CN210440078U - 一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置，属于矿井瓦斯抽采领域，目的是实现煤层致裂卸压后，保持裂缝大小，并快速排出瓦斯气体，包括水槽、水压致裂模块、瓦斯抽采模块、水位调节模块和控制模块。水压致裂模块包括致裂管和高压水管，高压水管进水口与水槽连通，出水口与致裂管连通，并沿水流方向依次设置高压水泵、沙渗装置、进水阀门和压力传感器；瓦斯抽采模块包括排水管和排气管，实现瓦斯的抽水和排气；水位调节模块实现水槽内水位的调节；控制模块接收传感器信号，并控制所有阀门和水泵的开闭。该装置能够实现在卸压后对裂缝的支撑，并通过抽水实现对瓦斯的快速排出。

Description

一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置

技术领域

本实用新型涉及矿井瓦斯抽采领域，具体涉及一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置。

背景技术

煤矿开采过程前需要先对煤层的瓦斯进行抽放，来避免煤矿瓦斯浓度过高带来的安全隐患，早期常采用打瓦斯抽放井来降低采场瓦斯涌出量。近些年来，随着煤炭资源开采力度加大，煤炭开采的深度逐步加深，传统的邻近层抽放、本煤层抽放、采空区抽放不能解决深度煤层瓦斯抽放的问题。基于此，许多煤矿提出了水压致裂抽采的方法。

现阶段常采用的水压致裂抽采方法是通过输入高压水，将煤层自身裂缝扩大，再停止高压水输入，卸压后将瓦斯气体排出。然而，煤层致裂卸压后，没有水压支撑裂缝会收缩；卸压后，致裂所用的水布满裂缝，瓦斯气体较难排出。

因此，本申请提出新的基于水压致裂的瓦斯抽采装置。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置。该瓦斯抽采装置在致裂卸压后，通过沙粒作为支撑，能维持裂缝大小不变，并采用抽水排气的方式，快速将瓦斯气体排出，有效地提高了整体的排气量和效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案。

一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置，包括水槽、水压致裂模块、瓦斯抽采模块、水位调节模块和控制模块；

所述水压致裂模块包括致裂管和高压水管；所述高压水管的进水口与所述水槽底部连通，出水口与所述致裂管连通，所述高压水管沿水流方向依次设置有高压水泵、沙渗装置、进水阀门和压力传感器；

所述瓦斯抽采模块包括排水管和排气管；所述排水管的进水口与所述致裂管连通，出水口与所述水槽一侧上端连通，所述排水管沿水流方向依次设置有排水阀门和第一排水泵；所述排气管与所述水槽顶部连通，所述排气管上设置有排气阀门；

所述水位调节模块包括补水管、去水管和储水箱，所述补水管和去水管的两端通过水管分别与所述水槽另一侧下端和所述储水箱连通，所述补水管和去水管上分别设置有进水泵和第二排水泵；

所述水槽内设有液位传感器；所述控制模块接收所述压力传感器和液位传感器信号，并控制所有阀门和水泵的开闭。

优选地，所述水压致裂模块还包括密封圈和法兰；所述致裂管依次穿过所述法兰和密封圈，进入抽采钻孔，并采用固定螺栓通过所述法兰与煤体固定连接。

优选地，所述致裂管前端布置若干孔。

优选地，所述沙渗装置包括沙箱；所述沙箱通过水管与所述高压水管连通，所述沙箱与所述高压水管之间的水管上设置有沙箱阀门。

优选地，所述控制模块包括PLC控制器、与所述PLC控制器输入端口连接的V电源和输出端口电连接的V电源；所述PLC控制器设有启动开关和紧急停止开关，所述压力传感器和液位传感器分别与所述PLC控制器的输入端口电连接，所述沙箱阀门、进水阀门、排水阀门、排气阀门、高压水泵、进水泵、第一排水泵和第二排水泵分别与所述PLC控制器的输出端口电连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置，通过设置了沙渗装置，将沙粒作为支撑剂，在致裂即将结束时添加到高压水中，完全卸压后支撑裂缝，能够更为充分的排放瓦斯气体；通过抽水的方式，将瓦斯气体和水同时带离裂缝，实现瓦斯的快速排出；水压致裂模块和瓦斯抽采模块均接入一个水槽，实现致裂水的循环使用；通过水位调节模块，有效的为整个装置提供充足的致裂水。整体结构安装拆卸方便，抽采效果突出。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置的结构图；

图2是本实用新型实施例的一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置的控制模块电路图；

图3是本实用新型实施例的一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置的控制逻辑结构图；

图中：1、致裂管；2、密封圈；3、法兰；4、排水阀门；5、压力传感器；6、第一排水泵；7、进水阀门；8、沙箱阀门；9、沙箱；10、水槽；11、排气阀门；12、高压水泵；13、进水泵；14、第二排水泵；15、储水箱。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置，如图1-3所示，其特征在于，包括水槽10、水压致裂模块、瓦斯抽采模块、水位调节模块和控制模块；

水压致裂模块包括致裂管1和高压水管；高压水管的进水口与水槽10底部连通，出水口与致裂管1连通，高压水管沿水流方向依次设置有高压水泵12、沙渗装置、进水阀门7和压力传感器5。将水槽10中的水通过高压水泵12进行加压，然后进入致裂管1，进而对煤体进行致裂；采用压力传感器5通过控制模块实时采集水压信号，当水压稳定时，表明出水口无压力，因此致裂环节结束。

