煤矿用负角度深孔智能瓦斯抽采排水装置的制作方法

1.本发明涉及煤矿机械技术领域，进一步是煤矿抽水抽瓦斯装置，尤其是煤矿用负角度深孔智能瓦斯抽采排水装置。


背景技术：

2.煤炭开采时必须保证矿井的安全高效。在煤炭开采过程中，为了减少煤层开采时的瓦斯含量，煤层瓦斯超前排放得到了广泛的应用，采用的方法是在煤壁上钻瓦斯抽放孔，这里会遇到瓦斯与水的问题；需要进行抽采瓦斯与抽排水。
3.现有技术中钻孔抽采瓦斯与排水技术尚不成熟，许多设备，抽采瓦斯与抽排水是分离的，其效率不高，影响作业进度，进而影响煤矿的经济收入。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种煤矿用负角度深孔智能瓦斯抽采排水装置，它可以自动高效地进行钻孔的抽采瓦斯与抽排水工作。
5.本发明的目的是通过以下方案实现的：煤矿用负角度深孔智能瓦斯抽采排水装置，包括瓦斯抽放管、主管、抽水管，主管的末端连通瓦斯抽放管，瓦斯抽放管连接抽风装置；其特征在于：所述主管上设置有主管阀门，主管阀门处设置有旁路管，旁路管前端与后端置于主管内，旁路管前端连接于抽水管的后端，抽水管后部置于主管内，并从主管向前延伸置于钻孔内的水中；主管前端部伸入钻孔内，主管的主管口部与钻孔的孔口部间有密封环；主管后部连通放水器；主管阀门前部的主管连通进气管，进气管通向气源，进气管上设置有进气管阀；主管阀门、进气管阀的开关由控制箱内的定时转换开关所控制；主管阀门关闭/开启与进气管阀开启/关闭同步。
6.进一步：所述定时转换开关指电控定时转换器，其具体结构是：定时装置控制电磁阀，电磁阀有两个控制，其一是：主管阀门关同时进气管阀门开，从而开始抽水作业；其二是：主管阀门开同时进气管阀门关，从而开始抽瓦斯作业。
7.所述定时转换开关指气控定时转换器，其具体结构是：自动开关一方面通过气源管连接气源，自动开关另一方面通过六通输出气体，六通输出管分别连接：延时器a、延时器b、气控阀a、气控阀b、气控阀c的1个接口；气控阀c的其它4个接口分别连通延时器a、延时器b、三通a、三通b的1个接口，三通a的其它2个接口分别连通延时器a、气控阀a；三通b其它2个接口分别连通延时器b、气控阀b；气控阀a的其它两个接口分别连接气控管a、气控管b；气控管a、气控管b通向执行器，主管阀门的开关由执行器所控制；气控阀b的其它两个接口分别连接气控管c、气控管d；气控管c、气控管d通向进气管阀并控制进气管阀的开关。
8.所述旁路管的结构是：设置有前后两个z型透管，前z型透管后端置于主管外，前端置于主管内；后z型透管后端置于主管内，前端置于主管外。
9.所述抽水管前端部设置有滤孔。
10.所述主管前部采用不同弧度的弯曲管或通过活动弯曲管连接主管口。
11.所述气源管的进气口处设置有净化器。
12.所述前z型透管的后端与后z型透管的前端之间安装有观测管。
13.所述观测管处设置一个三通管。
14.本发明的设计原理是：开启正压进气管路，正压进气管路与负压抽放管路共同作用，实现抽排水；关闭正压进气管路，负压抽放管路用于抽采瓦斯；排水与抽瓦斯自动交替进行。
15.本发明的有益效果是：采用套管技术，将正压抽排水与负压抽采瓦斯结合为一体，从而实现自动高效地进行钻孔的抽采瓦斯与抽排水工作，从而提高作业效率。适用于煤矿井下倾斜向下钻孔（即负角度钻孔）的抽采瓦斯与抽排水作业。
16.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
17.图1为本发明结构的示意图，图2为本发明控制箱电控定时转换器工作方框图，图3为本发明控制箱气控定时转换器结构示意图，图4为本发明三通c安装位置示意图。
