煤层注水方法及相应设备

煤层注水方法及装备一、煤层注水方法二．煤层注水装备煤层注水的系统装备包括液压钻机，脉冲式注水泵，封孔泵及相关产品等一、2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵专利号：ZL200320115255.X一、概述2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵，适用于各种类型煤层的注水，特别是难注水煤层的注水；是目前解决低渗透性、高硬度难注水煤层注水的最有效技术手段，是我国目前唯一应用于煤层注水实践的脉冲式煤层高压注水泵，与现有应用于煤矿井下的煤层注水泵相比较具有如下特点：①注水压力、注水流量为脉冲式，在调定的注水上限强度（压力）下，注水流量、脉冲强度（压力）根据煤层的渗透能力自动调节，脉冲强度随煤层对水渗透能力的降低而增高，脉冲频率保持不变，脉冲水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙和形成新的裂隙网；②脉冲水泵液力端采用黄铜为基体，具有良好的耐腐蚀特性，能很好满足煤矿井下腐蚀性水源使用要求；③脉冲式煤层注水泵在使用上采用脉冲高压注水强制沟通煤层内部原有封闭裂隙、在煤层内部形成裂隙网，静压注水浸润煤体的复合注水方式，在停止脉冲式高压注水的同时系统自动转换为静压注水；2 B Z - 40 / 12最大脉冲强度12 MPa排量40 L/min注水泵柱塞数脉冲式煤层注水泵一般采用成套供货方式。

成套的脉冲式煤层注水泵包括：2BZ-40/12型脉冲式煤层注水泵、注水集成块、高压水表、供水自动控制水箱及封孔泵。

二、组成与工作原理脉冲式煤层注水泵主要由脉冲泵体、带节流装置的调压器和压力显示器组成。

其原理图如图所示：1—脉冲泵体2—带节流装置的压力调节器3—压力显示器图2BZ-40/12脉冲式煤层注水泵原理示意图脉冲泵体输出压力由0～P的脉冲高压水，带节流装置的压力调节器控制、并确保脉冲水压在设定的最大脉冲水压P下，控制输出的脉冲水流量能根据注水煤层的渗透能力自动调节，压力显示器间断显示脉冲水压的大小。

脉冲式煤层注水过程为：电动机带动脉冲式煤层注水泵运转，输出的脉冲高压水进入带节流装置的压力调节器，压力调节器根据煤层的渗透能力，在确保有足够脉冲水压强度的前提下，自动控制输出水量的大小，脉冲强度由压力显示器显示；呈高度脉冲的高压水通过管路系统注入煤层内部的过程中，在不压裂煤层的条件下，脉冲高压水在煤层内部形成的“水击”现象，迫使煤层内部原有封闭裂隙相互沟通或直接在煤层内形成新的裂隙网，提供水在煤层内部流动的网络通道，静压水通过这些网络渗透到煤层内部，使煤层得到有效湿润，煤层注入水量的多少由高压水表显示。

一般条件下脉冲式高压注水采用脉冲泵压裂和沟通煤层裂隙、静压水浸润煤层的动、静压交替注水方式（水湿润并进入煤层微小裂隙在于毛细力和分子运动，与注水压力无关，注水压力只在于迫使水进入煤层内大的裂隙网）；即脉冲泵开启一段时间（时间的长短视煤层原有裂隙的发育和沟通情况不同而定，一般开启脉冲泵约半小时测定一次脉冲泵的最大脉冲压力，当脉冲压力有明显降低时，可认为脉冲压力水已在相当程度上强制沟通煤层原有裂隙网或在一定范围的煤层内部形成新的裂隙网），关闭脉冲泵，进行静压注水，在静压注水流量明显降低或注不进水时，再次开启脉冲式煤层注水泵，如此反复，直至煤层注水工作结束。

三、技术特征①脉冲强度0-12 MPa②输出流量40 L/min③脉冲频率1460 次/min④电机型号:YBK2-180L-8⑤电机防爆型式:矿用隔爆型,防爆标志:EXdI⑥电机功率15 kw⑦工作电压380/660 V，660/1140v⑧外型尺寸：1240X600X625 mm⑨整机质量：500 Kg二、ZDY-650煤矿用液压坑道钻机1 概述本使用说明书按GB9969.1-1998工业产品使用说明书总则的规定编写。

