专利名称：气动水力采煤设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及水力采煤及管道运输的技术领域，具体地讲涉及水力采煤及水力提升和远距离管道输送的主要设备-气动水采设备。
水力采煤是矿采的主要开采方法之一，煤桨有压力运输、提升是水力采煤工艺的重要技术环节之一，水力运输的特点是它可与水力开采组成一个统一的系统，将开采的矿物直接从工作面运到主井水泵房，再升到地面。长期以来，我国水采矿井中还是只采用煤水泵作为水力运输及提升的设备，煤水泵主要以离心式煤水泵为主，离心式煤水泵基本上可分为三种类型(1)悬臂式单级泵，包括一般离心式杂质泵和涡流泵，其杨程不超过100米水柱，排量300～800米3/时，排煤粒径小于80毫米。(2)两级水平中开螺壳式离心泵，其排量450米3/时和750米3/时，杨程按配备的不同叶轮和排出螺壳衬套分别为150或200米水柱、250或300米水柱，并可并联使用，即最高杨程可达600米水柱;排煤粒径小于50毫米。这种类型的煤水泵主要用于原煤全部水力运输和提升的大中型矿井。(3)分段多级离心式高杨程煤水泵，其排量为300米3/时，其杨程为180～780米水柱(3～13级)，排煤粒度小于3毫米，这种煤水泵主要用于原煤分级运输、提升(块煤旱运)的水采区域或水采矿井排送煤泥水。
但是，无论上述哪种类型的煤水泵都由于磨损而使用寿命不长，存在着提高杨程与减少排送粒度的矛盾，同时为了兼顾提高泵的杨程和压缩排量的矛盾，排煤粒度都较小，最大不超过100mm，一般都小于50mm。另一个问题是采用两相流水力掘进工艺，高压泵和高压水枪联合工作，单位时间内落煤量大，进度相当快，大量瓦斯集中在较短的出煤时间内涌出。据考察水掘巷道在水枪射流落煤的20min左右的时间内，瓦斯涌出量是正常值的4～5倍，工作面即使供风量很大，也往往不能满足稀释最大瓦斯量的要求，因而经常造成瓦斯浓度超限，发生瓦斯爆炸。
本发明的目的即由此产生，就是要提供一种可供三相流(气、固、液)水采工艺使用的气动水采设备，彻底解决离心式煤水泵磨损严重、寿命短的问题，既增大排煤粒度又提高杨程及机械效率、消除瓦斯爆炸及实现原煤的远距离管道输送和提升。
本发明采用如下的技术方案实现上述发明目的(1)以气动水采设备代替传统的离心式多级泵，作为水力采煤的主要设备，由两个卧式的互不相通、独立工作的高压容器一组气管、一组水管加控制传动系统组成，由气管供气、水管供水，以压缩空气为动力把两个卧式高压容器内的清水交替地压出来与高压水枪直接联接配合工作。(2)以气动水采设备代替离心式煤水泵，其也由两个互不相通、独立工作的高压容器、一组水管、一组气管及控制传动部分组成，不同的是它还有与之并联的气动水仓，且两个高压容器是立式的，它使煤水液在气动水仓内形成煤水、气三相流沸腾，达到均匀给煤，以压缩空气为动力把煤水混合液从两个立式的高压容器内交替地压出来送入管道，以排水代替运输达到原煤管道提升和远距离管道输送的目的，解决了离心式煤水泵存在的问题。
本发明所述的气动水采设备可代替离心式多级泵，设置在井下工作面，与高压水枪产生的高压射流进行水力采掘，可达到开一棚、架一棚，其效率决定于高压压缩机的效率，其在水力掘进时，在工作面释放出来的强大气流，可强有力地冲淡在水枪落煤瞬时大量涌出的瓦斯，消除煤尘，瓦斯爆炸代替30%～50%的配风，节约大量的电能。
本发明所述的气动水采设备，可代替传统离心式煤水泵，以气、固液三相流为基础，在气动水仓及两个立式的高压容器内，调整气流的一定速度，使煤水液“沸腾”，防止煤粒的沉淀。
