專利名稱：煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦井下煤層瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于煤礦井下水力壓裂或割縫工藝中的加砂裝置。
背景技術(shù)：
煤層瓦斯是一種潔凈能源，但對(duì)煤礦生產(chǎn)而言更是一種災(zāi)害源。我國(guó)的煤炭賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，主要依靠地下開(kāi)采，隨著開(kāi)采深度的增加，煤層瓦斯含量逐漸增加，煤層瓦斯壓力增大，突出的危險(xiǎn)性增高，防突難度越來(lái)越大。隨著開(kāi)采深度的增加、資源需求的日益強(qiáng)烈、國(guó)家一系列關(guān)于煤礦瓦斯災(zāi)害治理強(qiáng)制措施和煤層氣開(kāi)發(fā)利用鼓勵(lì)政策的出臺(tái)，都迫切要求有一套系統(tǒng)的、完整的、地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采工藝技術(shù)。特別是重慶地區(qū)所屬煤礦煤層大多為松軟煤層，具有煤層硬度低、瓦斯含量高、透氣性差的特點(diǎn)；突出危險(xiǎn)性大，瓦斯災(zāi)害是制約煤礦安全、高效生產(chǎn)的第一因素，現(xiàn)行的瓦斯治理措施已難以滿足高效生產(chǎn)的需求，迫切需要一種新型區(qū)域和局部治理工藝，以徹底改變目前消突困難、采掘接替緊張的局面。水力壓裂及水力割縫技術(shù)作為煤礦井下瓦斯治理的重要手段廣泛的應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤與瓦斯突出礦井的局域瓦斯治理和局部瓦斯治理措施中，水力壓裂技術(shù)還是煤層氣開(kāi)采中層位改造的重要措施。但由于受基礎(chǔ)工業(yè)和安全管理方面的限制，為壓裂和割縫提供動(dòng)力的壓力泵組其系統(tǒng)壓力具有一定的局限性，不能無(wú)限度提高，因此，其壓裂割縫能力受到一定局限，目前，尚無(wú)辦法能顯著改善。于是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員從壓裂割縫介質(zhì)方面尋找改善改善的途徑。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，水力割縫技術(shù)中，以前采用純清水作為割縫介質(zhì)，但其往往對(duì)硬度系數(shù)較大的煤體和煤層頂?shù)装宓膸r石無(wú)法達(dá)到預(yù)期的割縫效果，其割縫能力有限，而在水中加入少量的砂石后，采用較低的割縫壓力就能夠割穿硬度系數(shù)較大的煤巖體；煤巖體水力壓裂技術(shù)對(duì)煤巖體的增透具有較好效果，但采用清水壓裂完成后，壓裂所產(chǎn)生的裂隙容易閉合，降低了壓裂后增透應(yīng)有的效果，當(dāng)在壓裂水中添加少量沙石，利用進(jìn)入裂縫的砂石作為支撐體對(duì)煤巖體的支撐作用，以阻止已壓裂的裂縫閉合，確保壓裂后的增透效果。然而，現(xiàn)有技術(shù)中尚無(wú)成套的加砂設(shè)備或裝置可以利用，更缺乏科學(xué)的加砂控制方法，只能通過(guò)簡(jiǎn)易的加砂料斗依靠人工調(diào)整料閘開(kāi)合度控制加砂量，其不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差、砂水混合比例不理想，而且還嚴(yán)重制約水力壓裂及割縫的效率和增透效果O
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于煤礦井下壓裂或割縫的加砂裝置，以取代簡(jiǎn)易加砂料斗，實(shí)現(xiàn)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少煤礦井下用工量、減少安全隱患、提高水力壓裂及割縫的效率和增透效果的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。一種煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，包括依次連接的進(jìn)水管、混合管、出水管，進(jìn)水管的進(jìn)口端用于與水源連接，進(jìn)水管的管路上設(shè)有第一電動(dòng)閥、第一數(shù)字壓力表、第一電磁流量計(jì)；出水管的出口端用于與介質(zhì)加壓泵組的壓裂或割縫介質(zhì)接入口連接，出水管的管路上設(shè)有止回閥、第二數(shù)字壓力表、第二電磁流量計(jì)；所述混合管通過(guò)給砂管連通有用于盛裝砂料的料斗，料斗位于混合管上方，給砂管的管路上設(shè)有電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥，電動(dòng)卸料閥位于電動(dòng)閘板閥上方；所述第一電動(dòng)閥、電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥均采用防爆型；所述進(jìn)水管、混合管和出水管分別通過(guò)固定支架固定在平板礦車上。