CN207377600U - 孔内变频振动增透瓦斯抽采装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，包括变频式超声波发生器、超声波换能器、瓦斯抽采泵、瓦斯抽采管、电控箱、安装壳，瓦斯抽采管的一端与瓦斯抽采泵相连、另一端具有多孔段，多孔段外壁上设有磁性层，安装壳具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面，超声波换能器固定在安装壳内，电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接，调节双刀双掷开关改变电流方可改变电磁性弧面的磁性，通过磁性层与电磁性弧面之间的吸引或排斥作用将安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上或钻孔内壁上。

Description

孔内变频振动增透瓦斯抽采装置

技术领域

本实用新型属于瓦斯抽采技术领域，涉及一种孔内变频振动增透瓦斯抽采装置。

背景技术

煤炭是人类的生产生活必不可缺的重要能量来源，煤炭的开发及煤矿的安全问题是能源安全中最重要的一环，煤矿安全生产一直是研究和关注的重点。我国煤层瓦斯含量普遍较高，高突矿井占矿井总数的44％，在国有重点煤矿中该比例更是高达72％。井下煤层赋存及开采条件复杂，随着开采深度不断加大，煤与瓦斯突出严重，危险系数高，由于瓦斯突出引起的安全事故屡见不鲜。因此，必须采取行之有效的治理措施来降低突出瓦斯对煤矿安全生产的不利影响。

目前，瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯灾害的主要手段，也是充分利用瓦斯清洁能源的重要途径。现场瓦斯抽采主要采用在密集布置的瓦斯抽采钻孔内插入瓦斯抽采管，利用孔外瓦斯抽采泵形成负压对煤层瓦斯进行抽采。然而，由于煤体属于多孔介质，是天然的吸附剂，煤与瓦斯之间通过范德华力形成吸引势，大量实验研究表明，煤体中90％以上的瓦斯是以吸附状态存在的，只有少量处于承压游离状态。另外，由于抽采过程中无法形成有效的煤岩体裂隙网络和瓦斯运移通道，再加上受到抽采设备、技术、人员操作等的影响，目前井下瓦斯抽采的效果很不理想，密集布置的瓦斯抽采钻孔还造成资源与人力的浪费，抽采瓦斯流量过低无法在地面得到有效利用，空排瓦斯又对环境造成严重污染。

CN106499366A公开了一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法，该方法将微波天线和超声波换能器送入地面井，并分别与微波发生器和超声波发生器连接，打开微波发生器和超声波发生器，通过弹性波扰动媒体，同时，微波加热促进煤层气解吸并在煤层内催生出孔裂隙，煤层气在微波和超声波的协同作用下向地面井运移，最后抽采煤层气。虽然该方法能在一定程度上强化煤层气的抽采，但仍然存在以下不足之处有待改进：①该方法在地面井中设置了套管，套管内设有抽采管，套管和抽采管的前端位于煤层中部，抽采时，煤层气从煤层进入地面井，然后从套管的下端进入抽采管而被抽采至地面，由于煤层气只有经过抽采管的前端才能被抽采至地面，而抽采管的前端位于煤层中部，因而该方法只能对抽采管前端这一局部范围实现有效的抽采，同时由于地面井与套管的上端之间、套管与抽采管的上端之间未采取封闭措施，在抽采过程中，从煤层运移至地面井的煤层气会从地面井和套管的上端逸出，这些都会造成抽采效率过低，瓦斯溢出还会造成环境污染。②该方法中，超声波换能器通过线缆悬挂在套管内并与地面井之外的超声波发生器连接，微波天线通过线缆悬挂在套管内并与地面井之外的微波发生器、矩形波导和波导转换器连接，这种设置超声波换能器和微波天线的方式只适用于向下设置的钻孔，由于无法实现超声波换能器和微波天线在钻孔内的固定，对于垂直向上、倾斜向上的钻孔都不适用，因而该方法的适用范围非常局限。有鉴于此，为了更有效地提高煤层瓦斯抽采效率和强化瓦斯抽采效果，研发出具有更高抽采效率和适用性更广的瓦斯抽采装置与技术实属必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，以有效提高瓦斯抽采效率，同时拓宽瓦斯抽采装置的适用范围。

本实用新型提供的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，包括超声波发生器、超声波换能器、瓦斯抽采泵、瓦斯抽采管，其特征在于还包括气体流量计、封孔管、电控箱、安装壳，超声波发生器为变频式超声波发生器，超声波换能器至少为3个且位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内；

