CN108343440A - 一种煤层巷道空化注水*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层巷道空化注水***，包括脉冲注水子***，脉冲注水子***的出液口通过注水管与设定区域的待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供高压脉冲水，还包括向高压脉冲水中注入空气实现空化注水的空气注入子***。本发明通过向脉动高压水流中压入空气实现空化注水，由于连续气泡的腐蚀性，使得煤层内裂隙腐蚀、煤层的可注性提高、促进裂隙开裂并贯通。此外，空气分子直径小于水分子，使得空气分子能够进入水分子不能进入的细小孔隙进而扩孔，使得水分子能够进入达到增强煤层渗透性并稀释煤层内瓦斯浓度的目的，达到充分注水的目的。
Description
技术领域
本发明属于煤层巷道注水***技术领域，尤其涉及一种煤层巷道空化注水***。
背景技术
西部地区是我国重要的煤炭生产基地，肩负着保障我国能源安全的使命。随着采掘深度的增加，该地区的煤矿正面临着日益严峻的冲击地压威胁。煤层注水是当前我国煤矿普遍使用的冲击地压防治方法，通过注水泵提供高压使地下水进入煤层的裂隙及孔隙中，软化煤层使得围岩内的高应力向深部转移。对于开采具有冲击倾向的煤层，煤层注水是一个长期的过程，在这一过程中提供高压的水泵将耗费大量的电能，水泵一般位于煤矿井下，水泵长时间产生的热量和复杂的线路都使得煤矿面临的瓦斯***风险增加。为增加注水量，当前对于可注性差的煤层，普遍使用脉冲注水的方式进行注水，但这种注水方法由于频繁的无恒压存在，常常会造成注水管的注水端部附近煤层裂隙贯通受限。专利201110204015.6公开了一种煤层注水***，其采用脉冲注水方式，但是对于可注性差的煤层，虽然脉冲注水方式对于注水量有一定的提高，但是仍然很难显著改善巷道围岩的受力状况。此外，对于我国西部矿区，水资源异常匮乏，地下水较少，使得该地区煤层冲击地压的防治工作面临挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种注水效果好的煤层巷道空化注水***。
为解决上述技术问题，本发明所提供的煤层巷道空化注水***，包括脉冲注水子***，所述脉冲注水子***的出液口通过注水管与设定区域的待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供高压脉冲水，还包括向高压脉冲水中注入空气实现空化注水的空气注入子***。
进一步的，所述空气注入子***包括空气压缩机和输气管，所述输气管的一端与空气压缩机的出气端对接，另一端与注水管连通，所述输气管上设有气压调节阀和气压表。
进一步的，所述脉冲注水子***包括与地表洗煤厂污水净化装置出水口连通储水箱、与储水箱出水口连通的进水管、静压驱动式脉冲水锤和注水管路，所述进水管出水端通过水分流阀分出两条支路，其中一条支路与静压驱动式脉冲水锤的进水口连通，另一条支路与注水管路的进水端连通，在所述注水管路上设有静压水表和控制阀门，所述注水管路和静压驱动式脉冲水锤的出水口通过聚水装置与注水管连通，所述聚水装置上设有水压总表。
进一步的，待注水煤层深度能够使得水头压力等于或者大于最大注水压力(脉动水压峰值对应的总注水压力)。
进一步的，所述聚水装置包括外壳，所述外壳内部形成有顶端为开口端，底端为封闭端的腔室，所述腔室内滑动设置有横向隔水板，所述横向隔水板与腔室内周壁间密封连接从而将腔室分为底端的密闭室和顶端的开口室，所述外壳底部设有连通所述密闭室且与注水管路和静压驱动式脉冲水锤出水口对接的进水口和与注水管连通的出水口，在所述外壳上还设有若干与腔室连通且沿其开口端方向间隔布置的若干水压分流管。
进一步的，所述腔室侧壁的顶端面上设有U形切口，所述U形切口的两侧壁上对称设有手柄滑槽，所述外壳上位于U形切口的底端处设有密封片弹性卷积装置，其卷积的格段式密封片与禁锢移动手柄相连，禁锢移动手柄能够在手柄滑槽内自由移动且能够通过旋转实现禁锢移动手柄的禁锢与松弛，禁锢移动手柄的底端与横向隔水板密封固定连接，格段式密封片的两侧密封卡装在U形切口两侧的手柄滑槽内，从而实现密闭室侧的U形切口的密封，当禁锢手柄松弛时，密封片卷积装置可以实现格段式密封片的自动卷积，当禁锢手柄带动横向格式板朝开口端移动时，各水压分流管依次与密闭室连通。
进一步的，所述手柄滑槽的两侧壁上均设有柔性密封条，当格段式密封片和禁锢移动手柄在两柔性密封条之间滑动时，所述柔性密封条呈压缩状态。
进一步的，注水管的出口端连接有若干***煤层注水孔中的注水支管，在每根注水支管上设有阀门。
进一步的，所述注水管上设有对高压脉冲水进行加热的加热装置。
进一步的，所述注水管上设有对高压脉冲水进行润滑的润滑剂供给装置。
进一步的，所述注水支管与煤层注水孔之间通过封孔器封堵，所述封孔器具有输气阻水的功能。
