一种具有自反馈性的可回收煤层渗流润湿系统及使用方法

1.本发明涉及一种具有自反馈性的可回收煤层的渗流润湿系统及使用方法，属于煤矿井下区域煤层增透瓦斯抽采领域，尤其适用于高吸附、难解吸的瓦斯煤层作业。。


背景技术：

2.随着浅部煤炭资源的耗尽，煤矿的井工开采将逐渐延伸至深部煤田。煤层地应力、瓦斯压力及含量均显著增大，导致煤与瓦斯突出、粉尘、冲击地压等灾害防治形势更加严峻。煤层注水作为防尘、防治煤与瓦斯突出、软化煤体以及提高顶煤冒放性等重要的工业性措施，在煤矿生产中得到了广泛的应用。但是具体的煤层注水过程中由于缺乏对钻孔注水过程中各阶段的监测和反馈，导致煤层注水多项工艺参数需要凭借实践经验进行手动调控，大大影响了注水效果；此外，煤层注水前的钻孔密封多为一次性使用装置，增加了注水作业的成本；还有，煤层注水作业中使用的注水装置多为间断性注水，极大降低了注水效率。因此，本发明提出一种一种具有自反馈性的可回收煤层的渗流润湿系统及使用方法，根据现阶段的煤层注水作业中出现的问题，对现有的注水系统及方法做进一步改进，提高煤层注水作业效率，实现注水作业的透明化。


技术实现要素：

3.为了解决煤层注水装置的可回收、实现注水作业连续性以及实时监控注水煤层的渗透性和润湿性，本发明提供一种具有自反馈性的可回收煤层渗流润湿系统及使用方法，进而提高煤层注水作业效率，实现注水作业的透明化。
4.一种具有自反馈性的可回收煤层渗流润湿系统，所述渗流润湿系统包括监测系统和可回收强化煤层的渗流润湿系统，所述监测系统包括设置在应力传感器、水分传感器和显示控制器，所述的钻孔两侧分别设置三个探测孔，每个探测孔内放置一条引线，每条引线上设置两组地应力传感器和水分传感器、且分别放置钻孔的前部和中部位置，位于钻孔外部的引线端头与显示控制器连接；所述可回收强化煤层的渗流润湿系统包括设置在钻孔内的套有轮胎式堵头一和轮胎式堵头二的圆柱管道，轮胎式堵头一上端设有小管槽，注浆管道一端穿过所述小管槽，深入注浆区，另一端设有阀门，所述圆柱管道内置可回收注水装置，可回收注水装置内接耐酸高压管道，所述耐酸高压管道末端管壁上设有若干圆形出水孔，另一端与通过耐酸皮管与连续性注水箱连接，所述耐酸高压管道中部设置有耐酸注水泵，所述可回收注水装置包括依次滑动套接的左翼滑动管、滑动管体一、中部连接管、滑动管体二和右翼滑动管，所述可回收注水装置还设置有弹簧一、弹簧二、气囊一和气囊二，所述弹簧一的两端分别与所述左翼滑动管和中间连接管的管体连接，弹簧二的两端分别所述中间连接管与右翼滑动管的管体连接，所述气囊一套设在滑动管体一上，所述气囊二套设在滑动管体二上。
5.进一步地，钻孔两侧分别设置三个探测孔的设置方式为，在钻孔两侧10m设置探测孔一和探测孔二，探测孔三和探测孔五分别设置在距离探测孔一外侧的5m和10m位置，探测
孔四和探测孔六分别设置在距离探测孔二外侧的5m和10m位置。
6.进一步地，所述轮胎式堵头一和轮胎式堵头二为轴对称物体，其一侧是由圆环体、小径弧面、大管槽和大径弧面构成，大管槽横向贯穿圆环体，大径弧面外接圆环体、内接小径弧面，小径弧面内端与大管槽连接，与轮胎式堵头二不同的是所述轮胎式堵头一的上部设有一小管槽。
7.进一步地，所述连续性注水箱包括耐酸水箱、支撑架、酸液容器、水管、搅拌装置和水位监控器，其中耐酸水箱安置在支撑架上，耐酸水箱的正上方连接搅拌装置，右侧有一水管插入内部，左侧设有一开口，正对支撑架连接的酸液容器，酸液容器和水管上分别设有耐酸控流阀门。