瓦斯抽采管的一端位于钻孔底、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段，多孔段的外壁上设有磁性层，气体流量计设置在瓦斯抽采管上，封孔管位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间设有密封层，封孔管的长度为0.5～4m；

安装壳为具有开口结构的罩体，安装壳具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面，各超声波换能器分别固定在安装壳内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，各超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接；

当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上。

上述瓦斯抽采装置的技术方案中，瓦斯抽采管的多孔段的长度至少为1.5m，通常为1.5～10m，瓦斯抽采管的多孔段的孔隙率越高，瓦斯抽采效果越好，综合考虑瓦斯抽采管的多孔段的强度和瓦斯抽采效果等因素，多孔段的孔隙率优选为20％～80％，更优选地，多孔段的孔隙率为30％～60％。多孔段的孔隙率是指，多孔段上的孔面积与长度和直径同多孔段相同但未开孔的瓦斯抽采管的总面积的百分比。

上述瓦斯抽采装置的技术方案中，钻孔内径与瓦斯抽采管之间的空间的应保证超声波换能器能够顺利安装，优选的钻孔内径为瓦斯抽采管外径的3～5倍，瓦斯抽采管位于钻孔底的一端端部与钻孔底部距离为瓦斯抽采管外径的1～2倍。

上述瓦斯抽采装置的技术方案中，安装壳的电磁性弧面由硅钢或软铁制作，瓦斯抽采管的多孔段上的磁性层由磁性材料例制作，例如可由磁性氧化铁制作，将磁性材料刷涂在瓦斯抽采管的多孔段上即可形成磁性层，为了实现安装壳在多孔段上的稳定固定，优选的磁性层的厚度为至少为2mm。

上述瓦斯抽采装置的技术方案中，安装壳为一端开放、一端封闭的筒体，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面，筒体的横截面形状可为圆形、椭圆形及三角形、正方形、长方形等多边形等。

上述瓦斯抽采装置的技术方案中，当安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上时，与同一段第二防爆导线相连的两个超声波换能器之间的距离为0.3～2m。

采用上述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置进行瓦斯抽采的操作如下：

①在需要进行瓦斯治理的煤层中钻取钻孔，将安装了超声波换能器的安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，将各超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接；

②调节双刀双掷开关控制电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相异，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，然后将固定了安装壳的瓦斯抽采管置于钻孔中，将封孔管置于钻孔的孔口部段与瓦斯抽采管之间，使用封孔材料封堵钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间的间隙，在瓦斯抽采管上安装气体流量计并连接瓦斯抽采泵；

③调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相同，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上；

④开启瓦斯抽采泵，开启超声波发生器使超声波换能器向煤体发射不同频率的超声波，记录在各频率的超声波条件下的瓦斯流量，将超声波频率固定在最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过程中，当瓦斯流量降低至低于设定值后，重新调整超声波频率，将超声波频率固定在重新调整期间最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，该步骤中控制超声波频率的上限值以避免以钻孔处的煤体坍塌。

步骤④中，当瓦斯流量降低至低于设定值后，重新调整超声波频率，将超声波频率固定在重新调整期间最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，具体是指：当瓦斯流量降低至低于设定值后，调节超声波发生器使超声波换能器向煤体发射不同频率的超声波，记录在各频率的超声波条件下的瓦斯流量，将超声波频率固定在重新调整期间最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采。设定值根据实际工程需求进行确定。超声波频率的上限值根据实际煤岩体的地质条件进行确定。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型提供了一种与现有瓦斯抽采装置结构明显不同的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，该装置的瓦斯抽采的多孔段的外壁上具有磁性层，各超声波换能器分别固定在具有电磁性弧面安装壳内，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，各超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接，通过调节双刀双掷开关的方向变电流方向可使电磁性弧面的磁性发生变化，进而将超声波换能器固定在瓦斯抽采管的多孔段上或者是钻孔壁上，这种结构能实现超声波换能器在任意角度和方向的钻孔中的安装和使用，克服了现有强化瓦斯开采方法不适用于垂直向上、倾斜向上的钻孔的不足，有效拓宽了装置的应用范围，特别适用于高突低透煤层的瓦斯抽采。

2.本实用新型提供了瓦斯抽采装置中，该装置包括多个超声波换能器，工作时超声波换能器向煤体内发射超声波，产生的振动可促进瓦斯从吸附状态转为游离状态，同时使煤体产生大量裂隙网络形成瓦斯在煤体内的运移通道，而工作时多个超声波换能器正好分布在瓦斯抽采管的多孔段所处的钻孔壁上，从煤层中进入钻孔的瓦斯直接经多孔段即可进入瓦斯抽采管而被采出，无需都集中通过瓦斯抽采管的末端进入瓦斯抽采管，并且钻孔口处通过封孔管和密封层进行了密封，以上因素都有利于提高瓦斯抽采效率并且避免瓦斯泄露。

