煤層注水方法及裝備.doc

煤層注水方法及裝備一、煤層注水方法二煤層注水裝備煤層注水的系統(tǒng)裝備包括液壓鉆機(jī)，脈沖式注水泵，封孔泵及相關(guān)產(chǎn)品等一、2BZ-40/12型脈沖式煤層注水泵專(zhuān)利號(hào)：ZL200320115255.X一、概述 2BZ-40/12型脈沖式煤層注水泵，適用于各種類(lèi)型煤層的注水，特別是難注水煤層的注水；是目前解決低滲透性、高硬度難注水煤層注水的最有效技術(shù)手段，是我國(guó)目前唯一應(yīng)用于煤層注水實(shí)踐的脈沖式煤層高壓注水泵，與現(xiàn)有應(yīng)用于煤礦井下的煤層注水泵相比較具有如下特點(diǎn)： 注水壓力、注水流量為脈沖式，在調(diào)定的注水上限強(qiáng)度（壓力）下，注水流量、脈沖強(qiáng)度（壓力）根據(jù)煤層的滲透能力自動(dòng)調(diào)節(jié)，脈沖強(qiáng)度隨煤層對(duì)水滲透能力的降低而增高，脈沖頻率保持不變，脈沖水強(qiáng)制溝通煤層內(nèi)部原有封閉裂隙和形成新的裂隙網(wǎng)； 脈沖水泵液力端采用黃銅為基體，具有良好的耐腐蝕特性，能很好滿(mǎn)足煤礦井下腐蝕性水源使用要求； 脈沖式煤層注水泵在使用上采用脈沖高壓注水強(qiáng)制溝通煤層內(nèi)部原有封閉裂隙、在煤層內(nèi)部形成裂隙網(wǎng)，靜壓注水浸潤(rùn)煤體的復(fù)合注水方式，在停止脈沖式高壓注水的同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為靜壓注水；2 B Z - 40 / 12 最大脈沖強(qiáng)度12 MPa 排量40 L/min 注水 泵 柱塞數(shù)脈沖式煤層注水泵一般采用成套供貨方式。成套的脈沖式煤層注水泵包括：2BZ-40/12型脈沖式煤層注水泵、注水集成塊、高壓水表、供水自動(dòng)控制水箱及封孔泵。二、組成與工作原理132進(jìn)水D出水脈沖式煤層注水泵主要由脈沖泵體、帶節(jié)流裝置的調(diào)壓器和壓力顯示器組成。其原理圖如圖所示：1脈沖泵體 2帶節(jié)流裝置的壓力調(diào)節(jié)器 3壓力顯示器圖 2BZ-40/12脈沖式煤層注水泵原理示意圖脈沖泵體輸出壓力由0P的脈沖高壓水，帶節(jié)流裝置的壓力調(diào)節(jié)器控制、并確保脈沖水壓在設(shè)定的最大脈沖水壓P下，控制輸出的脈沖水流量能根據(jù)注水煤層的滲透能力自動(dòng)調(diào)節(jié)，壓力顯示器間斷顯示脈沖水壓的大小。脈沖式煤層注水過(guò)程為：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)脈沖式煤層注水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出的脈沖高壓水進(jìn)入帶節(jié)流裝置的壓力調(diào)節(jié)器，壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)煤層的滲透能力，在確保有足夠脈沖水壓強(qiáng)度的前提下，自動(dòng)控制輸出水量的大小，脈沖強(qiáng)度由壓力顯示器顯示；呈高度脈沖的高壓水通過(guò)管路系統(tǒng)注入煤層內(nèi)部的過(guò)程中，在不壓裂煤層的條件下，脈沖高壓水在煤層內(nèi)部形成的“水擊”現(xiàn)象，迫使煤層內(nèi)部原有封閉裂隙相互溝通或直接在煤層內(nèi)形成新的裂隙網(wǎng)，提供水在煤層內(nèi)部流動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)通道，靜壓水通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)滲透到煤層內(nèi)部，使煤層得到有效濕潤(rùn)，煤層注入水量的多少由高壓水表顯示。一般條件下脈沖式高壓注水采用脈沖泵壓裂和溝通煤層裂隙、靜壓水浸潤(rùn)煤層的動(dòng)、靜壓交替注水方式（水濕潤(rùn)并進(jìn)入煤層微小裂隙在于毛細(xì)力和分子運(yùn)動(dòng)，與注水壓力無(wú)關(guān)，注水壓力只在于迫使水進(jìn)入煤層內(nèi)大的裂隙網(wǎng)）；即脈沖泵開(kāi)啟一段時(shí)間（時(shí)間的長(zhǎng)短視煤層原有裂隙的發(fā)育和溝通情況不同而定，一般開(kāi)啟脈沖泵約半小時(shí)測(cè)定一次脈沖泵的最大脈沖壓力，當(dāng)脈沖壓力有明顯降低時(shí)，可認(rèn)為脈沖壓力水已在相當(dāng)程度上強(qiáng)制溝通煤層原有裂隙網(wǎng)或在一定范圍的煤層內(nèi)部形成新的裂隙網(wǎng)），關(guān)閉脈沖泵，進(jìn)行靜壓注水，在靜壓注水流量明顯降低或注不進(jìn)水時(shí)，再次開(kāi)啟脈沖式煤層注水泵，如此反復(fù)，直至煤層注水工作結(jié)束。