采用上述技術(shù)方案后的本實(shí)用新型，可利用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的PLC或PC的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)第一數(shù)字壓力表、第一電磁流量計(jì)、第二數(shù)字壓力表和第二電磁流量計(jì)進(jìn)水和出水的壓力和流量檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)采集，并將壓力和流量的檢測(cè)信號(hào)通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)顯示，以確定壓力及流量與設(shè)定值的差異；同時(shí)，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)第一電動(dòng)閥、電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥的關(guān)閉和開(kāi)啟度的控制，根據(jù)進(jìn)水的實(shí)際流量調(diào)整控制加砂量，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓裂或割縫介質(zhì)中的砂水混合比例，以取代現(xiàn)有技術(shù)中的人工加砂工作、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少煤礦井下用工量和減少安全隱患，確保砂水混合比例滿足設(shè)定要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和使用成本低，方便上下井運(yùn)輸。本實(shí)用新型由于第一電動(dòng)閥、電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥均采用防爆型，以確保煤礦井下使用安全；另外，該裝置由進(jìn)水管、混合管和出水管分別通過(guò)固定支架固定在平板礦車上，可方便該裝置移動(dòng)，轉(zhuǎn)移使用場(chǎng)地，還加強(qiáng)了進(jìn)水管、混合管和出水管相互連接的牢固性。其中，電動(dòng)閘板閥用于確保電動(dòng)卸料閥的密閉性，在需要及時(shí)停止供砂時(shí)，可迅速關(guān)斷電動(dòng)閘板閥。本實(shí)用新型在介質(zhì)加壓泵組工作前或工作中，料斗中應(yīng)備有足夠砂料。優(yōu)選的，所述混合管由依次連接的射流噴嘴、混料倉(cāng)和混流管組成，射流噴嘴的進(jìn)口端與所述進(jìn)水管的出口端連接，射流噴嘴呈縮徑管結(jié)構(gòu)，射流噴嘴的小直徑管段構(gòu)成其射流段，射流噴嘴的出口端伸入混料倉(cāng)內(nèi)；混料倉(cāng)由直管段和錐管段構(gòu)成，錐管段的口徑沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸收縮；混流管包括擴(kuò)口段，擴(kuò)口段的口徑沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸擴(kuò)張，擴(kuò)口段的小端口徑與混料倉(cāng)的錐管段小端口徑相同，擴(kuò)口段的小端與混料倉(cāng)的錐管段小端通過(guò)一直管段連通；所述給砂管的出口端與混料倉(cāng)的直管段連通，給砂管的出口位于射流噴嘴的出口端的后方。利用介質(zhì)加壓泵組進(jìn)口的負(fù)壓以及射流噴嘴的噴射作用將砂料混合在清水中，混料倉(cāng)由直管段用于貯存足夠的砂料，錐管段利于砂料集中被混合；混流管的擴(kuò)口段便于介質(zhì)擴(kuò)散，以實(shí)現(xiàn)砂水混合均勻的效果。當(dāng)然混料倉(cāng)整體可呈橄欖狀，或其直管段可呈鼓形或球形的一部分。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述射流噴嘴包括其前端設(shè)有的噴孔，噴孔直徑小于射流噴嘴的小直徑管直徑，噴孔后端設(shè)有錐度集流段。進(jìn)一步提高清水的噴射效果，實(shí)現(xiàn)砂水順利混
