申请/专利权人：中国矿业大学(北京)

申请日：2019-04-12

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109826664B

主分类号：E21F7/00

分类号：E21F7/00;E21F16/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.06.25#实质审查的生效;2019.05.31#公开

摘要：本发明公开了一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置及方法，该装置包括瓦斯抽采系统、导水系统和排水系统；所述瓦斯抽采系统包括抽采管、瓦斯输送管路、连接管，抽采管一端位于瓦斯抽采钻孔内，另一端通过连接管与瓦斯输送管路连接；导水系统包括导水管、滤渣套管、集水罐，导水管上端与抽采管连接，下端与集水罐连接，集水罐上部通过导气管与连接管连接；排水系统包括排水管、排水阀门、连通管、气压平衡阀，排水管与集水罐底部相连，连通管位于导水管的下端口处。本发明可通过连接于瓦斯抽采系统上的导水系统和排水系统，实现在进行煤层瓦斯抽采的同时对瓦斯抽采钻孔中积水的自动排放，可有效解决富水煤层瓦斯抽采钻孔积水的难题。

主权项：1.基于煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化方法，利用一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述装置包括瓦斯抽采系统、导水系统和排水系统；所述瓦斯抽采系统包括抽采管、瓦斯输送管路、连接管，抽采管一端位于瓦斯抽采钻孔内，另一端通过连接管与瓦斯输送管路连接；导水系统包括导水管、滤渣套管、集水罐，导水管上端与抽采管连接，下端与集水罐连接，集水罐上部通过导气管与连接管连接；排水系统包括排水管、排水阀门、连通管、气压平衡阀，排水管与集水罐底部相连，连通管位于导水管的下端口处，所述方法包括如下步骤：a、钻孔布设：首先按照设定的钻孔布置参数在煤层中钻设一定深度和上仰角的瓦斯抽采钻孔，并将瓦斯抽采钻孔中的煤屑清理干净，然后将抽采管插入瓦斯抽采钻孔中，并对瓦斯抽采钻孔进行密封，使抽采管一端穿过封孔段处于瓦斯抽采钻孔内部，另一端处于矿井巷道内；b、部件组装：首先将抽采管处于巷道内的一端通过三通分别与连接管和导水管相连，连接管一端与三通上端相连，另一端与瓦斯输送管路相连，然后将导水管连接于三通下端，并沿竖直方向由上至下依次连接导水阀门、滤渣套管、水流量计，导水管下端与集水罐上端口相连，接着将连通管连接于集水罐与水流量计之间的导水管上，并在连通管上安装气压平衡阀，最后将集水罐上部接口与导气管相连，导气管另一端连接于连接管上，并在导气管上安装气管阀门，同时将集水罐底部接口与排水管相连，并在排水管上安装排水阀门；c、瓦斯抽采与导水：所有部件和管路连接好后，打开气管阀门和导水阀门，关闭排水阀门和气压平衡阀，对煤层中的瓦斯进行负压抽采，此时瓦斯抽采钻孔中的气压与集水罐中的气压相等，在进行瓦斯抽采的同时，瓦斯抽采钻孔中的积水在自重力作用下通过导水管自动流入集水罐中进行收集，当瓦斯抽采钻孔中的大颗粒煤屑随钻孔积水流入导水管并在滤渣套管中积累时，关闭气管阀门和导水阀门后，将滤渣套管从导水管上拆除下来，对滤渣套管中的煤屑进行清理，然后重新将滤渣套管安装于导水管上，此煤屑清理过程中瓦斯抽采持续进行，无需中断；d、积水排放：定期查看导水管上水流量计的示数，当水流量计上累积流量的示数达到集水罐总容量的80％时，关闭气管阀门和导水阀门，同时打开排水阀门和气压平衡阀，使集水罐中的气压与外部大气压相等，此时集水罐中的水在自重力作用下沿集水罐底部的排水管排放出来，整个钻孔积水排放过程不影响瓦斯抽采，瓦斯抽采和钻孔积水排放作业同步进行，互不影响。

