专利名称：煤层注水系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及注水技术，尤其涉及一种煤层注水系统。
背景技术：
煤层中90%以上的瓦斯以吸附的形式赋存在煤层的孔隙与裂隙中。在尚未开采或未受扰动的煤层中，瓦斯气体保持动态的吸附平衡。当煤层被开采后，煤层中的裂隙被暴露，平衡的瓦斯赋存状态被打破。大量的瓦斯气体不断从煤层中解吸出来，通过煤层中的孔隙、微裂隙、裂隙运移到巷道或作面中。目前多数煤矿是应用大功率采煤机以及综采放顶煤开采工艺，在每层含水量低的情况下，将导致煤尘产生量增加，不仅对安全生产构成威胁，还因生产环境恶化，直接损害工人的身体健康。因此，如果治理瓦斯和煤尘的措施不力，就 有可能造成瓦斯和煤尘爆炸。有效地预防瓦斯和煤尘灾害的发生一直是保证煤矿安全生产重中之重的工作。在众多的预防措施中，向煤层中注水是简便有效和治本的方法。这是因为在煤层注水的预湿过程中，由于裂隙表面的压力、夹层和矿物资的膨化以及化学与物理化学的作用，使煤的力学性质发生变化，塑性增加，硬度和强度降低，造成煤层疏松，减少了煤层内部的应力集中和瓦斯放散的速度，煤破碎过程中生成的煤尘量将有所减少，瓦斯涌出量也减少，一般情况下,煤层水份增加愈多，瓦斯涌出量的降低率愈大，同时,煤破碎后生成的煤尘也愈少。由此可见煤层注水具有如下优点首先，可软化煤层；降低截割和破碎能量，减少设备的损坏和提高采出率；其次，可避免火灾的发生；再次，可预防冲击地压的危害；最后，可降低工作场所温度。要使煤层湿润和软化，必须使煤层中有水。一般使用注水系统对煤提进行注水操作。目前的注水系统一般采用井下静压注水或高压水泵加压注水。现有技术至少存在以下问题首先，静压注水只适用于透气性很好的煤层，使用静压注水无法实现透气性较差煤层的注水工作；其次，高压水泵加压注水提供的压力有限，且随着注水泵压力的增加，设备的运行和维护要求也相应提高。
发明内容
本发明提供一种煤层注水系统，用以实现对透气性差的煤层的有效注水。本发明提供一种煤层注水系统，其中包括脉冲动力子系统和注水子系统；所述注水子系统的出水口和设定区域的待注水煤层连通，以向所述待注水煤层注水；所述脉冲动力子系统的出液口与所述设定区域的所述待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供液压脉冲。如上所述的煤层注水系统，优选的是所述脉冲动力子系统包括水锤器、水泵和储水箱；所述水锤器的高压缸的出液口作为所述脉冲动力子系统的出液口 ；所述水锤器的低压缸与所述水泵的出水孔连通；
所述水泵的进水孔与所述储水箱连通。如上所述的煤层注水系统，优选的是所述脉冲动力子系统还包括防爆电机和底座；所述储水箱、水泵和防爆电机都固定设置在所述底座上；所述防爆电机与所述水泵连接，以向所述水泵提供动力；所述水锤器固定设置在所述储水箱上。如上所述的煤层注水系统，优选的是还包括注水管，所述注水管出口所在端的管子卡设在所述待注水煤层里，所述注水管的入口位于所述待注水煤层的外侧，且所述入口分别与所述出水口和出液口连通。如上所述的煤层注水系统，优选的是还包括三通接头，所述三通接头的其中一个 接头与所述入口连通，所述三通接头的另外两个接头分别与所述出水口和出液口连通。如上所述的煤层注水系统，优选的是还包括煤岩颗粒过滤罐；所述煤岩颗粒过滤罐包括罐体和设置在所述罐体内的过滤网，所述罐体两端均为开口 ；所述罐体的一端与所述入口连通，另一端与所述三通接头连通。如上所述的煤层注水系统，优选的是所述注水子系统包括静压注水管和静压压力泵；所述静压注水管的出水口作为所述注水子系统的出水口 ；所述静压注水管的进水口与所述静压压力泵连通；所述静压压力泵用于将水泵入所述静压注水管。如上所述的煤层注水系统，优选的是所述静压注水管和所述三通接头之间设置有单向阀，所述单向阀用于导通水从所述静压注水管流向所述注水管的通路。如上所述的煤层注水系统，优选的是所述静压注水管上设置有压力表和水表；所述压力表用于显示所述静压注水管中的水压值；所述水表用于显示所述静压注水管中的注水流量。