CN115807689A - 一种采空区束管风动负压抽气装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采空区束管风动负压抽气装置及方法，包括拉瓦尔管、排气管和储气管；排气管内设有真空腔体，将真空腔体通过拉瓦尔管与井下高压空气管路连通，利用井下高压空气管路内的气流进入拉瓦尔管后被拉瓦尔管进行加速后排至真空腔体内，此时高速气流会压缩真空腔体内气体并从排气口排出，使真空腔体内产生负压，进而使储气管内产生负压，此时与储气管相连的束管内及其端口所处采空区位置的气体受负压影响被抽采进入储气管内，有效保证了对束管的抽采效率。另外将分布在采空区不同位置的多个束管均与储气管连接，通过各个球阀控制开启顺序，无需移动本抽气装置及无需外接电源，即能对采空区不同位置的气体进行采气过程。

Description

一种采空区束管风动负压抽气装置及方法

技术领域

本发明涉及一种气体抽采的装置及方法，特别涉及一种采空区束管风动负压抽气装置及方法。

背景技术

采空区预埋束管采气方法是分析采空区内气体成分及分布规律，判断采空区内遗煤自然氧化程度，圈定采空区煤自燃“三带”的常用技术手段。

抽取采空区气体的常用方法是负压抽气法，即通过气体负压自动采气泵或防爆型真空泵在束管口产生负压，使束管口的压强低于采空区内部压强，从而将采空区内的气体抽取出来。虽然两种泵都能用来抽取采空区中的气体，但是二者都存在缺点：

1、气体负压自动采气泵适用于短距离束管抽气，当束管距离较长时，束管内壁对气体摩擦阻力增大，使设备耗电量增加，抽气效率降低。

2、防爆型真空泵体积和重量较大，而采空区煤自燃“三带”测试周期较短，需要频繁更换抽气地点，大大增加了工作量。另外防爆型真空泵需要配备专用电源，而束管铺设位置通常离电源较远，需要单独架设几百至上千米的电缆，并且采气完成后还需回收电缆，大大增加了采气成本，也容易产生电气安全隐患。

因此，如何提供一种新的抽气装置及方法，不仅能保证束管的抽气效率，而且其还具有无机械运动部件，无需外接电源，从而便于抽气装置对不同位置的束管进行抽采，是本行业的研究方向之一。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种采空区束管风动负压抽气装置及方法，不仅能保证束管的抽气效率，而且其还具有无机械运动部件，无需外接电源，从而便于抽气装置对不同位置的束管进行抽采。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采空区束管风动负压抽气装置，包括拉瓦尔管、排气管和储气管；

所述排气管内设有真空腔体，排气管两端分别设有进气口与排气口，排气管侧部设有抽气口；

所述拉瓦尔管的进气端通过管路转换头一与井下高压空气管路连通；拉瓦尔管的出气端从进气口伸入真空腔体内，且拉瓦尔管的外表面与进气口固定密封；拉瓦尔管用于将井下高压空气管路内的气流加速后排至真空腔体内，并从排气口排出，使真空腔体内产生负压；

所述储气管一端通过抽气口与真空腔体连通，储气管另一端设有排水管，排水管上装有排水球阀；所述储气管的侧部装有管路转换头二和管路转换头三，管路转换头二靠近储气管一端，管路转换头三靠近储气管另一端，管路转换头三用于连接采空区内布设的束管，使束管内的气体被抽采至储气管内；管路转换头二用于连接气体负压自动采气泵，对储气管内的气体进行收集；所述储气管一端与抽气口连接处装有球阀一，球阀一在开启时，储气管与真空腔体连通为负压状态对束管内部的气体抽采，关闭时，储气管将抽采气体留存在储气管内并被气体负压自动采气泵收集。

进一步，所述管路转换头一上装有球阀二，所述管路转换头二上装有球阀三，所述管路转换头三上装有球阀四，各个球阀均用于控制所处管路的通断。

进一步，所述储气管上装有流量计，用于监测流经储气管的气体流量。

进一步，所述管路转换头三共四个，四个管路转换头三均匀分布在储气管外表面，且处于同一水平面。通过设置多个管路转换头三能同时连接多个束管，无需每个束管完成采气过程后再拆卸及重新安装进行下一个束管的过程。