本发明所述的气动水采设备与离心式煤水泵相比具有以下优点A.气动水采设备 B.离心式煤水泵1.属于"向心力"领域,"向心力"使颗 1.属离心力领域。
粒物质集中到管道中间行驰,减少管道的摩擦。
2.因无机件损耗,高压容器又经特殊处理, 2.叶轮摩损严重,可延长使用寿命,其使用寿命为15～20年。
使用寿命短。
3.杨程:理论极限为2400～2600米,实 3.杨程用:100～800米,以多级压缩机获取高压, 135～200米。
从而提高杨程。
4.效率为63%(决定于空气压缩机的效 4.效率为62%。
率),采掘时释放出的强大气流可代替30～50%的配风,由此产生的副效率为30～50%。
5.粒度:可超出出水管口的三分之一,可 5.粒度不超出出水在90～120mm。
管口的三分之一,一般在50mm。
6.每形成1公斤压力9米。
6.每形成1公斤压力7米。
7.在泵壳内部形成"静压"。
7.在泵壳内部形成动压。
8.在泵壳内以消灭窝流为主。
8.在泵壳内部以形成窝流为主。
9.传递方式为压强传递。
9.传递方式为脉冲传递。
10.在管道内形成层流-中心流,周边 10.在管道内形成流。
紊流、窝流。
11.由于管道磨损少管道可使用15～20年。
11.管道磨损严重,可使用8～10年。
12.能承担远距离管道输送。
12.不能承担远距离管道输送。
13.气动水采设备没有水锤现象。
13.有水锤现象。
14.气动水仓可长期使用。
14.压入式水仓的螺旋浆损坏快,使用期约一个月。
本发明所述的气动水采设备与离心式高压泵相比具有以下优点C:气动水采设备代替 D:离心式高压泵离心式高压泵1.工作面的瓦斯被冲淡; 1.工作面的瓦斯超量;
2.可独巷采掘; 2.独巷采掘常常发生瓦斯爆炸;
3.将开采代替部分配风、排水 3.为采掘、配风、排水、运输代替运输,为二路系统生产; 四大系统;
4.与气动高压泵配合使用的木 4.其水枪用电话控制且不利于枪可随开随停,并可架棚; 架棚;
5.煤尘自然消失; 5.煤尘自然消失;
下面结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
附
图1为本发明所述的气动水采设备的结构示意图。
附图2为附图1所示的气动水采设备的前视图。
附图3为气动水采设备的进(固液)煤水阀的结构示意图。
图4为气动水采设备的排气阀的结构示意图。
图5为气动水采设备的浮子阀的结构示意图。
图6为气动水采设备的换向阀的结构示意图。
图7为本发明的二级控制系统的结构示意图。
如附图1、2所示的为本发明所述的气动水采设备，其有固定在基座(28)上的两个独立工作、互不相通的高压容器(27)，与之并排安装有一气动水仓(26)，气动水仓下部的输煤水管道上装有一个电动球阀(8)，通过一个三通管(9)与两个高压容器一侧的进水管的进水阀(7)相连接;在两个高压容器的另一侧的两个出水管上的出水阀(10)经一个三通管(23)与出水管相通;在两个高压容器的上部有一盖板与之固接，其上安装有安全阀(18)、气表(15)、油泵(16)及气包(13)，在所述的气包两侧装有本发明的一级传动控制机构，而在气包下设有二级传动控制机构(3)，在气包内装有一换向阀(14)，该阀(14)的顶端有一油管与气包上的气表高压油泵(16)相通，换向阀(14)下部有两条排气管Ⅰ及Ⅱ，每条排气管有3条支气管，a、b、c及a′、b′、c′，主管路aa′通向进煤水阀(7)，半腰的支气管bb′通向排气阀(12)用来控制排气阀的内部滤网保护阀芯，最上部的一条支气管(高压容器Ⅰ的支气管控制另一个容器Ⅱ的出水阀10)cc′交叉通向