三、技術(shù)特征 脈沖強(qiáng)度 0-12 MPa 輸出流量 40 L/min 脈沖頻率 1460 次/min 電機(jī)型號(hào):YBK2-180L-8 電機(jī)防爆型式:礦用隔爆型,防爆標(biāo)志:EXdI 電機(jī)功率 15 kw 工作電壓 380/660 V，660/1140v 外型尺寸： 1240X600X625 mm 整機(jī)質(zhì)量： 500 Kg二、ZDY-650煤礦用液壓坑道鉆機(jī)1 概述本使用說(shuō)明書(shū)按GB9969.1-1998工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)總則的規(guī)定編寫(xiě)。1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)ZD-Y650煤礦用液壓坑道鉆機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鉆機(jī)）是我廠新研制的ZDY系列鉆機(jī)之一。該鉆機(jī)是結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)使用的最新需求和改進(jìn)意見(jiàn)而設(shè)計(jì)制造的。該鉆機(jī)采用液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有鉆進(jìn)能力大、速度快、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、移動(dòng)安裝方便等特點(diǎn)。1.2 適用范圍鉆機(jī)主要用于煤礦井下鉆進(jìn)瓦斯抽（排）放孔、注漿滅火孔、煤層注水孔、防突卸壓孔、地質(zhì)勘探孔及其它工程孔。適用于巖石堅(jiān)固性系數(shù)f8的各種煤層、巖層。要求巷道或鉆場(chǎng)斷面大于6.5m2，高度大于2.3m，寬度大于2.8m。1.3 型號(hào)說(shuō)明型號(hào)組成及其所代表的含義。Z D Y 650 煤礦用液壓坑道鉆機(jī) 最大輸出轉(zhuǎn)矩（Nm） 液壓 動(dòng)力頭式 鉆機(jī)型號(hào)示例：ZDY-650煤礦用液壓坑道鉆機(jī)：Z表示鉆機(jī)；D表示動(dòng)力頭式；Y表示由液壓驅(qū)動(dòng)；650表示最大輸出轉(zhuǎn)矩為650Nm。2 主要結(jié)構(gòu)和工作原理鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，液壓系統(tǒng)見(jiàn)圖8。鉆機(jī)主要由泵站、動(dòng)力頭、機(jī)架、立柱架、操縱臺(tái)和鉆具等6大部分組成。2.1 泵站泵站（圖2）主要由電動(dòng)機(jī)、油泵、油箱、溢流閥、精粗濾油器、冷卻器及底座等部件組成。泵站是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)油路和推進(jìn)油路的液壓能（壓力油），再通過(guò)操縱臺(tái)上的操縱閥組，將壓力油輸送到液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種功能。2.2 動(dòng)力頭動(dòng)力頭（圖3）主要由液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)套、六方軸、水辮等組成。其功能是將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)切削煤、巖。水辮的作用是向鉆桿傳遞動(dòng)力和通水（或壓氣）以便排渣及冷卻鉆頭。2.3 機(jī)架機(jī)架（圖4）主要由機(jī)架體、推進(jìn)油缸、拖板、夾持器等組成。動(dòng)力頭固定在拖板上，其功能是將液壓能轉(zhuǎn)換成油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，帶動(dòng)拖板上的動(dòng)力頭可沿導(dǎo)軌作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。夾持器為手動(dòng)型，用于裝卸鉆桿。