全文数据：一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置及方法技术领域本发明涉及煤层瓦斯抽采钻孔设备技术领域，特别涉及一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置及方法。背景技术我国煤层瓦斯含量普遍较高，国有煤矿70％以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井，瓦斯的存在严重影响了煤矿的安全开采，而目前矿井瓦斯治理最普遍、最有效的技术手段为煤层瓦斯预抽。大多煤层中不仅赋存有大量瓦斯，同时还富含大量的水，进行本煤层瓦斯抽采时，煤层中的水容易涌入瓦斯抽采钻孔，导致瓦斯负压抽采管路出现积水现象，增大负压抽采管路内的阻力，造成较大的负压损失，从而影响瓦斯抽采效率。而对于含水量较大的富水煤层，煤层中大量的水涌入瓦斯抽采钻孔，积水严重时可能会完全堵塞瓦斯抽采管路，不仅造成瓦斯抽采钻孔失效，影响瓦斯抽采效率，还会给瓦斯负压抽采泵站的安全运行带来巨大威胁。目前，针对煤层瓦斯抽采钻孔积水问题的技术措施和设备主要是在瓦斯抽采管路上连接放水装置，从煤层涌入瓦斯抽采钻孔中的积水通过放水装置从瓦斯抽采管路中排放出来。但目前常用的瓦斯抽采钻孔积水排放装置并不能有效的将钻孔内的积水排放出来，主要表现在以下两个方面：①瓦斯正常抽采时，抽采管路处于负压状态，在负压作用下瓦斯抽采钻孔内的积水难以通过连接于负压抽采管路上的放水装置顺利放出，还可能造成抽采负压损失，影响正常的瓦斯抽采作业；②瓦斯抽采钻孔施工过程中会产生大量的煤屑，同时钻孔成型后煤壁变形、坍塌也会产生煤屑和颗粒较大的煤块，再加上涌入瓦斯抽采钻孔的积水，煤屑随积水流入积水排放装置，很容易导致积水排放装置堵塞，且清理难度大。另外，近年来有文献报道了采用风压式钻孔积水排放装置，但该装置仅适用于下行瓦斯抽采钻孔，无法应用于本煤层瓦斯抽采钻孔的孔内积水排放，且该装置系统复杂、成本较高。因此，针对目前瓦斯抽采钻孔易积水、排水装置效果差等问题，研制一种可靠、有效的煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置及方法是十分迫切需要的。发明内容本发明的目的在于克服现有瓦斯抽采钻孔积水排放设备及排放方法的不足，提供一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置及方法，实现对煤层瓦斯抽采钻孔积水的有效排放，克服钻孔积水排放中煤屑堵塞排水管路的不足，从而有效保障瓦斯抽采钻孔服务周期，提高钻孔瓦斯抽采效率。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，包括瓦斯抽采系统、导水系统和排水系统；所述瓦斯抽采系统包括抽采管、瓦斯输送管路、连接管，抽采管一端位于瓦斯抽采钻孔内，另一端通过连接管与瓦斯输送管路连接；导水系统包括导水管、滤渣套管、集水罐，导水管上端与抽采管连接，下端与集水罐连接，集水罐上部通过导气管与连接管连接；排水系统包括排水管、排水阀门、连通管、气压平衡阀，排水管与集水罐底部相连，连通管位于导水管的下端口处。所述抽采管一端穿过封孔段插入瓦斯抽采钻孔内部，另一端通过三通分别与连接管和导水管相连，且导水管位于连接管下方。所述连接管两端分别与抽采管和瓦斯输送管路连接，煤层中的瓦斯在负压下由瓦斯抽采钻孔经过抽采管、连接管进入瓦斯输送管路中。所述导水管由抽采管出口处竖直向下延伸，由上至下依次连接导水阀门、滤渣套管、水流量计，导水管下端与集水罐上端口相连，且在集水罐与水流量计之间的导水管上连接一个连通管；所述连通管一端与导水管相连，另一端直接与大气相通，且所述连通管上设有气压平衡阀。所述滤渣套管为内部设有滤网的中空圆管，且滤渣套管通过其两端的快速接头连接于导水管上。所述集水罐上部接口与导气管相连，底部接口与排水管相连；所述排水管上设有排水阀门，集水罐内收集的钻孔积水通过排水阀门来控制其排放。所述导气管上端与连接管相连，下端与集水罐上部端口相连，且所述导气管上设有气管阀门。