8.进一步地，所述左翼滑动管和右翼滑动管结构相同，均是由短圆管、内钩爪体、长圆管、连接圆管构成，连接圆管连接短圆管和长圆管，内钩爪体内接长圆管，所述中部连接管由卡体二、卡体三、椎底管体一、椎底管体二、外钩爪体一、内钩爪体二、细长圆管一、细长圆管二和粗圆管构成，粗圆管两端分别连接椎底管体一、椎底管体二、细长圆管一和细长圆管二，外钩爪体一和外钩爪体二分别与细长圆管一和细长圆管二的外端口连接，卡体二和卡体三分别位于细长圆管一、细长圆管二的上面和椎底管体一、椎底管体二的外端口处，所述滑动管体一和滑动管体二是由常规圆管一、t口圆管、滚珠、l形圆管和常规圆管二构成，常规圆管一和右翼滑动管和左翼滑动管上的短圆管套接，常规圆管二和中部连接管与椎底管体一和锥底管体二套接，两个直径不一、相对摆放的l形圆管与常规圆管一连接，t口圆管与常规圆管二连接，t口圆管位于两个相对l形圆管中间，且有若干滚珠散落其中，使得t口圆管和l形圆管能更滑顺的进行相对和相向运动，还能避免两圆管分离，所述鼓胀气囊一和鼓胀气囊二的两端分别与滑动管体一、滑动管体二的常规圆管一和常规圆管二套固在一起，能够在滑动管体一和滑动管体二进行相向或向背运动时，在扁长体和鼓球体两个状态之间进行变化，进而实现对圆柱管道的封堵和可回收注水装置的回收，所述弹簧一和弹簧二的一端绕固在左翼滑动管一和右翼滑动管的椎底管体上，另一端分别绕固在中部连接管的椎底管体一和锥底管体二，同时由卡体一、卡体二、卡体三和卡体四卡固。
9.一种采用具有自反馈性的可回收煤层渗流系统的使用方法，首先在煤壁内打出钻孔，其特征在于，包括以下步骤：
10.a.在钻孔的深部打出若干相距10m、直径为5m的圆饼形割缝；
11.b.在钻孔两侧10m的水平位置，打出直径为30cm的水平探测孔一和探测孔二，并分别在探测孔一和探测孔二外侧的5m和10m的水平位置，打出探测孔三、探测孔四、探测孔五和探测孔六；
12.c.在引线的前端和中部两处均分别连接地应力传感器和水分传感器，并依次送入6个探测孔内的对应位置，另一端与显示控制器连接；
13.d.将套有轮胎式堵头一和轮胎式堵头二的圆柱管道送入到钻孔内部；
14.e.把注浆管道送入钻孔内部，使得注浆管道的内端口穿过轮胎式堵头一的小管槽，深入封堵区；
15.f.将耐酸高压管道穿过可回收注水装置，并一同送入圆柱管道的内部，使得可回收注水装置的气囊一和气囊二分别与鼓胀环管一和鼓胀环管二对齐，耐酸高压管道的前端口距离圆饼形割缝10～20m；
16.g.依次连接耐酸皮管、耐酸高压管道、耐酸水泵和连续性注水箱；
17.h.用引线分别将显示控制器与可回收注水装置、搅拌装置、水位监控器、耐酸控流阀门连通；
18.i.调转阀门，将封堵浆液从注浆管压入封堵区；
19.j.待封堵浆液完全凝固后，启动控制显示器，控制可回收注水装置的左翼滑动管和右翼滑动管同时向中部连接管移动，弹簧一和弹簧二受到挤迫向中间收缩，同时，常规圆管一向常规圆管二滑动，气囊一和气囊二由扁长体逐步转变为鼓球体，当左翼滑动管和右翼滑动管上的内钩爪体越过位于中部连接管两侧的外钩爪体一和外钩爪体二，逆时针旋转常规圆管一45度，与常规圆管二对齐，使得内、外钩爪体相互咬合，实现气囊一和气囊二的稳固和对鼓胀环管一和鼓胀圆环二的完全充填，完成对圆柱管道的密封；
20.k.调控控制显示器，打开耐酸控流阀门和普通控流阀门，酸液容器和水管分别向耐酸水箱注入定量酸液和水量，随后启动搅拌装置，搅拌混合液体15s；
21.l.控制显示器控制打开耐酸阀门10s，完成酸液从在耐酸水箱的输送，随后，控制显示器控制打开耐酸阀门和启动耐酸注水泵，酸液通过耐酸皮管和耐酸高压管道注入钻孔和圆饼形割缝；
22.m.待耐酸水箱中酸液低至设定酸度时，水位监控器将水位信号传至控制显示器，然后，控制显示器控制酸控流阀门和普通控流阀门，重复k～l中的部分过程，重复完成酸液在耐酸水箱中的配制及转移，最终完成连续性注水箱的持续性注水作业；
