专利名称：高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿井中对煤层注水的装置，尤其涉及一种为防止煤 与瓦斯突出、沖击矿压等灾害发生的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装 置。
背景技术：
煤与瓦斯突出、冲击矿压等煤岩动力灾害，严重威胁煤矿安全生产，给 井下工作人员造成了极大的精神和心理压力。近年来，随着矿井开采深度和 强度的增加，煤岩动力灾害逐年增加、愈发严重。对其进行防治对于减少矿 井人员伤亡、提高矿井抗灾能力、降低财产损失具有重要的意义。
现有技术中，为防治突出经常采用瓦斯抽放、深孔预裂爆破、煤层注 水、水力割缝等措施。而防治沖击矿压则采用卸栽钻孔、预裂卸压爆破、诱 发爆破和煤层预注水等措施进行解危。随着防突技术不断发展，许多水力化 措施得到推广和应用，通过注水装置向煤层注水更是作为湿润剂和动力对煤 层进行瓦斯处理的有效手段，但现有这些注水装置由于结构简单、工艺性 差、防突和防沖击效果并不理想，根据煤层注水防治动力灾害的原理设计一 种新的注水装置，提高注水效果是本实用新型要解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种工艺简单、防 动力灾害效果好的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置。
本实用新型是通过以下技术方案实现的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，包括高压供水系统，还包括脉 沖压力水输出系统和气动调频控制系统，脉冲压力水输出系统分别与高压供 水系统和气动调频控制系统连接，脉沖压力水输出系统接受气动调频控制系 统的控制将高压供水系统提供的高压水脉动注入到钻孔中。
气控阀，所述气动调频回路和气控阀分别与外接气源连通，气动调频回路负 责产生脉冲控制，气控闹将外接气源转换为脉沖控制信号输出到脉冲压力水 输出系统。
所述气动调频回路包括两个两位五通阀、两只控制气容和一个频率调节 阀，所述两只控制气容和两只两位五通阀构成交变矩形波脉沖回路，频率调 节阀连接在两位五通阀的调节回路上，频率调节阀限制流过调节回路上的气 体流量。
所述气动调频回路还包括两个调节气容，调节气容分别连接在调节回路 上两位五通阀与两个控制气容之间的连接通路上，两个调节气容分别调节两 个控制气容的气体容量。
所述脉冲压力水输出系统包括换向阀、出水口、高压溢流阀和4氐压溢5虎 阀，换向阀连接在出水口与高压供水系统之间的连接管路上，气控阀控制换 向阀的开启，高压溢流阀连接在高压供水系统与换向阀之间，低压溢流阀连 接在换向阀的水流回路上。
所述脉冲压力水输出系统中至少包括一套与换向阀并联并且水流控制方 向相反的反向换向阀及出水口，反向换向阀同时接受气控阀的控制，反向换 向阀连接在高压溢流阀与换向阀之间的连接管路上，反向换向阀的水流回路
与寸氐压: 益^虎阀连通。
所述脉冲压力水输出系统中还包括过滤器和排渣阀，过滤器和排渣阀连 接在出水口上。由上述技术方案可以看出，本实用新型所述高压脉动注水防治煤岩动力 灾害的装置，通过在高压供水系统上连接脉沖压力水输出系统和气动调频控 制系统，使煤层钻孔注水过程变为向煤层注入脉动高压水，即注入压力周期 性变化的水，使水渗入到不同的裂隙、孔隙中，增加煤体的润湿性，脉动高 压水还可以使裂隙不断贯通、扩大，扩大润湿半径，最大范围地改变煤层物 理力学性质，而不同压力下的水还可对煤体裂隙、孔隙产生"膨胀-收缩-膨胀"的反复作用，最大限度使煤体力学性质发生改变。脉动高压水有利于 游离高压瓦斯的排放，减少煤体中的瓦斯含量，通过多种作用使煤层突出和 冲击危险性减低或消除。整个注水装置结构筒单、使用方便、操作可靠、防 治效果好，特别适合防治煤岩动力灾害时对钻孔注水使用。
附闺说明
图l为本实用新型所述高压脉动注水防治煤岩动力灾害装置的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附闺l对本实用新型作进一步的描述
