孔内变频振动增透瓦斯抽采方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种孔内变频振动增透瓦斯抽采方法及装置，该装置包括变频式超声波发生器、超声波换能器、瓦斯抽采泵、瓦斯抽采管、电控箱、安装壳，瓦斯抽采管的一端与瓦斯抽采泵相连、另一端具有多孔段，多孔段外壁上设有磁性层，安装壳具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面，超声波换能器固定在安装壳内，电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接，调节双刀双掷开关改变电流方可改变电磁性弧面的磁性，通过磁性层与电磁性弧面之间的吸引或排斥作用将安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上或钻孔内壁上。

The method and device for gas extraction with VVVF vibration increasing through hole

The invention provides a hole variable frequency Ar gas drainage method and device, the device comprises a frequency ultrasonic generator, ultrasonic transducer, gas drainage pump, gas drainage pipe, electric control box, shell installation, gas drainage pipe is connected with the gas drainage pump, the other end connected with a porous section a magnetic layer, the porous section of the outer wall, and has installed shell gas drainage electromagnetic arc tube shape matching, the ultrasonic transducer is fixed on the mounting surface of the shell, the electromagnetic wire through the first explosion series through the double pole double throw switch is connected with the electric control box, ultrasonic transducer with second series connected with explosion-proof wire the ultrasonic generator, adjusting DPDT current change can change the electromagnetic arc magnetic switch, through between the magnetic layer and the electromagnetic surface attraction or repulsion The mounting shell is fixed on the porous section of the gas extraction tube or on the inner wall of the drill hole.