如上所述的煤层注水系统，优选的是所述静压注水管上设置有阀门；所述阀门用于导通或切断进入所述水表中的水的通路。本发明提供的煤层注水系统，设置有脉冲动力子系统，可以向待注水煤层提供脉冲液压，以加速破坏待注水煤层的坚固结构，使之松散易注水。在注水过程中，脉冲动力子系统和注水子系统的动作先后不加以限制，比如，可以先对待注水煤层施加脉冲液压，然后再进行注水；也可以交替进行，先注水直至注水困难，然后停止注水，并向待注水煤层施加脉冲液压，然后再继续注水；还可以同时进行，同时进行时，液压脉冲会随着注水子系统注入煤层中的水，将脉冲液压传播至被注煤层的水裂痕中，对深部煤层裂隙产生强大的水力冲击，有助于水裂隙的进一步扩展。本发明提供的煤层注水系统，可以有效实现对透气性差的煤层的注水，且注水操作简单，效果好。
图I为本发明实施例一提供的煤层注水系统的示意图。图2为本发明实施例二提供的煤层注水系统的示意图。图3为本发明实施例三提供的煤层注水系统的示意图。附图标记I-脉冲动力子系统；2-注水子系统；3-待注水煤层；4-高压胶管；5-低压胶管；6-注水管；7-三通接头；8-煤岩颗粒过滤罐； 9-压力表； 10-水表；11-出液口；12-水锤器；13-水泵；14-储水箱；15-防爆电机；16-底座；17-阀门；18-单向阀；121-高压缸；123-低压缸；131-出水孔；132-进水孔；21-出水口；22-静压注水管；23-静压压力栗；61-入口。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供一种煤层注水系统，其中包括脉冲动力子系统和注水子系统；注水子系统的出水口和设定区域的待注水煤层连通，以向待注水煤层注水；脉冲动力子系统的出液口与设定区域的待注水煤层连通，以向该区域的待注水煤层提供液压脉冲。本发明实施例提供的煤层注水系统，可以有效实现难注水煤层的注水，其具有脉冲动力子系统，在注水过程中，脉冲动力子系统会以设定的频率向待注水煤层提供脉冲动力，脉冲动力是一种交变力，在相同的力的大小的前提下，交变力对煤层的破坏程度大于稳定力对煤层的破坏速度，即采用脉冲动力子系统可以有效破坏待注水煤层的稳定性，脉冲动力产生的瞬时高压能有效将煤层振裂或将煤层中原来不通的裂隙振通，注水子系统注入的水就能通过这些裂隙顺利渗入煤体中，达到快速、均匀湿润煤体的目的。此外，本发明所提供的脉冲动力子系统，为待注水煤层提供的是液压脉冲，液体可以是水或防冻液等，这也是利用了液体不可压缩的性质。可以理解的是，脉冲动力子系统提供的脉冲液压的作用范围有限，向待注水煤层注水时，需保证脉冲液压作用在设定区域的待注水煤层上。实施例一图I为本发明实施例一提供的煤层注水系统的示意图。本发明实施例一提供一种煤层注水系统，其中包括脉冲动力子系统I和注水子系统2 ;注水子系统2的出水口 21和设定区域的待注水煤层3连通，以向待注水煤层3注水；脉冲动力子系统I的出液口 11与设定区域的待注水煤层3连通，以向该区域的待注水煤层3提供液压脉冲。脉冲动力子系统和注水子系统连接至待注水煤层的方式不加以限定，可以通过两根管分别连接至同一区域的待注水煤层，也可以通过同一根管连接至待注水煤层，只要保证脉冲动力子系统和注水子系统是对同一区域的煤层作用即可。脉冲动力子系统的优选实现方式为脉冲动力子系统I包括水锤器12、水泵13和储水箱14 ;水锤器的高压缸121的出液口作为脉冲动力子系统I的出液口 11 ;水锤器12的低压缸123与水泵13的出水孔131连通；水泵13的进水孔132与储水箱14连通。在图I中，高压缸121和待注水煤层3之间通过高压胶管4连通，低压缸123和水泵13之间通过低压胶管5连通，但并不仅限于此。水锤的低压缸的进水口安装有阀门C和阀门D。调节阀门C和阀门D的开度，可以改变进入低压缸的流量，进而改变水锤频率。水锤动力足，且提供的动力易于控制。