CN213711097U - 一种煤矿瓦斯分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤矿瓦斯分离装置，包括混合气体抽离机构、一级瓦斯分离机构和二级瓦斯分离机构，混合气体抽离机构与一级瓦斯分离机构通过第一导气管连接，一级瓦斯分离机构与二级瓦斯分离机构第二导气管连接；使用时，本装置通过将抽离探管设置为多节，可适用于不同深度的矿井瓦斯层的抽离；同时通过设计两级瓦斯分离机构，分别通过冷凝分离和涡流分离对瓦斯与水流进行分离，分离效果好，分离得到的瓦斯纯度高，且可实现多个瓦斯抽离孔的同时抽离工作，具有分离效果好、适用范围广的特点。

Description

一种煤矿瓦斯分离装置

技术领域

本实用新型属于煤矿瓦斯抽离设备技术领域，具体涉及一种煤矿瓦斯分离装置。

背景技术

瓦斯是煤炭开采过程中产生副产品，它是从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，既是一种高热值的能源，同时又污染空气且对煤矿的安全生产造成不利影响，当空气中瓦斯含量为 5％～16％时，遇火会引起爆炸，所以煤矿瓦斯是造成矿井瓦斯事故的灾害之首，给安全生产带来很大的危险。随着煤矿开采难度越来越大，瓦斯突出问题也越来越多，因此，在煤矿安全生产过程中，对瓦斯的抽采是一种解决瓦斯影响煤矿安全生产的有效途径；

瓦斯抽放是高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井综合治理矿井瓦斯的治本之策，瓦斯抽放方法比较多；按空间上划分有本煤层抽放、邻近层抽放、采空区抽放；按时间上划分为采前预抽、边掘边抽、边采边抽、采空区抽放；按抽放工艺划分为巷道抽放法、钻孔抽放法、巷道和钻孔联合抽放法；按是否受到卸压影响又可分为未卸压抽放、卸压抽放等；

在矿井瓦斯的抽放过程中，容易造成瓦斯超限事故的环节往往是在施工瓦斯抽放钻孔的过程，传统的施工瓦斯抽放钻孔方式是将钻孔瓦斯及冲洗介质粗暴直接排入钻场或工作面，造成施工地点及工作面瓦斯超限，酿成瓦斯事故；特别是在施工高瓦斯、瓦斯突出矿井的煤层或施工瓦斯矿井瓦斯构造复杂的煤层时，很容易造成大量瓦斯涌出或喷出，酿成严重的事故；传统的施工瓦斯抽放往往是钻孔施工结束后，才开始联网抽放，这样由于钻孔内瓦斯基本未泄压，不仅在施工钻孔时容易发生瓦斯异常涌出和喷出，联网期间也经常发生瓦斯超限事故，严重影响工作面正常生产，且在高瓦斯和井下涡流紊乱的矿井中，抽离探头在钻孔内难以固定。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种煤矿瓦斯分离装置，通过将抽离探管设置为多节，可适用于不同深度的矿井瓦斯层的抽离；同时通过设计两级瓦斯分离机构，分别通过冷凝分离和涡流分离对瓦斯与水流进行分离，分离效果好，分离得到的瓦斯纯度高，且可实现多个瓦斯抽离孔的同时抽离工作，具有分离效果好、适用范围广的特点。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种煤矿瓦斯分离装置，包括混合气体抽离机构、一级瓦斯分离机构和二级瓦斯分离机构，混合气体抽离机构与一级瓦斯分离机构通过第一导气管连接，一级瓦斯分离机构与二级瓦斯分离机构第二导气管连接；

混合气体抽离机构包括抽离探管和第一抽离泵，抽离探管由多节套管连接而成，且在抽离探管的尾端探管上设置有法兰盘与第一导气管法兰连接；

一级瓦斯分离机构包括第一冷凝分离箱和第一集液箱，第一冷凝分离箱为内腔封闭的喇叭状冷凝箱，且在第一冷凝分离箱上设置有第一连接口、第二连接口、第三连接口和第四连接口与内部空腔连通，第一连接口与第一抽离泵连接，第二连接口与第二导气管连接，第三连接口与第一导气管连接，第四连接口通过第一控制阀与第一集液箱连接；所述第一冷凝分离箱的内腔中还设置有导流板；

