鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)包括加料裝置、鉆具模擬裝置、氣固分離裝置、煤屑收集裝置、連接裝置、負壓動力裝置、輸送參數(shù)測定裝置，鉆具模擬裝置包括模擬鉆桿及等效鉆頭，動態(tài)部分兩側(cè)通過軸承轉(zhuǎn)動支撐在左右固定支架上，并由動力及傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)，動態(tài)部分進料端伸入到加料裝置的水平殼體內(nèi)，并在其前端安裝有底部敞口的中空等效鉆頭，靜態(tài)部分出料端通過連接裝置與氣固分離裝置連通，氣固分離裝置底部通過閥門與煤屑收集裝置連通，其頂部通過管道與負壓動力裝置連通，在各段模擬鉆桿的連接處設(shè)有負壓測試口，輸送參數(shù)測定裝置包括皮托管，以及流量計和精密真空表。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，操作使用方便，省時省力，便于實施。
【專利說明】鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實驗系統(tǒng)，特別是涉及一種鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，主要用于模擬研究煤層鉆孔排渣定點取樣煤屑輸送參數(shù)，為鉆孔負壓排渣煤層定點取樣技術(shù)提供支持。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)行煤礦井下測定瓦斯含量時常用的取樣方式有孔口煤屑取樣和煤芯管取樣。其中，孔口煤屑取樣方式雖然工藝簡單，但刷孔和孔壁殘粉對測定結(jié)果影響較大；煤芯管取樣技術(shù)在將煤芯從孔底取出過程工序復雜、取樣時間長，整個過程耗時費力，瓦斯漏失量大，取樣效果較差，難以滿足標準要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是克服上述現(xiàn)有煤層瓦斯含量定點取樣技術(shù)的不足，而提供一種能夠準確獲得負壓排渣過程中負壓值、氣固比、壓降、風量等參數(shù)并為設(shè)備選型設(shè)計提供理論依據(jù)的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，包括加料裝置、氣固分離裝置、煤屑收集裝置、連接裝置和負壓動力裝置，以及輸送參數(shù)測定裝置，鉆具模擬裝置包括由動態(tài)部分和至少一段的靜態(tài)部分串聯(lián)構(gòu)成的模擬鉆桿及等效鉆頭，動態(tài)部分的兩側(cè)通過軸承轉(zhuǎn)動支撐在左右固定支架上，并由動力及傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)，動態(tài)部分的進料端伸入到加料裝置所含的水平殼體內(nèi)，并在其前端安裝有底部敞口的中空等效鉆頭，且等效鉆頭位于加料裝置的進料口下方，在等效鉆頭的側(cè)面及迎頭部分別設(shè)有進料孔，靜態(tài)部分的出料端通過連接裝置與氣固分離裝置連通，氣固分離裝置底部通過閥門與煤屑收集裝置連通，其頂部通過管道與負壓動力裝置連通，在加料裝置所含水平殼體末端設(shè)有進氣口，在各段模擬鉆桿的連接處設(shè)有負壓測試口，所述輸送參數(shù)測定裝置包括安裝在負壓測試口的皮托管，以及安裝在氣固分離裝置頂部管道上的流量計和精密真空表。
[0005]所述模擬鉆桿的動態(tài)部分和靜態(tài)部分之間通過旋轉(zhuǎn)接頭固定連接。
[0006]所述模擬鉆桿靜態(tài)部分有多段，且各段之間通過連接短接固定串聯(lián)在一起。
[0007]所述連接裝置為透明鋼絲膠管，并通過管箍固定連接。
[0008]所述模擬鉆桿的靜態(tài)部分及等效鉆頭均采用聚氯乙烯管材制成。
[0009]所述旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)為電機；所述旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)為皮帶輪傳動機構(gòu)，包括套裝在模擬鉆桿表面的第一皮帶輪，安裝在動力機構(gòu)輸出端的第二皮帶輪，以及用于傳動連接第一、第二皮帶輪的傳動皮帶。
[0010]所述加料裝置為氣密式螺旋加料器。
[0011]所述氣固分離裝置為旋風除塵器。
[0012]所述煤屑收集裝置為煤屑收集箱。[0013]所述負壓動力裝置為羅茨真空泵。
[0014]本發(fā)明的工作原理是:
本發(fā)明使用加料裝置向鉆具模擬裝置所含等效鉆頭部位，按照所需量均勻添加煤屑，煤屑落入等效鉆頭附近，利用負壓動力裝置產(chǎn)生的負壓，將煤屑及時吸入并在一定長度的鉆具模擬裝置中輸送，煤顆粒經(jīng)過氣固分離裝置被收集下來，利用參數(shù)測試裝置對整個過程中系統(tǒng)流量、負壓等參數(shù)進行考察。本實驗系統(tǒng)通過模擬煤礦井下負壓排渣定點取樣測定瓦斯含量時不同氣固比、鉆桿內(nèi)徑尺寸、鉆頭過風尺寸下煤屑的輸送情況，為取樣設(shè)備的選型和優(yōu)化提供依據(jù)。
[0015]本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:
