CN115853469A - 一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置及方法，属于煤层瓦斯抽采钻孔封孔领域，该装置主要由定位系统、封孔抽采系统和输送系统组成，其中输送系统和抽采系统相互结合，从而实现不同深度内的瓦斯抽采。该方法主要凭借输送装置的灵活性，通过灵活移动固定抽采管的膨胀器，可以实现在抽采孔内自由移动抽采管，同时输送系统中设有红外线测距仪，来控制不同深度的瓦斯抽采。通过输送系统和抽采系统相互结合，实现了抽采孔内不同深度范围内的瓦斯抽采，提高了抽采孔内的瓦斯提取效率，同时不仅能测定不同煤层中瓦斯浓度的分布情况及其规律，而且对于矿山钻孔瓦斯增透和瓦斯提浓技术提供了依据。

Description

一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿钻孔瓦斯抽采强化技术领域，尤其涉及一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置及方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，但随着煤层开挖深度不断增加，煤层普遍具有“三高一低”的特征，煤炭开采过程中瓦斯超限、瓦斯突出问题尤为显著，严重影响了矿井的安全和高效生产。目前能够有效解决矿井瓦斯问题的技术措施是对高瓦斯煤层进行瓦斯抽采，本煤层瓦斯抽采时需向煤层打多组钻孔，在进行矿井钻孔瓦斯抽采时，只能对某一深度的区域进行瓦斯抽采，抽采面积小，若要对不同煤层深度的瓦斯进行抽采时，需要重新布置抽采孔和抽采装置，这样的方法复杂费力，不仅不能节约抽采时间和成本，而且无法进一步提高抽采效率。

传统的“两堵一注”和“三堵两注”钻孔封孔技术，主要使用水泥砂浆类材料封堵钻孔，测定的抽采钻孔瓦斯浓度限制于一个固定区域，难以监测钻孔不同深度的瓦斯浓度，从而影响瓦斯抽采效率和浓度。因此，一种能够监测钻孔不同深度的瓦斯浓度并实现瓦斯抽采的机械装置可以达到这种使用效果，通过红外感应装置测定孔深，对比智能显示装置不同深度的抽采瓦斯浓度，确定瓦斯富集区域，实现钻孔瓦斯的动态监测监控功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置及方法，通过利用井下钻孔便捷的输送装置以及红外线测距仪，实现了钻孔井下不同深度的瓦斯抽采，同时进一步测定了不同深度、不同煤层之间的瓦斯分布情况和瓦斯含量；装置操作简便，能够更好地进行瓦斯抽采，实现了煤层瓦斯抽采全面化，提高了瓦斯抽采的浓度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，包括定位系统、输送系统和封孔抽采系统，定位系统位于输送系统上，封孔抽采系统位于输送系统前端的煤层抽采孔内，所述输送系统包括钳爪输送组件，与钳爪输送组件相连的伸缩杆，收纳伸缩杆的伸缩杆储备箱和操控器，所述钳爪输送组件包括位于顶部的钳爪，与钳爪通过转动轴活动连接的曲柄连杆，曲柄连杆底部通过转动轴与底座连接，底座内设有镂空的限位腔，还包括压缩杆，压缩杆顶部设有法兰盘，法兰盘通过转动轴与钳爪底部连接，压缩杆底部还设有一个压缩板，压缩板焊接于压缩杆端部且压缩杆底部设有钢绳，钢绳外设有弹簧，弹簧顶部与压缩杆底部固定连接，弹簧顶部与其外部的限位腔底壁固定连接，所述压缩板位于限位腔内且与限位腔配合，所述钢绳底部设有控制组件，所述控制组件包括位于钢绳外的卡阻器和电动机，卡阻器通过传感线与电动机电连接，所述底座底部与伸缩杆固定连接，通过电动机带动钢绳向下运动，使得压缩版与压缩杆运动挤压弹簧，此时曲柄连杆通过转动轴向外运动，钳爪向里运动。当弹簧达到一定程度时，卡阻器卡死钢丝绳，使得钳爪不在运动，达到夹紧效果，当电动机断电后，弹簧反弹压缩板，钳爪恢复自由状态。通过伸缩杆储备箱释放伸缩杆来控制钻孔下的距离。

