基于机械波共振的煤层注水润湿方法

1.本技术涉及煤矿开采领域，尤其涉及一种基于机械波共振的煤层注水润湿方法。


背景技术：

2.相关技术中，煤矿开采时会产生大量煤尘，不仅威胁人员身体健康，还可能诱发煤尘爆炸等事故，严重威胁矿井安全生产。而煤层注水是煤岩工作面防尘、抑尘的重要措施之一。然而，煤中瓦斯会严重干扰注水湿润湿效果：
①
煤层中绝大多数的瓦斯以吸附的形式存在于煤孔隙中，会在煤表面形成气体吸附膜，进而阻碍水对煤表面的润湿；
②
瓦斯分子会与水分子形成竞争吸附，抢占水分子吸附位点，降低水溶液吸附能力；
③
瓦斯压力会阻碍水溶液的入侵进一步降低水溶液润湿能力。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的目的在于提出一种基于机械波共振的煤层注水润湿方法，能够提高注水润湿的效果。
5.为实现上述目的，本技术提出了一种基于机械波共振的煤层注水润湿方法，所述煤层注水润湿方法采用布置在煤层的作业面上的煤层注水润湿装置对所述煤层进行注水润湿，所述煤层注水润湿装置包括配置在所述作业面上相距设定距离的两钻孔上的注水装置和机械波共振装置，所述煤层注水润湿方法包括以下步骤：步骤1、所述作业面上打出所述钻孔并预抽瓦斯，待所述煤层内瓦斯压力和含量降至预定值时封堵所述钻孔；步骤2、测出经过预抽瓦斯后的所述煤层的自振频率；步骤3、在所述工作面上布置至少一个所述煤层注水润湿装置；步骤4、调节所述机械波共振装置的频率使所述煤层产生自振，同时打开所述注水装置对所述煤层进行注水润湿。
6.根据本技术提出的煤层注水润湿方法，通过机械波共振装置和注水装置的配合，能够实现在煤层自振的条件下进行高压注水，煤层内会产生更多的孔裂隙，有利于水的渗透和吸附，提高了对煤层注水润湿的效果。
7.另外，根据本技术提出的煤层注水润湿方法还可以具有如下附加技术特征：进一步地，在步骤1中预抽瓦斯时，待所述煤层内的瓦斯压力降低至0.74mpa，瓦斯含量降低至8m
³
/t时，停止瓦斯抽采并封堵所述钻孔。
8.进一步地，在步骤2中测所述煤层的自振频率前，对经过预抽瓦斯后的所述煤层采样并制成煤样。
9.进一步地，在步骤2中测所述煤层的自振频率时，利用煤岩自振频率测试装置测出所述煤样的自振频率以表示经过预抽瓦斯后的所述煤层的自振频率。
10.进一步地，在步骤3中布置所述煤层注水润湿装置时，在所述工作面上选取相距8-10米的两个所述钻孔，其中一个所述钻孔上配置所述注水装置，另一个所述钻孔上配置所述机械波共振装置。
11.进一步地，所述注水装置包括伸入所述钻孔内的注水管路、高压水泵以及水箱。
12.进一步地，所述注水装置还包括压力表和阀门。
13.进一步地，所述机械波共振装置包括机械波装置、功率放大器以及信号发生器。
14.进一步地，在步骤4中调节所述机械波共振装置的频率时，使所述机械波共振装置的频率与所述煤样的自振频率一致。
15.进一步地，在所述作业面上间隔8-10米配置多个所述煤层注水润湿装置。
附图说明
16.下面将参照附图对本技术的示例性实施例进行详细描述，应当理解，下面描述的实施例仅用于解释本技术，而不是对本技术范围的限制，在附图中：图1是根据本技术实施例的煤层注水润湿方法的流程图；图2是根据本技术实施例的煤层注水润湿装置的示意图；附图标记：1、巷道；2、煤层；3、注水装置；4、机械波共振装置；20、作业面；21、钻孔；31、注水管路；32、压力表；33、阀门；34、高压水管；35、高压水泵；36、水箱；41、机械波装置；42、功率放大器；42、信号发生器。
具体实施方式
17.下面结合示例详细描述本技术的优选实施例。但是，本领域技术人员应当理解，这些示例性实施例并不意味着对本技术形成任何限制。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互组合。在不同的附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，且为简要起见，省略了其他的部件，但这并不表明不可以包括其他部件。应当理解，附图中各部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本技术的限制。
