[发明专利]喷流控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型采煤与抽采瓦斯技术，尤其是一种适用于低渗透率、低强度、高瓦斯的煤与瓦斯突出煤层的喷流控制装置及方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是井工煤矿生产的一大灾害。突出伴随着强烈的煤体破坏、煤和瓦斯喷出，并形成突出孔洞和一定的卸压范围，对井下作业人员生命和井巷及机电设备造成破坏，甚至发生瓦斯爆炸，扩大灾害范围，造成重大人员伤亡和财产损失。

由于煤与瓦斯突出一般分为四个阶段，即突出准备、突出启动、突出发展和突出终止。突出准备阶段具有地应力、瓦斯能量积蓄，地质构造及煤体不均匀、采掘工程扰动等特征；突出启动阶段，地应力梯度、瓦斯压力梯度、煤体自重共同破坏煤体，形成应力破坏波；突出发展阶段，应力破坏波在煤体表面层扩展，形成层裂破坏，解吸瓦斯搬运、粉碎煤体；突出终止阶段，应力破坏波衰竭。条件具备，四个阶段可以循环进行。利用突出的四个阶段来激发和控制煤与瓦斯突出采煤和抽采瓦斯具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单，易于控制，安全可靠，效果好的喷流控制装置及方法。

技术方案：本发明的喷流控制装置，包括主管和与其前后管壁连通的副管，所述的主管的中部设有主管控制阀门，副管的中部设有副管控制阀门，主管的管壁上设有与注气管相连的法兰，主管的两端部设有三角法兰；所述与注气管相连的法兰为两个，分设在主管管壁前、后部。

本发明的喷流控制方法：

a、将主管的三角法兰与煤岩体钻孔固结的内管三角法兰和斜拉锚杆连接好，并将外部注气管路、控制阀门、压力仪表及传感器连接在法兰上；

b、打开连接注气法兰的阀门，向煤岩体钻孔内注气、保压并监测注气压力、流量等参数；

c、当注气、保压达到1～6MPa后，关闭注气法兰的阀门；

d、逐步打开副管控制阀门，使煤和瓦斯喷流小于200kg/s条件下进行，并监测喷流瓦斯压力、流量；

e、在确认喷流不超过100kg/s的条件下，逐步打开主管控制阀门，直至完全打开，此时主管和副管阀门同时打开，使最大喷流量不超过设计管路的额定煤和瓦斯喷流流量200kg/s；

f、喷流减弱到只喷瓦斯气体时，关闭主管控制阀门和副管控制阀门；

g、多次重复步骤b、c、d、e和f，反复注气、保压、喷流，直至钻孔无法保压时，结束整个过程。

有益效果：利用钻孔钻透煤层，以岩层作为保护，利用瓦斯突出的四个阶段人为地激发钻孔内的煤层反复发生煤与瓦斯突出，突出的煤与瓦斯二相流喷出钻孔而采出煤炭，并在煤层内形成突出孔洞和大的卸压范围，抽采卸压瓦斯。以此激发和控制钻孔内的煤层发生煤与瓦斯突出，确保喷流控制有效、安全可靠。可实现单孔采出煤炭万吨，抽采卸压瓦斯数百万立米。其结构简单，易于操作，安全可靠，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是本发明的三角法兰结构图。

图中：1-主管控制阀门；2-副管控制阀门；3-法兰；4-三角法兰；5-主管；6-副管。

具体实施方式

下面结构附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

图1所示，本发明的喷流控制装置主要由主管5和与其前后管壁连通的副管6构成，主管5的中部设有主管控制阀门1，副管6的中部设有副管控制阀门2，主管5的管壁上设有与注气管相连的法兰3，法兰3为两个，分设在主管5管壁靠近副管6位置的前、后部，通过法兰3连接外部注气管路、控制阀门、压力仪表及传感器。主管5的两端部有固定的三角法兰4，图2所示，三角法兰4的三个角上均开有联接孔，与钻孔的内管三角法兰和斜拉锚杆连接，提高可靠性。

本发明的喷流控制方法：将主管5的三角法兰4与煤岩体钻孔固结的内管三角法兰和斜拉锚杆连接好，在法兰3上安装外部注气管路、控制阀门、压力仪表及传感器，打开连接注气法兰3的阀门，向煤岩体钻孔内注气、保压并监测注气压力、流量等参数，保压时注气控制阀门关闭，一般注气、保持压力为1～6MPa，同时监测注气、保压的压力、流量等参数。当压力达到保压1～6MPa后，首先打开副管控制阀门2，使煤和瓦斯喷流在小于200kg/s条件下进行，并监测喷流瓦斯压力、流量等参数；在确认喷流不超过100kg/s的条件下，逐步打开主管控制阀门1，直至完全打开，此时主管5和副管6同时打开，达到最大喷流量。设计管路的额定煤和瓦斯喷流流量为200kg/s，若超出管路设计喷流流量200kg/s，逐步减小主管控制阀门1的开度，直至完全关闭，实现控制喷流功能，确保喷流控制有效、安全可靠。当管路内喷流减弱到基本没有煤炭时，即只喷瓦斯气体时，关闭主管控制阀门1和副管控制阀门2，完成一个循环。重复注气、保压，形成反复的注气、保压、喷流，直至钻孔无法保压时，即不能形成煤与瓦斯突出条件时，结束整个过程。