1.1 产品特点ZD-Y650煤矿用液压坑道钻机（以下简称钻机）是我厂新研制的ZDY系列钻机之一。

该钻机是结合煤矿现场使用的最新需求和改进意见而设计制造的。

该钻机采用液压传动机构，具有钻进能力大、速度快、操作简单、工作稳定可靠、移动安装方便等特点。

1.2 适用范围钻机主要用于煤矿井下钻进瓦斯抽（排）放孔、注浆灭火孔、煤层注水孔、防突卸压孔、地质勘探孔及其它工程孔。

适用于岩石坚固性系数f≤8的各种煤层、岩层。

要求巷道或钻场断面大于6.5m2，高度大于2.3m，宽度大于2.8m。

1.3 型号说明型号组成及其所代表的含义。

Z D Y 650 煤矿用液压坑道钻机最大输出转矩（N·m）液压动力头式钻机型号示例：ZDY-650煤矿用液压坑道钻机：Z表示钻机；D表示动力头式；Y表示由液压驱动；650表示最大输出转矩为650N·m。

2 主要结构和工作原理钻机整体结构如图1所示，液压系统见图8。

钻机主要由泵站、动力头、机架、立柱架、操纵台和钻具等6大部分组成。

2.1 泵站泵站（图2）主要由电动机、油泵、油箱、溢流阀、精粗滤油器、冷却器及底座等部件组成。

泵站是通过电动机驱动油泵转动，将电能转换成旋转油路和推进油路的液压能（压力油），再通过操纵台上的操纵阀组，将压力油输送到液压执行机构，实现钻机的各种功能。

2.2 动力头动力头（图3）主要由液压马达、驱动套、六方轴、水辫等组成。

其功能是将液压能转换成机械能，从而带动钻具旋转切削煤、岩。

水辫的作用是向钻杆传递动力和通水（或压气）以便排渣及冷却钻头。

2.3 机架机架（图4）主要由机架体、推进油缸、拖板、夹持器等组成。

动力头固定在拖板上，其功能是将液压能转换成油缸往复运动的机械能，带动拖板上的动力头可沿导轨作往复运动。

夹持器为手动型，用于装卸钻杆。

2.4 立柱架立柱架（图5）主要由立柱、下连接梁、横梁、上支撑座、吊梁、内注式单体液压支柱等组成，立柱架锚固在巷道或钻场顶底板之间，起支撑和安装机架及动力头的作用。

由于采用了内注式单体液压支柱，提高了立柱架的整体锚固力，增加了钻机的稳定性。

2.5 操纵台操纵台（图6）主要由操纵台架、多路换向阀组、节流阀（微调）、压力表、胶管接头等组成。

操纵台的作用是通过操作手把实现钻机的各种动作，对钻机实现集中控制。

多路换向阀组由3片阀片组成，分别控制马达的旋转、推进油缸的快速进退和正常进退。

阀组内部带有分流阀，将压力油分为两路，一路通过旋转阀片至液压马达；一路通过正常进退阀片至推进油缸。

节流阀（微调）可调节推进速度。

快速进退阀片可将旋转油路的大流量压力油合并至推进油缸，实现快速进退。

2.6 钻具钻具（图7）包括钻头和钻杆。

钻头为三翼硬质合金三级组合钻头，直径分别为φ65mm中心钻头、φ85mm二级钻头和φ115mm三级钻头，可组合使用，也可二级和中心钻头组合，亦可单独使用φ65mm中心钻头。