二级瓦斯分离机构包括第二涡流分离箱、第二集液箱、瓦斯收集罐和第二瓦斯泵，第二涡流分离箱内设置有瓦斯分离组件，且在第二涡流分离箱上设置有第五连接口、第六连接口和第七连接口与内部空腔连通，第五连接口设置在第二涡流分离箱的下部侧壁上，与第二导气管连接，第六连接口与第三导气管的一端连接，第三导气管的另一端通过第三控制阀与瓦斯收集罐连接，且在第三导气管上设置有第二瓦斯泵，第七连接口通过第二控制阀与第二集液箱连接。

优选的，所述的抽离探管为中空套管，包括限位套管和抽离探管本体，抽离探管本体包括尾节探管、标准节探管和首节探管，各节探管之间均法兰连接，尾节探管与第一导气管的一端支管连接，所述尾节探管和首节探管上均等距设置有滑槽，滑槽的槽深由探管前端部向后逐渐加深；所述首节探管的前端部为锥形结构，且在锥形结构的前端设置有滤网。

优选的，所述的限位套管包括橡胶圈和顶封套筒，顶封套筒上设置有至少一个环状凹槽，橡胶圈套接在环状凹槽内；所述环状凹槽内等分设置有限位凸起和贯穿顶封套筒的穿接孔，限位凸起与设置在橡胶圈上的限位卡槽配合使用，设置在橡胶圈上的顶封凸起的前端穿过穿接孔顶在滑槽内。

优选的，所述的导流板与水平方向的夹角在30°-65°之间。

优选的，所述的瓦斯分离组件为回转机构，包括转杆、螺旋带和加速叶片，转杆为空心结构，转杆的下端设置有转动连接端，转动连接端通过卡紧螺帽与设置在第二涡流分离箱内的固定底板转动连接，转杆的上端还设置有转动连接头与设置在第六连接口内侧的转动轴承配合使用，加速叶片安装在转杆下端的叶片安装槽内；且在转杆上端还设置有气流导流孔与转杆内部空腔连通。

优选的，所述的固定底板上设置有若干贯穿固定底板的水流导流口。

优选的，所述的第五连接口的气流输出端与加速叶片的叶片内弯受力面正对。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种煤矿瓦斯分离装置，与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于：

(1)本使用上述设计了一种煤矿瓦斯分离装置，包括混合气体抽离机构，混合气体抽离机构包括抽离探管和第一抽离泵，在使用时，利用第一抽离泵将抽离探管内抽吸至负压状态，使得瓦斯层的瓦斯混合气体可以进入到第一冷凝分离箱中，使用简单方便；同时抽离探管由尾节探管、若干标准节探管和首节探管法兰连接而成，使用时可以根据钻孔深度，选择标准节探管的个数，对瓦斯混合气体进行抽离；

(2)同时，本装置在尾节探管和首节探管上设置有槽深由探管前端部向后逐渐加深的滑槽，在使用时，通过滑槽与顶封凸起之间的相互作用，使得橡胶圈的外侧部可以与钻孔侧壁紧密接触，对抽离探管在钻孔内的位置进行定位，同时还可以起到一定的封压作用，使得瓦斯层的压力保持稳定，减少第一抽离泵的使用功率，起到一定的节能作用；

(3)本装置还包括一级瓦斯分离机构和二级瓦斯分离机构，在对混合瓦斯气体中的气态水进行抽离时，首先利用一级瓦斯分离机构的第一冷凝分离箱将气态水凝结收集，然后利用第二涡流分离箱内的瓦斯分离组件通过高速转动，将气化的水进行抽离，得到瓦斯气体，并进行收集，进行后期的气体抽离，分离效果好，分离得到的瓦斯纯度高，且可实现多个瓦斯抽离孔的同时抽离工作；

(4)瓦斯分离组件包括转杆、螺旋带和加速叶片，在使用时，通过穿过第六连接口的混合气体作用在加速叶片上，带动转杆高速转动，使得瓦斯气体形成涡流，涡流在第二瓦斯泵的作用下穿过气流导流孔进入到瓦斯收集罐中，气化的水分子被甩到第二涡流分离箱的内壁上，形成水珠落下，实现瓦斯气体与水分子的分离，具有分离效果好、得到的瓦斯气体纯度高的优点。

