专利名称：矿井承压水自排系统的制作方法
技术领域：
本发明属于矿山开采井下排水设备，尤其涉及一种矿井承压水自排系统。
背景技术：
地下水有两种不同的埋藏类型，即埋藏在第一个稳定隔水层之上的潜水和 埋藏在上下两个稳定隔水层之间的承压水。随着矿井开采深度不断增加，当达 到承压水的位置时，因受到静水压力的影响，则承压水会涌入矿井，造成突水 事故，其突水后的水位高度由承压水的压力决定。
在煤矿生产中，突水是仅次于煤矿瓦斯突出的严重事故。中国大部分矿区
水文地质与构造地质条件十分复杂，65%左右的矿井受严重突水威胁。导致煤矿 突水事故的原因非常复杂，除自然条件外，还有与管理水平比较低、生产技术 和防治能力比较差有密切关系。
目前矿井防治突水的技术措施主要有以下几种
1、 地面防水，包括修筑防洪沟、河流改道或河流防渗、封填老窿井口；
2、 井下防水治水，包括采掘前钻孔探水、阻断水路隔绝水源主要采用水间 门阻绝水源、采用水闸墙阻断水源、采用注浆堵水、采用封闭水泵房；
3、 预先排水、疏干降压，包括地面钻孔疏干降压、井下钻孔疏干降压、利 用巷道疏干。
限于技术条件，目前还无法辨识突水前兆信息进而进行预警；因此，预先 排水、疏干降压仍是矿井防治水灾害的主要方法。目前排水设备以离心泵和潜 水泵为主，但用泵排水耗电量大，成本很高，且需专人值班，手动起、停设备， 安全性较差。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种启动后即可自动将煤 层涌出的承压水排到井上，无需额外能源，也无需人工管理的矿井承压水自排系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案矿井承压水自排系统，包括具有进水口 38、 40和出水口 39、 41的承压水增压装置和自动换向装置， 自动换向装置的动力输出端通过水管46、 47与承压水增压装置的动力输入端连 接，承压水增压装置的动力输出端与自动换向装置的动力输入端连接。
所述承压水增压装置包括左缸体3、中间缸体4和右缸体5，左缸体3与中 间缸体4内壁之间设有环形的左隔离块6，右缸体5与中间缸体4内壁之间设有 环形的右隔离块7，左缸体3、中间缸体4和右缸体5内设有左柱塞8、中间活 塞9和右柱塞10，左柱塞8、中间活塞9和右柱塞10为一体结构且分别与左隔 离块6、中间缸体4和右隔离块7的内壁滑动配合连接，中间活塞9将中间缸体 4隔离为两环形空腔11、 12，这两环形空腔ll、 12分别通过水管46、 47与自 动换向装置的动力输出端连接。
所述自动换向装置包括液压油缸和具有一个进水口 19、两个进出水口20、 21和两个排水口 22、 23的换向阀套24，液压油缸包括分别设在左缸体3和右 缸体5端部的左液压油缸13和右液压油缸14，换向阀套24的两个进出水口 20、 21分别通过水管46、 47与中间缸体4内的两环形空腔11、 12连接，换向阀套 24内设有二位四通结构的换向阀芯25，换向阀套24内于换向阀芯25—端设有 一个限位钢球26和两个限位钢球槽27，换向阀套24内于换向阀芯25两端的空 腔分别连接有左蓄能器28、左注油单向阀29、左输油管30和右蓄能器31、右 注油单向阀32、右输油管33，左输油管30和右输油管33分别与左液压油缸13 和右液压油缸14连接。
所述左液压油缸13和右液压油缸14内的小柱塞15、 16分别伸入到左缸体 3和右缸体5内部，左柱塞8和右柱塞10端部设有与左液压油缸13和右液压油 缸14的小柱塞15、 16顶压配合的凹槽17、 18。
所述承压水增压装置的进水口 38、 40分别设在左缸体3和右缸体5上，承 压水增压装置的出水口39、 41分别设在左缸体3和右缸体5上，左缸体3和右 缸体5上的进水口38、 40和出水口39、 41连接的水管42、 43、 44、 45上分别 设有第一单向阀34、第二单向阀35、第三单向阀36和第四单向阀37。
所述自动换向装置的进水口 19连接的进水管48上设有工作开关49和总开关50。