1、在結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)加料裝置采用氣密式螺旋加料器，可實現(xiàn)向系統(tǒng)中均勻添加所需量煤屑，并且加料過程可以通過負壓動力裝置對所需要的氣固比進行調(diào)整；所述等效鉆頭參照真實鉆頭開口參數(shù)留設(shè)開口，可模擬鉆頭切屑煤體的過程鉆孔內(nèi)壁，滿足與真實鉆頭相同的進料功能，同時該等效鉆頭采用聚氯乙烯管制成，可以結(jié)合試驗需要，快速更改開口尺寸，方便加工改造，降低加工成本；模擬鉆桿靜態(tài)部分采用聚氯乙烯管制成，方便加工改造，降低加工成本；在模擬鉆桿動態(tài)部分兩側(cè)套裝有軸承，并由動力及傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)，貼近真實鉆桿運動狀態(tài)，更真實的模擬煤礦井下施工鉆孔時鉆桿的旋轉(zhuǎn)；可通過調(diào)整傳動參數(shù)改變模擬鉆桿的鉆速，操作使用方便；氣固分離裝置采用旋風除塵器并與煤屑收集裝置直接相連，可以有效收集煤屑。
[0016]2、在結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明所述模擬鉆桿靜態(tài)部分各段之間通過連接短接相連，可以方便輸送距離調(diào)整；參數(shù)測試口分布于各段模擬鉆桿連接處，用于測試運行過程中負壓及流速等參數(shù)，從而實時掌握輸送參數(shù)；參數(shù)測試口留設(shè)緊湊，測量參數(shù)方便；所述氣固分離裝置采用旋風除塵器，除塵器底部安裝有調(diào)節(jié)閥門，在系統(tǒng)運行時能夠保證除塵器底部的密封，在收集固體顆粒時除塵器底部能夠打開；所述等效鉆頭為依據(jù)井下所用鉆頭實際尺寸及開孔位置設(shè)計加工，其可以提高加工的便利性，降低加工成本。
[0017]3、綜上，本發(fā)明鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，可以模擬煤礦井下負壓排渣定點取樣測定瓦斯含量時不同氣固比、鉆桿內(nèi)徑尺寸、鉆頭過風尺寸下煤屑的輸送情況，準確獲得負壓排渣過程中負壓值、氣固比、壓降、風量等參數(shù)，從而為設(shè)備選型設(shè)計提供理論依據(jù)，并且操作使用方便，省時省力，因此，非常適于推廣實施。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明，其中:
圖1為本發(fā)明鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)等效鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)等效鉆頭的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中序號:1、螺旋加料器；2、模擬鉆桿動態(tài)部分；7、模擬鉆桿靜態(tài)部分；3、5、滾動球軸承；4、第一皮帶輪；6、旋轉(zhuǎn)接頭；8、管箍；9、參數(shù)測試口 ；10、流量計；11、精密真空表；12、羅茨真空泵；13、旋風除塵器；14、煤屑收集箱；16、電機；15、17、固定支架；18、等效鉆頭，19、進料孔，20、透明鋼絲膠管，21、閥門，22、管道，23、第二皮帶輪，24、傳動皮帶。
[0019]【具體實施方式】 實施例一:
參見圖1 (圖中箭頭表示物料或氣體的流動方向)，圖中，本發(fā)明鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，包括加料裝置、鉆具模擬裝置、氣固分離裝置、煤屑收集裝置和負壓動力裝置，以及輸送參數(shù)測定裝置，鉆具模擬裝置包括由動態(tài)部分2和靜態(tài)部分7兩段串聯(lián)在一起的模擬鉆桿及等效鉆頭18，鉆具模擬裝置動態(tài)部分的兩側(cè)通過滾動球軸承3、5轉(zhuǎn)動支撐在左右固定支架15、17上,并由動力及傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn),鉆桿動態(tài)部分的進料端伸入到加料裝置所含的水平殼體內(nèi)，并在其前端安裝有等效鉆頭18，且等效鉆頭位于加料裝置進料口下方，鉆桿靜態(tài)部分的出料端通過連接裝置與氣固分離裝置連通，氣固分離裝置底部通過閥門21與煤屑收集裝置連通，其頂部通過管道22與負壓動力裝置連通，在加料裝置所含水平殼體端部設(shè)有進氣口，在模擬鉆桿與連接裝置的連接處設(shè)有負壓測試口 9，所述輸送參數(shù)測定裝置包括安裝在負壓測試口的皮托管(圖中未示出)，以及安裝在氣固分離裝置頂部管道上的流量計10和精密真空表11。
[0020]所述模擬鉆桿的動態(tài)部分和靜態(tài)部分之間通過旋轉(zhuǎn)接頭6固定連接。
[0021]所述加料裝置為氣密式螺旋加料器I。
[0022]所述氣固分離裝置為旋風除塵器13。所述煤屑收集裝置為煤屑收集箱14。
[0023]所述連接裝置為透明鋼絲膠管20，一端通過管箍8與模擬鉆桿固定連接。
[0024]所述負壓動力裝置為羅茨真空泵12。所述旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)為電機16 ;所述旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)為皮帶輪傳動機構(gòu)，包括套裝在模擬鉆桿表面的第一皮帶輪4，安裝在動力機構(gòu)輸出端的第二皮帶輪23，以及用于傳動連接第一、第二皮帶輪的傳動皮帶24。