2.4 立柱架立柱架（圖5）主要由立柱、下連接梁、橫梁、上支撐座、吊梁、內(nèi)注式單體液壓支柱等組成，立柱架錨固在巷道或鉆場(chǎng)頂?shù)装逯g，起支撐和安裝機(jī)架及動(dòng)力頭的作用。由于采用了內(nèi)注式單體液壓支柱，提高了立柱架的整體錨固力，增加了鉆機(jī)的穩(wěn)定性。 2.5 操縱臺(tái)操縱臺(tái)（圖6）主要由操縱臺(tái)架、多路換向閥組、節(jié)流閥（微調(diào)）、壓力表、膠管接頭等組成。操縱臺(tái)的作用是通過(guò)操作手把實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種動(dòng)作，對(duì)鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制。多路換向閥組由3片閥片組成，分別控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)、推進(jìn)油缸的快速進(jìn)退和正常進(jìn)退。閥組內(nèi)部帶有分流閥，將壓力油分為兩路，一路通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥片至液壓馬達(dá)；一路通過(guò)正常進(jìn)退閥片至推進(jìn)油缸。節(jié)流閥（微調(diào)）可調(diào)節(jié)推進(jìn)速度。快速進(jìn)退閥片可將旋轉(zhuǎn)油路的大流量壓力油合并至推進(jìn)油缸，實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)退。2.6 鉆具鉆具（圖7）包括鉆頭和鉆桿。鉆頭為三翼硬質(zhì)合金三級(jí)組合鉆頭，直徑分別為65mm中心鉆頭、85mm二級(jí)鉆頭和115mm三級(jí)鉆頭，可組合使用，也可二級(jí)和中心鉆頭組合，亦可單獨(dú)使用65mm中心鉆頭。鉆桿直徑為42mm、50mm兩種，長(zhǎng)度都為800mm。采用圓錐螺紋連接，具有強(qiáng)度高、拆裝容易、對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)。3、主要技術(shù)參數(shù)鉆進(jìn)深度 m 150開(kāi)孔直徑 mm 65、85、115終孔直徑 mm 65、75鉆桿規(guī)格 mm 42800、50800鉆孔傾角 090鉆孔方位角 0360輸出扭矩 Nm 650輸出轉(zhuǎn)速 r/min 95推力 kN 40拉力 kN 25錨固力 kN 802推進(jìn)速度 m/min 01.5推進(jìn)行程 mm 850電動(dòng)機(jī)型號(hào) YBK2-160L-4電動(dòng)機(jī)功率 kW 15電動(dòng)機(jī)電壓 V 380/660泵站：工作介質(zhì) 冬天用46#液壓油，夏天用68#液壓油油箱容積 L 90小泵出油調(diào)定工作壓力Mpa 10大泵出油調(diào)定工作壓力Mpa 13超縱臺(tái)：旋轉(zhuǎn)壓力 Mpa 10.5（正轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)壓力 Mpa 11（反轉(zhuǎn)）推進(jìn)壓力 Mpa 10油泵型號(hào) CBY3050-2FL液壓馬達(dá)型號(hào) BM-E500液壓馬額定轉(zhuǎn)速 r/min 200液壓馬額定壓力 Mpa 16液壓馬額定流量 L/min 100外形尺寸主機(jī)外形尺寸 mm 2107380355泵站外形尺寸 mm 1400700986整機(jī)重量 Kg 120三、ZDY-750煤礦用液壓坑道鉆機(jī)1用途及使用范圍ZDY-750型全液壓鉆機(jī)主要用于煤礦井下鉆進(jìn)瓦斯抽（排）放孔、注漿滅火孔、煤層注水孔、防突卸壓孔、地質(zhì)勘探孔及其他工程孔。適用于巖石堅(jiān)固系數(shù)f10的各種煤、巖層。要求巷道及鉆場(chǎng)斷面大于6.5m2，高度大于2.3m，寬度大于2.8m。2 主要結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)如（圖1）所示，液壓系統(tǒng)(圖2)所示，本機(jī)主要由泵站(圖3)、動(dòng)力頭（圖4）、機(jī)架（圖5）、立柱框架（圖6）、操縱臺(tái)（圖7）和鉆具（圖8）所示等部分組成。2.2 泵站 泵站(圖3)是鉆機(jī)的動(dòng)力源，主要由防爆電機(jī)、雙聯(lián)齒輪泵、油箱、粗、精過(guò)濾器、冷卻器、溢流閥等組成。 