钻杆直径为φ42mm、φ50mm两种，长度都为800mm。

采用圆锥螺纹连接，具有强度高、拆装容易、对中性好等优点。

3、主要技术参数钻进深度 m 150开孔直径 mm 65、85、115终孔直径 mm 65、75钻杆规格 mm φ42×800、φ50×800钻孔倾角° 0～90钻孔方位角° 0～360输出扭矩 N·m ≥650输出转速 r/min ≥95推力 kN 40拉力 kN 25锚固力kN 80×2推进速度 m/min 0～1.5推进行程 mm 850电动机型号 YBK2-160L-4电动机功率 kW 15电动机电压 V 380/660泵站：工作介质冬天用46#液压油，夏天用68#液压油油箱容积 L 90小泵出油调定工作压力Mpa 10大泵出油调定工作压力Mpa 13超纵台：旋转压力 Mpa 10.5（正转）旋转压力 Mpa 11（反转）推进压力 Mpa 10油泵型号 CBY3050-2FL液压马达型号 BM-E500液压马额定转速 r/min 200液压马额定压力 Mpa 16液压马额定流量 L/min 100外形尺寸主机外形尺寸mm 2107×380×355泵站外形尺寸mm 1400×700×986整机重量 Kg 120三、ZDY-750煤矿用液压坑道钻机1 用途及使用范围ZDY-750型全液压钻机主要用于煤矿井下钻进瓦斯抽（排）放孔、注浆灭火孔、煤层注水孔、防突卸压孔、地质勘探孔及其他工程孔。

适用于岩石坚固系数f≤10的各种煤、岩层。

要求巷道及钻场断面大于6.5m2，高度大于2.3m，宽度大于2.8m。

2 主要结构和工作原理2.1 钻机整体结构如（图1）所示，液压系统(图2)所示，本机主要由泵站(图3)、动力头（图4）、机架（图5）、立柱框架（图6）、操纵台（图7）和钻具（图8）所示等部分组成。

2.2 泵站泵站(图3)是钻机的动力源，主要由防爆电机、双联齿轮泵、油箱、粗、精过滤器、冷却器、溢流阀等组成。

防爆电机驱动双联齿轮泵把电能转化为旋转油路和推进油路的液压能（压力油），通过操纵台将旋转油路的压力油输送到液压马达、推进油路的压力油输送到推进油缸、液压卡盘、液压夹持器，从而实现钻机的各种运动。

2.3 动力头动力头(图4)由液压马达、变速齿轮、轴、卡盘等组成。

其功能是把液压能转变为机械能，从而带动钻具旋转切削煤、岩。

动力头设有两档输出转速，便于在不同岩性的煤层、岩层中钻孔。

卡盘为常闭式，采用碟形弹簧夹紧钻杆、液压松开钻杆。

2.4 机架机架(图5)由机架体、进给油缸、拖板、液压夹持器（图9）等部分组成。

动力头固定在拖板上，其功能是将液压能转换成油缸往复运动的机械能，带动拖板及动力头沿导轨作往复运动。

液压夹持器用于装卸钻杆。

2.5 立柱框架立柱框架(图6)主要由立柱、下连接梁、横梁、机架座、吊梁、旋转管卡等组成。

立柱为带内外管的旋转式螺旋千斤顶，锚固在巷道或钻场顶底板之间，起支撑和稳固钻机的作用。

横梁用于安装机架和调整钻机倾角，机架座用于调整钻机的方位角，旋转管卡等用于将立柱与机架连接成整体，起稳固钻机的作用，增加钻机工作时稳定性。

2.6操纵台操纵台(图7)由操纵台架、多路换向阀组、节流阀（微调）、压力表、胶管等部分组成。

操纵台的作用是通过操纵手把实现钻机的各种动作，对钻机实行集中控制。

多路换向阀组由5片阀组成，分别控制马达的旋转、推进油缸的快速进退和正常进退、液压夹持器、卡盘的夹紧和松开。

节流阀（微调）可调节推进速度。

快速进退阀片可将旋转油路的压力油合并至推进油缸，实现快速进退。

6 钻具钻具(图8)包括钻杆、钻头、前置水辫或后置水辫。

钻杆直径为φ42mm、φ50mm两种，长都是800 mm，其连接型式采用圆锥螺纹，优点是强度高、拆装容易、对中性好。

钻头为三级组合式三翼硬质合金刮削型钻头，分为φ65mm中心钻头、φ87mm扩孔钻头和φ115mm（或Φ75mm中心钻头，Φ95mm二级钻头和Φ130mm三级钻头）扩孔钻头，可组合使用，也可二和中心钻头组合，还可以单独用Φ65mm（Φ75mm）中心钻头。