附图说明

图1是本实用新型所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置的结构示意图，也是该装置在工作状态的示意图；

图2是本实用新型所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置的结构示意图，也是该装置在钻孔内安装完毕后的示意图；

图3是瓦斯抽采管的多孔段的结构示意图；

图4是安装了超声波换能器的安装壳的结构示意图；

图5是安装了超声波换能器的安装壳在瓦斯抽采管的多孔部段上固定的示意图；

图中，1—超声波发生器、2—超声波换能器、3—瓦斯抽采泵、4—瓦斯抽采管、4-1—多孔段、5—气体流量计、6—封孔管、7—电控箱、8—安装壳、8-1—电磁性弧面、9—磁性层、10—密封层、11—第一防爆导线、12—双刀双掷开关、13—第二防爆导线、14—煤层。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本实用新型提供的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置及其使用方法作进一步说明。有必要指出，以下实施例只用于对本实用新型作进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员根据上述实用新型内容，对本实用新型做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，仍属于实用新型保护的范围。

下述各实施例中，采用的变频式超声波发生器为无级调频超声波发生器，由深圳市科波达有限公司生产，该超声波发生器的频率在13～60KHZ范围内连续可调，精密到0.1KHZ，同时该超声波发生器的功率在0～3000W之间也能实现连续无级可调。

实施例1

本实施例中，孔内变频振动增透瓦斯抽采装置的结构示意图如图1-2所示，其中图是1瓦斯抽采工作状态的示意图，图2是该装置在钻孔内安装完毕后的示意图。

本实施例提供的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置包括变频式超声波发生器1、6个超声波换能器2、瓦斯抽采泵3、瓦斯抽采管4，还包括气体流量计5、封孔管6、电控箱7、安装壳8，超声波换能器位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内。

钻孔位于待进行瓦斯治理的煤层14中且钻孔水平设置，瓦斯抽采管的外径为75mm，钻孔的内径为瓦斯抽采管外径的5倍，瓦斯抽采管4的一端位于钻孔底并且与钻孔底的距离为瓦斯抽采管外径的2倍、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵3相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段4-1，多孔段的结构如图3所示，多孔段的长度为2m，多孔段4-1上设置了多排孔径为4mm的孔隙，多孔段的孔隙率为30％，多孔段的外壁上设有厚度为3mm的磁性层9，该磁性层的材料为磁性氧化铁，气体流量计5安装在位于钻孔外的瓦斯抽采管上，封孔管6位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间由聚氨酯封孔材料填充形成了密封层10，封孔管6的长度为1m。

如图4所示，安装壳8为一端开放、一端封闭的筒体，该筒体的横截面形状呈长方形，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面8-1，安装壳的电磁性弧面8-1由硅钢制作，安装壳上设接线孔以供第一防爆导11和第二防爆导线13穿入和穿出安装壳，各超声波换能器2分别通过螺钉固定在安装壳8内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线11串联后通过双刀双掷开关12与电控箱7连接，各超声波换能器通过第二防爆导线13串联后与超声波发生器1连接。

当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层9的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，如图2所示。当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层9的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上，安装了超声波换能器的安装壳大致沿着钻孔的轴向分布为两排，与同一段第二防爆导线13相连的两个超声波换能器之间的距离为0.2～0.5m，如图1所示。

采用本实施例的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置进行瓦斯抽采，操作步骤如下：

①在需要进行瓦斯治理的煤层14中钻取钻孔，将安装了超声波换能器的安装壳8的电磁性弧面8-1通过第一防爆导线11串联后通过双刀双掷开关12与电控箱7连接，将各超声波换能器通过第二防爆导线13串联后与超声波发生器1连接；

②调节双刀双掷开关控制电流方向使安装壳8的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层的磁性相异，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，然后将固定了安装壳的瓦斯抽采管置于钻孔中，将封孔管置于钻孔的孔口部段与瓦斯抽采管之间，使用聚氨酯封孔材料封堵钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间的间隙，在瓦斯抽采管上安装气体流量计并连接瓦斯抽采泵；

③调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳8的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层的磁性相同，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上；

