一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，為可控脈沖振動裝置，可控脈沖振動裝置設(shè)置在待開采的目標(biāo)煤層上方的瓦斯治理巷道中，目標(biāo)煤層與瓦斯治理巷道之間為頂板，可控脈沖振動裝置包括絞車、鋼絲繩、錘體、能量傳遞裝置、固定在瓦斯治理巷道頂部的定滑輪，鋼絲繩一端與絞車連接并由絞車控制其收放，鋼絲繩另一端繞過定滑輪后連接錘體，錘體下方的頂板上挖有一個直徑大于錘體的基坑，基坑底部中間設(shè)有一個能量傳遞裝置，錘體落下時正好擊打在能量傳遞裝置的頂端上。對該可控脈沖振動裝置實施脈沖沖擊振動能大大提高鉆孔瓦斯抽采效率，經(jīng)試驗證明，瓦斯抽采效率能提高約400%。
【專利說明】一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，尤其涉及的是一種針對待開采目標(biāo)煤層，利用可控脈沖振動提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在全國各地區(qū)不同程度地遭受到霧霾困擾、環(huán)境壓力不斷加大，國家對煤層氣利用重視程度不斷提高，同時煤礦企業(yè)在考慮自身生產(chǎn)安全需要的前提下，對煤層氣的抽采與利用就顯得尤為迫切與重要。煤與瓦斯是一種固-氣二相介質(zhì)，物質(zhì)組成復(fù)雜，賦存條件千變?nèi)f化，煤與瓦斯在自然條件下處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。目前各地礦井對煤層氣的抽采方式還是傳統(tǒng)的簡單方式:即在煤體中密集鉆孔，通過負(fù)壓抽采，這樣需要消耗大量人力、物力去鉆孔，成孔后由于煤體的透氣性低，瓦斯抽采效果差、抽采效率低，往往耗時漫長，費時費力，還達(dá)不到抽采的要求。一般的工作面抽采需半年至一年，有的時間更長，嚴(yán)重影響了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)，制約了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)進(jìn)度，因此急需一種安全有效的裝置來提高抽采效率從而降低煤體瓦斯抽采成本。
[0003]目前，研究開發(fā)用于井下巷道中提高瓦斯抽采效率的技術(shù)還很少，投入實際應(yīng)用的成果就更少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足瓦斯抽采發(fā)展的需要。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用可控脈沖振動提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，該裝置通過實施脈沖振動來增加目標(biāo)煤層的滲透性、減少目標(biāo)煤層中煤對瓦斯的吸附量從而提高瓦斯的抽采效率。
[0005]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，所述裝置為可控脈沖振動裝置，所述可控脈沖振動裝置設(shè)置在待開采的目標(biāo)煤層上方的瓦斯治理巷道中，目標(biāo)煤層與瓦斯治理巷道之間為頂板，所述可控脈沖振動裝置包括絞車、鋼絲繩、錘體、能量傳遞裝置、固定在瓦斯治理巷道頂部的定滑輪，鋼絲繩一端與絞車連接并由絞車控制其收放，鋼絲繩另一端繞過定滑輪后連接錘體，錘體下方的頂板上挖有一個直徑大于錘體的基坑，基坑底部中間設(shè)有一個能量傳遞裝置，能量傳遞裝置底端伸入頂板內(nèi)、頂端伸出基坑底部，錘體落下時正好擊打在能量傳遞裝置的頂端上。
[0007]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述能量傳遞裝置為一根圓鋼。
[0008]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述圓鋼直徑為120mm、長度為2.5m，所述圓鋼頂端凸出基坑底部0.1-0.2m。
[0009]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述基坑直徑1.2m、深度為lm。
[0010]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述錘體為組合式錘體，所述組合式錘體由至少兩個單元錘體組合而成，所述組合式錘體總質(zhì)量為I噸以上。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述定滑輪通過兩根錨桿以及連接兩根錨桿的錨鏈固定在瓦斯治理巷道頂部。