进一步，所述流量计为压力式流量计。采用该结构不仅工作稳定，且安装方便。

进一步，所述拉瓦尔管的外表面与进气口通过螺纹及密封圈固定密封。采用该连接方式不仅便于安装，而且密封效果较好。

上述采空区束管风动负压抽气装置的工作方法，具体步骤为：

①初始时本装置各个球阀均处于关闭状态，将布置在采空区内不同位置的多根束管分别通过各个管路转换头三与储气管连通，将拉瓦尔管的进气端通过管路转换头一与井下高压空气管路连通；

②开始工作之前，先打开排水球阀和球阀一，并在排水管上接负压压力表，然后缓慢打开球阀二，井下高压空气管路内的气流进入拉瓦尔管后被拉瓦尔管进行加速后排至真空腔体内，此时高速气流会压缩真空腔体内气体并从排气口排出，使真空腔体内产生负压，进而使储气管内产生负压，通过观察负压压力表读数，直至读数不再变动后，说明此时储气管内的负压环境稳定，关闭排水球阀，取下负压压力表；

③先在多根束管中选择其中之一作为需要采气的束管，缓慢打开该束管对应的球阀四，使该束管与储气管内部连通，由于储气管内为负压环境，此时束管处于采空区的端口对其周围气体进行持续抽采，根据观察流量计的读数调整球阀四的开度，保证采气速度不会对采空区原始流场产生过大的扰动；

④根据步骤③选择的束管长度以及流量计的读数，确定采气时间，使采空区内的气体经过该束管进入储气管内，使储气管内充满通过该束管采集的采空区内部气体；

⑤整个抽气过程中，保持储气管的竖直状态，使抽取的气体中夹杂的水分汇入储气管底部；

⑥达到步骤④确定的采气时间后关闭球阀一，使采集的气体留在储气管内；

⑦将气体负压自动采气泵与管路转换头二相连，打开球阀三，启动气体负压自动采气泵，开始收集储气管中的气体，此时该束管对应的球阀四保持打开状态，使束管中的气体继续补充到储气管中；

⑧持续抽采一段时间后，关闭气体负压自动采气泵、球阀三和球阀四，完成气体收集工作，接着打开球阀一和排水球阀，将储气管底部的积水通过排水管排出；从而完成当前束管的采气过程；

⑨再选择一个束管并重复步骤③～步骤⑧，如此重复多次后，能对各根束管分别进行抽采，实现对采空区内不同位置的采气过程。

进一步，所述束管外部设有防护管。增设防护管能对束管起到更好的防护效果，保证束管受到外部冲击后内部通道的顺畅。

与现有技术相比，本发明采用拉瓦尔管、排气管和储气管相结合方式，具有如下优点：

1、本发明在排气管内设置真空腔体，将真空腔体通过拉瓦尔管与井下高压空气管路连通，利用井下高压空气管路内的气流进入拉瓦尔管后被拉瓦尔管进行加速后排至真空腔体内，此时高速气流会压缩真空腔体内气体并从排气口排出，使真空腔体内产生负压，进而使储气管内产生负压，此时与储气管相连的束管内及其端口所处采空区位置的气体受负压影响被抽采进入储气管内；由于这种风动方式产生的负压较大，从而能对较长的束管均具有较好的采气效果，有效保证了对束管的抽采效率。

2、本发明提前将分布在采空区不同位置的多个束管均与储气管连接，通过各个球阀控制开启顺序，从而能对采空区不同位置的气体进行采气过程，对多个束管采气过程中，本装置无需移动即可实现，另外本申请是利用井下风动力，其无机械运动部件，且无需外接电源，在采气最后阶段仅通过原有的气体负压自动采气泵即能实现对多个不同位置、不同长度束管内及采空区端口处气体的采气过程。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中四个管路转换头三的布设示意图。

图中：1-井下高压空气管路，2-管路转换头一，3-球阀二，4-拉瓦尔管，5-真空腔体，6-球阀一，7-储气管，8-球阀三，9-管路转换头二，10-1号球阀四，11-2号球阀四，12-3号球阀四，13-4号球阀四，14-排水球阀，15-1号管路转换头三，16-2号管路转换头三，17-3号管路转换头三，18-4号管路转换头三，19-排水管，20-2号束管，21-1号束管，22-4号束管，23-3号束管，24-防护管，25-流量计。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1所示，实施例：该实施例的抽气装置包括拉瓦尔管4、排气管和储气管7；