23.n.同时，探测孔一、探测孔二、探测孔三、探测孔四、探测孔五和探测孔六的地应力传感器和水分传感器通过引线将煤层的渗透和渗透信息情况回传；
24.o.当煤层的渗透和润湿达到理想效果时，控制显示器关停各传感器和阀门开关，停止配制酸液和注水作业；
25.p.调控控制显示器，向内移动和顺时针旋转可回收注水装置的左翼滑动管和右翼滑动管45度，弹簧一和弹簧二受弹力作用向外弹出，带动常规圆管一背向常规圆管二滑动，气囊一和气囊二也由鼓球体恢复成扁长体，便于将可回收注水装置和耐酸高压管道一同回收，由此，实现系统的渗流润湿功能并完成了部分装置的回收。
26.有益效果，采用了上述方案，在煤层注水领域，首先，设计了可回收注水装置，在控制显示器控制下，借用弹簧的弹性原理和内外钩爪体的相互咬合构造，能够带动滑动管体和鼓胀气囊，实现鼓胀气囊在扁长体和鼓球体之间相互转化，进而实现对圆柱管道的密封和装置的回收，较少了装置的损耗，进而提高投产效益；其次，设计了连续性注水箱，实现了酸液的自动连续配制和长时间持续注水；此外，设置了检测孔、地应力传感器和水分传感器，能实时监测注水煤层的渗透性能和润湿性能，实现了煤层注水效果的透明化。
附图说明
27.图1是本发明的结构示意图；
28.图2是本发明的可回收强化煤层的渗流润湿系统剖面示意图；
29.图3是本发明的连续性注水箱的结构示意图；
30.图4是本发明的圆柱管道示意图；
31.图5是本发明的“轮胎”式堵头的结构示意图；
32.图6是本发明的圆柱管道上的两鼓胀管道和轮胎式堵头构成的密封空间的结构示意图；
33.图7是本发明的可回收注水装置示意图；
34.图8是本发明的可回收注水装置的部分结构剖面示意图；
35.图9是本发明的耐酸高压管道示意图；
36.图10是本发明的左、右翼滑动管的结构示意图；
37.图11是本发明的中部连接管的结构示意图；
38.图12是本发明的弹簧一和弹簧二的布置结构示意图；
39.图13是本发明的可回收注水装置带动膨胀气囊在扁长体和鼓球体两种状态相互转换的结构原理示意图；
40.图14是本发明的滑动管体的两种状态的结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.如图所示，本发明一种具有自反馈性的可回收强化煤层的渗流润湿系统，包括监测系统ⅰ和可回收强化煤层的渗流润湿系统ⅱ；监测系统ⅰ包括分布在常规钻孔2两侧10m的探测孔一4-1和探测孔二4-2，探测孔三4-3和探测孔五4-5分别位于距离探测孔一4-1外侧的5m和10m位置，探测孔四4-4和探测孔六4-6分别位于距离探测孔二4-2外侧的5m和10m位置，每个探测孔内放置有一条引线5，每条引线5的前中两端均分别连接有地应力传感器6和水分传感器7，用以监测注水后的煤层渗透性能和润湿性能，6条引线的另一端与显示控制器8连接；可回收强化煤层的渗流润湿系统ⅱ包括套有“轮胎”式堵头一9-1和“轮胎”式堵头二9-2的圆柱管道12，“轮胎”式堵头一9-1上端设有小管槽39，注浆管道10一端穿过小管槽39，深入注浆区，另一端设有阀门11，圆柱管道12内置可回收注水装置13，可回收注水装置13内接耐酸高压管道14，耐酸高压管道14末端管壁上设有若干圆形出水孔，便于注水作业，另一端与耐酸皮管一15-1连接，耐酸注水泵16的两端分别与耐酸皮管一15-1和耐酸皮管二15-2连接，耐酸皮管二15-2的另一端与连续性注水箱17连接。所述常规钻孔2内端打有若干“圆饼”形割缝3，“圆饼”形割缝3直径为5m，相邻“圆饼”形割缝3距离为10m。