[0025]所述模擬鉆桿的靜態(tài)部分及等效鉆頭均采用聚氯乙烯管材制成。
[0026]參見圖2-3，圖中，所述等效鉆頭為底部中空結(jié)構(gòu)，在等效鉆頭的側(cè)面及迎頭部分別設(shè)有進料孔19。
[0027]本發(fā)明的工作過程大致如下:
步驟(I):將實驗系統(tǒng)按圖1所示連接固定，關(guān)閉旋風除塵器底部閥門，將煤屑收集箱密閉并初步設(shè)定實驗參數(shù):鉆速、固氣比、輸送距離；
步驟(2):開動羅茨真空泵12、電機16，讀取流量計10、精密真空表11示數(shù)，同時用皮托管測定該輸送距離所設(shè)定的參數(shù)測試口 9處靜壓及速壓；
步驟(3):按照所設(shè)定的氣固比參數(shù)，設(shè)定螺旋加料器鉆速，重復步驟(2)并記錄實驗結(jié)
果;
步驟(4):改變氣固比、輸送距離、鉆桿內(nèi)徑、鉆速、鉆頭進料口開口尺寸，重復步驟(2)并記錄實驗結(jié)果。
[0028]本實驗系統(tǒng)使用聚氯乙烯管實現(xiàn)對中空鉆桿的模擬，使得實驗系統(tǒng)加工改造方便，操作過程簡便；通過可控速的螺旋加料器和皮帶傳動來實現(xiàn)煤礦井下不同的鉆進工況，易于實現(xiàn)；實驗系統(tǒng)尺寸可按煤礦井下真實尺寸設(shè)計，對負壓排渣定點取樣過程中系統(tǒng)運行的測試和優(yōu)化具有指導意義。
[0029]實施例二:
本實施例圖未畫出。本實施例與實施例一結(jié)構(gòu)相似，其相同部分在此不再重述，其區(qū)別在于:本實施例所述模擬鉆桿靜態(tài)部分有多段，且各段之間通過連接短接固定串聯(lián)在一起。
[0030]本實施例的工作過程同實施例一工作過程所描述。[0031]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:包括加料裝置、鉆具模擬裝置、氣固分離裝置、煤屑收集裝置、連接裝置和負壓動力裝置，以及輸送參數(shù)測定裝置，鉆具模擬裝置包括由動態(tài)部分和至少一段的靜態(tài)部分串聯(lián)構(gòu)成的模擬鉆桿及等效鉆頭，動態(tài)部分的兩側(cè)通過軸承轉(zhuǎn)動支撐在左右固定支架上，并由動力及傳動機構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)，動態(tài)部分的進料端伸入到加料裝置所含的水平殼體內(nèi)，并在其前端安裝有底部敞口的中空等效鉆頭，且等效鉆頭位于加料裝置的進料口下方，在等效鉆頭的側(cè)面及迎頭部分別設(shè)有進料孔，靜態(tài)部分的出料端通過連接裝置與氣固分離裝置連通，氣固分離裝置底部通過閥門與煤屑收集裝置連通，其頂部通過管道與負壓動力裝置連通，在加料裝置所含水平殼體末端設(shè)有進氣口，在各段模擬鉆桿的連接處設(shè)有負壓測試口，所述輸送參數(shù)測定裝置包括安裝在負壓測試口的皮托管，以及安裝在氣固分離裝置頂部管道上的流量計和精密真空表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述模擬鉆桿的動態(tài)部分和靜態(tài)部分之間通過旋轉(zhuǎn)接頭固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述模擬鉆桿靜態(tài)部分有多段，且各段之間通過連接短接固定串聯(lián)在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述連接裝置為透明鋼絲膠管，并通過管箍固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述模擬鉆桿的靜態(tài)部分及等效鉆頭均采用聚氯乙烯管材制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)為電機；所述旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)為皮帶輪傳動機構(gòu)，包括套裝在模擬鉆桿表面的第一皮帶輪，安裝在動力機構(gòu)輸出端的第二皮帶輪，以及用于傳動連接第一、第二皮帶輪的傳動皮帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述加料裝置為氣密式螺旋加料器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述氣固分離裝置為旋風除塵器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述煤屑收集裝置為煤屑收集箱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔負壓排渣煤層定點取樣實驗系統(tǒng)，其特征是:所述負壓動力裝置為羅茨真空泵。
【文檔編號】G01N1/04GK103926105SQ201410074595
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】魏建平, 張宏圖, 王云剛, 李輝, 潘峰, 王念紅 申請人:河南理工大學