出水阀(10);在所述气包(13)下部后侧有一与空压机相接的进气管，其上装有一进气阀(1)，该(1)上装有一刻度盘，阀(1)可调节控制气流的大小;在气包前方的左右两侧为一级传动控制系统，在气包下方与逆止阀(6)相通的气管(24)上还装有二级控制系统(3)，一、二级控制系统都是用来控制气包(13)内的换向阀(14)下部的两条排气管AB及六条支气管aa′、bb′、cc′;在盖板下方的支气管上装有一控制阀(2)，与该控制阀(2)相通的进气管气路与输煤水管(22)下部斜向相通，为了防止排煤水管(22)内煤粒发生沉淀，进气管(24)安排在气动水仓排水管的最下部，且进气管与输煤水管的夹角为45°左右，根据煤矿具体情况，气动水仓可以钢板或钢筋混凝土制成。在该进气路d上装有一逆止阀(6)，用来控制少量的气流进入气动水仓(26)，起到搅拌作用使水仓内的水和固体颗粒“沸腾”，予防沉淀;在每个高压容器(27)的前侧上部装有一个四通管(25)与其通，在四通管内装有浮子总称(11);气包(13)的前方两侧装有两个排气阀(12)，其阀(12)的下部有一滤网，其阀芯的外露部分装有小齿轮(404)和伸进气包(13)内的换向阀(14)轴上的大齿轮(604)用链条(29)传动，用来启闭排气阀(12)。
本发明所述的气动水仓(26)，其上部为圆筒状，下部为圆锥漏斗型，锥体间的夹角以40-50°为最佳;气动水仓(26)的安装高度要比气动中压泵本身高一倍左右，有利于保证气动水仓(26)和气动水采设备之间的压力差，防止固液物质在进入机器时的第二次沉淀。
本发明所述的浮子总称(11)如图5所示有两个，分别位于每个高压容器(27)的前方上部的四通管内，在每个四通管内有三条管路相通并和高压容器内的液面相平衡，在其内部装有一可随水位升降的浮子(509)，浮子(509)上方有一杯形容器(114)，在所述的浮子(509)与杯形容器(514)两者之间装有一限位套(513);在杯形容器(510)内有一金属片(507);浮子下端的浮子帽其下端有一滤网(511)及配重(512);在四通管上部有一固接的盖板(501)，其内有绝缘板(503)，在盖板(501)上有两个金属螺丝(504)，其外装有两个绝缘套管(505)，其内又有两个金属螺棒，与传动控制系统中的电磁铁相连接;在金属螺棒的下部装有金属链(506)连接杯形(508)，当水位上升时，浮子(509)随之上升，四通管内的金属螺棒下部的金属链(506)与浮子(509)上部杯形容器(114)内的金属片(507)接触，与金属链联接的金属螺杆接通电磁铁，传动控制机构及各种阀门开始工作。
本发明所述的进煤水阀，如图3所示，其阀体与阀帽的配合处有一较大空腔，其阀堂呈凸起状;阀塞(309)为一空心状的通杆，其上部装有一逆止阀(310)，在逆止阀(310)下面有皮碗(308)和垫圈(307)与皮碗(306)起密封作用，阀塞(309)中间是空的用来通气，阀塞(309)下部中有几条孔道，为空气道阀塞底部装有一阀圈(321)，该阀圈(321)内装有密封垫铁(315)，内圈(316)通过螺栓与密封垫铁(315)固联;在内圈(316)与阀圈之间装有毛毡(317)、毛刷(318)，毛毡在上，毛刷在下;在阀圈(321)外还装有一四辨状的耐磨片(322)，在耐磨片(322)与阀圈(321)之间装有弹簧;当阀塞(309)向上运动时，煤水液通过进煤水阀(7)，四辨状的耐磨片(322)在弹簧作用下闭合，用来保护毛毡(317)与毛刷(318);而当阀塞(309)下降时四辨状耐磨片(322)分开，使密封垫铁(315)与阀堂(319)密封。
