一种煤层稳压注水系统

1.本发明属于矿井粉尘防治领域，尤其是用于煤层注水提高注水降尘效果，具体涉及一种煤层稳压注水系统。


背景技术：

2.煤矿生产中的粉尘既包括岩石粉尘又包括煤炭粉尘，是煤矿生产的重大危害之一。随着煤矿采掘机械化程度的提高，产尘量也剧增，粉尘治理的好坏直接关系到煤矿的安全生产，关系到矿工的身体健康。煤层注水是采掘工作面最基本和最有效的防尘措施，近年来在各个煤矿中得到了广泛地应用。水力致裂作为煤层注水过程中关键技术，可改造煤体的宏细观结构，促进次生孔隙发育，增强煤体的润湿效果，有效降低工作面生产过程中的煤尘含量。在进行实际的水力压裂工程实践中，注水压力是一个较为关键的参数，目前矿井注水系统一般采用井下静压注水或高压水泵加压注水，一旦水泵出现问题，无法运转，或储水箱水量过低，便会导致注水压力骤降，严重影响注水效果。除此之外，在煤层注水过程中，遇到较大的裂缝或断层，会出现“跑水”的情况，也会导致注水压力降低，致裂效果不理想。因此，为避免“跑水”、“超低流量”、“超低水压”等现象对煤层注水防灾效果的影响，需对现有的煤层注水系统作进一步的改进。