瓦斯抽采模块包括排水管和排气管；排水管的进水口与致裂管1连通，出水口与水槽10一侧上端连通，排水管沿水流方向依次设置有排水阀门4和第一排水泵6；排气管与水槽10顶部连通，排气管上设置有排气阀门11。卸压后，通过第一排水泵6将裂缝的水和瓦斯气体快速排出，通过水槽10顶部的排气阀门4控制排气环节，能够有效的提高排气的效果和效率。

同时，水压致裂模块和瓦斯抽采模块都接于一个水槽10，能够实现致裂水的循环使用。为了不影响致裂效果，可在高压水管进水口设置过滤装置。

水位调节模块包括补水管、去水管和储水箱15，补水管和去水管的两端通过水管分别与水槽10另一侧下端和储水箱15连通，补水管和去水管上分别设置有进水泵13和第二排水泵14；

水槽10内设有液位传感器；控制模块接收压力传感器5和液位传感器信号，并控制所有阀门和水泵的开闭。

较佳地，水压致裂模块还包括密封圈2和法兰3；致裂管1依次穿过法兰3和密封圈2，进入抽采钻孔，并采用固定螺栓通过法兰3与煤体固定连接，保证高压水在致裂时的不产生外泄。致裂管1前端布置若干孔，为高压水致裂提供了多方向致裂，增加致裂效果。

此外，沙渗装置包括沙箱9；沙箱9通过水管与高压水管连通，沙箱9与高压水管之间的水管上设置有沙箱阀门8，通过阀门的开闭，实现对沙粒的添加。

具体的，如图2、3所示，控制模块包括PLC控制器、与PLC控制器输入端口连接的24V电源和输出端口电连接的220V电源，对传感器、水泵和阀门供电；PLC控制器设有启动开关和紧急停止开关，压力传感器5和液位传感器分别与PLC控制器的输入端口电连接，沙箱阀门8、进水阀门7、排水阀门4、排气阀门11、高压水泵12、进水泵13、第一排水泵6和第二排水泵14分别与PLC控制器的输出端口电连接。接收传感器信号后，根据相应的环节对各个阀门和水泵进行控制，实现致裂环节、支撑环节和排气排水环节的顺利进行，同时通过控制水位调节模块，根据水槽10的水量合理的补充或排出水。

在实施例中，为了实现高压水致裂的效果，通过法兰3和密封圈2将致裂管1固定在已钻好的抽采孔，通过高压水泵12从水槽10中抽水，将高压水注入致裂管1，从致裂管1前端的若干孔向四周致裂；高压水管上设有压力传感器，当致裂水压力下降并且稳定在一定数值范围，控制模块中PLC控制器控制沙箱阀门8打开，通过沙渗装置向致裂水中加入沙粒，起支撑裂缝作用；然后通过PLC控制器控制高压水泵12、进水阀门7和沙箱阀门8的关闭，打开瓦斯抽采模块中的排水阀门4，将裂缝中的水向外排出；接着打开排气阀门11，对裂缝中的瓦斯进行收集。

此外，在水槽10中设有液位传感器。当液面高度高于排水管排水口高度使，会使排水排气较为困难，因此通过PLC控制器控制水位调节模块的第二排水泵14向储水箱进行排水；若液面高度较低时，无法为水压致裂模块提供充足的致裂水，故通过PLC控制器控制进水泵13向水槽10注水。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于水压致裂的瓦斯抽采装置，其特征在于，包括水槽(10)、水压致裂模块、瓦斯抽采模块、水位调节模块和控制模块；

所述水压致裂模块包括致裂管(1)和高压水管；所述高压水管的进水口与所述水槽(10)底部连通，出水口与所述致裂管(1)连通，所述高压水管沿水流方向依次设置有高压水泵(12)、沙渗装置、进水阀门(7)和压力传感器(5)；

所述瓦斯抽采模块包括排水管和排气管；所述排水管的进水口与所述致裂管(1)连通，出水口与所述水槽(10)一侧上端连通，所述排水管沿水流方向依次设置有排水阀门(4)和第一排水泵(6)；所述排气管与所述水槽(10)顶部连通，所述排气管上设置有排气阀门(11)；

所述水位调节模块包括补水管、去水管和储水箱(15)，所述补水管和去水管的两端通过水管分别与所述水槽(10)另一侧下端和所述储水箱(15)连通，所述补水管和去水管上分别设置有进水泵(13)和第二排水泵(14)；

所述水槽(10)内设有液位传感器；所述控制模块接收所述压力传感器(5)和液位传感器信号，并控制所有阀门和水泵的开闭。

2.根据权利要求1所述的基于水压致裂的瓦斯抽采装置，其特征在于，所述水压致裂模块还包括密封圈(2)和法兰(3)；所述致裂管(1)依次穿过所述法兰(3)和密封圈(2)，进入抽采钻孔，并采用固定螺栓通过所述法兰(3)与煤体固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于水压致裂的瓦斯抽采装置，其特征在于，所述致裂管(1)前端布置若干孔。

4.根据权利要求1所述的基于水压致裂的瓦斯抽采装置，其特征在于，所述沙渗装置包括沙箱(9)；所述沙箱(9)通过水管与所述高压水管连通，所述沙箱(9)与所述高压水管之间的水管上设置有沙箱阀门(8)。

5.根据权利要求4所述的基于水压致裂的瓦斯抽采装置，其特征在于，所述控制模块包括PLC控制器、与所述PLC控制器输入端口连接的24V电源和输出端口电连接的220V电源；所述PLC控制器设有启动开关和紧急停止开关，所述压力传感器(5)和液位传感器分别与所述PLC控制器的输入端口电连接，所述沙箱阀门(8)、进水阀门(7)、排水阀门(4)、排气阀门(11)、高压水泵(12)、进水泵(13)、第一排水泵(6)和第二排水泵(14)分别与所述PLC控制器的输出端口电连接。

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