本实用新型所述高压脉动注水防治煤岩动力突害的装置，包括高压供水 系统、气动调频控制系统和脉冲压力水输出系统。其中，高压供水系统负责 高压水的输出，主要包括进水阀控制的高压柱塞泵3和为高压柱塞泵3提供动 力的气源三联体1和气动马达2。
气动调频控制系统由单独的气源二联体ll提供，气动调频控制系统负责 产生脉冲气流控制脉冲压力水输出系统工作。气动调频控制系统包括气动调 频回路和与气动调频回路配合使用的气控两12，气控阀12为一个气控两位五 通阀，气动调频回路和气控阀12分别与气源二联体11连通，气动调频回路又15,其中两只控制 气容14和两只两位五通阀13， 16构成交变矩形波脉冲回路，负责对外输出脉 沖控制信号，两只调节气容17分别连接在调节回路上两位五通阀16与两个控 制气容14之间的连接通路上，两只调节气容17用于调节两个控制气容14的气 体容量大小，控制两个控制气容14充气的快慢。频率调节阀15连接两位五通 阀16的调节回路上，频率调节闹15限制流过调节回路上的气体流量，控制获 得脉冲控制信号的频率。两只两位五通阀13, 16在两只控制气容14的作用下 往复变换接通方向，使流出两位五通阀13的气流方向发生规律性变换，即形 成脉冲控制信号控制与之连接的气控阀12产生相应控制操作，最终使气源二 联体11流过气控阀12的气体形成脉沖信号输出到了脉冲压力水输出系统中， 控制脉冲压力水输出系统的注水工作。当然，也可根据需要不设调节气容 17,只通过两个控制气容14实现对两个两位五通阀13， 16的控制。
脉沖压力水输出系统连接在高压供水系统和气动调频控制系统之间，脉 冲压力水输出系统接受气动调频控制系统的控制并将高压注水由出水口8脉动 注出。脉冲压力水输出系统包括换向阀6、与换向阀6并联并且水流控制方向 相反的反向换向阀7、高压溢流阀4、低压溢流阀5以及连接在换向阀6和反向 换向阀7上的两个出水口8，换向阀6和反向换向阀7分别连接在两个出水口8与 高压柱塞水泵3之间的连接管路上，换向阀6和反向换向阀7中水流的控制方向 相反，即两个出水口8始终处于一个进水另一个出水的状态，气控闹12同时控 制换向阀6和反向换向阀7的开启。高压溢流阀4连接在高压柱塞水泵3为换向 阀6和反向换向闹7提供高压水的管路上，低压溢流阀5连接在换向阀6和反向 换向阀7的水流回路上。当然，与换向阀并联的反向换向阀及出水口也可有多 套，其水流流出方向可以与换向闹相同也可以相反，具体数量根据实际使用 的需要而定。为防止两个出水口8进出水时，煤岩渣和粉尘进入反向换向阀7和换向阀6中，在两个出水口8上还分别连接有过滤器10和排渣阀9，过滤器10主要拦截工作过程中流入的煤岩渣和粉尘，排渣阀9负责将拦截沉淀后的煤岩渣和粉尘排出管道。
工作过程中，需要往两个钻孔中注水时，高压水源由气动马达2带动高压柱塞泵3产生，气源三联体1负责为气动马达2提供气源，同时，气源二联体ll开始为气动调频控制系统提供气源，气源二联体11气源可以从气动马达2的气源三联体l前气源管引出，在气动调频控制系统中两只控制气容14和两只两位五通阀13， 16构成的交变矩形波脉冲回路会不断产生脉沖控制信号，控制与之连接的气控阀12产生相应脉动控制操作。当气源二联体ll气体流过气控阀12时，就会在气控阀12不断变换气流流出方向的作用下形成新的脉冲信号输出，控制换向阀6和反向换向阀7同时进行水流流出方向的变换。如当换向阀6输出的高压水与注水钻孔接通时，工作面上的注水钻孔内水压处于高压状态，高压水不断灌入钻孔内，同时，反向换向阀7内水流通道正与低压溢流阀5连通，与反向换向阀7相对的工作面注水钻孔内的水压則处于低压状态。而当脉冲信号控制换向阀6和反向换向阀7同时换向时，原来与换向阀6相对的工作面注水钻孔内的水压则会处于低压状态，而与反向换向阀7相对的工作面注水钻孔内的水压则又处于了高压状态。这样反复切换，两个工作面钻孔内便会产生脉冲压力，提高了高压注水的渗透力。
由两只调节气容17、 一只两位五通阀16和一只频率调节阀15构成调节回路，单側输出的调节范围可以在15-120次/min，调整气容的数量或者大小，还可以得到频率更慢或更快的调节范闺。高压溢流阀4和低压溢流阀5都可通过手动调压来进行压力调整，注水时，超压部分水5危通过高压溢流阀4、泄回水箱，而低压部分水流也可通过^f氐压溢流阀5、泄回水箱。由于从钻孔，流回的水中很可能含有较多煤岩渣和粉尘，而连接在出水口8处的过滤器10可以有效将其