对水锤中的电动机通电后，水泵输出的水进入水锤器的低压缸，可以使水锤器的高压缸内的水产生瞬间高并通过注水管路传播到被注水的煤层中，从而改善了煤层的透气性，也加快了注水速度，提高了注水子系统的适用范围和效果。进一步地，脉冲动力子系统I还包括防爆电机15和底座16 ;储水箱14、水泵13和防爆电机15都固定设置在底座16上；防爆电机15与水泵13连接，以向水泵13提供动力； 水锤器12固定设置在储水箱14上。设置了防爆电机和底座的脉冲动力子系统，功能更加完善，也便于运输。本发明实施例一提供的煤层注水系统，设置有脉冲动力子系统，可以向待注水煤层提供脉冲液压，以加速破坏待注水煤层的坚固结构，使之松散易注水。在注水过程中，脉冲动力子系统和注水子系统的动作先后不加以限制，比如，可以先对待注水煤层施加脉冲液压，然后再进行注水；也可以交替进行，先注水直至注水困难，然后停止注水，并向待注水煤层施加脉冲液压，然后再继续注水；还可以同时进行，同时进行时，液压脉冲会随着注水子系统注入煤层中的水，将脉冲液压传播至被注煤层的水裂痕中，对深部煤层裂隙产生强大的水力冲击，有助于水裂隙的进一步扩展。本发明实施例一提供的煤层注水系统，可以有效实现对透气性差的煤层的注水，且注水操作简单，效果好。实施例二图2为本发明实施例二提供的煤层注水系统的示意图。本发明实施例二在实施例一的技术方案基础之上，优选的是，煤层注水系统还包括注水管6，注水管6出口所在端的管子卡设在待注水煤层3里，注水管6的入口 61位于待注水煤层3的外侧，且入口 61分别与出水口 21和出液口 11连通。脉冲动力子系统和注水子系统通过同一根注水管连接至待注水煤层，可以简化整个系统的结构。实际应用中，注水管的周围还可以设置封孔材料，以避免煤渣对注水管的影响。注水管可以是硬质胶管或钢管。可选的是煤层注水系统还包括三通接头7，三通接头7的其中一个接头与入口 61连通，三通接头7的另外两个接头分别与出水口 21和出液口 11连通。三通接头可以有效实现三根管子的连通，且连接关系简单。优选的是，煤层注水系统还包括煤岩颗粒过滤罐8 ;煤岩颗粒过滤罐8包括罐体和设置在罐体内的过滤网(未示出)，罐体两端均为开口 ；罐体的一端与入口 61连通，另一端与三通接头7连通。若不设置煤岩颗粒过滤罐，注水管的入口和三通接头的其中一个接头直接连通，若设置了煤岩颗粒过滤罐，注水管的入口和三通接头之间通过煤岩颗粒过滤罐彼此连通。注水管中的水有两种流向，一种是在脉冲动力子系统或注水子系统注水时，注水管中的水流向待注水煤层，而在上述两个子系统停止动作时，注水管中的水会回流，回流的水中一般掺杂了煤渣等杂质。设置煤岩颗粒过滤罐，一方面可以阻挡脉冲动力子系统或注水子系统中的杂质流向注水管，另一方面，也可以阻止注水管中的杂质流向脉冲动力子系统或注水子系统，再一方面，还可以阻挡在注水过程中，注水管中沉积的煤岩颗粒进入脉冲动力子系统和注水子系统。本发明实施例二提供的煤层注水系统，通过同一根注水管将两个子系统与注水管连通，简单可靠，可操作性强。实施例三图3为本发明实施例三提供的煤层注水系统的示意图。本发明实施例三在上述实施例的技术方案基础之上，优选的是。注水子系统2包括静压注水管22和静压压力泵23 ；静压注水管22的出水口作为注水子系统的出水口 21 ;静压注水管22的进水口(未示出) 与静压压力泵(未示出)连通；静压压力泵用于将水泵入静压注水管22。增加脉冲动力子系统后，不会影响注水子系统的结构，另外，设置了脉冲动力子系统，可以使用现有的注水子系统对煤层进行注水，且注水效果良好。实际应用中，静压注水管22和三通接头7之间设置有单向阀18，单向阀18用于导通水从静压注水管22流向注水管6的通路。脉冲动力子系统作用时，脉冲动力可能传递至注水子系统，为保证脉冲动力有效传递至待注水煤层，静压注水管和三通接头之间设置有单向阀。优选的是，静压注水管22上设置有压力表9和水表10 ;压力表9用于显示静压注水管22中的水压值；水表10用于显示静压注水管22中的注水流量。根据压力表和水表的示数，可以有效控制向待注水煤层注入的水量。