18.如图1和图2所示，根据本技术实施例的煤层注水润湿方法采用布置在煤层2的作业面20上的煤层注水润湿装置对煤层2进行注水润湿，其中，煤层注水润湿装置包括配置在作业面20上相距设定距离的两钻孔21上的注水装置3和机械波共振装置4，该煤层注水润湿方法包括以下步骤：步骤1、在作业面20上打出钻孔21并预抽瓦斯，待煤层2内瓦斯压力和含
量降至预定值时封堵钻孔21；步骤2、测出经过预抽瓦斯后的煤层2的自振频率；步骤3、在工作面20上布置至少一个煤层注水润湿装置；步骤4、调节机械波共振装置4的频率使煤层2产生自振，同时打开注水装置3对煤层2进行注水润湿。
19.相关技术中，煤矿开采时会产生大量煤尘，不仅威胁人员身体健康，还可能诱发煤尘爆炸等事故，严重威胁矿井安全生产。而煤层注水是煤岩工作面防尘、抑尘的重要措施之一。然而，煤中瓦斯会严重干扰注水湿润湿效果：
①
煤层中绝大多数的瓦斯以吸附的形式存在于煤孔隙中，会在煤表面形成气体吸附膜，进而阻碍水对煤表面的润湿；
②
瓦斯分子会与水分子形成竞争吸附，抢占水分子吸附位点，降低水溶液吸附能力；
③
瓦斯压力会阻碍水溶液的入侵进一步降低水溶液润湿能力。
20.为此，本技术的煤层注水润湿方法，通过注水装置3与机械波共振装置4的配合，能够实现在煤层2自振的条件下进行高压注水，煤层2内会产生更多的孔裂隙，有利于水的渗透和吸附，提高了对煤层2注水润湿的效果。
21.通过在煤层2的作业面20上打钻孔21，并通过该钻孔21对煤层2进行预抽瓦斯，使煤层2内瓦斯压力和含量降低至预定值，例如，瓦斯压力降低至0.74mpa以下，同时瓦斯含量降低至8m
³
/t以下，能够在一定程度上促进水的渗透与吸附。
22.另外，煤层注水润湿装置包括注水装置3和机械波共振装置4，在作业面20上选取相距设定距离的两个钻孔21，例如，两个钻孔21相距8-10米，其中一个钻孔21上配置注水装置3，另一个钻孔21上配置机械波共振装置4，调节机械波共振装置4的频率使其与煤层2的自振频率一致，煤层2在机械波共振装置4的激励下产生自振，使煤层2内产生更多孔裂隙，在煤层2自振的条件下注水装置3向钻孔21内注水，有利于水的渗透和吸附，能够提高对煤层2的注水润湿效果。
23.根据本技术的一个实施例，在测煤层2的自振频率前，对经过预抽瓦斯处理后煤层2采样并制成煤样，例如，煤样的尺寸为7*10*10cm，煤样质地均匀，然后利用煤岩自振频率测试装置测出该煤样的自振频率，该煤样的自振频率能够表征煤层2的自振频率。
24.根据本技术的一个实施例，注水装置3包括注水管路31、高压水泵35以及水箱36，其中，注水管路31插入至钻孔21内部，注水管路31通过高压水管34与水箱36连通，高压水泵35配置在高压水管35上，用于将水箱36内的水通过注水管路31泵入钻孔21内，作为一例，在高压水泵35与注水管路35之间的高压水管35上还配置有压力表32和阀门33。
25.根据本技术的一个实施例，机械波共振装置4包括机械波装置41、功率放大器42以及信号发生器43，其中，机械波装置41为现有技术，再次不再对其机构及工作机理作赘述，机械波装置41配置在钻孔21上，功率放大器42将信号发生器43输入机械波装置41的信号放大，通过调节机械波装置41的频率，使其与测得的煤样的频率一致，能够使煤层2产生自振，进而使煤层2内产生更多的孔裂隙，有利于水的渗透和吸附。
26.可选地，在作业面20上每间隔8-10米配置一个该煤层注水润湿装置，能够提高作业效率。
27.根据本技术提出的煤层注水润湿方法，通过机械波共振装置和注水装置的配合，能够实现在煤层自振的条件下进行高压注水，煤层内会产生更多的孔裂隙，有利于水的渗透和吸附，提高了对煤层注水润湿的效果。
28.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例
性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替代和变型。