所述“轮胎”式堵头一9-1和“轮胎”式堵头二9-2为轴对称物体，其一侧是由圆环体35、小径弧面36、大管槽37和大径弧面38构成，大管槽37横向贯穿圆环体35，大径弧面38外接圆环体35、内接小径弧面36，小径弧面36内端与大管槽37连接，与“轮胎”式堵头二9-2不同的是“轮胎”式堵头一9-1的上部设有一小管槽39。所述连续性注水箱17由耐酸水箱一28-1、耐酸水箱二28-2、支撑架29、酸液容器30、水管31、搅拌装置32、水位监控器33、耐酸控流阀门34-1、普通控流阀门34-2、耐酸阀门一34-3和耐酸阀门34-4组成，其中耐酸水箱一28-1和耐酸水箱二28-2分别安置在支撑架29的上下侧，耐酸水箱一28-1和耐酸水箱二28-2的连接管上设有耐酸阀门一34-3，耐酸水箱二28-2的下部设有耐酸阀门二34-4，耐酸水箱一28-1的正上方连接搅拌装置32，右侧有一水管31插入内部，左侧设有一开口，正对支撑架29连接的酸液容器30，酸液容器30和水管31上分别设有耐酸控流阀门34-1和普通控流阀门34-2。所述可回收注水装置13
由左翼滑动管13-1、中部连接管13-2、右翼滑动管13-3、弹簧一21-1、弹簧二21-2、滑动管体一19-1、滑动管体二19-2、鼓胀气囊一18-1和鼓胀气囊二18-2构成，所述左翼滑动管13-1和右翼滑动管12-3位于中部连接管13-2的两侧，是由短圆管23-1、内钩爪体23-2、长圆管23-3、连接圆管23-4构成，连接圆管23-4连接短圆管23-1和长圆管23-3，内钩爪体23-2内接长圆管23-3，所述中部连接管13-2由卡体二22-2、卡体三22-3、椎底管体一24-1、椎底管体二24-2、外钩爪体一25-1、内钩爪体二25-2、细长圆管一26-1、细长圆管二26-2和粗圆管27构成，粗圆管27两端分别连接椎底管体一24-1、椎底管体二24-2、细长圆管一26-1和细长圆管二26-2，外钩爪体一23-1和外钩爪体二23-2分别与细长圆管一26-1和细长圆管二26-2的外端口连接，卡体二22-2和卡体三22-3分别位于细长圆管一26-1、细长圆管二26-2的上面和椎底管体一24-1、椎底管体二24-2的外端口处，所述滑动管体一19-1和滑动管体二19-2是由常规圆管一20-1、t口圆管20-2、滚珠20-3、l形圆管20-4和常规圆管二20-5构成，常规圆管一20-1和右翼滑动管13-3和左翼滑动管13-1上的短圆管23-1套接，常规圆管二20-5和中部连接管13-2与椎底管体一24-1和锥底管体二24-2套接，两个直径不一、相对摆放的l形圆管20-4与常规圆管一20-1连接，t口圆管20-2与常规圆管二20-5连接，t口圆管20-2位于两个相对l形圆管20-4中间，且有若干滚珠20-3散落其中，使得t口圆管20-2和l形圆管20-4能更滑顺的进行相对和相向运动，还能避免两圆管分离，所述鼓胀气囊一18-1和鼓胀气囊二18-2的两端分别与滑动管体一19-1、滑动管体二19-2的常规圆管一20-1和常规圆管二20-5套固在一起，能够在滑动管体一19-1和滑动管体二19-2进行相向或向背运动时，在扁长体和鼓球体两个状态之间进行变化，进而实现对圆柱管道12的封堵和可回收注水装置13的回收，所述弹簧一21-1和弹簧二21-2的一端绕固在左翼滑动管一13-1和右翼滑动管13-3的椎底管体上，另一端分别绕固在中部连接管13-2的椎底管体一24-1和锥底管体二24-2，同时由卡体一22-1、卡体二22-2、卡体三22-3和卡体四22-4卡固。