口 ο優(yōu)選的，所述第一電動(dòng)閥、電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥外部分別設(shè)有防爆罩，防爆罩固定連接在所述平板礦車上。優(yōu)選的，所述進(jìn)水管的進(jìn)口端和所述出水管的出口端具有與U形卡接方式的快速接頭相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。U形卡接方式的快速接頭是現(xiàn)有技術(shù)中管路連接的常用管件，適用于管路的快速連接，因此，本實(shí)用新型在與水源和介質(zhì)加壓泵組連接時(shí)方便、快速，通過(guò)縮短準(zhǔn)備時(shí)間提高壓裂或割縫工作效率。本實(shí)用新型的有益效果是，加砂裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積下，且便于上下井的運(yùn)輸和使用場(chǎng)地的轉(zhuǎn)移，且降低了加砂勞動(dòng)強(qiáng)度、減少煤礦井下用工量、減少安全隱患；可提高煤層 割縫效率或確保壓裂后煤巖體的增透效果。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此將本實(shí)用新型限制在所述的實(shí)施范圍之中。參見(jiàn)圖1，一種煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，包括依次連接的進(jìn)水管1、混合管2、出水管3，進(jìn)水管I的進(jìn)口端用于與水源連接，進(jìn)水管I的管路上設(shè)有第一電動(dòng)閥4、第一數(shù)字壓力表5、第一電磁流量計(jì)6 ;出水管3的出口端用于與介質(zhì)加壓泵組的壓裂或割縫介質(zhì)接入口連接，出水管3的管路上設(shè)有止回閥7、第二數(shù)字壓力表8、第二電磁流量計(jì)9 ；所述混合管2通過(guò)給砂管10連通有用于盛裝砂料的料斗11，料斗11位于混合管2上方，給砂管10的管路上設(shè)有電動(dòng)卸料閥12和電動(dòng)閘板閥13，電動(dòng)卸料閥12位于電動(dòng)閘板閥13上方；所述第一電動(dòng)閥4、電動(dòng)卸料閥12和電動(dòng)閘板閥13均采用防爆型；所述進(jìn)水管1、混合管2和出水管3分別通過(guò)固定支架15固定在平板礦車16上。所述混合管2由依次連接的射流噴嘴21、混料倉(cāng)22和混流管23組成，射流噴嘴21的進(jìn)口端與所述進(jìn)水管I的出口端連接，射流噴嘴21呈縮徑管結(jié)構(gòu)，射流噴嘴21的小直徑管段構(gòu)成其射流段，射流噴嘴21的出口端伸入混料倉(cāng)22內(nèi)；混料倉(cāng)22由直管段221和錐管段222構(gòu)成，錐管段222的口徑沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸收縮；混流管23包括擴(kuò)口段231，擴(kuò)口段231的口徑沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸擴(kuò)張，擴(kuò)口段231的小端口徑與混料倉(cāng)22的錐管段222小端口徑相同，擴(kuò)口段231的小端與混料倉(cāng)22的錐管段222小端通過(guò)一直管段連通；所述給砂管10的出口端與混料倉(cāng)22的直管段221連通，給砂管10的出口位于射流噴嘴21的出口端的后方。所述射流噴嘴21包括其前端設(shè)有的噴孔211，噴孔211直徑小于射流噴嘴21的小直徑管直徑，噴孔211后端設(shè)有錐度集流段。所述第一電動(dòng)閥4、電動(dòng)卸料閥12和電動(dòng)閘板閥13外部分別設(shè)有防爆罩14，防爆罩14固定連接在所述平板礦車16上。所述進(jìn)水管I的進(jìn)口端和所述出水管3的出口端具有與U形卡接方式的快速接頭相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。以上雖然結(jié)合了附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以意識(shí)到對(duì)所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變化或修改，這些修改和變化應(yīng)理解為是在本實(shí)用新型的范圍和意圖之內(nèi)的。