所述承压水增压装置下部设有支架1。 所述自动换向装置下部设有支座2。 采用上述结构，达到的有益效果分别为
1、 矿井内的承压水的一部分作为承压水增压装置和自动换向装置的动力， 不需要额外能源驱动，经承压水增压装置增压后，将矿井内的大部分的承压水 直接输送到井上，避免了承压水的二次污染。
2、 承压水增压装置的作用通过承压水对屮间缸体内的两环形空腔的循环 施压，推动中间活塞，中间活塞与左柱塞、右柱塞一起左右往复运动，压迫左 缸体和右缸体内的承压水，达到承压水增压的目的。
3、 自动换向装置的作用左、右液压油缸提供的动力通过左、右储能器为 自动换向装置的换向阀芯左右运动提供动力， 一个限位钢球和两个限位钢球槽 具有限位并使左、右储能器储能的作用，具有两位四通的换向阀芯的左右运动， 在为左缸体或右缸体内的承压水增压的同时，中间缸体的环形空腔11或环形空 腔12内的承压水已没有压力，通过排水口流回水仓，这部分水再通过水泵抽到 地面；通过左、右注油单向阀向油管和左、右液压油缸注入规定压力的液压油。
4、 液压油缸的作用左柱塞和右柱塞的左右往复运动，其端部的凹槽顶压 左液压油缸和右液压油缸的小柱塞，为自动换向装置的自动换向提供动力。
5、 承压水增压装置左缸体、右缸体上的进水口和出水口上的单向阀起到的 作用是当左缸体、右缸体内的承压水达到一定压力时，单向阀打开，起到单 向流通的作用。
6、 工作开关用于控制自动换向装置和承压水增压装置的工作状态；总开关 用于控制工作开关和矿井内承压水向左、右缸体内流入。
7、 支架和支座的设置，便于承压水增压装置和自动换向装置的安装和固定。 本发明设计合理，启动后无需人工控制，可常年不停的将承压水自动排到
井上，避免淹井，安全可靠且节省人力，正常工作后，如果矿井发生突水事故， 在突水初期该系统照常工作，不需要人工操作，不仅可以大大减少突水事故造
6成的损失，且安全可靠。将洁净的承压水自动排到地面，不需要经过任何处理 就可以用于工业、农业，甚至可以用于生活用水，不仅充分利用了水资源，而 且避免了环境污染。本发明结构简单、成本低廉、节约能源、维修方便、安全 性强，减轻工人劳动强度，可为矿山企业创造良好的生产效益和社会效益。
图l是木发明的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的矿井承压水自排系统包括分别设置在支架1和支座2 上的承压水增压装置和自动换向装置，在承压水增压装置上设有进水口 38和进 水口40、出水口39和出水口41;自动换向装置的动力输出端通过水管46和水 管47交替与承压水增压装置的动力输入端连接，承压水增压装置的动力输出端 与自动换向装置的动力输入端连接。
承压水增压装置包括左缸体3、中间缸体4和右缸体5，左缸体3与中间缸 体4内壁之间设有环形的左隔离块6，右缸体5与中间缸体4内壁之间设有环形 的右隔离块7，左缸体3、中间缸体4和右缸体5内设有左柱塞8、中间活塞9 和右柱塞10，左柱塞8、中间活塞9和右柱塞10为一体结构且分别与左隔离块 6、中间缸体4和右隔离块7的内壁滑动配合连接，中间活塞9将中间缸体隔离 为环形空腔11和环形空腔12，左缸体3和右缸体4端部分别设有左液压油缸 13和右液压油缸14，左液压油缸13和右液压油缸14内的小柱塞15和小柱塞 16分别伸入到左缸体3和右缸体4内部，左柱塞8和右柱塞10端部设有与小柱 塞15和小柱塞16顶压配合的凹槽17和凹槽18。左缸体3上设有进水口 38和 出水口39，右缸体4上的进水口 40和出水口 41，进水口38、进水口40分别通 过进水管42、进水管43与矿井承压水管道52连接，出水口 39、出水口 41分 别通过出水管44、出水管45与高压水管道51连接，进水管42、进水管43、出 水管44、出水管45上分别设有第一单向阀34、第二单向阀35、第三单向阔36 和第四单向阀37。