本发明所述的进煤水阀(7)，其工作原理为在压缩空气的作用下，控制两个高压容器(27)的进煤水，当阀塞(309)未受压缩空气的作用时，煤水路自动打开，而当阀塞(309)一旦受到压缩空气的作用，阀塞内的弹簧迅速下降，煤水路被封闭，但仍然通过阀塞中的孔道向高压容器供气，压缩空气先将阀体内的煤水液迅速排向高压容器内，然后毛刷、毛毡快速将凸起的阀堂内外刷干净，阀塞压紧阀堂后，压缩空气不停地向高压容器内打气，使气流从容器内底部向上翻腾，从而使固液物质“沸腾”;此时另一条气路未受高压气的作用，进水阀处于开启状态，煤水路打开，从排气阀向下打气，固液物质从出水阀排出。
本发明所述的出水阀，其设计大体与进水阀设计相同，不同之处在于出水阀阀塞中间没有进气孔道，当阀塞压紧时，煤水路关闭，气流不通，不再供气，而且阀塞上装有弹簧，阀塞总是开启的，因而固液物质能顺利通过出水阀，涌向出水管。
本发明所述的传动控制机构，其内部通过伞形齿轮和换向阀(14)连接，其外部的单排大齿轮通过链条连接两个排气阀(12)，用来启闭(12)的开合，并通过两个电磁铁(20)控制两个浮子阀(11)。具体地结构位置如图1、图2所示，它是在气包(13)的两侧固定安装两个电磁铁(20)，两个电磁铁分别与对应一侧的浮子总称(11)的金属螺杆连接;其间装有一活动杆(19)，该活动杆(19)的上部有一轴，该轴一端气包(13)固接装有一个伞形大齿轮与换向阀外部的伞形齿轮啮合安装在换向阀(14)的阀座上，用来带动换向阀(14)工作;该轴的另一端上装一单排大齿轮用链条将其与两个排气阀(12)阀芯上的小齿轮连接，用来启闭两个排气阀的开合。
本发明所述的换向阀(14)，如附图6，与排气阀(12)、进水阀(7)、出水阀(10)不同，只有一个，是本发明所述的气动中压固液泵的首脑和神经系统，位于气包(13)内，整个阀体的内芯(605)呈锥形，该内芯(605)端部有一个油管(609)与气包(13)的高压油泵(16)相通，油管(609)通往阀芯(605)中间的三个油眼，油眼的位置为两个油眼成150°，另外一个与其中一个成60°，油眼和外壳内侧的三条油槽对应，其中部有两条气路，外壳上也有两条气路，两条气路总有一条与外壳上两条气路中的一条相对应，另一条气路与外壳上另一条气路相错一定位置;实行关闭;其外部有一伞形齿轮(602)与外壳(601)用螺钉(603)固接，阀芯下部和外壳(601)间装有滚珠轴承(608)，外壳端面和螺母间装有弹簧板(607)，用滚珠内套(606)调松紧使阀芯(605)运转自如。
本发明所述二级传动控制机构，如附图所示，当某一侧的浮子总称的电源接通时，带动二级控制机构的活动杆(811)传递到拨档杈(812)，由其转动大齿轮(806)带动小齿轮(804)使另侧球阀(803)关闭，同侧球阀(809)开启，另侧也如此并由此形成循环，使它和一级控制机构形成同步过程。
本发明所述的气动水采设备的特点为空气高压压缩机不停地供气，气动水采设备的进气阀就不停地进气;换向阀在电磁铁的作用下有一定的方向，当左边的高压容器A充满煤水时，A的浮子接通小气包左边与上浮的浮子同侧电磁铁的电源，由金属控制杆倒向通电的电磁铁一方，通过控制杆使气包内的换向阀启动，该换向阀的两个通道通向A的通道被打开，给A的1＃管进气，B的2＃管断气，同时关闭A的排气阀，打开B的排气阀;由于高压容器A的进气管进气，A的进气阀在气流的作用下实行关闭，停止进煤水，但仍通过A的进水阀中间的气孔向高压容器供气，以防止高压容器A内发生煤粒沉淀;由于B的进气管断气，B的支气路C，交叉控制的A的出水阀自动打开，此时高压压缩空气从A通过