附图说明

图1为本实用新型煤矿瓦斯分离装置在进行多点抽离时的效果图。

图2为本实用新型煤矿瓦斯分离装置的结构示意图。

图3为本实用新型尾节探管的主视图。

图4为本实用新型标准节探管的主视图。

图5为本实用新型首节探管的主视图。

图6为本实用新型限位套管的结构示意图。

图7为本实用新型顶封套筒的结构示意图。

图8为本实用新型橡胶圈的结构示意图。

图9为本实用新型第一冷凝分离箱的剖视图。

图10为本实用新型第二涡流分离箱的主视图。

图11为本实用新型第二涡流分离箱的剖视图。

图12为本实用新型瓦斯分离组件的结构示意图。

图13为本实用新型瓦斯分离组件下部分的俯视图。

其中：1.抽离探管，11.尾节探管，12.标准节探管，13.首节探管，14.滑槽，15.滤网，16.限位套管，161.橡胶圈，1611.限位卡槽， 1612.顶封凸起，162.顶封套筒，1621.穿接孔，1622.环状凹槽，2.第一导气管，21.第二导气管，22.第三导气管，3.第一冷凝分离箱，31.第一连接口，32.第二连接口，33.第三连接口，34.第四连接口， 35.导流板，4.第一集液箱，41.第二集液箱，5.第一抽离泵，51. 第二瓦斯泵，6.第二涡流分离箱，61.第五连接口，62.第六连接口， 63.第七连接口，64.固定底板，641.水流导流口，65.转动轴承，7. 瓦斯收集罐，8.第一控制阀，81.第二控制阀，82.第三控制阀，9. 转杆，91.螺旋带，92.气流导流孔，93.转动连接头，94.叶片安装槽， 95.加速叶片，96.转动连接端，97.卡紧螺帽，a.导流板与水平方向的夹角。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-13所示的一种煤矿瓦斯分离装置，包括混合气体抽离机构、一级瓦斯分离机构和二级瓦斯分离机构，混合气体抽离机构与一级瓦斯分离机构通过第一导气管2连接，一级瓦斯分离机构与二级瓦斯分离机构第二导气管21连接；所述混合气体抽离机构包括抽离探管1和第一抽离泵5，抽离探管1由多节套管连接而成，且在抽离探管1的尾端探管上设置有法兰盘与第一导气管2法兰连接，使用时，利用抽离探管1将瓦斯层的瓦斯混合气体抽出；所述一级瓦斯分离机构包括第一冷凝分离箱3和第一集液箱4，第一冷凝分离箱3为内腔封闭的喇叭状冷凝箱，且在第一冷凝分离箱3上设置有第一连接口31、第二连接口32、第三连接口33和第四连接口34与内部空腔连通，第一连接口31与第一抽离泵5连接，使用时第一抽离泵5将第一冷凝分离箱3和抽离探管1内抽至负压状态，从而使得瓦斯层的混合瓦斯气体源源不断的从瓦斯层涌出，抽离至第一冷凝分离箱3内，第二连接口32与第二导气管21连接，经冷凝除水过的瓦斯混合气体通过第二导气管21进入到第二涡流分离箱6中，第三连接口33与第一导气管2连接，使得第一冷凝分离箱3与抽离探管1连通，第四连接口34通过第一控制阀8与第一集液箱4连接，将经第一冷凝分离箱3冷凝过的水储存在第一集液箱4中，且为保证好的冷凝效果，所述第一冷凝分离箱3的内腔中还设置有导流板35，通过导流板35改变气流的流通路径和增大气流与第一冷凝分离箱3内壁的接触面积，且为了保证好的导流效果，所述导流板与水平方向的夹角a在30°-65°之间；所述二级瓦斯分离机构包括第二涡流分离箱6、第二集液箱41、瓦斯收集罐7和第二瓦斯泵51，第二涡流分离箱6内设置有瓦斯分离组件，瓦斯分离组件通过高速转动，实现瓦斯气体与水分子的气液分离，且在第二涡流分离箱6上设置有第五连接口61、第六连接口 62和第七连接口63与内部空腔连通，第五连接口61设置在第二涡流分离箱6的下部侧壁上，与第二导气管21连接，通过第二导气管 21将第二涡流分离箱6与第一冷凝分离箱3连通，使得气体可以流通，第六连接口62与第三导气管22的一端连接，第三导气管22的另一端通过第三控制阀82与瓦斯收集罐7连接，通过第三导气管22 实现瓦斯收集罐7与第二涡流分离箱6的连通，将经第二涡流分离箱6分离过后的瓦斯气体抽入到瓦斯收集罐7中进行储存。

优选的，为保证分离过后的瓦斯气体的流速，保证工作效率，在第三导气管22上设置有第二瓦斯泵51，第七连接口63通过第二控制阀81与第二集液箱41连接，即在使用过程中，打开第二瓦斯泵 51，将经第二涡流分离箱6分离过后的瓦斯气体抽入到瓦斯收集罐7中进行储存。