④开启瓦斯抽采泵，开启超声波发生器使超声波换能器向煤体发射不同频率的超声波，记录在各频率的超声波条件下的瓦斯流量，将超声波频率固定在最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过程中，当瓦斯流量降低至前一次确定的固定超声波频率对应的瓦斯流量的70％时，重新调整超声波频率，将超声波频率固定在重新调整期间最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，该步骤中控制超声波频率的上限值以避免以钻孔处的煤体坍塌。

实施例2

本实施例中，孔内变频振动增透瓦斯抽采装置的结构示意图类似于如图1-2所示，其中图是1瓦斯抽采工作状态的示意图，图2是该装置在钻孔内安装完毕后的示意图。

本实施例提供的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置包括变频式超声波发生器1、4个超声波换能器2、瓦斯抽采泵3、瓦斯抽采管4，还包括气体流量计5、封孔管6、电控箱7、安装壳8，超声波换能器位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内。

钻孔位于待进行瓦斯治理的煤层14中，钻孔倾斜向上设置，钻孔与水平面的夹角为45℃，瓦斯抽采管的外径为90mm钻孔的内径为瓦斯抽采管外径的3倍，瓦斯抽采管4的一端位于钻孔底并且与钻孔底的距离为瓦斯抽采管外径的1倍、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵3相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段4-1，多孔段的结构如图3所示，多孔段的长度为1.5m，多孔段4-1上设置了多排孔径为5mm的孔隙，多孔段的孔隙率为50％，多孔段的外壁上设有厚度为5mm的磁性层9，该磁性层的材料为磁性氧化铁，气体流量计5安装在位于钻孔外的瓦斯抽采管上，封孔管6位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间由聚氨酯封孔材料填充形成了密封层10，封孔管6的长度为2m。

如图4所示，安装壳8为一端开放、一端封闭的筒体，该筒体的横截面形状呈长方形，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面8-1，安装壳的电磁性弧面8-1由硅钢制作，安装壳上设接线孔以供第一防爆导11和第二防爆导线13穿入和穿出安装壳，各超声波换能器2分别通过螺钉固定在安装壳8内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线11串联后通过双刀双掷开关12与电控箱7连接，各超声波换能器通过第二防爆导线13串联后与超声波发生器1连接。

当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层9的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，如图2所示。当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层9的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上，安装了超声波换能器的安装壳大致沿着钻孔的轴向分布为两排，与同一段第二防爆导线13相连的两个超声波换能器之间的距离为0.3～0.6m，如图1所示。

采用本实施例的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置进行瓦斯抽采，操作步骤如下：

①在需要进行瓦斯治理的煤层14中钻取钻孔，将安装了超声波换能器的安装壳8的电磁性弧面8-1通过第一防爆导线11串联后通过双刀双掷开关12与电控箱7连接，将各超声波换能器通过第二防爆导线13串联后与超声波发生器1连接；

②调节双刀双掷开关控制电流方向使安装壳8的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层的磁性相异，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，然后将固定了安装壳的瓦斯抽采管置于钻孔中，将封孔管置于钻孔的孔口部段与瓦斯抽采管之间，使用聚氨酯封孔材料封堵钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间的间隙，在瓦斯抽采管上安装气体流量计并连接瓦斯抽采泵；

③调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳8的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层的磁性相同，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上；

④开启瓦斯抽采泵，开启超声波发生器使超声波换能器向煤体发射不同频率的超声波，记录在各频率的超声波条件下的瓦斯流量，将超声波频率固定在最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过程中，当瓦斯流量降低至前一次确定的固定超声波频率对应的瓦斯流量的75％时，重新调整超声波频率，将超声波频率固定在重新调整期间最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，该步骤中控制超声波频率的上限值以避免以钻孔处的煤体坍塌。

实施例3

本实施例中，孔内变频振动增透瓦斯抽采装置的结构示意图类似于如图1-2所示，其中图是1瓦斯抽采工作状态的示意图，图2是该装置在钻孔内安装完毕后的示意图。

本实施例提供的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置包括变频式超声波发生器1、10个超声波换能器2、瓦斯抽采泵3、瓦斯抽采管4，还包括气体流量计5、封孔管6、电控箱7、安装壳8，超声波换能器位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内。