进一步的，所述卡阻器和电动机均位于底座内的空腔中，所述底座为圆柱形，底座的外径小于钻孔内径。

进一步的，所述定位系统包括红外线测距仪，红外线测距仪通过传感线与控制器连接，所述红外线测距仪位于底座顶部外壁，距离抽采孔底部深度为0.5米，所述电动机也通过传感线与控制器电连接，红外线测距仪安装在输送系统上，根据输送深度可以记录下降距离，并传输在电脑控制器中。

进一步的，所述封孔抽采系统包括抽采管，位于抽采管外的膨胀器，所述抽采管与钻孔进口之间还设有封口器，抽采管端部通过抽采泵与抽采设备连接，抽采管上还设有流量计，所述膨胀器包括抽采管固定口，位于抽采管固定口内的聚氨酯，所述抽采管固定口上设有断裂薄弱缝，钳爪抓取膨胀器进行输送，在自由状态下，膨胀直径高于钻孔直径，则向外的横向应力增大，对抽采孔壁的摩擦力增大，起到固定防滑作用；在受挤压时，向内的横向力增大，产生压缩，使得轴向体积增大，此时膨胀直径小于钻孔直径，以便在钻孔中携带抽采管在不同位置抽采。

进一步的，所述曲柄连杆完全打开时其距离小于抽采孔内径。

一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置的抽采方法，包括以下步骤：

S1.根据煤层瓦斯赋存情况，在煤层中钻孔形成抽采孔，将输送系统、定点系统和封孔抽采系统各装置组装完毕放置于抽采孔中，并通过封口器进行封口；

S2.将固定抽采管的膨胀器通过钳爪进行固定，通过电脑控制器打开电动机，电动机工作带动钢绳运动，在钢绳的牵引下，压缩杆带动曲柄连杆在转动轴的作用下运动，使得钳爪夹紧膨胀器，固定完毕后，卡阻器控制钢绳使钢绳不再运动，通过操控器控制伸缩杆储备箱释放伸缩杆，使得输送装置向钻孔井下运动；

S3.红外线测距仪在井下运动时通过传感线向电脑控制器传输距离信号，当在井下到达要抽采的深度时，关闭操控器，伸缩杆不再运动，关闭电动机，卡阻器停止工作，压缩板在弹簧的作用下返回自由状态，曲柄连杆逆向运动，钳爪释放膨胀器；

S4.膨胀器失去横向夹力后恢复初始状态，向外膨胀挤入到抽采孔中，即可进行该定点区域内瓦斯抽采，打开抽采泵，通过抽采管进入到瓦斯收集设备中，依据流量计显示的瓦斯含量对该区域内瓦斯浓度进行记录，当流量计显示较低时，则更换位置，进行下一个定点范围内瓦斯抽采；

