一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置及控制方法与流程

本发明属于瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置及控制方法。

背景技术

煤炭形成过程中会伴生大量以甲烷为主的烃类气体，俗称瓦斯或煤层气。瓦斯的形成、存储和释放一直伴随着整个成煤过程。在漫长的地质年代中，随着含煤地层经受各种构造运动，至今已有大部分瓦斯逸散到大气中，仅有部分还保留在煤层和岩层中。井下瓦斯灾害是煤矿生产过程中的最严重灾害之一。煤与瓦斯突出是困扰煤矿企业高效、安全生产的重大灾害之首，目前我国在突出矿井数目、突出年总次数、突出的平均强度等方面都遥居世界第一。

综合考察之后，普遍认为进行瓦斯抽采作业可以有效降低煤层瓦斯浓度，避免煤与瓦斯突出灾害的发生，并可以提供一种新型能源。但是目前矿井现场所使用的抽采管路普遍存在高负压、低流量的弊端，造成能量损失。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置及控制方法，设计合理，克服了现有技术的不足，缓解了瓦斯抽采时的高负压、低流量现象，从而降低能耗，提高抽采效率，为煤层瓦斯抽采工艺改进提供技术支持，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置，包括前端瓦斯抽采管、抽采控制管、后端瓦斯抽采管，前端瓦斯抽采管、抽采控制管、后端瓦斯抽采管之间通过法兰连接组成瓦斯抽采管路，前端瓦斯抽采管与瓦斯抽采钻孔相连通，后端瓦斯抽采管连接有外界瓦斯抽采设备；

抽采控制管内设置有判断机构和管路启闭单元；

判断机构包括圆形开孔、胶皮套和读数装置，其中，圆形开孔设置在抽采控制管的管壁上，胶皮套环套在圆形开孔上，读数装置固定在胶皮套上；

管路启闭单元包括圆形挡片和手柄，圆形挡片设置于抽采控制管的管道内部，手柄设置于抽采控制管的管道外部；

当判断机构的胶皮套内陷时，固定在胶皮套上的细绳随胶皮套一起凹陷，从而拉伸弹簧，当胶皮套内陷到一定程度时，弹簧在细绳的拉力下拉伸到平板上的刻度线位置，可以判断瓦斯抽采钻孔内的瓦斯流量较小；当判断机构的胶皮套撑起时，可以判断瓦斯抽采钻孔内的瓦斯流量大。

优选地，读数装置由两个立板、两个弹簧、两个平板和一根细绳组成，两个平板上标有刻度线，其中，两个立板、两个弹簧和两个平板分别对称设置在圆形开孔的两侧，每侧的立板和平板固定连接，所对应的弹簧的一端固定在立板上，弹簧的另一端与细绳连接，细绳的两端分别固定在两个弹簧上，细绳的中间固定连接在胶皮套上。

优选地，圆形挡片和手柄分别与抽采控制管通过螺纹结构连接，连接处涂抹有密封油。

优选地，胶皮套具有弹性。

此外，本发明还提到一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制方法，该方法采用如上所述的钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置，具体包括如下步骤：

步骤1：根据具体矿井煤层地质、瓦斯赋存情况，合理设计瓦斯抽采钻孔，并进行钻孔施工，打钻完毕后，进行孔内抽采管道布置并进行封孔；

步骤2：根据弹簧的弹性系数、胶皮套内陷时细绳的端部的位移以及抽采负压，确定平板上刻度线的适当位置；

步骤3：抽采管道布置完毕后，依次安装前端瓦斯抽采管、抽采控制管、后端瓦斯抽采管，前端瓦斯抽采管、抽采控制管、后端瓦斯抽采管之间通过法兰连接；

步骤4：打开外界瓦斯抽采设备，进行瓦斯抽采；

步骤5：井下工作人员看到判断机构的胶皮套内陷，并且弹簧伸长到平板上的刻度线位置时，转动管路启闭单元的手柄，使圆形挡片与抽采控制管的轴线垂直，关闭此瓦斯抽采管路，无法对该瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采；

步骤6：井下工作人员看到关闭的瓦斯抽采管路上判断机构的胶皮套撑起时，转动管路启闭单元的手柄，使圆形挡片与抽采控制管的轴线平行，从而打开此瓦斯抽采管路，对该瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采。