预先有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过向脉动高压水流中压入空气实现空化注水，由于连续气泡的腐蚀性，使得煤层内裂隙腐蚀、煤层的可注性提高、促进裂隙开裂并贯通。此外，空气分子直径小于水分子，使得空气分子能够进入水分子不能进入的细小孔隙进而扩孔，使得水分子能够进入达到增强煤层渗透性并稀释煤层内瓦斯浓度的目的，达到充分注水的目的。
2、以洗煤厂污水为水源，通过净化装置，提高水质使其达到注水水质的标准，以水自身的水头差为动力提供压力，无需水泵的参与提供能量，不仅能够实现安全、环保、零耗能的注水，而且能够优化现有的注水方法、提高注水效果并充分且灵活的运用水资源，对于我国西部矿区的水资源保护及矿区的安全、可持续发展具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
参见图1，一种煤层巷道空化注水***，包括脉冲注水子***，脉冲注水子***的出液口通过注水管1与设定区域的待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供高压脉冲水。本实施例中，脉冲注水子***包括与地表洗煤厂污水净化装置2出水口连通的储水箱3、与储水箱3出水口连通的进水管4、静压驱动式脉冲水锤5和注水管路6，进水管4出水端通过水分流阀7分出两条支路，其中一条支路与静压驱动式脉冲水锤5的进水口连通，另一条支路与注水管路6的进水端连通，在注水管路6上设有静压水表8和控制阀门9，注水管路6和静压驱动式脉冲水锤5的出水口通过聚水装置10与注水管1连通。还包括向高压脉冲水中注入空气实现空化注水的空气注入子***。其中，空气注入子***包括空气压缩机11和输气管12，输气管12的一端与空气压缩机11的出气端对接，另一端与注水管1连通，在输气管12上设有气压调节阀13和气压表14。优选的，输气管12的直径远小于注水管1的直径。具体的，注水管1的直径为100mm,输气管12的直径为20mm,使得输气管12中的空气压力很容易超过管路***内的水压。
对于埋藏深度较深的煤矿，井上水头与井下水头差较大，能够使得井上注水管路达到井下注水地点的水头压力等于甚至大于注水总压力。当需要相煤层注水时，打开储水箱3上的水流控制阀门15，使得水流流至连接静压水表8和静压驱动式脉动水锤5所在管路中，并使得恒压水与脉动水聚集于聚水装置10，打开空压机11与气压调节阀13并调节气体压力，使得输气管12的气压与注水管1的水压达到平衡，使得注水管1中的恒压脉动水流产生连续不断的气泡，最终实现空化注水，提高注水效果。
参见图1和图2，本实施例中，聚水装置10包括外壳10-1，外壳10-1内部形成有顶端为开口端，底端为封闭端的腔室10-2，腔室10-2内滑动设置有横向隔水板16，横向隔水板16与腔室10-2内周壁间密封连接从而将腔室10-2分为底端的密闭室10-2a和顶端的开口室10-2b，外壳10-1底部设有连通密闭室10-2a且与注水管路6和静压驱动式脉冲水锤5出水口对接的进水口和与注水管1连通的出水口，在外壳10-1上还设有若干与腔室10-2连通且沿其开口端方向间隔布置的若干水压分流管17。具体的，在腔室10-2的一侧壁的顶端面上设有U形切口18，U形切口18的两侧壁上对称设有手柄滑槽19，外壳10-1上位于U形切口18的底端处设有密封片弹性卷积装置20，其卷积的格段式密封片21与禁锢移动手柄22相连，禁锢移动手柄22能够在手柄滑槽19内自由移动且能够通过旋转实现禁锢移动手柄22的禁锢与松弛，禁锢移动手柄22的底端与横向隔水板16密封固定连接，格段式密封片21的两侧密封卡装在U形切口18两侧的手柄滑槽19内，从而实现密闭室10-2a侧的U形切口的密封，当禁锢手柄松弛时，密封片卷积装置20可以实现格段式密封片21的自动卷积，当禁锢手柄22带动横向隔水板16朝开口端移动时，各水压分流管17依次与密闭室10-2a连通。
参见图2，本实施例中，优选的，在手柄滑槽的两侧壁上均设有柔性密封条23，当格段式密封片21和禁锢移动手柄22在两柔性密封条23之间滑动时，柔性密封条23呈压缩状态。
当聚水装置内的总水压大于煤层注水所需压力时，通过移动禁锢移动手柄22实现其在手柄滑槽19内的移动从而带动横向隔水板16移动，进而调节密闭腔室10-2a的大小，实现与水压分流管17的连通，同时将密封片卷积装置20卷积的格段式密封片21伸长，由于柔性密封条23的存在使得禁锢移动手柄22移动过程中手柄滑槽19靠近密闭室端的一端。当禁锢移动手柄22持续移动时，密闭室10-2a不断扩大并逐渐与水压分流管17连接。各水压分流管17可根据用水地点的需求，接送至煤矿井下其它用水地点，如巷道喷雾降尘装置24、水雾式风筒25、煤矿机械26、工作面降尘装置等。
本实施例中，注水管1的出口端连接有若干***煤层注水孔中的注水支管27，在每根注水支管27上设有阀门28，注水管1与多个煤层注水钻孔相连，总水压过大，超过聚水装置分流分压的能力时，可以操作注水支管27上的阀门28实现多个煤层注水钻孔同时注水，当水压不是很大时，也可以通过注水支管27上的阀门28实现某个煤层注水钻孔的集中注水，优化深部煤层巷道的围岩受力状态。注水管1注水过程中，气泡中的多余的气体通过封孔器29排出煤层注水孔，封孔器采用柔性材料加工，具有输气阻水的效果。