所述排气管内设有真空腔体5，排气管两端分别设有进气口与排气口，排气管侧部设有抽气口；

所述拉瓦尔管4的进气端通过管路转换头一2与井下高压空气管路1连通；拉瓦尔管4的出气端从进气口伸入真空腔体5内，且拉瓦尔管4的外表面与进气口固定密封；拉瓦尔管4用于将井下高压空气管路1内的气流加速后排至真空腔体5内，并从排气口排出，使真空腔体5内产生负压；

所述储气管7一端通过抽气口与真空腔体5连通，储气管7另一端设有排水管19，排水管19上装有排水球阀14；所述储气管7上装有流量计25，用于监测流经储气管7的气体流量；流量计25为压力式流量计。采用该结构不仅工作稳定，且安装方便。所述储气管7的侧部装有管路转换头二9和管路转换头三，管路转换头二9靠近储气管7一端，管路转换头三靠近储气管7另一端，管路转换头三用于连接采空区内布设的束管，使束管内的气体被抽采至储气管7内；管路转换头二9用于连接气体负压自动采气泵，对储气管7内的气体进行收集；所述储气管7一端与抽气口连接处装有球阀一6，球阀一6在开启时，储气管7与真空腔体5连通为负压状态对束管内部的气体抽采，关闭时，储气管7将抽采气体留存在储气管7内并被气体负压自动采气泵收集。所述管路转换头一2上装有球阀二3，所述管路转换头二9上装有球阀三8，所述管路转换头三共四个，分别为1号管路转换头三15、2号管路转换头三16、3号管路转换头三17和4号管路转换头三18，四个管路转换头三均匀分布在储气管7外表面，且处于同一水平面。所述四个管路转换头三均装有球阀四，分别为1号球阀四10、2号球阀四11、3号球阀四12和4号球阀四13，各个球阀均用于控制所处管路的通断。

作为本发明的一种改进，所述拉瓦尔管4的外表面与进气口通过螺纹及密封圈固定密封。采用该连接方式不仅便于安装，而且密封效果较好。

上述本实施例抽气装置的工作方法，具体步骤为：

①初始时本装置各个球阀均处于关闭状态，将布置在采空区内不同位置的四根束管，分别确定为1号束管21、2号束管20、3号束管22和4号束管23，其中1号束管21通过1号管路转换头三15与储气管7连通，2号束管20通过2号管路转换头三16与储气管7连通，3号束管22通过3号管路转换头三17与储气管7连通，4号束管23通过4号管路转换头三18与储气管7连通，将拉瓦尔管4的进气端通过管路转换头一2与井下高压空气管路1连通；

②开始工作之前，先打开排水球阀14和球阀一6，并在排水管19上接负压压力表，然后缓慢打开球阀二3，井下高压空气管路1内的气流进入拉瓦尔管4并被拉瓦尔管4进行加速后排至真空腔体5内，此时高速气流会压缩真空腔体5内气体并从排气口排出，使真空腔体5内产生负压，进而使储气管7内产生负压，通过观察负压压力表读数，直至读数不再变动后，说明此时储气管7内的负压环境稳定，关闭排水球阀14，取下负压压力表；

③先选择1号束管21作为需要采气的束管，缓慢打开1号束管21对应的1号球阀四10，使1号束管21与储气管7内部连通，由于储气管7内为负压环境，此时1号束管21处于采空区的端口对其周围气体进行持续抽采，根据观察流量计25的读数调整1号球阀四10的开度，保证采气速度不会对采空区原始流场产生过大的扰动；

④根据1号束管21的长度以及流量计25的读数，确定采气时间，使采空区内的气体经过1号束管21进入储气管7内，进而使储气管7内充满通过1号束管21采集的采空区内部气体；

⑤整个抽气过程中，保持储气管7的竖直状态，使抽取气体中夹杂的水分汇入储气管7底部；

⑥达到步骤④确定的采气时间后关闭球阀一6，使采集的气体留在储气管7内；

⑦将气体负压自动采气泵与管路转换头二9相连，打开球阀三8，启动气体负压自动采气泵，开始收集储气管7中的气体；此时1号束管21对应的1号球阀四10保持打开状态，使1号束管21中的气体继续补充到储气管7中；

⑧持续抽采一段时间后，关闭气体负压自动采气泵、球阀三8和1号球阀四10，完成气体收集工作，接着打开球阀一6和排水球阀14，将储气管7底部的积水通过排水管19排出；从而完成1号束管21的采气过程；