优选的，所述的第一冷凝分离箱3的侧壁上设置有冷凝系统(现有技术，图中未画出)，该冷凝系统与冰箱中的冷凝箱原理相同，详见申请号为：200910309332.7记载的电冰箱用微通道冷凝器。

优选的，所述的抽离探管1为中空套管，包括限位套管16和抽离探管本体，抽离探管本体包括尾节探管11、标准节探管12和首节探管13，各节探管之间均法兰连接，尾节探管11与第一导气管2的一端支管法兰连接；且为了对抽离探管本体在钻孔中的位置进行限位，在所述尾节探管11和首节探管13上均等距设置有滑槽14，且滑槽 14的槽深由探管前端部向后逐渐加深；所述的限位套管16包括橡胶圈161和顶封套筒162，顶封套筒162上设置有至少一个环状凹槽 1622，橡胶圈161套接在环状凹槽1622内；所述环状凹槽1622内等分设置有限位凸起1623和贯穿顶封套筒162的穿接孔1621，限位凸起1623与设置在橡胶圈161上的限位卡槽1611配合使用，即在使用时，将限位凸起1623卡在限位卡槽1611内，对橡胶圈161在环状凹槽1622内的位置进行固定，设置在橡胶圈161上的顶封凸起1612的前端穿过穿接孔1621顶在滑槽14内，即在使用时，由于顶封套筒 162的外侧与钻孔围岩接触，因此当抽离探管本体在受到内部的瓦斯气体的冲击力向后运动时，随着抽离探管本体向后运动，随着滑槽 14的槽深逐渐变浅，使得顶封凸起1612与滑槽14挤压的越来越近，使得外部橡胶圈与钻孔围岩之间的摩擦力越来越大，对抽离探管在钻孔内的位置进行定位，同时还可以起到一定的封压作用，使得瓦斯层的压力保持稳定，减少第一抽离泵的使用功率，起到一定的节能作用；

优选的，为了防止在抽离混合气体的过程中，瓦斯层的碎屑和石头进入抽离探管本体中，造成探管堵塞，所述首节探管13的前端部为锥形结构，且在锥形结构的前端设置有滤网15，利用滤网15对瓦斯层的碎屑和石头进行阻挡。

优选的，所述的环状凹槽1622的设置数量优选设置3个。

优选的，所述的瓦斯分离组件为回转机构，包括转杆9、螺旋带 91和加速叶片95，转杆9为空心结构，转杆9的下端设置有转动连接端96，转动连接端96的下端通过卡紧螺帽97与设置在第二涡流分离箱6内的固定底板64转动连接，使得转杆的下端安装在固定底板64上，且在受到外力时，可以发生自转，转杆9的上端还设置有转动连接头93，转动连接头93与设置在第六连接口62内侧的转动轴承65配合使用，即将转动连接头93卡紧在转动轴承65的内环上，使得转杆9在第二涡流分离箱6内可以自由转动，加速叶片95安装在转杆9下端的叶片安装槽94内，且为保证气流可以进入到第三导气管22内，在转杆9上端还设置有气流导流孔92与转杆内部空腔连通，使得经分离后的瓦斯气体通过第三导气管22被抽离到瓦斯收集罐7内进行储存；在使用时，当气流穿过第五连接口61进入到第二涡流分离箱6内时，高流速的哎呀作用在加速叶片95的叶片内弯受力面上，推动转杆9高速转动，使得瓦斯气体形成涡流沿着转杆9上升，而本身质量较大的水分子由于惯性的因素，被甩到第二涡流分离箱6的内壁上，形成水珠落下，落到固定底板64，实现瓦斯气体与水分子的分离；

