《煤層注水系統》是平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責任公司、中國礦業大學、淮南礦業（集團）有限責任公司於2011年7月20日申請的專利，該專利申請號為2011102040156，公布號為CN102889094A，公布日為2013年1月23日，發明人是袁亮、張景松、劉冠學、薛俊華、余國鋒、張明、吳志堅、盧平。
《煤層注水系統》包括：脈衝動力子系統和注水子系統；所述注水子系統的出水口和設定區域的待注水煤層連通，以向所述待注水煤層注水；所述脈衝動力子系統的出液口與所述設定區域的所述待注水煤層連通，以向該區域的所述待注水煤層提供液壓脈衝。該發明提供的煤層注水系統，可以有效實現對透氣性差的煤層的注水，且注水操作簡單，效果好。
2016年1月，《煤層注水系統》獲得安徽省第四屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《煤層注水系統》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：煤層注水系統
- 公布號：CN102889094A
- 公布日：2013年1月23日
- 申請號：2011102040156
- 申請日：2011年7月20日
- 申請人：平安煤礦瓦斯治理國家工程研究中心有限責任公司、中國礦業大學、淮南礦業（集團）有限責任公司
- 地址：安徽省淮南市田家庵區洞山中路1號
- 發明人：袁亮、張景松、劉冠學、薛俊華、余國鋒、張明、吳志堅、盧平
- 專利代理機構：北京同立鈞成智慧財產權代理有限公司
- 代理人：孟金喆
- Int.Cl.：E21F5/02(2006.01)I、E21F5/02
- 類別：類別
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
煤層中90％以上的瓦斯以吸附的形式賦存在煤層的孔隙與裂隙中。在尚未開採或未受擾動的煤層中，瓦斯氣體保持動態的吸附平衡。當煤層被開採後，煤層中的裂隙被暴露，平衡的瓦斯賦存狀態被打破。大量的瓦斯氣體不斷從煤層中解吸出來，通過煤層中的孔隙、微裂隙、裂隙運移到巷道或作面中。截至2011年7月，多數煤礦是套用大功率採煤機以及綜采放頂煤開採工藝，在每層含水量低的情況下，將導致煤塵產生量增加，不僅對安全生產構成威脅，還因生產環境惡化，直接損害工人的身體健康。因此，如果治理瓦斯和煤塵的措施不力，就有可能造成瓦斯和煤塵爆炸。
有效地預防瓦斯和煤塵災害的發生一直是保證煤礦安全生產重中之重的工作。在眾多的預防措施中，向煤層中注水是簡便有效和治本的方法。這是因為在煤層注水的預濕過程中，由於裂隙表面的壓力、夾層和礦物資的膨化以及化學與物理化學的作用，使煤的力學性質發生變化，塑性增加，硬度和強度降低，造成煤層疏鬆，減少了煤層內部的應力集中和瓦斯放散的速度，煤破碎過程中生成的煤塵量將有所減少，瓦斯湧出量也減少，一般情況下，煤層水份增加愈多，瓦斯湧出量的降低率愈大，同時，煤破碎後生成的煤塵也愈少。由此可見煤層注水具有如下優點：首先，可軟化煤層；降低截割和破碎能量，減少設備的損壞和提高采出率；其次，可避免火災的發生；再次，可預防衝擊地壓的危害；最後，可降低工作場所溫度。要使煤層濕潤和軟化，必須使煤層中有水。一般使用注水系統對煤提進行注水操作。2011年7月之前的注水系統一般採用井下靜壓注水或高壓水泵加壓注水。
2011年7月之前的技術至少存在以下問題：首先，靜壓注水只適用於透氣性很好的煤層，使用靜壓注水無法實現透氣性較差煤層的注水工作；其次，高壓水泵加壓注水提供的壓力有限，且隨著注水泵壓力的增加，設備的運行和維護要求也相應提高。
發明內容
專利目的
《煤層注水系統》提供一種煤層注水系統，用以實現對透氣性差的煤層的有效注水。
技術方案
