下向瓦斯抽采钻孔排水排渣控制系统及方法与流程

本发明属于矿井瓦斯防治，具体涉及下向瓦斯抽采钻孔排水排渣控制系统，还涉及采用上述下向瓦斯抽采钻孔排水排渣控制系统的排水排渣方法。

背景技术：

1、瓦斯抽采是煤矿安全生产的重要环节，下向钻孔广泛应用于煤层瓦斯预抽及消突作业。但在长期运行过程中，受煤层渗水及钻孔应力变化影响，孔内易产生积水并伴随煤渣堆积。积水占据钻孔有效空间，阻碍瓦斯流动，煤渣堵塞抽采管路，导致抽采效率下降，甚至造成钻孔失效，已成为制约下向钻孔瓦斯高效抽采的重要因素。

2、现有下向钻孔排水排渣主要依赖人工巡检和手动操作，难以及时、准确获取孔内水位和煤渣状态，普遍存在监测滞后、排水不及时等问题；同时，单孔独立控制方式难以适应多钻孔集中抽采需求，自动化和管理效率较低。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是提供下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，解决了现有技术中存在的下向钻孔排水排渣主要依赖人工巡检和手动操作，存在监测滞后、排水不及时问题。

2、本发明的第二目的是提供下向瓦斯抽采钻孔排水排渣方法。

3、本发明所采用的第一技术方案是下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，包括钻孔水位监测单元、控制单元和排水排渣单元；钻孔水位监测单元和排水排渣单元均有若干组，钻孔水位监测单元和排水排渣单元的组数相对应，每组钻孔水位监测单元和排水排渣单元均与控制单元连接，每组排水排渣单元内部均设置有一组钻孔水位监测单元，每组排水排渣单元均对应设置在一个钻孔内。

4、本发明第一技术方案的的特征还在于：

5、钻孔水位监测单元包括超声波水位监测探头和超声波煤渣监测探头，超声波水位监测探头的安装位置与超声波煤渣监测探头的安装位置在钻孔轴向上错位分布，超声波水位监测探头和超声波煤渣监测探头均通过信号传输线与控制单元连接。

6、信号传输线为铠装线缆，信号传输线配设有线缆收集装置，线缆收集装置包括屈曲弹簧和集线装置，屈曲弹簧套设于信号传输线外部并与信号传输线固接，屈曲弹簧与信号传输线一同收纳安装在集线装置上。

7、控制单元包括包含主控计算机，主控计算机连接plc控制箱，plc控制箱通过线缆连接电动控制阀门，电动控制阀门有若干个，各个电动控制阀门均对应设置在排水排渣单元3上。

8、主控计算机包括数据采集模块、数据分析模块和控制模块，数据采集模块的信号输入端与超声波水位监测探头和超声波煤渣监测探头的信号输出端电连接，数据采集模块与数据分析模块通信连接，数据分析模块的信号输出端与控制模块的信号输入端连接，控制模块通过plc控制箱与各个电动控制阀门电连接。

9、电动控制阀门包括抽采口阀门、排渣口阀门、排水口阀门、压风阀门、供水阀门、抽采管阀门、固液气分离箱阀门；

10、抽采口阀门、排渣口阀门、排水口阀门、压风阀门、供水阀门、抽采管阀门、固液气分离箱阀门分别通过线缆与plc控制箱连接。

11、抽采口阀门、排渣口阀门、排水口阀门、压风阀门、供水阀门、抽采管阀门、固液气分离箱阀门分别通过线缆均对应设置在排水排渣单元上。

12、排水排渣单元包括瓦斯抽采管、排水排渣管、固液气分离箱、孔口四通、增压气动隔膜泵；

13、瓦斯抽采管和排水排渣管的一端安设在钻孔内部；

14、瓦斯抽采管的另一端与孔口四通的一端连接，孔口四通的另外三个端口上分别设置有压风阀门、供水阀门和抽采管阀门，设置有供水阀门的孔口四通的一端与井下供水管路连接，设置有压风阀门的孔口四通的一端与压风管路连接，供水管路与增压气动隔膜泵的接口相连接，增压气动隔膜泵还与plc控制箱电连接；

15、排水排渣管的另一端与固液气分离箱连接，排水排渣管上设置有固液气分离箱阀门，固液气分离箱的箱体上从顶部向下依次开设有抽采口、排渣口和排水口，抽采口、排渣口和排水口分别对应设有抽采电动控制阀门、排渣电动控制阀门、排水电动控制阀门，固液气分离箱内部设有将内部腔体隔开的滤网，滤网的安装位置位于排渣口的开口位置下方，抽采口接入瓦斯抽采系统。

16、本发明所采用的第二技术方案是下向瓦斯抽采钻孔排水排渣方法，采用上述下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，具体步骤如下：