自动换向装置包括具有进水口 19、进出水口20、进出水口21、排水口22、排水口 23的换向阀套24，进出水口 20和进出水口 21分别通过水管46和水管 47与环形空腔11和环形空腔12连接，换向阀套24内设有二位四通结构的换向 阀芯25，换向阀套24内的换向阀芯25 —端设有一个限位钢球26和两个限位钢 球槽27，换向阀芯25的二位和四通分别与两限位钢球槽27和进出水口 20、进 出水口21、排水口22、排水口23对应，换向阀套24内的换向阀芯25左右两 端的空腔分别连接有左蓄能器28、左注汕单向阀29、左输油管30和右蓄能器 31、右注油单向阀32、右输油管33，左输油管30和右输油管33分别与左液压 油缸13和右液压油缸14连接。进水口 19连接的进水管48上设有工作开关49 和总开关50，矿井承压水管道52位于工作开关49和总开关50之间。
自动换向装置的动力输出端为进出水口 20和进出水口 21，自动换向装置的 动力输入端为小柱塞15和小柱塞16，承压水增压装置的动力输入端为环形空腔 11和环形空腔12，承压水增压装置的动力输出端为左柱塞8和右柱塞10。
本发明的矿井承压水自排系统工作过程为先通过左注油单向阀29以规定 的压力向换向阀套24左端注入压力油，推动换向阀芯25至右端，再通过右注 油单向阀32以规定的压力向换向阀套24右端注入压力油(亦可通过右注油单 向阀32以规定的压力向换向阀套24右端注入压力油，推动换向阀芯25至左端， 再通过左注油单向阀29以规定的压力向换向阀套24左端注入压力油)。打开总 开关50，矿井承压水管道52内的承压水通过水管42及其上的第一单向阀34、 水管43及其上的第二单向阀35进入左缸体3和右缸体5，然后打开工作开关 49，矿压水通过进水管48、换向阀套24上的进水口 19并经换向阀套24上的进 出水口 20、水管46进入环形空腔11,推动左柱塞8、中间活塞9和右柱塞10 一体往右运动，使环形空腔12内的水经水管47、换向阀套24上的进出水口21 和排水口23流入水仓；右柱塞10向右运动使右缸体4里面的水压力升高，迫 使第二单向阔35关闭、第四单向阀37打开，高压水经过第四单向阀37流入高 压水管道51，再经高压水管道51送到地面。同时第一单向阀3处于打开状态， 第三单向阀36处于关闭状态。右柱塞10运动到右端，其端部的凹槽18推动右 液压油缸14的小柱塞16向右运动，通过右输油管33使换向阀套24右端压力升高，由右蓄能器31蓄能，达到一定压力后，换向阀芯25克服限位钢球26的 阻力向左移动，实现换向。矿井承压水经过换向阀套24上的进水口 19和进出 水口21、水管47进入环形空腔12，压力推动右柱塞IO、中间活塞9和左柱塞 8—体往左运动，环形空腔11内的水经换向阀套24上的水管46、进出水口 20、 排水口 22流入水仓；左柱塞8向左运动使左缸体3里面的水压力升高，第一单 向阀3关闭，第三单向阀36打开，高压水经过第三单向阀36流入高压水管道 51，再经高压水管道51送到地面。同时，第二单向阀35处于打开状态，第四 单向阀37处于关闭状态。左柱塞8运动到左端，推动左液压油缸13的小柱塞 15向左运动使换向阀套24左端压力升高，由左蓄能器28蓄能，达到一定压力 后，换向阀套24里的换向阀芯25向右移动，实现换向。工作过程如此反复， 达到不间断自动排水作业。
权利要求
1、矿井承压水自排系统，其特征在于包括具有进水口(38、40)和出水口(39、41)的承压水增压装置和自动换向装置，自动换向装置的动力输出端通过水管(46、47)与承压水增压装置的动力输入端连接，承压水增压装置的动力输出端与自动换向装置的动力输入端连接。
2、 根据权利要求l所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述承压水增压装置包括左缸体(3)、中间缸体(4)和右缸体(5)，左缸体(3)与中间缸体(4)内壁之间设有环形的左隔离块(6)，右缸体(5)与中间缸体(4)内壁之间设有环形的右隔离块(7)，左缸体(3)、中间缸体(4)和右缸体(5)内设有左柱塞(8)、中间活塞(9)和右柱塞(10)，左柱塞(8)、中间活塞(9)和右柱塞(10)为一体结构且分别与左隔离块(6)、中间缸体(4)和右隔离块(7)的内壁滑动配合连接，中间活塞(9)将中间缸体(4)隔离为两环形空腔(11、 12)，这两环形空腔(11、 12)分别通过水管(46、 47)与自动换向装置的动力输出端连接。