《煤層注水系統》包括：脈衝動力子系統和注水子系統；所述注水子系統的出水口和設定區域的待注水煤層連通，以向所述待注水煤層注水；
所述脈衝動力子系統的出液口與所述設定區域的所述待注水煤層連通，以向該區域的所述待注水煤層提供液壓脈衝。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：所述脈衝動力子系統包括水錘器、水泵和儲水箱；
所述水錘器的高壓缸的出液口作為所述脈衝動力子系統的出液口；
所述水錘器的低壓缸與所述水泵的出水孔連通；
所述水泵的進水孔與所述儲水箱連通。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：所述脈衝動力子系統還包括防爆電機和底座；
所述儲水箱、水泵和防爆電機都固定設定在所述底座上；
所述防爆電機與所述水泵連線，以向所述水泵提供動力；
所述水錘器固定設定在所述儲水箱上。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：還包括注水管，所述注水管出口所在端的管子卡設在所述待注水煤層里，所述注水管的入口位於所述待注水煤層的外側，且所述入口分別與所述出水口和出液口連通。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：還包括三通接頭，所述三通接頭的其中一個接頭與所述入口連通，所述三通接頭的另外兩個接頭分別與所述出水口和出液口連通。如上所述的煤層注水系統，優選的是：
還包括煤岩顆粒過濾罐；
所述煤岩顆粒過濾罐包括罐體和設定在所述罐體內的過濾網，所述罐體兩端均為開口；
所述罐體的一端與所述入口連通，另一端與所述三通接頭連通。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：
所述注水子系統包括靜壓注水管和靜壓壓力泵；
所述靜壓注水管的出水口作為所述注水子系統的出水口；
所述靜壓注水管的進水口與所述靜壓壓力泵連通；
所述靜壓壓力泵用於將水泵入所述靜壓注水管。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：所述靜壓注水管和所述三通接頭之間設定有單向閥，所述單向閥用於導通水從所述靜壓注水管流向所述注水管的通路。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：所述靜壓注水管上設定有壓力表和水錶；所述壓力表用於顯示所述靜壓注水管中的水壓值；所述水錶用於顯示所述靜壓注水管中的注水流量。
如上所述的煤層注水系統，優選的是：所述靜壓注水管上設定有閥門；所述閥門用於導通或切斷進入所述水錶中的水的通路。
改善效果
《煤層注水系統》提供的煤層注水系統，設定有脈衝動力子系統，可以向待注水煤層提供脈衝液壓，以加速破壞待注水煤層的堅固結構，使之鬆散易注水。在注水過程中，脈衝動力子系統和注水子系統的動作先後不加以限制，比如，可以先對待注水煤層施加脈衝液壓，然後再進行注水；也可以交替進行，先注水直至注水困難，然後停止注水，並向待注水煤層施加脈衝液壓，然後再繼續注水；還可以同時進行，同時進行時，液壓脈衝會隨著注水子系統注入煤層中的水，將脈衝液壓傳播至被注煤層的水裂痕中，對深部煤層裂隙產生強大的水力衝擊，有助於水裂隙的進一步擴展。該發明提供的煤層注水系統，可以有效實現對透氣性差的煤層的注水，且注水操作簡單，效果好。
附圖說明
圖1為《煤層注水系統》實施例一提供的煤層注水系統的示意圖。
圖2為該發明實施例二提供的煤層注水系統的示意圖。
圖3為該發明實施例三提供的煤層注水系統的示意圖。
附圖示記：1-脈衝動力子系統；2-注水子系統；3-待注水煤層；4-高壓膠管；5-低壓膠管；6-注水管；7-三通接頭；8-煤岩顆粒過濾罐；9-壓力表；10-水錶；11-出液口；12-水錘器；13-水泵；14-儲水箱；15-防爆電機；16-底座；17-閥門；18-單向閥；121-高壓缸；123-低壓缸；131-出水孔；132-進水孔；21-出水口；22-靜壓注水管；23-靜壓壓力泵；61-入口。