S5.进行下一个位置瓦斯抽采时，只需利用钳爪再一次夹住膨胀器，重复S2-S4步骤即可。

本发明具有的优点是：本发明采用钳爪和曲柄连杆的机械方式实现了抽采管在钻孔井下不同位置的抽采效果，该方法可以提高矿井内瓦斯抽采的浓度，同时可以测定不同煤层的瓦斯赋予情况，该装置操作简单、成本低廉能够实现矿井内更大范围内的瓦斯抽采效果，减少了频繁固定抽采管进行抽采的繁琐，实现了一次性全面化的效果。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明中钳爪输送组件的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，包括定位系统、输送系统和封孔抽采系统，所述定位系统包括红外线测距仪7，红外线测距仪通过传感线19与控制器18连接，所述红外线测距仪7位于底座顶部外壁，距离抽采孔底部深度为0.5米，所述电动机16-2也通过传感线与控制器18电连接，红外线测距仪7安装在输送系统上，根据输送深度可以记录下降距离，并传输在电脑控制器中，定位系统位于输送系统上，封孔抽采系统位于输送系统前端的煤层1抽采孔3内，所述输送系统包括钳爪输送组件，与钳爪输送组件相连的伸缩杆10，收纳伸缩杆的伸缩杆储备箱20和操控器21，所述钳爪输送组件包括位于顶部的钳爪5，与钳爪5通过转动轴17-2活动连接的曲柄连杆6，曲柄连杆6底部通过转动轴与底座17连接，底座17内设有镂空的限位腔，还包括压缩杆14，压缩杆顶部设有法兰盘17-1，法兰盘通过转动轴与钳爪5底部连接，压缩杆底部还设有一个压缩板17-3，压缩板焊接于压缩杆端部且压缩杆底部设有钢绳16-3，钢绳外设有弹簧15，弹簧顶部与压缩杆底部固定连接，弹簧顶部与其外部的限位腔底壁固定连接，所述压缩板位于限位腔内且与限位腔配合，所述钢绳底部设有控制组件16，所述控制组件包括位于钢绳外的卡阻器16-1和电动机16-2，卡阻器16-1通过传感线19与电动机电连接，所述底座17底部与伸缩杆固定连接，通过电动机带动钢绳向下运动，使得压缩板与压缩杆运动挤压弹簧，此时曲柄连杆通过转动轴向外运动，钳爪向里运动；当弹簧达到一定程度时，卡阻器卡死钢丝绳，使得钳爪不在运动，达到夹紧效果，当电动机断电后，弹簧反弹压缩板，钳爪恢复自由状态，通过伸缩杆储备箱释放伸缩杆来控制钻孔下的距离；所述卡阻器和电动机均位于底座内的空腔中，所述底座为圆柱形，底座的外径小于钻孔内径；所述封孔抽采系统包括抽采管8，位于抽采管外的膨胀器12，所述抽采管与钻孔进口之间还设有封口器9，抽采管端部通过抽采泵24与抽采设备22连接，抽采管上还设有流量计23，所述膨胀器包括抽采管固定口，位于抽采管固定口内的聚氨酯，所述抽采管固定口上设有断裂薄弱缝，钳爪抓取膨胀器进行输送，在自由状态下，膨胀直径高于钻孔直径，则向外的横向应力增大，对抽采孔壁的摩擦力增大，起到固定防滑作用；在受挤压时，向内的横向力增大，产生压缩，使得轴向体积增大，此时膨胀直径小于钻孔直径，以便在钻孔中携带抽采管在不同位置抽采；所述曲柄连杆完全打开时其距离小于抽采孔内径。

一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置的抽采方法，包括以下步骤：

第一步，根据煤层1瓦斯赋存情况，在顶板4和底板11之间的煤层1中钻孔形成抽采孔3，将输送系统、定点系统和封孔抽采系统各装置组装完毕放置于抽采孔3中，并通过封口器9进行封口；

第二步，将固定抽采管的膨胀器12通过钳爪5进行固定，通过电脑控制器18打开电动机16-2，电动机16-2工作带动钢绳17-5运动，在钢绳17-5的牵引下，压缩杆14带动曲柄连杆6在转动轴17-2的作用下运动，使得钳爪5夹紧膨胀器12，当固定完毕后，卡阻器16-1根据弹簧15的形变状态控制钢绳17-5，使得钢绳17-5不再运动。通过操控器21控制伸缩杆储备箱20释放伸缩杆10，使得输送装置向钻孔井下运动；

第三步，红外线测距仪7在井下运动时通过传感线19向电脑控制器传18输距离信号，当在井下到达要抽采的深度时，关闭操控器21，使得伸缩杆10不在运动，此时关闭电动机16-2，卡阻器16-1停止工作，压缩板17-3在弹簧15的作用下返回自由状态，此时曲柄连杆6逆向运动，钳爪5释放膨胀器12；

第四步，膨胀器12在失去横向应力后，迅速恢复初始状态，向外膨胀挤入到抽采孔3中，此时即可进行该定点区域2内瓦斯抽采；打开抽采泵24，使得瓦斯从煤层裂隙13中通过抽采孔3进入到抽采管8中，通过流量计23进入到瓦斯收集装置中，依据流量计23显示的瓦斯含量可对该区域内瓦斯浓度进行记录，当流量计23显示较低时，则可更换位置，进行下一个定点范围内进行瓦斯抽采；