基于煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化方法，包括如下步骤：a、钻孔布设：首先按照设定的钻孔布置参数在煤层中钻设一定深度和上仰角的瓦斯抽采钻孔，并将瓦斯抽采钻孔中的煤屑清理干净，然后将抽采管插入瓦斯抽采钻孔中，并对瓦斯抽采钻孔进行密封，使抽采管一端穿过封孔段处于瓦斯抽采钻孔内部，另一端处于矿井巷道内；b、部件组装：首先将抽采管处于巷道内的一端通过三通分别与连接管和导水管相连，连接管一端与三通上端相连，另一端与瓦斯输送管路相连，然后将导水管连接于三通下端，并沿竖直方向由上至下依次连接导水阀门、滤渣套管、水流量计，导水管下端与集水罐上端口相连，接着将连通管连接于集水罐与水流量计之间的导水管上，并在连通管上安装气压平衡阀，最后将集水罐上部接口与导气管相连，导气管另一端连接于连接管上，并在导气管上安装气管阀门，同时将集水罐底部接口与排水管相连，并在排水管上安装排水阀门；c、瓦斯抽采与导水：所有部件和管路连接好后，打开气管阀门和导水阀门，关闭排水阀门和气压平衡阀，对煤层中的瓦斯进行负压抽采，此时瓦斯抽采钻孔中的气压与集水罐中的气压相等，在进行瓦斯抽采的同时，瓦斯抽采钻孔中的积水在自重力作用下通过导水管自动流入集水罐中进行收集，当瓦斯抽采钻孔中的大颗粒煤屑随钻孔积水流入导水管并在滤渣套管中积累时，关闭气管阀门和导水阀门后，将滤渣套管从导水管上拆除下来，对滤渣套管中的煤屑进行清理，然后重新将滤渣套管安装于导水管上，此煤屑清理过程中瓦斯抽采持续进行，无需中断；d、积水排放：定期查看导水管上水流量计的示数，当水流量计上累积流量的示数达到集水罐总容量的80％时，关闭气管阀门和导水阀门，同时打开排水阀门和气压平衡阀，使集水罐中的气压与外部大气压相等，此时集水罐中的水在自重力作用下沿集水罐底部的排水管排放出来，整个钻孔积水排放过程不影响瓦斯抽采，瓦斯抽采和钻孔积水排放作业可同步进行，互不影响。本发明的有益效果：1、本发明通过导气管将连接管与集水罐相连，使集水罐内的气压与瓦斯抽采管路中的气压相等，瓦斯抽采钻孔中的积水可在自重力作用下通过导水管自动流入集水罐中进行收集，避免了瓦斯抽采钻孔内积水因抽采负压的影响而不能顺利排出的弊端；2、本发明通过在导水管上部设置方便拆卸的滤渣套管，将随瓦斯抽采钻孔内积水一并流出的煤屑清理出来，可有效防止煤屑堵塞钻孔积水排放装置，且在煤屑清理过程中瓦斯抽采作业可持续进行，无需中断；3、本发明可实现整个钻孔积水排放过程不影响煤层瓦斯抽采作业，瓦斯抽采和钻孔积水排放作业可同步进行，互不影响；另外，本发明在解决瓦斯负压抽采管路积水问题的同时，还有效消除了积水和煤渣对瓦斯抽采钻孔的不利影响，有效延长了瓦斯抽采钻孔的服务时间，提高了瓦斯抽采效率。附图说明图1是本发明煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置的结构示意图；图中：1—煤层；2—瓦斯抽采钻孔；3—抽采管；4—封孔段；5—瓦斯输送管路；6—连接管；7—导气管；8—气管阀门；9—排水管；10—排水阀门；11—导水管；12—导水阀门；13—滤渣套管；14—水流量计；15—连通管；16—气压平衡阀；17—集水罐。具体实施方式下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。如图1所示，一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，包括瓦斯抽采系统、导水系统和排水系统；所述瓦斯抽采系统包括抽采管3、瓦斯输送管路5、连接管6，抽采管3一端位于瓦斯抽采钻孔2内，另一端通过连接管6与瓦斯输送管路5连接；导水系统包括导水管11、滤渣套管13、集水罐17，导水管11上端与抽采管3连接，下端与集水罐17连接，集水罐17上部通过导气管7与连接管6连接；排水系统包括排水管9、排水阀门10、连通管15、气压平衡阀16，排水管9与集水罐17底部相连，连通管15位于导水管11的下端口处。所述抽采管3一端穿过封孔段4插入瓦斯抽采钻孔2内部，另一端通过三通分别与连接管6和导水管11相连，且导水管11位于连接管6下方，以保证瓦斯气体向上流入瓦斯输送管路5，而瓦斯抽采钻孔2内的积水沿导水管11流入集水罐17；所述连接管6两端分别与抽采管3和瓦斯输送管路5连接，煤层1中的瓦斯在负压下由瓦斯抽采钻孔2经过抽采管3、连接管6进入瓦斯输送管路5中；所述导水管11由抽采管3出口处竖直向下延伸，由上至下依次连接导水阀门12、滤渣套管13、水流量计14，导水管11下端与集水罐17上端口相连，且在集水罐17与水流量计14之间的导水管11上连接一个连通管15；所述连通管15一端与导水管11相连，另一端直接与大气相通，且所述连通管15上设有气压平衡阀16，对集水罐17中的水进行排放时，打开该气压平衡阀16，保证集水罐17中的气压与外部大气压相等，使集水罐17中的水在自重力作用下顺利排出。