⑨再选择2号束管20并重复步骤③～步骤⑧，如此重复对3号束管22和4号束管23分别进行抽采，从而实现对采空区内不同位置的采气过程。

进一步，所述各个束管外部均设有防护管24。增设防护管24能对束管起到更好的防护效果，保证束管受到外部冲击后内部通道的顺畅。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，包括拉瓦尔管、排气管和储气管；

所述排气管内设有真空腔体，排气管两端分别设有进气口与排气口，排气管侧部设有抽气口；

所述拉瓦尔管的进气端通过管路转换头一与井下高压空气管路连通；拉瓦尔管的出气端从进气口伸入真空腔体内，且拉瓦尔管的外表面与进气口固定密封；拉瓦尔管用于将井下高压空气管路内的气流加速后排至真空腔体内，并从排气口排出，使真空腔体内产生负压；

所述储气管一端通过抽气口与真空腔体连通，储气管另一端设有排水管，排水管上装有排水球阀；所述储气管的侧部装有管路转换头二和管路转换头三，管路转换头二靠近储气管一端，管路转换头三靠近储气管另一端，管路转换头三用于连接采空区内布设的束管，使束管内的气体被抽采至储气管内；管路转换头二用于连接气体负压自动采气泵，对储气管内的气体进行收集；所述储气管一端与抽气口连接处装有球阀一，球阀一在开启时，储气管与真空腔体连通为负压状态对束管内部的气体抽采，关闭时，储气管将抽采气体留存在储气管内并被气体负压自动采气泵收集。

2.根据权利要求1所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述管路转换头一上装有球阀二。

3.根据权利要求1所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述管路转换头二上装有球阀三。

4.根据权利要求1所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述储气管上装有流量计，用于监测流经储气管的气体流量。

5.根据权利要求1所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述管路转换头三共四个，四个管路转换头三均匀分布在储气管外表面，且处于同一水平面。

6.根据权利要求1所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述管路转换头三上装有球阀四。

7.根据权利要求4所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述流量计为压力式流量计。

8.根据权利要求1所述的采空区束管风动负压抽气装置，其特征在于，所述拉瓦尔管的外表面与进气口通过螺纹及密封圈固定密封。

9.一种根据权利要求1至8任一项所述采空区束管风动负压抽气装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：

①初始时本装置各个球阀均处于关闭状态，将布置在采空区内不同位置的多根束管分别通过各个管路转换头三与储气管连通，将拉瓦尔管的进气端通过管路转换头一与井下高压空气管路连通；

②开始工作之前，先打开排水球阀和球阀一，并在排水管上接负压压力表，然后缓慢打开球阀二，井下高压空气管路内的气流进入拉瓦尔管并被拉瓦尔管进行加速后排至真空腔体内，此时高速气流会压缩真空腔体内气体并从排气口排出，使真空腔体内产生负压，进而使储气管内产生负压，通过观察负压压力表读数，直至读数不再变动后，说明此时储气管内的负压环境稳定，关闭排水球阀，取下负压压力表；

③先在多根束管中选择其中之一作为需要采气的束管，缓慢打开该束管对应的球阀四，使该束管与储气管内部连通，由于储气管内为负压环境，此时束管处于采空区的端口对其周围气体进行持续抽采，根据观察流量计的读数调整球阀四的开度，保证采气速度不会对采空区原始流场产生过大的扰动；

④根据步骤③选择的束管长度以及流量计的读数，确定采气时间，使采空区内的气体经过该束管进入储气管内，进而使储气管内充满通过该束管采集的采空区内部气体；

⑤整个抽气过程中，保持储气管的竖直状态，使抽取气体中夹杂的水分汇入储气管底部；

⑥达到步骤④确定的采气时间后关闭球阀一，使采集的气体留在储气管内；

⑦将气体负压自动采气泵与管路转换头二相连，打开球阀三，启动气体负压自动采气泵，开始收集储气管中的气体；此时该束管对应的球阀四保持打开状态，使束管中的气体继续补充到储气管中；

⑧持续抽采一段时间后，关闭气体负压自动采气泵、球阀三和球阀四，完成气体收集工作，接着打开球阀一和排水球阀，将储气管底部的积水通过排水管排出；从而完成当前束管的采气过程；

⑨再选择一个束管并重复步骤③～步骤⑧，如此重复多次后，能对各根束管分别进行抽采，实现对采空区内不同位置的采气过程。

10.根据权利要求9所述采空区束管风动负压抽气装置的工作方法，其特征在于，所述束管外部设有防护管。

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