43.本发明具有自反馈性的可回收强化煤层的渗流润湿的使用方法：首先在常规钻孔2的深部打出若干相距10m、直径为5m的“圆饼”形割缝3，然后在常规钻孔2两侧10m的水平位置，打出直径为30cm的水平探测孔一4-1和探测孔二4-2，并分别在探测孔一4-1右侧和探测孔二4-2左侧的5m和10m的水平位置，打出探测孔三4-3、探测孔四4-4、测孔五4-5、和探测孔六4-6，在引线5的前端和中部两处分别连接地应力传感器6和水分传感器7，并依次送入6个探测孔内的对应位置，另一端与显示控制器8连接，将套有“轮胎”式堵头一9和“轮胎”式堵头二9-2的圆柱管道12送入到常规钻孔2内部，把注浆管道10送入常规钻孔2内部，使得注浆管道10的内端口穿过“轮胎”式堵头一9-1的小管槽39，深入封堵区，将耐酸高压管道14穿过可回收注水装置13，并一同送入圆柱管道12的内部，使得可回收注水装置13的鼓胀气囊一18-1和鼓胀气囊二18-2分别与鼓胀环管一40-1和鼓胀环管二40-2对齐，耐酸高压管道14的前端口距离“圆饼”形割缝3 10～20m，依次连接耐酸皮管一15-1和耐酸高压管道14、耐酸皮管一15-1和耐酸注水泵16，用耐酸皮管二15-2连接耐酸水泵16和连续性注水箱17，用引线5分别将显示控制器8与可回收注水装置13、搅拌装置32、水位监控器33、耐酸控流阀门34-1、普通控流阀门34-2，耐酸阀门一34-3和耐酸阀门二34-4连通，调转阀门11，将封堵浆液从注浆管10压入封堵区，待封堵浆液完全凝固后，启动控制显示器8，控制可回收注水装置13的左翼滑动管13-1和右翼滑动管13-3同时向中部连接管13-2移动，弹簧一21-1和弹簧二21-2受到挤迫向中间收缩，同时，常规圆管一20-1向常规圆管二20-5滑动，鼓胀气囊一18-1和鼓
胀气囊二18-2由扁长体逐步转变为鼓球体，当左翼滑动管13-1和右翼滑动管13-3上的内钩爪体23-2越过位于中部连接管13-2两侧的外钩爪体一23-1和外钩爪体二23-2，逆时针旋转常规圆管一20-145度，与常规圆管二20-5对齐，使得内、外钩爪体相互咬合，实现鼓胀气囊一18-1和鼓胀气囊二18-2的稳固和对鼓胀环管一40-1和鼓胀圆环二40-2的完全充填，完成对圆柱管道12的密封，调控控制显示器8，打开耐酸控流阀门34-1和普通控流阀门34-2，酸液容器30和水管31分别向耐酸水箱二28-2注入定量酸液和水量，随后启动搅拌装置32，搅拌混合液体15s，控制显示器8控制打开耐酸阀门一34-310s，完成酸液从耐酸水箱二28-2到耐酸水箱一28-1的输送，随后，控制显示器8控制打开耐酸阀门二34-4和启动耐酸注水泵16，酸液通过耐酸皮管和耐酸高压管道14注入钻孔2和“圆饼”形割缝3，待耐酸水箱一28-1中酸液低至某一限度时，水位监控器33将水位信号传至控制显示器8，然后，控制显示器8控制酸控流阀门34-1和普通控流阀门34-2，重复k～l中的部分过程，重复完成酸液在耐酸水箱二28-2中的配制及从耐酸水箱二28-2到耐酸水箱一28-1的转移，最终完成连续性注水箱17的持续性注水作业，同时，探测孔一4-1、探测孔二4-2、探测孔三4-3、探测孔四4-4、探测孔五4-5和探测孔六4-6的地应力传感器6和水分传感器7通过引线5将煤层的渗透和渗透信息情况回传，当煤层的渗透和润湿达到理想效果时，控制显示器8关停各传感器和阀门开关，停止配制酸液和注水作业，调控控制显示器8，向内移动和顺时针旋转可回收注水装置13的左翼滑动管8-1和右翼滑动管8-345度，弹簧一21-1和弹簧二21-2受弹力作用向外弹出，带动常规圆管一20-1背向常规圆管二20-5滑动，鼓胀气囊一18-1和鼓胀气囊二18-2也由鼓球体恢复成扁长体，便于将可回收注水装置13和耐酸高压管道14一同回收，由此，实现系统的渗流润湿功能并完成了部分装置的回收。
44.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。