所述滤渣套管13为内部设有滤网的中空圆管，且滤渣套管13通过其两端的快速接头连接于导水管11上，滤渣套管13可将随瓦斯抽采钻孔内积水一并流出的煤屑过滤并清理出来，可有效防止煤屑堵塞钻孔积水排放装置，且在煤屑清理过程中瓦斯抽采作业可持续进行，无需中断；所述集水罐17上部接口与导气管7相连，底部接口与排水管9相连；所述排水管9上设有排水阀门10，集水罐17内收集的钻孔积水通过排水阀门10来控制其排放；所述导气管7上端与连接管6相连，下端与集水罐17上部端口相连，且所述导气管7上设有气管阀门8；进行瓦斯抽采作业时，通过导气管7将连接管6与集水罐17上端口相连，使集水罐17内的气压与瓦斯抽采管路中的气压相等，瓦斯抽采钻孔2中的积水可在自重力作用下通过导水管11自动流入集水罐17中进行收集，避免了瓦斯抽采钻孔内积水因抽采负压的影响而不能顺利排出的弊端。基于煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化方法，利用上述一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，包括如下步骤：a、钻孔布设：首先按照设定的钻孔布置参数在煤层1中钻设一定深度和上仰角的瓦斯抽采钻孔2，并将瓦斯抽采钻孔2中的煤屑清理干净，然后将抽采管3插入瓦斯抽采钻孔2中，并对瓦斯抽采钻孔2进行密封，使抽采管3一端穿过封孔段4处于瓦斯抽采钻孔2内部，另一端处于矿井巷道内；b、部件组装：首先将抽采管3处于巷道内的一端通过三通分别与连接管6和导水管11相连，连接管6一端与三通上端相连，另一端与瓦斯输送管路5相连，然后将导水管11连接于三通下端，并沿竖直方向由上至下依次连接导水阀门12、滤渣套管13、水流量计14，导水管11下端与集水罐17上端口相连，接着将连通管15连接于集水罐17与水流量计14之间的导水管11上，并在连通管15上安装气压平衡阀16，最后将集水罐17上部接口与导气管7相连，导气管7另一端连接于连接管6上，并在导气管7上安装气管阀门8，同时将集水罐17底部接口与排水管9相连，并在排水管9上安装排水阀门10；c、瓦斯抽采与导水：所有部件和管路连接好后，打开气管阀门8和导水阀门12，关闭排水阀门10和气压平衡阀16，对煤层中的瓦斯进行负压抽采，此时瓦斯抽采钻孔2中的气压与集水罐17中的气压相等，在进行瓦斯抽采的同时，瓦斯抽采钻孔2中的积水在自重力作用下通过导水管11自动流入集水罐17中进行收集，当瓦斯抽采钻孔2中的大颗粒煤屑随钻孔积水流入导水管11并在滤渣套管13中积累时，关闭气管阀门8和导水阀门12后，将滤渣套管13从导水管11上拆除下来，对滤渣套管13中的煤屑进行清理，然后重新将滤渣套管13安装于导水管11上，此煤渣清理过程中瓦斯抽采持续进行，无需中断；d、积水排放：定期查看导水管11上水流量计14的示数，当水流量计14上累积流量的示数达到集水罐17总容量的80％时，关闭气管阀门8和导水阀门12，同时打开排水阀门10和气压平衡阀16，使集水罐17中的气压与外部大气压相等，此时集水罐17中的水在自重力作用下沿集水罐17底部的排水管9排放出来，整个钻孔积水排放过程不影响瓦斯抽采，瓦斯抽采和钻孔积水排放作业可同步进行，互不影响。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，如改变集水罐的形状和材质、改变导气管和连通管的相对位置等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，包括瓦斯抽采系统、导水系统和排水系统；所述瓦斯抽采系统包括抽采管、瓦斯输送管路、连接管，抽采管一端位于瓦斯抽采钻孔内，另一端通过连接管与瓦斯输送管路连接；导水系统包括导水管、滤渣套管、集水罐，导水管上端与抽采管连接，下端与集水罐连接，集水罐上部通过导气管与连接管连接；排水系统包括排水管、排水阀门、连通管、气压平衡阀，排水管与集水罐底部相连，连通管位于导水管的下端口处。