權利要求
1. 《煤層注水系統》包括：脈衝動力子系統和注水子系統；所述注水子系統的出水口和設定區域的待注水煤層連通，以向所述待注水煤層注水；所述脈衝動力子系統的出液口與所述設定區域的所述待注水煤層連通，以向該區域的所述待注水煤層提供液壓脈衝；所述脈衝動力子系統包括水錘器、水泵和儲水箱；所述水錘器的高壓缸的出液口作為所述脈衝動力子系統的出液口；所述水錘器的低壓缸與所述水泵的出水孔連通；所述低壓缸的進水口安裝兩個閥門，用以改變水錘頻率；所述水泵的進水孔與所述儲水箱連通；還包括注水管，所述注水管出口所在端的管子卡設在所述待注水煤層里，所述注水管的入口位於所述待注水煤層的外側，且所述入口分別與所述出水口和出液口連通；還包括三通接頭，所述三通接頭的其中一個接頭與所述入口連通，所述三通接頭的另外兩個接頭分別與所述出水口和出液口連通；還包括煤岩顆粒過濾罐；所述煤岩顆粒過濾罐包括罐體和設定在所述罐體內的過濾網，所述罐體兩端均為開口；所述罐體的一端與所述入口連通，另一端與所述三通接頭連通。
2. 根據權利要求1所述的煤層注水系統，其特徵在於：所述脈衝動力子系統還包括防爆電機和底座；所述儲水箱、水泵和防爆電機都固定設定在所述底座上；所述防爆電機與所述水泵連線，以向所述水泵提供動力；所述水錘器固定設定在所述儲水箱上。
3. 根據權利要求1所述的煤層注水系統，其特徵在於：所述注水子系統包括靜壓注水管和靜壓壓力泵；所述靜壓注水管的出水口作為所述注水子系統的出水口；所述靜壓注水管的進水口與所述靜壓壓力泵連通；所述靜壓壓力泵用於將水泵入所述靜壓注水管。
4. 根據權利要求3所述的煤層注水系統，其特徵在於：所述靜壓注水管和所述三通接頭之間設定有單向閥，所述單向閥用於導通水從所述靜壓注水管流向所述注水管的通路。
5. 根據權利要求3所述的煤層注水系統，其特徵在於：所述靜壓注水管上設定有壓力表和水錶；所述壓力表用於顯示所述靜壓注水管中的水壓值；所述水錶用於顯示所述靜壓注水管中的注水流量。
6. 根據權利要求3所述的煤層注水系統，其特徵在於：所述靜壓注水管上設定有閥門；所述閥門用於導通或切斷進入所述水錶中的水的通路。
實施方式
- 實施例一
圖1為《煤層注水系統》實施例一提供的煤層注水系統的示意圖。該發明實施例一提供一種煤層注水系統，其中包括：脈衝動力子系統1和注水子系統2；注水子系統2的出水口21和設定區域的待注水煤層3連通，以向待注水煤層3注水；脈衝動力子系統1的出液口11與設定區域的待注水煤層3連通，以向該區域的待注水煤層3提供液壓脈衝。
脈衝動力子系統和注水子系統連線至待注水煤層的方式不加以限定，可以通過兩根管分別連線至同一區域的待注水煤層，也可以通過同一根管連線至待注水煤層，只要保證脈衝動力子系統和注水子系統是對同一區域的煤層作用即可。
脈衝動力子系統的優選實現方式為：脈衝動力子系統1包括水錘器12、水泵13和儲水箱14；水錘器的高壓缸121的出液口作為脈衝動力子系統1的出液口11；水錘器12的低壓缸123與水泵13的出水孔131連通；水泵13的進水孔132與儲水箱14連通。在圖1中，高壓缸121和待注水煤層3之間通過高壓膠管4連通，低壓缸123和水泵13之間通過低壓膠管5連通，但並不僅限於此。
水錘的低壓缸的進水口安裝有閥門C和閥門D。調節閥門C和閥門D的開度，可以改變進入低壓缸的流量，進而改變水錘頻率。水錘動力足，且提供的動力易於控制。對水錘中的電動機通電後，水泵輸出的水進入水錘器的低壓缸，可以使水錘器的高壓缸內的水產生瞬間高並通過注水管路傳播到被注水的煤層中，從而改善了煤層的透氣性，也加快了注水速度，提高了注水子系統的適用範圍和效果。
進一步地，脈衝動力子系統1還包括防爆電機15和底座16；儲水箱14、水泵13和防爆電機15都固定設定在底座16上；防爆電機15與水泵13連線，以向水泵13提供動力；水錘器12固定設定在儲水箱14上。