【技术实现步骤摘要】
孔内变频振动增透瓦斯抽采方法及装置
本专利技术属于瓦斯抽采
，涉及一种孔内变频振动增透瓦斯抽采方法及装置。
技术介绍
煤炭是人类的生产生活必不可缺的重要能量来源，煤炭的开发及煤矿的安全问题是能源安全中最重要的一环，煤矿安全生产一直是研究和关注的重点。我国煤层瓦斯含量普遍较高，高突矿井占矿井总数的44％，在国有重点煤矿中该比例更是高达72％。井下煤层赋存及开采条件复杂，随着开采深度不断加大，煤与瓦斯突出严重，危险系数高，由于瓦斯突出引起的安全事故屡见不鲜。因此，必须采取行之有效的治理措施来降低突出瓦斯对煤矿安全生产的不利影响。目前，瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯灾害的主要手段，也是充分利用瓦斯清洁能源的重要途径。现场瓦斯抽采主要采用在密集布置的瓦斯抽采钻孔内插入瓦斯抽采管，利用孔外瓦斯抽采泵形成负压对煤层瓦斯进行抽采。然而，由于煤体属于多孔介质，是天然的吸附剂，煤与瓦斯之间通过范德华力形成吸引势，大量实验研究表明，煤体中90％以上的瓦斯是以吸附状态存在的，只有少量处于承压游离状态。另外，由于抽采过程中无法形成有效的煤岩体裂隙网络和瓦斯运移通道，再加上受到抽采设备、技术、人员操作等的影响，目前井下瓦斯抽采的效果很不理想，密集布置的瓦斯抽采钻孔还造成资源与人力的浪费，抽采瓦斯流量过低无法在地面得到有效利用，空排瓦斯又对环境造成严重污染。CN106499366A公开了一种微波与超声波相协同的煤层气强化开采方法，该方法将微波天线和超声波换能器送入地面井，并分别与微波发生器和超声波发生器连接，打开微波发生器和超声波发生器，通过弹性波扰动媒体，同时，微波加热促进煤层气解吸并在煤层内催生出孔裂隙，煤层气在微波和超声波的协同作用下向地面井运移，最后抽采煤层气。虽然该方法能在一定程度上强化煤层气的抽采，但仍然存在以下不足之处有待改进：①该方法在地面井中设置了套管，套管内设有抽采管，套管和抽采管的前端位于煤层中部，抽采时，煤层气从煤层进入地面井，然后从套管的下端进入抽采管而被抽采至地面，由于煤层气只有经过抽采管的前端才能被抽采至地面，而抽采管的前端位于煤层中部，因而该方法只能对抽采管前端这一局部范围实现有效的抽采，同时由于地面井与套管的上端之间、套管与抽采管的上端之间未采取封闭措施，在抽采过程中，从煤层运移至地面井的煤层气会从地面井和套管的上端逸出，这些都会造成抽采效率过低，瓦斯溢出还会造成环境污染。②该方法中，超声波换能器通过线缆悬挂在套管内并与地面井之外的超声波发生器连接，微波天线通过线缆悬挂在套管内并与地面井之外的微波发生器、矩形波导和波导转换器连接，这种设置超声波换能器和微波天线的方式只适用于向下设置的钻孔，由于无法实现超声波换能器和微波天线在钻孔内的固定，对于垂直向上、倾斜向上的钻孔都不适用，因而该方法的适用范围非常局限。有鉴于此，为了更有效地提高煤层瓦斯抽采效率和强化瓦斯抽采效果，研发出具有更高抽采效率和适用性更广的瓦斯抽采装置与技术实属必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供孔内变频振动增透瓦斯抽采方法及装置，以有效提高瓦斯抽采效率，同时提高瓦斯抽采装置和方法的适用性。本专利技术提供的孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，包括超声波发生器、超声波换能器、瓦斯抽采泵、瓦斯抽采管，其特征在于还包括气体流量计、封孔管、电控箱、安装壳，超声波发生器为变频式超声波发生器，超声波换能器至少为3个且位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内；瓦斯抽采管的一端位于钻孔底、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段，多孔段的外壁上设有磁性层，气体流量计设置在瓦斯抽采管上，封孔管位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间设有密封层；安装壳为具有开口结构的罩体，安装壳具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面，各超声波换能器分别固定在安装壳内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，各超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上。上述瓦斯抽采装置的技术方案中，瓦斯抽采管的多孔段的长度至少为1.5m，通常为1.5～10m，瓦斯抽采管的多孔段的孔隙率越高，瓦斯抽采效果越好，综合考虑瓦斯抽采管的多孔段的强度和瓦斯抽采效果等因素，多孔段的孔隙率优选为20％～80％，更优选地，多孔段的孔隙率为30％～60％。多孔段的孔隙率是指，多孔段上的孔面积与长度和直径同多孔段相同但未开孔的瓦斯抽采管的总面积的百分比。上述瓦斯抽采装置的技术方案中，钻孔内径与瓦斯抽采管之间的空间的应保证超声波换能器能够顺利安装，优选的钻孔内径为瓦斯抽采管外径的3～5倍，瓦斯抽采管位于钻孔底的一端端部与钻孔底部距离为瓦斯抽采管外径的1～2倍。上述瓦斯抽采装置的技术方案中，安装壳的电磁性弧面由硅钢或软铁制作，瓦斯抽采管的多孔段上的磁性层由磁性材料例制作，例如可由磁性氧化铁制作，将磁性材料刷涂在瓦斯抽采管的多孔段上即可形成磁性层，为了实现安装壳在多孔段上的稳定固定，优选的磁性层的厚度为至少为2mm。上述瓦斯抽采装置的技术方案中，安装壳为一端开放、一端封闭的筒体，封闭端为形状与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面，筒体的横截面形状可为圆形、椭圆形及三角形、正方形、长方形等多边形等。上述瓦斯抽采装置的技术方案中，当安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上时，与同一段第二防爆导线相连的两个超声波换能器之间的距离为0.3～2m。本专利技术还提供了一种孔内变频振动增透瓦斯抽采方法，该方法在使用上述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置的基础上，按照以下步骤进行操作：①在需要进行瓦斯治理的煤层中钻取钻孔，将安装了超声波换能器的安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线串联后通过双刀双掷开关与电控箱连接，将各超声波换能器通过第二防爆导线串联后与超声波发生器连接；②调节双刀双掷开关控制电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相异，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上，然后将固定了安装壳的瓦斯抽采管置于钻孔中，将封孔管置于钻孔的孔口部段与瓦斯抽采管之间，使用封孔材料封堵钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间的间隙，在瓦斯抽采管上安装气体流量计并连接瓦斯抽采泵；③调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面的磁性与磁性层的磁性相同，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上；④开启瓦斯抽采泵，开启超声波发生器使超声波换能器向煤体发射不同频率的超声波，记录在各频率的超声波条件下的瓦斯流量，将超声波频率固定在最大瓦斯流量对应的频率下进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过本文档来自技高网...