17、步骤1、将瓦斯抽采管和排水排渣管下放至钻孔内，布置超声波水位监测探头和超声波煤渣监测探头，然后封孔，开启瓦斯抽采；

18、步骤2、通过主控计算机实时监测钻孔内水位和煤渣堆积量，超过阈值时，操控电动控制阀门进行排水排渣作业；

19、步骤3、排水排渣完成后，操控电动控制阀门恢复至瓦斯抽采状态，重复执行步骤2-3。

20、本发明第二技术方案的的特征还在于：

21、步骤2的具体过程如下：

22、步骤2.1、设置水位阈值和煤渣堆积阈值，并实时监控钻孔内水位和煤渣堆积量，采集实时水位和实时煤渣堆积量，通过信号传输线将数据传输至主控计算；

23、步骤2.3、主控计算机将采集实时水位和实时煤渣堆积量分别与对应的水位阈值和煤渣堆积阈值比较，当实时水位和实时煤渣堆积量中任意一个达到预设的阈值时，主控计算机发出指令，通过控制plc控制箱控制各个电动控制阀门的启停，进行排水排渣作业。

24、本发明的有益效果是：

25、本发明下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，该系统通过钻孔水位监测单元可以动态监测钻孔内水位和煤渣情况，对水位及煤渣堆积状态进行连续、动态检测，监测结果准确可靠，克服了传统依赖人工经验判断的不足问题；同时，每个钻孔内安装水位监测单元，排水排渣单元相关设施，统一接入控制单元，可以实现下向钻孔群组排水排渣。

26、本发明下向瓦斯抽采钻孔排水排渣方法，该方法通过控制单元，与钻孔水位监测单元和排水排渣单元联动，可按设定条件自动触发、连续完成排水排渣作业，减少人工干预，提高作业及时性与可靠性。

1.下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，包括钻孔水位监测单元（1）、控制单元（2）和排水排渣单元（3）；所述孔水位监测单元（1）和排水排渣单元（3）均有若干组，所述钻孔水位监测单元（1）和排水排渣单元（3）的组数相对应，每组所述钻孔水位监测单元（1）和排水排渣单元（3）均与控制单元（2）连接，每组所述排水排渣单元（3）内部均设置有一组钻孔水位监测单元（1），每组所述排水排渣单元（3）均对应设置在一个钻孔（5）内。

2.根据权利要求1所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，所述钻孔水位监测单元（1）包括超声波水位监测探头（101）和超声波煤渣监测探头（102），所述超声波水位监测探头（101）的安装位置与所述超声波煤渣监测探头（102）的安装位置在钻孔（5）轴向上错位分布，所述超声波水位监测探头（101）和超声波煤渣监测探头（102）均通过信号传输线（103）与控制单元（2）连接。

3.根据权利要求2所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，所述信号传输线（103）为铠装线缆，所述信号传输线（103）配设有线缆收集装置（104），所述线缆收集装置包括屈曲弹簧（1041）和集线装置（1042），所述屈曲弹簧（1041）套设于信号传输线（103）外部并与信号传输线（103）固接，所述屈曲弹簧（1041）与信号传输线（103）一同收纳安装在集线装置（1042）上。

4.根据权利要求2所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，所述控制单元（2）包括包含主控计算机（201），所述主控计算机（201）连接plc控制箱（202），所述plc控制箱（202）通过线缆（204）连接电动控制阀门（203），所述电动控制阀门（203）有若干个，各个所述电动控制阀门（203）设置排水排渣单元（3）在。

5.根据权利要求4所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，所述主控计算机（201）包括数据采集模块（2011）、数据分析模块（2012）和控制模块（2013），所述数据采集模块（2011）的信号输入端与超声波水位监测探头（101）和超声波煤渣监测探头（102）的信号输出端电连接，所述数据采集模块（2011）与数据分析模块（2012）通信连接，所述数据分析模块（2012）的信号输出端与控制模块（2013）的信号输入端连接，所述控制模块（2013）通过plc控制箱（202）与各个电动控制阀门（203）电连接。

6.根据权利要求4所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，所述电动控制阀门（203）包括抽采口阀门（2031）、排渣口阀门（2032）、排水口阀门（2033）、压风阀门（2034）、供水阀门（2035）、抽采管阀门（2036）、固液气分离箱阀门（2037）；

7.根据权利要求6所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，其特征在于，所述排水排渣单元（3）包括瓦斯抽采管（301）、排水排渣管（302）、固液气分离箱（303）、孔口四通（304）、增压气动隔膜泵（305）；

8.下向瓦斯抽采钻孔排水排渣方法，其特征在于，采用上述权利要求5-7所述下向瓦斯抽采钻孔排水排渣系统，具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述的下向瓦斯抽采钻孔排水排渣方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：