优选的，为了使得落到固定底板64上的水珠能排到第二集液箱 41内，所述的固定底板64上设置有若干贯穿固定底板的水流导流口641。

优选的，为了保证穿过第五连接口61的气流的加速作用，所述的加速叶片95的叶片内弯受力面与第五连接口61的气流输出端对准。

本实用新型的工作原理及使用过程包括：

步骤一：钻孔，根据瓦斯层深度和瓦斯抽离、地形要求，定位出出钻孔点位，并钻孔；

步骤二:钻孔完成后，根据钻孔深度选择标准节探管12的数量，并与尾节探管11和首节探管13连接，形成抽离探管本体，同时在尾节探管11和首节探管13上安装限位套管16，将抽离探管1放入钻孔中，进行探孔，并通过外部预应力拉动抽离探管1，对抽离探管1 在钻孔内的位置进行固定，钻孔物质固定后，根据需要安装第一导气管2和其他设备，安装完成后，依次打开第一抽离泵5和第二瓦斯泵 51，和各级控制阀(安装时控制阀应关闭)，进行抽气，并在抽气过程中对瓦斯混合气体中的水分子进行两级分离，将得到的瓦斯气体储存在瓦斯收集罐7内。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：包括混合气体抽离机构、一级瓦斯分离机构和二级瓦斯分离机构，混合气体抽离机构与一级瓦斯分离机构通过第一导气管(2)连接，一级瓦斯分离机构与二级瓦斯分离机构第二导气管(21)连接；

混合气体抽离机构包括抽离探管(1)和第一抽离泵(5)，抽离探管(1)由多节套管连接而成，且在抽离探管(1)的尾端探管上设置有法兰盘与第一导气管(2)法兰连接；

一级瓦斯分离机构包括第一冷凝分离箱(3)和第一集液箱(4)，第一冷凝分离箱(3)为内腔封闭的喇叭状冷凝箱，且在第一冷凝分离箱(3)上设置有第一连接口(31)、第二连接口(32)、第三连接口(33)和第四连接口(34)与内部空腔连通，第一连接口(31)与第一抽离泵(5)连接，第二连接口(32)与第二导气管(21)连接，第三连接口(33)与第一导气管(2)连接，第四连接口(34)通过第一控制阀(8)与第一集液箱(4)连接；所述第一冷凝分离箱(3)的内腔中还设置有导流板(35)；

二级瓦斯分离机构包括第二涡流分离箱(6)、第二集液箱(41)、瓦斯收集罐(7)和第二瓦斯泵(51)，第二涡流分离箱(6)内设置有瓦斯分离组件，且在第二涡流分离箱(6)上设置有第五连接口(61)、第六连接口(62)和第七连接口(63)与内部空腔连通，第五连接口(61)设置在第二涡流分离箱(6)的下部侧壁上，与第二导气管(21)连接，第六连接口(62)与第三导气管(22)的一端连接，第三导气管(22)的另一端通过第三控制阀(82)与瓦斯收集罐(7)连接，且在第三导气管(22)上设置有第二瓦斯泵(51)，第七连接口(63)通过第二控制阀(81)与第二集液箱(41)连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：所述的抽离探管(1)为中空套管，包括限位套管(16)和抽离探管本体，抽离探管本体包括尾节探管(11)、标准节探管(12)和首节探管(13)，各节探管之间均法兰连接，尾节探管(11)与第一导气管(2)的一端支管连接，所述尾节探管(11)和首节探管(13)上均等距设置有滑槽(14)，滑槽(14)的槽深由探管前端部向后逐渐加深；所述首节探管(13)的前端部为锥形结构，且在锥形结构的前端设置有滤网(15)。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：所述的限位套管(16)包括橡胶圈(161)和顶封套筒(162)，顶封套筒(162)上设置有至少一个环状凹槽(1622)，橡胶圈(161)套接在环状凹槽(1622)内；所述环状凹槽(1622)内等分设置有限位凸起(1623)和贯穿顶封套筒(162)的穿接孔(1621)，限位凸起(1623)与设置在橡胶圈(161)上的限位卡槽(1611)配合使用，设置在橡胶圈(161)上的顶封凸起(1612)的前端穿过穿接孔(1621)顶在滑槽(14)内。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：所述的导流板(35)与水平方向的夹角(a)在30°-65°之间。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：所述的瓦斯分离组件为回转机构，包括转杆(9)、螺旋带(91)和加速叶片(95)，转杆(9)为空心结构，转杆(9)的下端设置有转动连接端(96)，转动连接端(96)通过卡紧螺帽(97)与设置在第二涡流分离箱(6)内的固定底板(64)转动连接，转杆(9)的上端还设置有转动连接头(93)与设置在第六连接口(62)内侧的转动轴承(65)配合使用，加速叶片(95)安装在转杆(9)下端的叶片安装槽(94)内；且在转杆(9)上端还设置有气流导流孔(92)与转杆内部空腔连通。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：所述的固定底板(64)上设置有若干贯穿固定底板的水流导流口(641)。

7.根据权利要求5所述的一种煤矿瓦斯分离装置，其特征在于：所述的第五连接口(61)的气流输出端与加速叶片(95)的叶片内弯受力面正对。

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