【技术保护点】
孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，包括超声波发生器(1)、超声波换能器(2)、瓦斯抽采泵(3)、瓦斯抽采管(4)，其特征在于还包括气体流量计(5)、封孔管(6)、电控箱(7)、安装壳(8)，超声波发生器为变频式超声波发生器，超声波换能器至少为3个且位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内；瓦斯抽采管(4)的一端位于钻孔底、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵(3)相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段(4‑1)，多孔段的外壁上设有磁性层(9)，气体流量计(5)设置在瓦斯抽采管上，封孔管(6)位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间设有密封层(10)；安装壳(8)为具有开口结构的罩体且具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面(8‑1)，各超声波换能器(2)分别固定在安装壳(8)内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线(11)串联后通过双刀双掷开关(12)与电控箱(7)连接，各超声波换能器(2)通过第二防爆导线(13)串联后与超声波发生器(1)连接；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面(8‑1)的磁性与磁性层(9)的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面(8‑1)的磁性与磁性层(9)的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上。...

【技术特征摘要】
1.孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，包括超声波发生器(1)、超声波换能器(2)、瓦斯抽采泵(3)、瓦斯抽采管(4)，其特征在于还包括气体流量计(5)、封孔管(6)、电控箱(7)、安装壳(8)，超声波发生器为变频式超声波发生器，超声波换能器至少为3个且位于钻孔内，超声波发生器、电控箱、瓦斯抽采泵和气体流量计位于钻孔外的巷道内；瓦斯抽采管(4)的一端位于钻孔底、另一端位于钻孔外并与瓦斯抽采泵(3)相连，瓦斯抽采管处于钻孔底一端的部段为多孔段(4-1)，多孔段的外壁上设有磁性层(9)，气体流量计(5)设置在瓦斯抽采管上，封孔管(6)位于钻孔的孔口部段，钻孔内壁与封孔管外壁之间以及瓦斯抽采管外壁与封孔管内壁之间设有密封层(10)；安装壳(8)为具有开口结构的罩体且具有与瓦斯抽采管外壁形状相匹配的电磁性弧面(8-1)，各超声波换能器(2)分别固定在安装壳(8)内且超声波换能器的辐射面位于安装壳的开口处，各安装壳的电磁性弧面通过第一防爆导线(11)串联后通过双刀双掷开关(12)与电控箱(7)连接，各超声波换能器(2)通过第二防爆导线(13)串联后与超声波发生器(1)连接；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面(8-1)的磁性与磁性层(9)的磁性相异时，通过磁性层与安装壳的电磁性弧面之间的吸引作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在瓦斯抽采管的多孔段上；当调节双刀双掷开关改变电流方向使安装壳的电磁性弧面(8-1)的磁性与磁性层(9)的磁性相同时，通过磁性层与安装壳的电磁弧面之间的排斥作用将安装了超声波换能器的安装壳固定在钻孔内壁上。2.根据权利要求1所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，瓦斯抽采管的多孔段(4-1)的长度至少为1.5m。3.根据权利要求2所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，瓦斯抽采管的多孔段(4-1)的孔隙率为20％～80％。4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，钻孔内径为瓦斯抽采管外径的3～5倍，瓦斯抽采管位于钻孔底的一端端部与钻孔底部距离为瓦斯抽采管外径的1～2倍。5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透瓦斯抽采装置，其特征在于，安装壳的电磁性弧面(8-1)由硅钢或软铁制作。6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述孔内变频振动增透...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明忠，张茹，刘强，陈海亮，鲁义强，李安强，汪文勇，彭高友，陆彤，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51