逆止阀向高压容器顶部充气，压缩空气进入高压容器A内，受气压作用固液物质经A的排水阀输出到排水管中，这是容器A的排水过程，B的进水同时进行，但B的排水阀先排气，由于A的进气管进气，受A的支气管C交叉控制的B的出水阀关闭;又由于B的断气，B的进水阀打开进煤水，当高压容器B充满煤水时，B的浮子接通小气包右侧的电磁铁的电源，通过控制杆使气包的换向阀启动，给A的进气管断气，B的进气管进气，因此B的进气阀、B的排气阀关闭，A的排气阀打开;由于B的气管进气，B的进水阀关闭，停止向B进煤水，但仍然通过B的进水阀向B内供气;由A的进气管断气，受交叉控制的B的出水阀打开，压缩空气经逆止阀从B的顶部向下打气，在气压的作用下固液物质经B的出水阀进入排水管;就这样高压容器交替地将固液混合水排出以达到将固体物质提升到地面(井上)或通过管道远距离送向远方。
本发明所述的气动水采设备还可以代替离心式高压水泵以压缩空气为动力，配合高压水枪产生高压射流在井下作业冲采矿石，由于巷道的高度限制(2米)，因此两个高压容器设计成卧式，且因其随着采掘巷道延伸，故在基座下部设置有四个轮子，又因向高压容器内输入的为清水，故其可省去气动水仓。
权利要求
1.一种气动水采设备，其特征在于它有两个固定在基座上的互不相通独立工作的高压容器(27)与之并排安装的有一气动水仓(26)，气动水仓下部的输煤水管装有一个电动球型阀(8)，下部一侧通过一个三通管(9)与两个高压容器下部一侧的两进水阀(7)相联通；位于高压容器另一侧的两出水阀(10)经一个三通管(23)与了水管路相通，在每个高压容器的前侧上部装有两个排气阀(12)；在两个高压容器(27)上有一个与之固接的盖板，其下设有二级传动控制系统，其上装有气表油泵(16)及气包(13)，在所述的气包(13)两侧装有本发明的一级传动控制机构，而在气包(13)内装有一换向阀(14)，该阀(14)的顶端有一油管与气包上的气表(15)高压油泵(16)相通，阀(14)下部有两条排气管ⅠⅡ，每条排气管有3条支管分别为abc及a′b′c′，主管路aa′通向进煤水阀(7)，半腰的支气管bb′通向排气阀(12)，最上部的一条支气管cc′交叉地通向出水阀(10)；在所述的气包后下侧装有一进气阀(1)与空气机相接；该阀(1)上装有一刻度盘，可调节控制进气量在大小；在所述的盖板下方的一条支气管上装有一控制阀(2)，与该阀(2)相通的进气管d与输煤水管(22)下部相向相通，在所述的气路(d)上装有逆止阀(6)用来控制少量的气流进入气动水仓；在每个高压容器(27)的前侧上部装有一个四通管(25)(三面与高压容器相通)，在其内装有浮子阀(总称)(11)；在气包(13)的前方装有两个排气阀(12)，其阀芯上的小齿轮与换向阀(14)的大齿轮用链条传动，用来启闭排气阀；在上述的盖板下方还有二级控制传动机构。
2.根据权利要求1所述的气动水采设备，其特征在于所述的气动水采设备气动水仓(26)的上部为圆筒状，下部为圆锥漏斗型，锥体间的夹角以40～45°最佳，其安装高度为气动水采设备机器高度的2倍～3倍。
3.根据权利要求1所述的气动水采设备，其特征在于所述的水采设备的浮子总称(11)有两个，分别位于每个高压容器(27)的前上部，每个浮子总称(11)是在与高压容器(27)三条相通且与之液面相平衡的四通管(25)的主管道内一浮子(509)可随水位升降，所述的浮子(509)上方有一杯形容器(508)，其内装有一金属片(507)，在浮子(509)与杯形容器(508)之间装有限位套(513);浮子下端的浮子帽(510)下配有一滤网(511)及配重(512);在所述的四通管(25)上部有一与之固接的盖板(501)，其上下均配置有绝缘板(503)，其上的两个螺丝(504)外部套有两个绝缘套管(505)，其内又有两个金属螺棒下端设置的金属链(506)可与杯形容器(509)联接，两个金属螺棒可与一级传控系统中的电磁铁相接通;当水位上升时，浮子(509)随之上升，金属螺棒下部的金属链与杯形容器(509)内的金属片(507)接触，通过金属螺棒接通电磁铁，传动机构及各种阀开始工作。