18.图中：1为瓦斯抽放管，2为主管，3为放水器，4为后z型透管，5为观测管，6为前z型透管，7为主管阀门，8为执行器，9为气控管a，10为气控管b，11为控制箱，12为气源管，13为净化器，14为气源接口，15为进气管，16为进气管阀，17为气控管c，18为气控管d，19为密封环，20为主管口，21为钻孔，22为抽水管，31为自动开关，32为六通，33为延时器a，34为延时器b，35为三通a，36为三通b，37为气控阀a，38为气控阀b，39为气控阀c，三通c41。
具体实施方式
19.如图1、图2、图3、图4所示，煤矿用负角度深孔智能瓦斯抽采排水装置，主管2上设置有主管阀门7（气控蝶阀）（可通过法兰将主管阀门7固定于主管2上），主管阀门7的前后分别设置有z型透管，前z型透管6后端置于主管2外，前端置于主管2内；后z型透管4后端置于主管2内，前端置于主管2外；前z型透管6的后端与后z型透管4的前端之间安装有观测管5，以便观测抽水情况；前z型透管6前端连接于抽水管22的后端，抽水管22的后端部置于主管2内，并从主管2向前延伸；由于不同负角度钻孔的需要，主管2可采用不同弧度的弯曲管连接转换，也可通过活动弯曲管如软管或伸缩管连接实现，即刚性主管2连接弯曲管、软管或伸缩管，再连接刚性主管2；主管2前端的主管口20置于钻孔21内，主管2的主管口20部与钻孔21孔口部之间设置有密封环19，以便形成密闭空间，这样，钻孔21底部为水，钻孔21上部存有瓦斯气。抽水管22前端置于水中，前端部设置有滤孔，避免吸入大颗粒物造成堵塞。可在观测管5上设置一个三通c41，平时三通c41的第一口与第二口处于常通状态；三通c41的第三口处于关闭状态，不妨碍抽水作业；当抽水管22发生堵塞时，打开三通c41的第三口，可以进行疏通（参见图4）。
20.主管2后部连通放水器3，从抽水管22抽出的水，经前后两个z型透管绕过主管阀门7后，通过放水器3排出；主管2的末端连通瓦斯抽放管1；瓦斯抽放管1连通吸风装置，这样就形成了负压抽放管路，有助于抽排水。
21.抽水作业时，关闭主管阀门7同时开启进气管阀16，于是，外界空气通过进气管15进入钻孔21内，即形成正压进气管路，在正面正压进气管路和后面负压抽放管路的双重作用下，钻孔21内的水被顺利抽出。
22.当抽水达到一定程度时，开启主管阀门7同时关闭进气管阀16，在瓦斯抽放管1吸风装置的作用下，瓦斯被吸向瓦斯抽放管1，最终被收集或排放。交替进行抽采瓦斯与抽排水的作业，直到达到标准。
23.进气管15的一端连通主管阀门7前的主管2，另一端连接气源；进气管15设置有进气管阀16，进气管阀16为控制箱11所控制；控制箱11内的气体来源于气源，即通过气源管12连接气源，气源管12的气源接口14处设置有净化器13，以防止杂物进入。
24.主管阀门7可以是气控阀门或电控阀门，进气管阀16是气控阀门或电控阀门；相应的，控制箱11为气控定时转换器或电控定时转换器。
25.如图2所示，控制箱11可以设置电控定时转换器，其具体结构是：定时装置控制电磁阀，电磁阀有两个控制，其一是：主管阀门关同时进气管阀门开，从而开始抽水作业；其二是：主管阀门开同时进气管阀门关，从而开始抽瓦斯作业。
26.如图3所示，控制箱11也可以设置气控定时转换器，其具体结构是：自动开关31一方面通过气源管12连接气源，自动开关31另一方面通过六通32输出气体，六通32输出管分别连接：延时器a33、延时器b34、气控阀a37、气控阀b38、气控阀c39的1个接口；气控阀c39的其它4个接口分别连通延时器a33、延时器b34、三通a35、三通b36的1个接口，三通a35的其它2个接口分别连通延时器a33、气控阀a 37；三通b36其它2个接口分别连通延时器b34、气控阀b38；气控阀a37的其它两个接口分别连接气控管a9、气控管b10；气控管a9、气控管b10连通执行器8并控制执行器8；执行器8控制主管阀门7的开与关；气控阀b38的其它两个接口分别连接气控管c17、气控管d18；气控管c17、气控管d18通向进气管阀16并控制进气管阀16的开与关。其中，六通32、三通a35、三通b36为无条件导通，只起分气路的作用；气控阀c39、气控阀a37、气控阀b38为有条件导通；气控阀c39、气控阀a37、气控阀b38、延时器a33、延时器b34，均采用气压平衡转换原理，实现工作位置的转换；所述气控阀c39采用五口三位气控阀，即有5个气接口和3个工作位置，可采用市场通用的4a220