2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述抽采管一端穿过封孔段插入瓦斯抽采钻孔内部，另一端通过三通分别与连接管和导水管相连，且导水管位于连接管下方。3.根据权利要求2所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述连接管两端分别与抽采管和瓦斯输送管路连接，煤层中的瓦斯在负压下由瓦斯抽采钻孔经过抽采管、连接管进入瓦斯输送管路中。4.根据权利要求2所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述导水管由抽采管出口处竖直向下延伸，由上至下依次连接导水阀门、滤渣套管、水流量计，导水管下端与集水罐上端口相连，且在集水罐与水流量计之间的导水管上连接一个连通管；所述连通管一端与导水管相连，另一端直接与大气相通，且所述连通管上设有气压平衡阀。5.根据权利要求4所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述滤渣套管为内部设有滤网的中空圆管，且滤渣套管通过其两端的快速接头连接于导水管上。6.根据权利要求4所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述集水罐上部接口与导气管相连，底部接口与排水管相连；所述排水管上设有排水阀门，集水罐内收集的钻孔积水通过排水阀门来控制其排放。7.根据权利要求6所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：所述导气管上端与连接管相连，下端与集水罐上部端口相连，且所述导气管上设有气管阀门。8.基于煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化方法，利用权利要求1-7之一所述的一种煤层瓦斯抽采与钻孔积水自动排放一体化装置，其特征在于：包括如下步骤：a、钻孔布设：首先按照设定的钻孔布置参数在煤层中钻设一定深度和上仰角的瓦斯抽采钻孔，并将瓦斯抽采钻孔中的煤屑清理干净，然后将抽采管插入瓦斯抽采钻孔中，并对瓦斯抽采钻孔进行密封，使抽采管一端穿过封孔段处于瓦斯抽采钻孔内部，另一端处于矿井巷道内；b、部件组装：首先将抽采管处于巷道内的一端通过三通分别与连接管和导水管相连，连接管一端与三通上端相连，另一端与瓦斯输送管路相连，然后将导水管连接于三通下端，并沿竖直方向由上至下依次连接导水阀门、滤渣套管、水流量计，导水管下端与集水罐上端口相连，接着将连通管连接于集水罐与水流量计之间的导水管上，并在连通管上安装气压平衡阀，最后将集水罐上部接口与导气管相连，导气管另一端连接于连接管上，并在导气管上安装气管阀门，同时将集水罐底部接口与排水管相连，并在排水管上安装排水阀门；c、瓦斯抽采与导水：所有部件和管路连接好后，打开气管阀门和导水阀门，关闭排水阀门和气压平衡阀，对煤层中的瓦斯进行负压抽采，此时瓦斯抽采钻孔中的气压与集水罐中的气压相等，在进行瓦斯抽采的同时，瓦斯抽采钻孔中的积水在自重力作用下通过导水管自动流入集水罐中进行收集，当瓦斯抽采钻孔中的大颗粒煤屑随钻孔积水流入导水管并在滤渣套管中积累时，关闭气管阀门和导水阀门后，将滤渣套管从导水管上拆除下来，对滤渣套管中的煤屑进行清理，然后重新将滤渣套管安装于导水管上，此煤屑清理过程中瓦斯抽采持续进行，无需中断；d、积水排放：定期查看导水管上水流量计的示数，当水流量计上累积流量的示数达到集水罐总容量的80％时，关闭气管阀门和导水阀门，同时打开排水阀门和气压平衡阀，使集水罐中的气压与外部大气压相等，此时集水罐中的水在自重力作用下沿集水罐底部的排水管排放出来，整个钻孔积水排放过程不影响瓦斯抽采，瓦斯抽采和钻孔积水排放作业可同步进行，互不影响。

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