防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)齒輪泵把電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)油路和推進(jìn)油路的液壓能（壓力油），通過(guò)操縱臺(tái)將旋轉(zhuǎn)油路的壓力油輸送到液壓馬達(dá)、推進(jìn)油路的壓力油輸送到推進(jìn)油缸、液壓卡盤(pán)、液壓夾持器，從而實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)。2.3 動(dòng)力頭動(dòng)力頭(圖4)由液壓馬達(dá)、變速齒輪、軸、卡盤(pán)等組成。其功能是把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，從而帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)切削煤、巖。動(dòng)力頭設(shè)有兩檔輸出轉(zhuǎn)速，便于在不同巖性的煤層、巖層中鉆孔。卡盤(pán)為常閉式，采用碟形彈簧夾緊鉆桿、液壓松開(kāi)鉆桿。2.4 機(jī)架機(jī)架(圖5)由機(jī)架體、進(jìn)給油缸、拖板、液壓夾持器（圖9）等部分組成。動(dòng)力頭固定在拖板上，其功能是將液壓能轉(zhuǎn)換成油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，帶動(dòng)拖板及動(dòng)力頭沿導(dǎo)軌作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。液壓夾持器用于裝卸鉆桿。2.5 立柱框架立柱框架(圖6)主要由立柱、下連接梁、橫梁、機(jī)架座、吊梁、旋轉(zhuǎn)管卡等組成。立柱為帶內(nèi)外管的旋轉(zhuǎn)式螺旋千斤頂，錨固在巷道或鉆場(chǎng)頂?shù)装逯g，起支撐和穩(wěn)固鉆機(jī)的作用。橫梁用于安裝機(jī)架和調(diào)整鉆機(jī)傾角，機(jī)架座用于調(diào)整鉆機(jī)的方位角，旋轉(zhuǎn)管卡等用于將立柱與機(jī)架連接成整體，起穩(wěn)固鉆機(jī)的作用，增加鉆機(jī)工作時(shí)穩(wěn)定性。2.6操縱臺(tái) 操縱臺(tái)(圖7)由操縱臺(tái)架、多路換向閥組、節(jié)流閥（微調(diào)）、壓力表、膠管等部分組成。操縱臺(tái)的作用是通過(guò)操縱手把實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的各種動(dòng)作，對(duì)鉆機(jī)實(shí)行集中控制。多路換向閥組由5片閥組成，分別控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)、推進(jìn)油缸的快速進(jìn)退和正常進(jìn)退、液壓夾持器、卡盤(pán)的夾緊和松開(kāi)。節(jié)流閥（微調(diào)）可調(diào)節(jié)推進(jìn)速度。快速進(jìn)退閥片可將旋轉(zhuǎn)油路的壓力油合并至推進(jìn)油缸，實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)退。6 鉆具鉆具(圖8)包括鉆桿、鉆頭、前置水辮或后置水辮。鉆桿直徑為42mm、50mm兩種，長(zhǎng)都是800 mm，其連接型式采用圓錐螺紋，優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、拆裝容易、對(duì)中性好。鉆頭為三級(jí)組合式三翼硬質(zhì)合金刮削型鉆頭，分為65mm中心鉆頭、87mm擴(kuò)孔鉆頭和115mm（或75mm中心鉆頭，95mm二級(jí)鉆頭和130mm三級(jí)鉆頭）擴(kuò)孔鉆頭，可組合使用，也可二和中心鉆頭組合，還可以單獨(dú)用65mm（75mm）中心鉆頭。前置水辮或后置水辮（圖10）是向鉆桿傳遞動(dòng)力和通水（或壓風(fēng)），以便排渣和冷卻、潤(rùn)滑鉆頭，可根據(jù)需要選用。