本发明所带来的有益技术效果：

在实际使用过程中，瓦斯抽采钻孔内的瓦斯流量，可以通过胶皮套的形态以及弹簧的伸长量进行判断；当胶皮套内陷，并且弹簧伸长到刻度线位置时，说明瓦斯流量不足，此时转动管路启闭单元的手柄，使圆形挡片与抽采控制管的轴线垂直，使抽采管路闭合；当胶皮套被撑起时，说明瓦斯流量大，此时转动管路启闭单元的手柄，使圆形挡片与抽采控制管的轴线平行，使抽采管路打开；通过抽采控制管的判断机构及管路启闭单元，实现前端瓦斯抽采管与后端瓦斯抽采管的连通与隔离，可以暂时关闭抽采效率低的瓦斯抽采钻孔，实现管路内部负压的合理分配，以提高瓦斯抽采效率。

附图说明

图1为本发明钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置的结构示意图。

图2为本发明钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置的剖面图。

图3为本发明钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置的俯视图。

图4为本发明钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置沿a-a的剖面图。

图5为本发明钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置的判断机构的俯视图。

其中，1-前端瓦斯抽采管；2-抽采控制管；3-后端瓦斯抽采管；4-法兰；5-瓦斯抽采钻孔；6-圆形开孔；7-胶皮套；8-立板；9-弹簧；10-平板；11-细绳；12-刻度线；13-圆形挡片；14-手柄；15-螺纹连接结构。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制装置，其结构如图1所示，包括前端瓦斯抽采管1、抽采控制管2和后端瓦斯抽采管3，各抽采管之间通过法兰4连接，其中前端瓦斯抽采管1直接与瓦斯抽采钻孔5相连通，并且通过抽采控制管2与后端瓦斯抽采管3相连通，后端瓦斯抽采管3用于与外界瓦斯抽采设备相连接。

抽采控制管2设置有判断机构和管路启闭单元。

判断机构包括圆形开孔6、套在圆形开孔6外部的胶皮套7、固定于胶皮套7上的读数装置组成，胶皮套7有弹性，读数装置由两个立板8、两个弹簧9、两个平板10、细绳11组成，平板8上标有刻度线12，其中，两个立板8、两个弹簧9、两个平板10分别对称设置在圆形开孔6的两侧，每侧的立板8和平板10固定连接，所对应的弹簧9的一端固定在立板8上，弹簧9的另一端与细绳11连接，细绳11的两端分别固定在两个弹簧9上，细绳11的中间固定连接在胶皮套7上。

管路启闭单元包括圆形挡片13和手柄14，管路启闭单元与抽采控制管2之间设有螺纹连接结构15，并涂抹密封油。

当判断机构的胶皮套7内陷时，固定在胶皮套7上的细绳11随胶皮套7一起凹陷，从而拉伸弹簧9，当胶皮套7内陷到一定程度时，弹簧9在细绳11的拉力下拉伸到平板8上的刻度线12位置，便可以判断为瓦斯抽采钻孔5内的瓦斯流量较小，此时转动管路启闭单元的手柄14，使圆形挡片13与抽采控制管2的管壁垂直，从而堵住瓦斯抽采管路，无法对该瓦斯抽采钻孔5进行瓦斯抽采。

当判断机构的胶皮套7撑起时，可以判断为瓦斯抽采钻孔5内的瓦斯流量大，此时转动管路启闭单元的手柄14，使圆形挡片13与抽采控制管2的管壁平行，打开瓦斯抽采管路，对该瓦斯抽采钻孔5进行瓦斯抽采。

通过判断机构和管路启闭单元实现按需求控制前端瓦斯抽采管1与后端瓦斯抽采管3的连通与隔离，可以暂时关闭抽采效率低的瓦斯抽采钻孔5，实现了管路内部负压的合理分配，提高了瓦斯抽采效率。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种钻孔瓦斯抽采管路孔口节能控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据具体矿井煤层地质、瓦斯赋存情况，合理设计瓦斯抽采钻孔，并进行钻孔施工，打钻完毕后，进行孔内抽采管道布置并进行封孔；

步骤2：根据弹簧的弹性系数、胶皮套内陷时细绳的端部的位移以及抽采负压，确定平板上刻度线的适当位置；

步骤3：抽采管道布置完毕后，依次安装前端瓦斯抽采管、抽采控制管、后端瓦斯抽采管，前端瓦斯抽采管、抽采控制管、后端瓦斯抽采管之间通过法兰连接；

步骤4：打开外界瓦斯抽采设备，进行瓦斯抽采；

步骤5：井下工作人员看到判断机构的胶皮套内陷，并且弹簧伸长到平板上的刻度线位置时，转动管路启闭单元的手柄，使圆形挡片与抽采控制管的轴线垂直，关闭此瓦斯抽采管路，无法对该瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采；

步骤6：井下工作人员看到关闭的瓦斯抽采管路上判断机构的胶皮套撑起时，转动管路启闭单元的手柄，使圆形挡片与抽采控制管的轴线平行，从而打开此瓦斯抽采管路，对该瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。