設定了防爆電機和底座的脈衝動力子系統，功能更加完善，也便於運輸。
該發明實施例一提供的煤層注水系統，設定有脈衝動力子系統，可以向待注水煤層提供脈衝液壓，以加速破壞待注水煤層的堅固結構，使之鬆散易注水。在注水過程中，脈衝動力子系統和注水子系統的動作先後不加以限制，比如，可以先對待注水煤層施加脈衝液壓，然後再進行注水；也可以交替進行，先注水直至注水困難，然後停止注水，並向待注水煤層施加脈衝液壓，然後再繼續注水；還可以同時進行，同時進行時，液壓脈衝會隨著注水子系統注入煤層中的水，將脈衝液壓傳播至被注煤層的水裂痕中，對深部煤層裂隙產生強大的水力衝擊，有助於水裂隙的進一步擴展。
該發明實施例一提供的煤層注水系統，可以有效實現對透氣性差的煤層的注水，且注水操作簡單，效果好。
- 實施例二
圖2為該發明實施例二提供的煤層注水系統的示意圖。該發明實施例二在實施例一的技術方案基礎之上，優選的是，煤層注水系統還包括注水管6，注水管6出口所在端的管子卡設在待注水煤層3里，注水管6的入口61位於待注水煤層3的外側，且入口61分別與出水口21和出液口11連通。
脈衝動力子系統和注水子系統通過同一根注水管連線至待注水煤層，可以簡化整個系統的結構。實際套用中，注水管的周圍還可以設定封孔材料，以避免煤渣對注水管的影響。注水管可以是硬質膠管或鋼管。
可選的是：煤層注水系統還包括三通接頭7，三通接頭7的其中一個接頭與入口61連通，三通接頭7的另外兩個接頭分別與出水口21和出液口11連通。三通接頭可以有效實現三根管子的連通，且連線關係簡單。
優選的是，煤層注水系統還包括煤岩顆粒過濾罐8；煤岩顆粒過濾罐8包括罐體和設定在罐體內的過濾網(未示出)，罐體兩端均為開口；罐體的一端與入口61連通，另一端與三通接頭7連通。
若不設定煤岩顆粒過濾罐，注水管的入口和三通接頭的其中一個接頭直接連通，若設定了煤岩顆粒過濾罐，注水管的入口和三通接頭之間通過煤岩顆粒過濾罐彼此連通。注水管中的水有兩種流向，一種是在脈衝動力子系統或注水子系統注水時，注水管中的水流向待注水煤層，而在上述兩個子系統停止動作時，注水管中的水會回流，回流的水中一般摻雜了煤渣等雜質。設定煤岩顆粒過濾罐，一方面可以阻擋脈衝動力子系統或注水子系統中的雜質流向注水管，另一方面，也可以阻止注水管中的雜質流向脈衝動力子系統或注水子系統，再一方面，還可以阻擋在注水過程中，注水管中沉積的煤岩顆粒進入脈衝動力子系統和注水子系統。
該發明實施例二提供的煤層注水系統，通過同一根注水管將兩個子系統與注水管連通，簡單可靠，可操作性強。
- 實施例三
圖3為該發明實施例三提供的煤層注水系統的示意圖。該發明實施例三在上述實施例的技術方案基礎之上，優選的是。注水子系統2包括靜壓注水管22和靜壓壓力泵23；靜壓注水管22的出水口作為注水子系統的出水口21；靜壓注水管22的進水口(未示出)與靜壓壓力泵(未示出)連通；靜壓壓力泵用於將水泵入靜壓注水管22。
增加脈衝動力子系統後，不會影響注水子系統的結構，另外，設定了脈衝動力子系統，可以使用2011年7月之前的注水子系統對煤層進行注水，且注水效果良好。
實際套用中，靜壓注水管22和三通接頭7之間設定有單向閥18，單向閥18用於導通水從靜壓注水管22流向注水管6的通路。
脈衝動力子系統作用時，脈衝動力可能傳遞至注水子系統，為保證脈衝動力有效傳遞至待注水煤層，靜壓注水管和三通接頭之間設定有單向閥。
優選的是，靜壓注水管22上設定有壓力表9和水錶10；壓力表9用於顯示靜壓注水管22中的水壓值；水錶10用於顯示靜壓注水管22中的注水流量。根據壓力表和水錶的示數，可以有效控制向待注水煤層注入的水量。
進一步地，靜壓注水管22上設定有閥門17；閥門17用於導通或切斷進入水錶10中的水的通路。
榮譽表彰
2016年1月，《煤層注水系統》獲得安徽省第四屆專利獎優秀獎。