技术实现要素：

3.为避免“跑水”、“超低流量”、“超低水压”等现象对煤层注水防灾效果的影响，进一步稳定注水压力，提高注水防灾效果，本发明致力于开发一种能实现稳压的煤层注水系统。
4.为此，本发明所采用的技术方案为：一种煤层稳压注水系统，包括注水单元，所述注水单元包括主储水箱、注水管路和注水泵，还包括补水单元和稳压控制单元；所述补水单元包括稳压储水箱、稳压补水泵、气压罐，以及由第一补水管路和第二补水管路构成的补水管路；所述稳压控制单元包括重力阀、阀前水压传感器、阀后水压传感器、pc接收终端和中央控制器；
5.所述气压罐内竖直居中安装有气囊，气囊的顶部通过第二补水管路与稳压储水箱相连，稳压补水泵安装在第二补水管路上，用于将稳压储水箱内的水输送到气囊内，使位于气囊两侧的气压罐内的气体被压缩，气囊的底部通过“u”形折弯的第一补水管路与注水管路相连，所述重力阀安装在第一补水管路前端靠近注水管路的位置处，重力阀上端的阀前水压传感器用于对注水管路的水压进行实时监测，重力阀下端的阀后水压传感器用于对补水管路的水压进行监测，当重力阀的阀前水压小于阀后水压时，重力阀开启补水，当重力阀的阀前水压大于阀后水压时，重力阀自动关闭，且阀前水压传感器、阀后水压传感器通过设置的无线传输模块，能够将水压信息远程发送给pc接收终端，一旦阀后水压传感器监测到的水压超过重力阀的极限压力，或阀前水压传感器监测到的水压低于阀后水压传感器监测到的水压时，通过报警器发出警报信号。
6.作为上述方案的优选，所述补水管路与注水管路的交汇点前端的注水管路上安装
有单向阀防止回流。
7.进一步优选为，当气囊内的水被排空后，稳压补水泵启动，将稳压储水箱内的水输送到气囊内，直至气囊两侧的气体不能继续压缩时，稳压补水泵自动停机。
8.进一步优选为，所述阀前水压传感器、阀后水压传感器分别通过紧固密封圈嵌套于各自对应的管路主体上，其一端检测头位于管路主体内。
9.进一步优选为，所述气压罐的内腔呈方形，气压罐的左右两侧对称设置有注气口，用于向各自对应的气体充填空间充气。
10.进一步优选为，所述气压罐左右内壁分别安装有传感器和乳胶囊，乳胶囊内装有叠氮化钠固体和气体发生器，传感器用于实时向pc接收终端发送气压罐内压力信息，当所测气体压力低于正常工作范围时，中央控制器能向气体发生器发出点火命令，点火后乳胶囊内的叠氮化钠固体发生分解反应产生氮气，并将乳胶囊涨破进而补充气压罐内气压。能根据需要对气压罐进行一次性气压补充，以调整补水单元的补水压力。
11.本发明的有益效果：
12.(1)煤层稳压注水系统在原有注水单元的基础上，增设了补水单元以及稳压控制单元，其中注水单元包括主储水箱、注水泵和注水管路，在正常状态下，承担煤层注水的供水、加压工作；补水单元包括稳压补水泵、稳压储水箱、气压罐和补水管路，稳压补水泵将稳压储水箱内的水输送到气压罐，具备压力的水充入气压罐，使气压罐内的气囊逐渐被压缩，当气囊不能继续压缩时，补水泵自动停机，因此，当管路前端水压下降，气压罐内的压缩气体膨胀，将水快速输送至稳压控制单元。稳压控制单元包括重力阀、水压传感器和pc终端，正常情况下，重力阀阀瓣前后水压平衡，阀瓣关闭，当管路前端水压下降，阀瓣前水压大于阀瓣后水压，阀瓣开启，向管路供水补压。在重力阀上端和下端的管路中，均安装有水压传感器，阀前水压传感器可对注水管路的水压进行实时监测，阀后水压传感器可对补水管路的水压进行监测，从而实现对重力阀和气压罐的极限压力进行监测；并且设置无线传输模块，能够将水压信息远程发送给pc接收终端，一旦阀后水压传感器监测到的水压超过重力阀的极限压力，或注水管路水压异常(即阀前水压传感器监测到的水压低于阀后水压传感器监测到的水压)，便发出警报信号。
13.(2)本发明利用力的平衡作用和气体的压缩性原理，通过重力阀和气压罐相配合，稳定注水压力，提高注水效果，在节能减排的同时，还可以满足操作简单，方便检修等要求。
14.(3)通过稳定注水压力，提高了注水效果，有效降低了“跑水”、“超低流量”、“超低水压”等现象对煤层注水防灾效果的影响，创新煤层注水工艺手段。
15.(4)在具体设计气压罐时，采用在气压罐内竖直居中安装气囊的方式，上进下出的方式，实现补水从气压罐中间通过，左右对称的气体充填空间对气囊实现均匀施压，确保了补水过程稳定可控；第一补水管路采用“u”形折弯结构，连接在气囊的底部，更有利于重力阀的安装布置，并结合阀前水压传感器、阀后水压传感器等组成的稳压控制单元，实现自动报警及自动控制，高效稳定可靠控制，且整体结构紧凑、占用空间小、易于布置和现场安装实施。
16.(5)在气压罐内安装气囊，将气囊不装气，作为水流通道，反将气囊两侧的空间进行充气，通过左右两侧的充填气体来挤压水流通道实现补水，脱离了常规的气囊内充气的设计思路，更能确保气压罐内的水流均匀受压，整个装置结构简单，构思新颖，设计巧妙，易
于布置。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图。
18.图2为气压罐完成一次补水工作过程示意图。
具体实施方式
19.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
20.如图1所示，一种煤层稳压注水系统，主要由注水单元、补水单元和稳压控制单元三部分组成。
21.注水单元主要由主储水箱1、注水管路2和注水泵7组成，与现有技术相同，在此不再赘述。补水单元和稳压控制单元为增加的两部分。
22.补水单元主要由稳压储水箱6、稳压补水泵13、气压罐11、补水管路组成。补水管路由第一补水管路10和第二补水管路12构成。
23.稳压控制单元主要由重力阀8、阀前水压传感器4、阀后水压传感器9、pc接收终端和中央控制器组成。
24.气压罐11内竖直居中安装有气囊5，气囊5的顶部通过第二补水管路12与稳压储水箱6相连。稳压补水泵13安装在第二补水管路12上，用于将稳压储水箱6内的水输送到气囊5内，使位于气囊5两侧的气压罐11内的气体被压缩。气囊5的底部通过“u”形折弯的第一补水管路10与注水管路2相连。
25.重力阀8安装在第一补水管路10前端靠近注水管路2的位置处，重力阀8上端的阀前水压传感器4用于对注水管路2的水压进行实时监测，重力阀8下端的阀后水压传感器9用于对补水管路的水压进行监测。当重力阀8的阀前水压小于阀后水压时，重力阀8开启补水；当重力阀8的阀前水压大于阀后水压时，重力阀8自动关闭，停止补水。
26.阀前水压传感器4、阀后水压传感器9通过设置的无线传输模块，能够将水压信息远程发送给pc接收终端，一旦阀后水压传感器9监测到的水压超过重力阀8的极限压力，或阀前水压传感器4监测到的水压低于阀后水压传感器9监测到的水压时，通过报警器发出警报信号。
27.补水管路与注水管路2的交汇点前端的注水管路2上最好安装有单向阀，防止回流。
28.当气囊5内的水被排空后，稳压补水泵13启动，将稳压储水箱6内的水输送到气囊5内，直至气囊两侧的气体不能继续压缩时，稳压补水泵13自动停机。
29.阀前水压传感器4、阀后水压传感器9分别通过紧固密封圈嵌套于各自对应的管路主体上，其一端检测头位于管路主体内。
30.气压罐11的内腔呈方形，气压罐11的左右两侧对称设置有注气口11a，用于向各自对应的气体充填空间充气。气压罐11内的充填气体可以是氮气，或其它惰性气体，不以此为限。
31.气压罐11左右内壁分别安装有传感器和乳胶囊，乳胶囊内装有叠氮化钠固体和气体发生器，传感器用于实时向pc接收终端发送气压罐内压力信息，当所测气体压力低于正
常工作范围时，中央控制器能向气体发生器发出点火命令，点火后乳胶囊内的叠氮化钠固体发生分解反应产生氮气，并将乳胶囊涨破进而补充气压罐内气压。内置传感器、乳胶囊、叠氮化钠固体和气体发生器，能自动进行气压补充，自动化程度高。
32.气压罐完成一次补水工作过程，如图2所示，分为四个步骤：充气后气囊被预充气体压缩在一起
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稳压储水箱内的水进入气囊，气囊逐渐胀大
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气囊内的水逐渐向注水单元补充
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气囊内的水全部补充到注水单元。