[0012]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0013]本實用新型提供了一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置。在依照傳統(tǒng)瓦斯抽采方法已布置了一系列瓦斯抽采孔的基礎(chǔ)上，在目標(biāo)煤層上方15-30米處的瓦斯治理巷道中，布置一套占用空間小、本質(zhì)安全、能量可控的可控脈沖振動裝置。對該可控脈沖振動裝置實施脈沖沖擊振動并作用于待開采目標(biāo)煤層上方的頂板上，通過頂板對待開采目標(biāo)煤層施加脈沖振動，從而使目標(biāo)煤層的煤體受到相應(yīng)的脈沖沖擊，產(chǎn)生疏密相間的縱向振動，有利于煤體中原有的裂隙擴(kuò)展并產(chǎn)生新的裂隙通道，使煤體中的瓦斯移動更加順暢；同時，煤體中的瓦斯在外界脈沖振動的擾動作用下其賦存狀態(tài)發(fā)生變化，原有的吸附瓦斯與游離瓦斯的動態(tài)平衡發(fā)生改變，大量的吸附瓦斯轉(zhuǎn)變成游離瓦斯，致使煤體內(nèi)的氣壓升高，從而加速了瓦斯從微孔隙解吸、擴(kuò)散和流動，進(jìn)一步加速瓦斯氣體的抽采，大大提高鉆孔瓦斯抽采效率。經(jīng)試驗證明，通過采用本實用新型提供的裝置，鉆孔瓦斯抽采效率能提高約400%。因此將該實用新型提供的裝置應(yīng)用于煤礦行業(yè)的鉆孔瓦斯抽采，能大大提高鉆孔瓦斯抽采效率，極大的降低鉆孔瓦斯抽采成本，且裝置占用空間小、本質(zhì)安全、操作簡單方便、可行性高，可真正做到“變廢為寶，變害為利”，值得大范圍推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的可控脈沖振動裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實用新型實施振動前后瓦斯抽采所記錄到的溫度、壓差、流速及濃度原始數(shù)據(jù)圖。
[0016]圖3為本實用新型的振動影響下流速及濃度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0017]下面對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0018]為驗證本實用新型提供的一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置的可靠性，本 申請人:實地到淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦現(xiàn)場依據(jù)本實用新型提供的裝置做了試驗，淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦是煤與瓦斯突出礦井。
[0019]本試驗的方法步驟如下:
[0020]a.本試驗選取的是潘三礦11-2煤層，11-2煤層是完整的待開采的目標(biāo)煤層3，位于11-2目標(biāo)煤層3上方的是頂板2，頂板2主要為砂質(zhì)泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，縱波速度約為3100m/s，有利于振動能量的傳遞。參見圖1，在目標(biāo)煤層3上方，距離目標(biāo)煤層3法距18米的巖層中開設(shè)的瓦斯治理巷道5中，選取完整的目標(biāo)煤層3上方的頂板2，，在該位置點的瓦斯治理巷道5中布置本實用新型提供的可控脈沖振動裝置，可控脈沖振動裝置包括絞車
1、鋼絲繩7、固定在瓦斯治理巷道5頂部的定滑輪8、錘體6及能量傳遞裝置4，鋼絲繩7 —端與絞車I連接并由絞車I控制其收放，鋼絲繩7另一端繞過定滑輪8后連接錘體6，錘體6下方的頂板2上挖有一個直徑大于錘體6的基坑，基坑底部中間設(shè)有一個能量傳遞裝置4，能量傳遞裝置4底端伸入頂板內(nèi)、頂端伸出基坑底部，錘體6落下時正好擊打在能量傳遞裝置4的頂端上。本試驗所選用的能量傳遞裝置4為一根圓鋼，圓鋼直徑為120mm、長度為
2.5m,圓鋼頂端凸出基坑底部0.1-0.2m ;本試驗施工的基坑直徑為1.2m、深度為Im ;為便于在井下運輸及適應(yīng)各種質(zhì)量要求，錘體6優(yōu)選為組合式錘體，組合式錘體由至少兩個單元錘體組合而成，組合式錘體總質(zhì)量為I噸以上。本試驗所選用的錘體6質(zhì)量為2.02噸。定滑輪8通過兩根錨桿以及連接兩根錨桿的錨鏈固定在瓦斯治理巷道5頂部，當(dāng)然，根據(jù)需要定滑輪8可以用回頭滑子來代替，將回頭滑子掛在錨鏈上進(jìn)行起吊作業(yè)。該裝置可產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬時脈沖沖擊能量，一般可達(dá)到LOXIO7Mj以上的能量，因此可作為煤礦井下地震勘探的安全震源。
[0021]b.在可控脈沖振動裝置的振動影響區(qū)域內(nèi)，在基坑周圍施工多個瓦斯抽采孔，并布置實施瓦斯抽采所需的抽采裝置，然后開始實施瓦斯抽采，并采用鉆孔多級流量計在線記錄溫度、壓差及瓦斯流速的變化，采用管道高濃瓦斯傳感器在線記錄瓦斯?jié)舛鹊淖兓?；本試驗瓦斯抽采采用下向穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)實施抽采。
[0022]c.對可控脈沖振動裝置實施脈沖沖擊振動，即利用絞車I控制將可控脈沖振動裝置的錘體6提升到設(shè)定高度，先松離合，再松制動，使錘體6自由落體擊打基坑中的能量傳遞裝置4，基坑中的能量傳遞裝置4將振動所產(chǎn)生的能量傳遞到頂板下的目標(biāo)煤層3，利用礦井地震儀記錄振動所產(chǎn)生的振動特征。本試驗實施振動的具體操作為:通過絞車I控制將錘體6提升至離基坑底部約為3m，然后使錘體6自由落體而產(chǎn)生一定的下落速度，對基坑內(nèi)的圓鋼實施脈沖沖擊振動，連續(xù)實施了三次脈沖沖擊振動，連續(xù)實施三次脈沖沖擊振動的時間點分別為:第一次15:26，第二次15:35，第三次15:42，第一次與第二次之間間隔9分鐘，第二次與第三次之間間隔7分鐘。同時利用鉆孔多級流量計及管道高濃瓦斯傳感器觀測記錄振動前后煤層中瓦斯抽采的流速及濃度變化情況。