钻孔位于待进行瓦斯治理的煤层14中，钻孔倾斜向下设置，钻孔与水平面的夹角为30°，瓦斯抽采管的外径为80mm，钻孔内径为瓦斯抽采管外径的4倍，瓦斯抽采管4的一端位于钻孔底并且与钻孔底的距离为瓦斯抽采管外径的3倍、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵3相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段4-1，多孔段的结构如图3所示，多孔段的长度为4m，多孔段4-1上设置了多排孔径为4mm的孔隙，多孔段的孔隙率为70％，多孔段的外壁上设有厚度为4mm的磁性层9，该磁性层的材料为磁性氧化铁，气体流量计5安装在位于钻孔外的瓦斯抽采管上，封孔管6位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间由聚氨酯封孔材料填充形成了密封层10，封孔管6的长度为2.5m。

如图4所示，安装壳8为一端开放、一端封闭的筒体，该筒体的横截面形状呈长方形，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面8-1，安装壳的电磁性弧面8-1由软铁制作，安装壳上设接线孔以供第一防爆导11和第二防爆导线13穿入和穿出安装壳，各超声波换能器2分别通过螺钉固定在安装壳8内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线11串联后通过双刀双掷开关12与电控箱7连接，各超声波换能器通过第二防爆导线13串联后与超声波发生器1连接。

当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层9的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，如图2所示。当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层9的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上，安装了超声波换能器的安装壳大致沿着钻孔的轴向分布为两排，与同一段第二防爆导线13相连的两个超声波换能器之间的距离为0.3～1m，如图1所示。

采用本实施例的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置进行瓦斯抽采，操作步骤如下：

①在需要进行瓦斯治理的煤层14中钻取钻孔，将安装了超声波换能器的安装壳8的电磁性弧面8-1通过第一防爆导线11串联后通过双刀双掷开关12与电控箱7连接，将各超声波换能器通过第二防爆导线13串联后与超声波发生器1连接；

②调节双刀双掷开关控制电流方向使安装壳8的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层的磁性相异，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，然后将固定了安装壳的瓦斯抽采管置于钻孔中，将封孔管置于钻孔的孔口部段与瓦斯抽采管之间，使用聚氨酯封孔材料封堵钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间的间隙，在瓦斯抽采管上安装气体流量计并连接瓦斯抽采泵；

③调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳8的电磁性弧面8-1的磁性与磁性层的磁性相同，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上；

④开启瓦斯抽采泵，开启超声波发生器使超声波换能器向煤体发射不同频率的超声波，记录在各频率的超声波条件下的瓦斯流量，将超声波频率固定在最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过程中，当瓦斯流量降低至前一次确定的固定超声波频率对应的瓦斯流量的80％时，重新调整超声波频率，将超声波频率固定在重新调整期间最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，该步骤中控制超声波频率的上限值以避免以钻孔处的煤体坍塌。

Claims (10)

1.孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，包括超声波发生器(1)、超声波换能器(2)、瓦斯抽采泵(3)、瓦斯抽采管(4)，其特征在于还包括气体流量计(5)、封孔管(6)、电控箱(7)、安装壳(8)，超声波发生器为变频式超声波发生器，超声波换能器至少为3个且位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内；

瓦斯抽采管(4)的一端位于钻孔底、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵(3)相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段(4-1)，多孔段的外壁上设有磁性层(9)，气体流量计(5)设置在瓦斯抽采管上，封孔管(6)位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间设有密封层(10)，封孔管(6)的长度为0.5～4m；

安装壳(8)为具有开口结构的罩体且具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面(8-1)，各超声波换能器(2)分别固定在安装壳(8)内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线(11)串联后通过双刀双掷开关(12)与电控箱(7)连接，各超声波换能器(2)通过第二防爆导线(13)串联后与超声波发生器(1)连接；

当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面(8-1)的磁性与磁性层(9)的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面(8-1)的磁性与磁性层(9)的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上。

2.根据权利要求1所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，瓦斯抽采管的多孔段(4-1)的长度至少为1.5m。

3.根据权利要求2所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，瓦斯抽采管的多孔段(4-1)的孔隙率为20％～80％。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，钻孔内径为瓦斯抽采管外径的3～5倍，瓦斯抽采管位于钻孔底的一端端部与钻孔底部距离为瓦斯抽采管外径的1～2倍。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，安装壳的电磁性弧面(8-1)由硅钢或软铁制作。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，安装壳(8)为一端开放、一端封闭的筒体，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面(8-1)。

7.根据权利要求5所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，安装壳(8)为一端开放、一端封闭的筒体，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面(8-1)。

8.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，磁性层(9)的厚度为至少为2mm。

9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，当安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上时，与同一段第二防爆导线(13)相连的两个超声波换能器之间的距离为0.3～2m。

10.根据权利要求4所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，当安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上时，与同一段第二防爆导线(13)相连的两个超声波换能器之间的距离为0.3～2m。