303的大头与弧形板3外侧固定，橡胶头303的小头向外，随着弧形板3对煤层压裂，橡胶头303最先接触煤层，橡胶头303以点破面插进煤层中，事先产生突破口，方便弧形板3对煤层压裂进行泄压，弧形板3的结构强度更好，相比于水囊2对煤层压裂产生的裂缝效果更好。

通过外部的压裂液管路输送压裂液，压裂液进入到连接管4中，压裂液通过圆孔401进入到水囊2中，压裂液充斥在水囊2中将水囊2撑开，水囊2形成一个扁椭圆的形状，弹力圈202随之撑开，五个弧形板3分别被撑开，五个弧形板3分别从第一圆板1和第二圆板5之间向外移动，内杆302从套杆301内的插接孔伸出，五个弧形板3分散开接触煤层，随着不断的向水囊2中充入压裂液水囊2不断增大压迫弧形板3挤压煤层，随着弧形板3对煤层压裂，橡胶头303最先接触煤层，橡胶头303以点破面插进煤层中，事先产生突破口，方便弧形板3对煤层压裂进行泄压，弧形板3的结构强度更好，相比于水囊2对煤层压裂产生的裂缝效果更好。

该弱冲击特厚煤层卸压装置的泄压方法，包括以下步骤：

S1、水囊2包裹全部的圆孔401，弹力圈202从弧形贯口305穿过后，固定在水囊2外侧的中间；五个套杆301呈环形陈列固定在水囊2上下两端的连接管4外壁，套杆301与内杆302远离弧形板3的一端插接，完成装置的装备；

S2、水管接头101连接外部的裂液管路，将水囊2移动到煤层内需要泄压的位置；

S3、通过外部的压裂液管路输送压裂液，压裂液充斥在水囊2中将水囊2撑开，水囊2形成一个扁椭圆的形状，弧形板3挤压煤层，橡胶头303以点破面插进煤层中，事先产生突破口，对煤层压裂进行泄压；泄压后，通过外部的液体泵将水囊2中的压力液抽出，将水囊2从煤层内取出。

其配套液压系统和电磁阀以及管路也可由厂家提供，除此之外，本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，包括上下平行设置的第一圆板和第二圆板，所述第一圆板和第二圆板通过连接管相连，且连接管的上下两端分别位于第一圆板和第二圆板的中心，所述连接管中间位置沿连接管周向设置多个圆孔，且连接管中间外侧沿连接管周向套接有水囊，所述水囊外侧中间固定有弹力圈，所述水囊上下两端的连接管外壁分别呈环形阵列固定有多个套杆，所述水囊的外侧呈环形阵列分布与套杆数量相当的弧形板，所述弧形板内侧中间的上下两端分别固定有内杆，所述内杆远离弧形板的一端与套杆插接，所述弧形板内侧中间固定有弧形块，所述弧形块上开设有与弹力圈相设配的弧形贯通口，所述弧形板外侧沿弧形板周向固定有橡胶头。

2.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述水囊上下两端的开口处分别固定有定位环，定位环分别套装在连接管上。

3.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述圆孔上下分布为四组，每组圆孔在连接管外侧呈环形陈列分别有六个，圆孔贯通连接管的外壁与连接管内腔连通。

4.如权利要求2所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述圆孔全部位于两个定位环之间，定位环的内圈壁分别与连接管的外壁固定，两个定位环与连接管的连接处做密封处理，水囊将全部圆孔包裹。

5.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述连接管的上端穿过第一圆板中间开设有通孔，且与第一圆板的上表面平齐；第一圆板上表面的中间固定有与连接管内腔相连通的水管接头，且连接处密封处理。

6.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述套杆为五个，且以连接管的横向中轴线对称分布。

7.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述套杆上开设有便于内杆插接的插接孔，内杆与套杆的连接长度超过水囊的最大撑开半径。

8.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述橡胶头采用圆台形结构，橡胶头的大头与弧形板外侧固定，橡胶头的小头向外。

9.如权利要求1所述的弱冲击特厚煤层卸压装置，其特征在于，所述弹力圈弹性形变阀值超过水囊的最大撑开半径。

10.基于弱冲击特厚煤层卸压装置的泄压方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、水囊包裹全部的圆孔，弹力圈从弧形贯口穿过后，固定在水囊外侧的中间；五个套杆呈环形陈列固定在水囊上下两端的连接管外壁，套杆与内杆远离弧形板的一端插接，完成装置的装备；

S2、水管接头连接外部的裂液管路，将水囊移动到煤层内需要泄压的位置；

S3、通过外部的压裂液管路输送压裂液，压裂液充斥在水囊中将水囊撑开，水囊形成一个扁椭圆的形状，弧形板挤压煤层，橡胶头以点破面插进煤层中，事先产生突破口，对煤层压裂进行泄压；泄压后，通过外部的液体泵将水囊中的压力液抽出，将水囊从煤层内取出。

Images