第五步，进行下一个位置瓦斯抽采时，只需利用钳爪5再一次夹住膨胀器12，具体操作重复2-4步，通过循环不断的进行钻孔井下各顶点的瓦斯浓度抽采和测定为煤层瓦斯浓度的分布情况提供了依据。

Claims (6)

1.一种基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，其特征在于：包括定位系统、输送系统和封孔抽采系统，定位系统位于输送系统上，封孔抽采系统位于输送系统前端的煤层抽采孔内，所述输送系统包括钳爪输送组件，与钳爪输送组件相连的伸缩杆，收纳伸缩杆的伸缩杆储备箱和操控器，所述钳爪输送组件包括位于顶部的钳爪，与钳爪通过转动轴活动连接的曲柄连杆，曲柄连杆底部通过转动轴与底座连接，底座内设有镂空的限位腔，还包括压缩杆，压缩杆顶部设有法兰盘，法兰盘通过转动轴与钳爪底部连接，压缩杆底部还设有一个压缩板，压缩板焊接于压缩杆端部且压缩杆底部设有钢绳，钢绳外设有弹簧，弹簧顶部与压缩杆底部固定连接，弹簧顶部与其外部的限位腔底壁固定连接，所述压缩板位于限位腔内且与限位腔配合，所述钢绳底部设有控制组件，所述控制组件包括位于钢绳外的卡阻器和电动机，卡阻器通过传感线与电动机电连接，所述底座底部与伸缩杆固定连接。

2.如权利要求1所述的基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，其特征在于：所述卡阻器和电动机均位于底座内的空腔中，所述底座为圆柱形，底座的外径小于钻孔内径。

3.如权利要求1所述的基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，其特征在于：所述定位系统包括红外线测距仪，红外线测距仪通过传感线与控制器连接，所述红外线测距仪位于底座顶部外壁，距离抽采孔底部深度为0.5米，所述电动机也通过传感线与控制器电连接。

4.如权利要求1所述的基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，其特征在于：所述封孔抽采系统包括抽采管，位于抽采管外的膨胀器，所述抽采管与钻孔进口之间还设有封口器，抽采管端部通过抽采泵与抽采设备连接，抽采管上还设有流量计，所述膨胀器包括抽采管固定口，位于抽采管固定口内的聚氨酯，所述抽采管固定口上设有断裂薄弱缝。

5.如权利要求1所述的基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置，其特征在于：所述曲柄连杆完全打开时其距离小于抽采孔内径。

6.如权利要求1-5任一所述的基于抽采孔不同深度内的定点瓦斯抽采装置的抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据煤层瓦斯赋存情况，在煤层中钻孔形成抽采孔，将输送系统、定点系统和封孔抽采系统各装置组装完毕放置于抽采孔中，并通过封口器进行封口；

S2.将固定抽采管的膨胀器通过钳爪进行固定，通过电脑控制器打开电动机，电动机工作带动钢绳运动，在钢绳的牵引下，压缩杆带动曲柄连杆在转动轴的作用下运动，使得钳爪夹紧膨胀器，固定完毕后，卡阻器控制钢绳使钢绳不再运动，通过操控器控制伸缩杆储备箱释放伸缩杆，使得输送装置向钻孔井下运动；

S3.红外线测距仪在井下运动时通过传感线向电脑控制器传输距离信号，当在井下到达要抽采的深度时，关闭操控器，伸缩杆不再运动，关闭电动机，卡阻器停止工作，压缩板在弹簧的作用下返回自由状态，曲柄连杆逆向运动，钳爪释放膨胀器；

S4.膨胀器失去横向夹力后恢复初始状态，向外膨胀挤入到抽采孔中，即可进行该定点区域内瓦斯抽采，打开抽采泵，通过抽采管进入到瓦斯收集设备中，依据流量计显示的瓦斯含量对该区域内瓦斯浓度进行记录，当流量计显示较低时，则更换位置，进行下一个定点范围内瓦斯抽采；

S5.进行下一个位置瓦斯抽采时，只需利用钳爪再一次夹住膨胀器，重复S2-S4步骤即可。

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