专利名称：矿井承压水自排系统的制作方法
技术领域：
本实用新型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闸门阻绝
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。
实用新型内容本实用新型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，本实用新型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IO，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。 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中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。 本实用新型设计合理，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。本实用新型结构简单、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1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型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IO，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、第三单向阀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。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。[0032] 本实用新型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ll，推动左柱塞8、中间活塞9和右柱塞10 —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，迫使第二单向阀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10、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1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(IO)，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(H、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)。
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)。
专利摘要本实用新型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。本实用新型设计合理，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。本实用新型结构简单、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E21F16/00GK201460977SQ20092009131
公开日2010年5月12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