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08型号（通常使用sms和airtac产品）；所述气控阀a37、气控阀b38均选择五口二位气控阀，即有5个气接口和2个工作位置，选择其中4个气接口，可采用市场通用的4a210
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08型号（通常使用sms和airtac产品）。
27.控制箱11工作流程是：自动开关31开启——六通32进气——气控阀c39a路通，延时器a33开始工作、气控阀a37形成进气控管a9出气控管b10、通过执行器8关闭主管阀门7；进气管阀16开启、抽排水作业开始——定时时间到——气控阀c39b路通，延时器b34开始工作、气控阀b38形成进气控管c17出气控管d18、关闭进气管阀16；气控阀a37形成进气控管b10出气控管a9、通过执行器8开启主管阀门7、抽采瓦斯作业开始——定时时间到——气控阀c39a路通，延时器a33开始工作、气控阀a37形成进气控管a9出气控管b10、通过执行器8关闭主管阀门7；进气管阀16开启、抽排水作业开始。之后，不断循环，控制设备进行抽采瓦斯与抽排水作业。
28.使用时：1、排水：排水工作状态下，主管阀门7（气控蝶阀）保持闭合，进气管阀16开启，即空
气通过进气管15进入主管2，压向钻孔21内的水面，促使水进入抽水管22内，在负压抽放管路（瓦斯抽放管1）的作用下，水通过前z型透管6、观测管5、后z型透管4，导向主管阀门7后部的主管2内，并通过放水器3排出。即：进气管15通过主管2向钻孔内水面加压，瓦斯抽放管1提供抽水负压，二者共同作用排出钻孔内积水。
29.2、瓦斯抽采：瓦斯抽采工作状态下，进气管阀16闭合，主管阀门7开启，瓦斯抽放管路（瓦斯抽放管1）负压进入钻孔21，抽取钻孔21内的瓦斯。
30.3、排水与瓦斯抽采转换：排水和瓦斯抽采转换通过气控箱11控制，气控箱11预先设定抽水和瓦斯抽采时长，当抽水时间达到预设时长，智能气控箱11发出转换信号，进气管阀16（气控球阀）和主管阀门7（气控蝶阀）瞬间转换工作状态，进气管阀16关同时主管阀门7开，进行瓦斯抽采；当瓦斯抽采达到预设时长，气控箱11再次发出转换信号进行工作切换，进气管阀16（气控球阀）和主管阀门7（气控蝶阀）瞬间转换工作状态，进气管阀16开同时主管阀门7关，进行排水。依此方式循环往复，进行间断式排水和瓦斯抽采。
31.4、预设两种工作状态时长；定时器单次有效转换时长0
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60min,排水时长0
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60min，瓦斯抽采时长0
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60min。依据钻孔存水，适当调整两种工作状态时长。
32.5、使用环境：积水严重的负角度瓦斯抽放孔（下行瓦斯抽放孔），负角度指水平向下。
33.需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换， 只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。