3、 根据权利要求2所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述自动换向装置包括液压油缸和具有一个进水口 (19)、两个进出水口 (20、 21)和两个排水口 (22、 23)的换向阀套(24)，液压油缸包括分别设在左缸体(3)和右缸体(5)端部的左液压油缸(13)和右液压油缸(14)，换向阀套(24)的两个进出水口 (20、 21)分别通过水管(46、 47)与中间缸体(4)内的两环形空腔(11、 12)连接，换向阀套(24)内设有二位四通结构的换向阀芯(25)，换向阀套(24)内的换向阀芯(25) —端设有一个限位钢球(26)和两个限位钢球槽(27)，换向阀套(24)内的换向阀芯(25)两端的空腔分别连接有左蓄能器(28)、左注油单向阀(29)、左输油管(30)和右蓄能器(31)、右注油单向阀(32)、右输油管(33)，左输油管(30)和右输油管(33)分别与左液压油缸(13)和右液压油缸(14)连接。
4、 根据权利要求3所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述左液压油缸(13)和右液压油缸(14)内的小柱塞(15、 16)分别伸入到左缸体(3)和右缸体(5)内部，左柱塞(8)和右柱塞(10)端部设有与左液压油缸(13)和右液压油缸(14)的小柱塞(15、 16)顶压配合的凹槽(17、 18)。
5、 根据权利要求4所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述承压水增Hi装置的进水口 (38、 40)分别设在左缸体(3)和右缸体(5)上，承压水增压装置的出水口 (39、 41)分别设在左缸体(3)和右缸体(5)上，左缸体(3)和右缸体(5)上的进水口 (38、 40)和出水口 (39、 41)连接的水管(42、43、 44、 45)上分别设有第一单向阀(34)、第二单向阀(35)、第三单向阀(36)和第四单向阀(37)。
6、 根据权利要求5所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述自动换向装置的进水口 (19)连接的进水管(48)上设有工作开关(49)和总开关(50)。
7、 根据权利要求6所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述承压水增压装置下部设有支架(1)。
8、 根据权利要求7所述的矿井承压水自排系统，其特征在于所述自动换向装置下部设有支座(2)。
全文摘要
本发明公开了矿井承压水自排系统，包括具有进水口(38、40)和出水口(39、41)的承压水增压装置和自动换向装置，自动换向装置的动力输出端通过水管(46、47)与承压水增压装置的动力输入端连接，承压水增压装置的动力输出端与自动换向装置的动力输入端连接。本发明设计合理，启动后无需人工控制，可常年不停的将承压水自动排到井上，安全可靠且节省人力，将洁净的承压水自动排到地面，不需要经过任何处理就可以用于工业、农业，甚至可以用于生活用水，不仅充分利用了水资源，而且避免了环境污染。本发明结构简单、成本低廉、节约能源、维修方便、安全性强，减轻工人劳动强度，可为矿山企业创造良好的生产效益和社会效益。
文档编号E21F16/00GK101592042SQ200910065379
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月6日 优先权日2009年7月6日
发明者刘传绍, 曹瑞伟, 郑建新 申请人:河南理工大学