權(quán)利要求1.一種煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，其特征在于，包括依次連接的進(jìn)水管(I)、混合管(2)、出水管(3)，進(jìn)水管(I)的進(jìn)口端用于與水源連接，進(jìn)水管(I)的管路上設(shè)有第一電動(dòng)閥(4)、第一數(shù)字壓力表(5)、第一電磁流量計(jì)(6);出水管(3)的出口端用于與介質(zhì)加壓泵組的壓裂或割縫介質(zhì)接入口連接，出水管(3)的管路上設(shè)有止回閥(7)、第二數(shù)字壓力表(8)、第二電磁流量計(jì)(9);所述混合管(2)通過(guò)給砂管(10)連通有用于盛裝砂料的料斗(11)，料斗(11)位于混合管(2)上方，給砂管(10 )的管路上設(shè)有電動(dòng)卸料閥(12 )和電動(dòng)閘板閥(13)，電動(dòng)卸料閥(12)位于電動(dòng)閘板閥(13)上方；所述第一電動(dòng)閥(4)、電動(dòng)卸料閥(12)和電動(dòng)閘板閥(13)均采用防爆型；所述進(jìn)水管(I)、混合管(2)和出水管(3)分別通過(guò)固定支架(15)固定在平板礦車(16)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，其特征在于所述混合管 (2 )由依次連接的射流噴嘴(21)、混料倉(cāng)(22 )和混流管(23 )組成，射流噴嘴(21)的進(jìn)口端與所述進(jìn)水管(I)的出口端連接，射流噴嘴(21)呈縮徑管結(jié)構(gòu)，射流噴嘴(21)的小直徑管段構(gòu)成其射流段，射流噴嘴(21)的出口端伸入混料倉(cāng)(22)內(nèi)；混料倉(cāng)(22)由直管段(221) 和錐管段(222)構(gòu)成，錐管段(222)的口徑沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸收縮；混流管(23)包括擴(kuò)口段(231 )，擴(kuò)口段(231)的口徑沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸擴(kuò)張，擴(kuò)口段(231)的小端口徑與混料倉(cāng)(22)的錐管段(222)小端口徑相同，擴(kuò)口段(231)的小端與混料倉(cāng)(22)的錐管段(222) 小端通過(guò)一直管段連通；所述給砂管(10)的出口端與混料倉(cāng)(22)的直管段(221)連通，給砂管(10)的出口位于射流噴嘴(21)的出口端的后方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，其特征在于所述射流噴嘴(21)包括其前端設(shè)有的噴孔(211)，噴孔(211)直徑小于射流噴嘴(21)的小直徑管直徑， 噴孔(211)后端設(shè)有錐度集流段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，其特征在于所述第一電動(dòng)閥(4)、電動(dòng)卸料閥(12 )和電動(dòng)閘板閥(13 )外部分別設(shè)有防爆罩(14)，防爆罩(14 )固定連接在所述平板礦車(16 )上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，其特征在于所述進(jìn)水管(I)的進(jìn)口端和所述出水管(3)的出口端具有與U形卡接方式的快速接頭相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種煤礦井下壓裂或割縫用加砂裝置，該裝置包括依次連接的進(jìn)水管、混合管、出水管，進(jìn)水管的管路上設(shè)有第一電動(dòng)閥、第一數(shù)字壓力表、第一電磁流量計(jì)；出水管的出口端用于與介質(zhì)加壓泵組的介質(zhì)接入口連接，出水管的管路上設(shè)有止回閥、第二數(shù)字壓力表、第二電磁流量計(jì)；混合管上方通過(guò)給砂管連通有用于盛裝砂料的料斗，給砂管的管路上設(shè)有電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥；第一電動(dòng)閥、電動(dòng)卸料閥和電動(dòng)閘板閥均采用防爆型；進(jìn)水管、混合管和出水管分別固定在平板礦車上。本實(shí)用新型的有益效果是，加砂裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積下，且便于上下井的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移，降低了加砂勞動(dòng)強(qiáng)度、減少用工量和安全隱患；提高煤層割縫效率或確保壓裂后煤巖體的增透效果。
文檔編號(hào)E21F7/00GK202850968SQ20122056804
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者張鳳舞, 王雨團(tuán), 周東平, 朱舟, 李迎科, 沈大富, 周聲才, 覃樂(lè), 余模華, 郭臣業(yè), 王文春, 龍官波, 李棟, 何苗, 周俊杰, 張迪, 徐濤, 張翠蘭 申請(qǐng)人:重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司