为进一步提高水的水与煤的相互作用效果，在注水管1上设置加热装置30对水流进行加热，同时设置润滑剂供给装置31实现润滑剂的连续供给。
本发明***以洗煤厂污水为水源，通过净化装置，提高水质使其达到注水水质的标准；以水自身的水头差为动力提供压力，无需水泵的参与提供能量；通过管路***与聚水装置协调水压与流量，不仅能够实现注水水压的调节也可以根据水压的大小将水压分散到其他用途如除尘、煤矿机械用水等，或通过操作水流控制阀门集中供给某一用水地点；通过向恒压脉冲水流中压入空气实现空化注水，由于连续气泡的腐蚀性，使得煤层内裂隙腐蚀、煤层的可注性提高、促进裂隙开裂并贯通。此外，空气分子直径小于水分子，使得空气分子能够进入水分子不能进入的细小孔隙进而扩孔，使得水分子能够进入达到增强煤层渗透性并稀释煤层内瓦斯浓度的目的，达到充分注水的目的。因此，本注水***不仅能够实现安全、环保、零耗能的注水，而且能够优化现有的注水方法、提高注水效果并充分且灵活的运用水资源，对于我国西部矿区的水资源保护及矿区的安全、可持续发展具有重要意义。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种煤层巷道空化注水***，包括脉冲注水子***，所述脉冲注水子***的出液口通过注水管与设定区域的待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供高压脉冲水，其特征在于：还包括向高压脉冲水中注入空气实现空化注水的空气注入子***。
2.根据权利要求1所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述空气注入子***包括空气压缩机和输气管，所述输气管的一端与空气压缩机的出气端对接，另一端与注水管连通，所述输气管上设有气压调节阀和气压表。
3.根据权利要求2所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述脉冲注水子***包括与地表洗煤厂污水净化装置出水口连通的储水箱、与储水箱出水口连通的进水管、静压驱动式脉冲水锤和注水管路，所述进水管出水端通过水分流阀分出两条支路，其中一条支路与静压驱动式脉冲水锤的进水口连通，另一条支路与注水管路的进水端连通，在所述注水管路上设有静压水表和控制阀门，所述注水管路和静压驱动式脉冲水锤的出水口通过聚水装置与注水管连通，所述聚水装置上设有水压总表。
4.根据权利要求3所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述聚水装置包括外壳，所述外壳内部形成有顶端为开口端，底端为封闭端的腔室，所述腔室内滑动设置有横向隔水板，所述横向隔水板与腔室内周壁间密封连接从而将腔室分为底端的密闭室和顶端的开口室，所述外壳底部设有连通所述密闭室且与注水管路和静压驱动式脉冲水锤出水口对接的进水口和与注水管连通的出水口，在所述外壳上还设有若干与腔室连通且沿其开口端方向间隔布置的若干水压分流管。
5.根据权利要求4所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述腔室侧壁的顶端面上设有U形切口，所述U形切口的两侧壁上对称设有手柄滑槽，所述外壳上位于U形切口的底端处设有密封片弹性卷积装置，其卷积的格段式密封片与禁锢移动手柄相连，禁锢移动手柄能够在手柄滑槽内自由移动且通过旋转实现禁锢移动手柄的禁锢与松弛，禁锢移动手柄的底端与横向隔水板密封固定连接，格段式密封片的两侧密封卡装在U形切口两侧的手柄滑槽内，从而实现密闭室侧的U形切口的密封，当禁锢手柄松弛时，密封片卷积装置可实现格段式密封片的自动卷积，当禁锢手柄带动横向格式板朝开口端移动时，各水压分流管依次与密闭室连通。
6.根据权利要求5所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述手柄滑槽的两侧壁上均设有柔性密封条，当格段式密封片和禁锢移动手柄在两柔性密封条之间滑动时，所述柔性密封条呈压缩状态。
7.根据权利要求3所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：注水管的出口端连接有若干***煤层注水孔中的注水支管，在每根注水支管上设有阀门。
8.根据权利要求7所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述注水支管与煤层注水孔之间通过封孔器封堵，所述封孔器具有输气阻水的功能。
9.根据权利要求3所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述注水管上设有对高压脉冲水进行加热的加热装置。
10.根据权利要求3所述的煤层巷道空化注水***，其特征在于：所述注水管上设有对高压脉冲水进行润滑的润滑剂供给装置。
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