4.根据权利要求1所述的气动水采设备，其特征在于所述的进煤水阀的阀体与阀帽的配合处有一较大的空腔，其阀堂呈凸起状;在中空的阀塞(309)上部装有一逆止阀(310)，在其下还配装有皮碗(308)和垫圈(307)，起密封作用，在阀塞(309)下部设置有几条孔道，底部装有阀圈(321)，在阀圈(321)内还装有一密封垫铁(315)，内圈(316)通过螺栓与密封垫铁(315)固联，在内圈(316)与阀圈(321)之间配装有毛毡(317)、毛刷(318)、毛毡在上，毛刷在下;在阀圈(321)外还装有一四辨状的耐磨片(322)，在耐磨片(322)与阀圈(321)之间配装有弹簧。
5.根据权利要求1所述的气动水采设备，其特征在于所述的一级传动控制机构由电磁铁、活动杆、齿轮、链条组成，两个电磁铁(20)安装在气包(13)的两侧并分别可与其对应的高压容器上的浮子总称(11)的金属螺杆连接，两个电磁铁(20)之间装有一活动杆(19)可倒向两电磁铁(20)其中之一，在活动杆(19)上部有一轴，该轴一端与气包(13)固接并装有一个伞形大齿轮与换向阀(14)外部的伞形齿轮(602)啮合后安装在换向阀(14)的阀座上，带动换向阀(14)工作;该轴的另一端上装有一单排大齿轮用链条将其与两个排气阀(12)阀芯的小齿轮连接，用来启闭两个排气阀。
6.根据权利要求1所述的气动水采设备，其特征在于所述的换向阀(14)，位于气包(13)内，整个阀体的阀芯(605)呈锥形，其端部有一油管(609)与气包(13)上高压油泵(16)相通，阀芯(605)其上部中央有一油路分三个油眼和外壳内侧的三条油槽相对应，油管(609)通往阀芯(605)中间的三个油眼，其中有两个互成150°，第三个与其中之一成60°;阀芯(605)中部的两条气路，总有一条与外壳上的两条气路之一相对应，另一条则相错一定位置;阀芯(605)外部设有另一条伞形齿轮(602)与外壳(601)通过螺钉固接，阀芯(605)下部和外壳(601)间还装有滚珠(608)，外壳(601)端面和螺母间装有弹簧板(607)，用滚珠内套(606)调节松紧，使阀芯(605)运转自如。
7.一种气动水采设备，其特征在于所述的气动水采设备可以代替离心式高压水泵作为水力采煤的主要设备，还可以代替离心式煤水泵，作为原煤水力提升及水力运输的主要设备。
全文摘要
本发明涉及水力采煤、水力提升及水力运输的主要设备，它主要包括两个互不相通、独立工作的高压容器，一组水管、一组气管以及相应的控制阀门、在两高压容器的盖板上的气包内装有换向阀，其下部有两条排气管道，每条排气管道有三条支路控制每个高压容器的进水阀、出水阀，排气阀在气包两侧及气包下的一、二级的传动控制系统、浮子总称控制换向阀的换向，把在两个高压容器内形成的煤、水、气三相流混合液或者清水以压缩空气为动力从两个高压容器内交替地压出来，即可代替离心式高压水泵配合水枪进行采煤。
文档编号E21C45/00GK1100773SQ9311807
公开日1995年3月29日 申请日期1993年9月24日 优先权日1993年9月24日
发明者张汉军 申请人:张汉军