3主要技術(shù)參數(shù)： 鉆進(jìn)深度： m 150 開(kāi)孔直徑： mm 87、115 終孔直徑： mm 75 鉆桿直徑： mm 42 /50鉆孔傾角： 090 輸出轉(zhuǎn)矩： N.m 750/420 輸出轉(zhuǎn)速： r/min 130/240 額定壓力： MPa 20 給進(jìn)力： kN 50 起拔力： kN 30 錨固力： kN 280 電機(jī)功率： kW 18.5 工作介質(zhì)： 上稠40液壓油 油箱容積： L 100 外形尺寸： mm 500470510 主機(jī)外形尺寸： mm 2.150.60.5 泵站外形尺寸： mm 1.920.560.85整機(jī)重量： kg 1200圖一: ZDY-650型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)(底座式-液壓夾持器)圖二: ZDY-650型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)(立柱式-手動(dòng)夾持器)四、BFK型封孔泵一 、概述BFK型封孔泵是專(zhuān)為煤礦井下各種類(lèi)型鉆孔研制的封孔設(shè)備，其最大的特點(diǎn)在于： 封孔能力強(qiáng)：對(duì)水平鉆孔的最大封孔長(zhǎng)度可達(dá)20m，對(duì)垂直上向鉆孔的最大封孔長(zhǎng)度可達(dá)15m； 同時(shí)具有攪拌、輸送高稠度漿料的特點(diǎn)：對(duì)于水泥漿，其水灰比達(dá)到：礦渣水泥，水泥：水=1：0.32；硅酸鹽水泥，水泥：水=1：0.4； 無(wú)需對(duì)待封鉆孔段進(jìn)行擴(kuò)孔和把送漿管送到待封鉆孔的底部，只需把送漿管在待封鉆孔的孔口作適當(dāng)?shù)墓潭ê头舛录纯桑?由于具有上述特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了封孔工藝，降低了封孔作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度； 高稠度水泥漿具有的基本不收縮性，對(duì)任何鉆孔都能確保封孔的嚴(yán)密性，提高鉆孔的封孔質(zhì)量。 B F K 封孔 泵二 、結(jié)構(gòu)特征與工作原理1主要結(jié)構(gòu)BFK型封孔泵主要由防爆電動(dòng)機(jī)、安全離合器、變速系統(tǒng)、攪拌機(jī)、操作離合器、送漿泵及機(jī)座組成。 工作原理 對(duì)漿體的攪拌當(dāng)防爆電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，變速傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)安全離合器驅(qū)動(dòng)攪拌機(jī)活動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，使得對(duì)按水灰比要求加入到攪拌機(jī)內(nèi)的混合物進(jìn)行不斷的摻和，直到混合均勻，實(shí)現(xiàn)對(duì)漿體的攪拌。在對(duì)漿體的攪拌過(guò)程中，離合器在操作手柄的控制下處于脫開(kāi)狀態(tài)，送漿泵不運(yùn)轉(zhuǎn)。 對(duì)漿體的輸送在漿體攪拌均勻后，操作離合器的手柄使離合器處于接合狀態(tài)，此時(shí)，變速系統(tǒng)通過(guò)離合器的作用驅(qū)動(dòng)送漿泵轉(zhuǎn)動(dòng)，送漿泵在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的抽吸負(fù)壓將攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻的漿體通過(guò)連接管吸入送漿泵體內(nèi)，經(jīng)加壓后從泵的出口輸出，完成對(duì)漿體的輸送。在送漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，攪拌機(jī)一直處于旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。三 、技術(shù)特征 工作壓力.2 MPa 工作流量 810 l/min 工作電壓 380V /660V 電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YBK2-100L2-4 防爆型式：礦用隔爆型，防爆標(biāo)志ExdI 電動(dòng)機(jī)功率 3 Kw 攪拌機(jī)凈容積 30 L 外型尺寸 1450 400 800 (mmmmmm) 質(zhì)量 240 Kg五、等量分流器主要用于煤礦采煤工作面煤層注水防塵時(shí)多孔同時(shí)注水保持流量均衡和單向流動(dòng)之用，是煤層注水必備的產(chǎn)品。分流器由閥芯、固定阻尼管、主彈簧組成的減壓部分，由閥芯、閥套相對(duì)應(yīng)之直角量邊組成的可變阻尼截流部分及單向閥等三部分組成，以達(dá)到等差減壓、穩(wěn)定流量