8拦截，保护换向阀6、反向换向阀7和低压溢流阀5不被堵塞卡死或过快磨损。当工作面钻孔又处于高压状态时，煤岩渣和粉尘又会被高压水流冲下来，在大截面的过滤器10中，水流速很慢，煤岩渣和粉尘又将沉降到过滤器10底部，通过排渣阀9定时清除，保证了煤层脉动注水装置的顺利、安全使用。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求1、高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，包括高压供水系统，其特征在于，还包括脉冲压力水输出系统和气动调频控制系统，所述脉冲压力水输出系统分别与高压供水系统和气动调频控制系统连接，脉冲压力水输出系统接受气动调频控制系统的控制将高压供水系统提供的高压水脉动注入到钻孔中。
2、 根据权利要求l所述的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，其特 征在于，所述气动调频控制系统包括气动调频回路和与气动调频回路配合使 用的气控阀，所述气动调频回路和气控阀分别与外接气源连通，气动调频回 路负责产生脉冲控制，气控阀将外接气源转换为脉沖控制信号输出到脉沖压 力水输出系统。
3、 根据权利要求2所述的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，其特 征在于，所述气动调频回路包括两个两位五通阀、两只控制气容和一个频率 调节阀，所述两只控制气容和两只两位五通阀构成交变矩形波脉沖回路；所 述频率调节阀连接在两位五通阀的调节回路上，频率调节阀限制流过调节回路上的气体流量。
4、 根据权利要求3所述的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，其特 征在于，还包括两个调节气容，所迷调节气容分别连接在调节回路上两位五 通阀与两个控制气容之间的连接通路上，两个调节气容分别调节两个控制气 容的气体容量。
5、 根据权利要求l所述的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，其特 征在于，所述脉沖压力水输出系统包括换向阀、出水口、高压溢流阀和低压 溢流阀，所述换向阀连接在出水口与高压供水系统之间的连接管路上，气控 阀控制换向阀的开启；所述高压溢流阀连接在高压供水系统与换向阀之间， 低压溢流阀连接在换向阀的水流回路上。
6、 根据权利要求5所述的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，其特 征在于，还至少包括一套与换向岡并联并且水流控制方向相反的反向换向阀 及出水口，所述反向换向阀同时接受气控阀的控制，反向换向阀连接在高压 溢流阀与换向阀之间的连接管路上，反向换向阀的水流回路与低压溢流阀连 通。
7、 根据权利要求5或6所述的高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，其 特征在于，还包括过滤器和排渣阀，所述过滤器和排渣阀连接在出水口上。
专利摘要本实用新型公开了一种高压脉动注水防治煤岩动力灾害的装置，包括高压供水系统、脉冲压力水输出系统和气动调频控制系统，脉冲压力水输出系统分别与高压供水系统和气动调频控制系统连接，脉冲压力水输出系统接受气动调频控制系统的控制将高压供水系统提供的高压水脉动注出。通过向煤层注入脉动高压水，即注入压力周期性变化的水，使水渗入到不同的裂隙、孔隙中，最大限度的使煤体力学性质发生改变，有利于游离高压瓦斯的排放，减少煤体中瓦斯含量，提高安全系数，减低或消除煤层突出和冲击危险性。整个注水装置结构简单、使用方便、操作可靠、防治效果好，特别适合在各种煤层的钻孔注水过程中使用。
文档编号E21F7/00GK201407065SQ20092010763
公开日2010年2月17日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者何学秋, 聂百胜 申请人:聂百胜