[0023]由圖2可以看出，在數(shù)據(jù)監(jiān)測時間內(nèi)，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，溫度基本保持在29.5°C左右，壓差維持在18.5KPa上下，而濃度和流速是變化的。為便于對濃度和流速進(jìn)行直觀觀察，將圖2中的濃度和流速數(shù)據(jù)在一張圖上進(jìn)行相應(yīng)的處理，即得到濃度和流速的變化曲線圖，圖3為振動影響下流速及濃度變化曲線圖。其中，圖2和圖3中流速單位均為IOL/min。從圖3可以看出，總體上隨著每一次的脈沖沖擊振動，都會導(dǎo)致濃度的上升與流速的升高。但濃度與流速的變化各有特點，濃度變化上:第一次脈沖沖擊振動15:26時濃度上升很快，短時間內(nèi)濃度值幾乎提高了一倍；第二次脈沖沖擊振動15:35及第三次15:42脈沖沖擊振動均使?jié)舛扔胁煌潭鹊奶岣?，但不如第一次脈沖沖擊振動提高的效果顯著；流速變化上:流速在以上三個脈沖沖擊振動點都有明顯的反應(yīng)，在實施振動的短短的半小時內(nèi)，流速的特征是總體趨勢向上，流速從約70L/min升到了近140L/min，增加了近一倍。由圖3可看出，抽采瓦斯的流速與濃度的峰值出現(xiàn)在時間點15:52前后，在時間點16:22前后兩者均衰減到約為振動前的水平?？紤]到瓦斯的純流量是濃度與流速的乘積，所以，在可控脈沖沖擊振動后，實際鉆孔瓦斯抽采速度最高提高了近4倍，抽采效率最高提高了近400%。
[0024]d.若實施上述脈沖沖擊振動所得到的的濃度與流速的提高不理想，可繼續(xù)調(diào)整可控脈沖振動裝置的錘體6質(zhì)量及振動作用頻率并實施脈沖沖擊振動，分析不同錘體6質(zhì)量的振波、不同振動作用頻率以及不同初速度的振動頻譜特征、振幅等振動特征，同時觀測鉆孔多級流量計上抽采瓦斯的流速的變化特征以及管道高濃瓦斯傳感器上抽采瓦斯的濃度的變化特征，對應(yīng)不同的瓦斯抽采效率；[0025]e.將上述采集的不同振動的振動特征的數(shù)據(jù)利用地震處理軟件分析，并與鉆孔多級流量計的流速變化以及管道高濃瓦斯傳感器的濃度變化做好對應(yīng)關(guān)系，總結(jié)出某一特定地點不同振動特征的振動對應(yīng)瓦斯流速及濃度的值，瓦斯流速及濃度乘積最高的值即對應(yīng)該地點的最優(yōu)脈沖振動特征，如本試驗中時間點15:52前后出現(xiàn)了流速與濃度的峰值，因此該時間點15:52的振動特征即對應(yīng)該地點的最優(yōu)脈沖振動特征，從而利用該最優(yōu)脈沖振動特征實施振動并進(jìn)行瓦斯抽采，便可大大提高鉆孔瓦斯抽采效率，降低鉆孔瓦斯抽采成本。
[0026]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，其特征在于，所述裝置為可控脈沖振動裝置，所述可控脈沖振動裝置設(shè)置在待開采的目標(biāo)煤層上方的瓦斯治理巷道中，目標(biāo)煤層與瓦斯治理巷道之間為頂板，所述可控脈沖振動裝置包括絞車、鋼絲繩、錘體、能量傳遞裝置、固定在瓦斯治理巷道頂部的定滑輪，鋼絲繩一端與絞車連接并由絞車控制其收放，鋼絲繩另一端繞過定滑輪后連接錘體，錘體下方的頂板上挖有一個直徑大于錘體的基坑，基坑底部中間設(shè)有一個能量傳遞裝置，能量傳遞裝置底端伸入頂板內(nèi)、頂端伸出基坑底部，錘體落下時正好擊打在能量傳遞裝置的頂端上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，其特征在于，所述能量傳遞裝置為一根圓鋼。
3.如權(quán)利要求2所述的一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，其特征在于，所述圓鋼直徑為120mm、長度為2.5m,所述圓鋼頂端凸出基坑底部0.1-0.2m。
4.如權(quán)利要求3所述的一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，其特征在于，所述基坑直徑1.2m、深度為lm。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，其特征在于，所述錘體為組合式錘體，所述組合式錘體由至少兩個單元錘體組合而成，所述組合式錘體總質(zhì)量為I噸以上。
6.如權(quán)利要求1至4之一所述的一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的裝置，其特征在于，所述定滑輪通過兩根錨桿以及連接兩根錨桿的錨鏈固定在瓦斯治理巷道頂部。
【文檔編號】E21B43/16GK203729961SQ201420051467
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】胡水根, 嚴(yán)家平, 柏發(fā)松, 董善保, 謝焰, 劉盛東, 梅濟(jì)民, 陳宿, 趙勇, 宋永斌, 熊曉英, 王光扣, 李垚, 馬莉, 侯來利, 洪衛(wèi)東 申請人:安徽理工大學(xué)