进一步地，静压注水管22上设置有阀门17 ;阀门17用于导通或切断进入水表10中的水的通路。本发明实施例三提供的煤层注水系统，使用静压注水管和静压压力泵即可实现对待注水煤层的有效注水，且成本低廉，可以理解的是，注水子系统还可以选用高压注水系统，注水效果会更佳，但设备的运营陈本也会增加。本发明实施例提供的煤层注水系统，尤其适用于煤层、特别是透气性很差的难注煤层的快速、有效注水，有效预防了煤层开采过程中因瓦斯和煤尘超限而引发煤矿安全问题，并且还可以提高煤矿的生产效率和经济效益。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种煤层注水系统，其特征在于，包括脉冲动力子系统和注水子系统； 所述注水子系统的出水口和设定区域的待注水煤层连通，以向所述待注水煤层注水；所述脉冲动力子系统的出液口与所述设定区域的所述待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供液压脉冲。
2.根据权利要求I所述的煤层注水系统，其特征在于所述脉冲动力子系统包括水锤器、水泵和储水箱； 所述水锤器的高压缸的出液口作为所述脉冲动力子系统的出液口； 所述水锤器的低压缸与所述水泵的出水孔连通； 所述水泵的进水孔与所述储水箱连通。
3.根据权利要求2所述的煤层注水系统，其特征在于所述脉冲动力子系统还包括防爆电机和底座； 所述储水箱、水泵和防爆电机都固定设置在所述底座上； 所述防爆电机与所述水泵连接，以向所述水泵提供动力； 所述水锤器固定设置在所述储水箱上。
4.根据权利要求I所述的煤层注水系统，其特征在于还包括注水管，所述注水管出口所在端的管子卡设在所述待注水煤层里，所述注水管的入口位于所述待注水煤层的外侧，且所述入口分别与所述出水口和出液口连通。
5.根据权利要求4所述的煤层注水系统，其特征在于还包括三通接头，所述三通接头的其中一个接头与所述入口连通，所述三通接头的另外两个接头分别与所述出水口和出液口连通。
6.根据权利要求5所述的煤层注水系统，其特征在于 还包括煤岩颗粒过滤罐； 所述煤岩颗粒过滤罐包括罐体和设置在所述罐体内的过滤网，所述罐体两端均为开Π ； 所述罐体的一端与所述入口连通，另一端与所述三通接头连通。
7.根据权利要求5所述的煤层注水系统，其特征在于 所述注水子系统包括静压注水管和静压压力泵； 所述静压注水管的出水口作为所述注水子系统的出水口； 所述静压注水管的进水口与所述静压压力泵连通； 所述静压压力泵用于将水泵入所述静压注水管。
8.根据权利要求7所述的煤层注水系统，其特征在于 所述静压注水管和所述三通接头之间设置有单向阀，所述单向阀用于导通水从所述静压注水管流向所述注水管的通路。
9.根据权利要求7所述的煤层注水系统，其特征在于 所述静压注水管上设置有压力表和水表； 所述压力表用于显示所述静压注水管中的水压值； 所述水表用于显示所述静压注水管中的注水流量。
10.根据权利要求7所述的煤层注水系统，其特征在于所述静压注水管上设置有阀门；所 述阀门用于导通或切断进入所述水表中的水的通路。
全文摘要
本发明公开了一种煤层注水系统，其中包括脉冲动力子系统和注水子系统；所述注水子系统的出水口和设定区域的待注水煤层连通，以向所述待注水煤层注水；所述脉冲动力子系统的出液口与所述设定区域的所述待注水煤层连通，以向该区域的所述待注水煤层提供液压脉冲。本发明提供的煤层注水系统，可以有效实现对透气性差的煤层的注水，且注水操作简单，效果好。
文档编号E21F5/02GK102889094SQ20111020401
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者袁亮, 张景松, 刘冠学, 薛俊华, 余国锋, 张明, 吴志坚, 卢平 申请人:平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司, 中国矿业大学, 淮南矿业(集团)有限责任公司