CN212130539U - 矿井瓦斯增透系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤层增透设备技术领域，尤其涉及一种矿井瓦斯增透系统，其包括超磁致伸缩换能器和与所述超磁致伸缩换能器连接的波导装置，所述波导装置用于将超磁致伸缩换能器输出的振动波传导至煤层。本实用新型提供的矿井瓦斯增透系统使用超磁致伸缩换能器作为激发能量振动来源，可以实现连续的受迫振动，提高瓦斯抽采效率；使用超磁致伸缩换能器可以降低矿井瓦斯增透系统的结构尺寸；超磁致伸缩换能器可以在短时间内将较大的能量多次径向释放，保证影响范围内的煤层致裂效果达到最佳，促进瓦斯快速解吸。

Description

矿井瓦斯增透系统

技术领域

本实用新型涉及煤层增透设备技术领域，尤其涉及一种矿井瓦斯增透系统。

背景技术

在煤炭工业中，随着地表至开采煤层的垂直距离的增加，地质构造均朝复杂或极其复杂的方向发展，自然灾害的威胁逐步加重。煤炭开采易受到瓦斯灾害的困扰，但瓦斯又是一种优质的能源。瓦斯抽采技术不仅是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚、预防瓦斯爆炸的重要措施，还可变害为利，将瓦斯作为煤炭伴生的资源加以开发利用，带来保护环境、保障煤矿安全生产和改善能源结构等有益效果。

大多数高瓦斯矿井煤层都存在透气性较低的问题，导致通常采用的瓦斯抽采技术有效性较差。瓦斯增透技术是指通过适当措施增加煤层透气性。现有的瓦斯增透技术对煤层的透气性起到了一定的增强效果，但普遍存在设备笨重、施工灵活性较差、成本费用较高、增透周期较长以及增透效果不理想的等不足。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种矿井瓦斯增透系统，包括超磁致伸缩换能器和与所述超磁致伸缩换能器连接的波导装置，所述波导装置用于将超磁致伸缩换能器输出的振动波传导至煤层。

在一个实施例中，所述矿井瓦斯增透系统还包括控制器和微震监测装置，所述控制器分别与所述超磁致伸缩换能器和所述微震监测装置电连接，所述微震监测装置用于检测煤层破裂产生的震动信息，所述控制器用于根据所述震动信息调整所述超磁致伸缩换能器的激发参数。

在一个实施例中，所述微震监测装置包括用于设置在煤层中的加速度计，所述加速度计与所述控制器电连接。

在一个实施例中，所述微震监测装置包括用于设置在煤层中的微振定位传感器，所述微振定位传感器与所述控制器电连接。

在一个实施例中，所述微震监测装置还包括控制器和微震检波器，所述控制器分别与所述超磁致伸缩换能器和所述微震检波器电连接，所述微震检波器用于检测所述振动波在煤层中的传播信息，所述控制器用于根据所述传播信息调整所述超磁致伸缩换能器的激发参数。

在一个实施例中，所述超磁致伸缩换能器为稀土超磁致伸缩换能器。

在一个实施例中，所述矿井瓦斯增透系统还包括与所述超磁致伸缩换能器电连接的变压装置。

在一个实施例中，所述矿井瓦斯增透系统还包括与所述变压装置电连接的工作电源。

在一个实施例中，所述波导装置内部形成有空腔，所述波导装置的一端与所述超磁致伸缩换能器连接，另一端为锥形形状。

在一个实施例中，所述波导装置为空心管。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的矿井瓦斯增透系统使用超磁致伸缩换能器作为激发能量振动来源，可以实现连续的受迫振动，可显著增加煤层的透气性，提高瓦斯抽采效率；由于超磁致伸缩换能器的伸缩应变大，使用超磁致伸缩换能器可以降低本实用新型提供的矿井瓦斯增透系统的结构尺寸。

附图说明

图1是本实用新型实施例的矿井瓦斯增透系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的矿井瓦斯增透系统的振动单元的结构示意图；

附图标记说明：1、变压装置；2、超磁致伸缩换能器；3、波导装置；4、控制器；5、微震监测装置；6、工作电源；7、煤层；8、钻孔；9、电源适配器；10、外壳；11、振动单元。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种矿井瓦斯增透系统，包括超磁致伸缩换能器2和与超磁致伸缩换能器2连接的波导装置3，波导装置3用于将超磁致伸缩换能器2输出的振动波传导至煤层7。波导装置3是用于能量释放的装置，可以为各种结构形式，可以为金属材料；波导装置3也可以包含非金属介质。

本实用新型提供的矿井瓦斯增透系统使用超磁致伸缩换能器2作为激发能量振动来源，可以实现连续的受迫振动，可显著增加煤层7的透气性，提高瓦斯抽采效率；使用超磁致伸缩换能器2可以降低矿井瓦斯增透系统的结构尺寸；超磁致伸缩换能器2可以在短时间内将较大的能量多次径向释放，保证影响范围内的煤层致裂效果达到最佳，促进瓦斯快速解吸。

在一个实施例中，矿井瓦斯增透系统还包括与超磁致伸缩换能器2相连的变压装置1。变压装置1可以包括变压电路、线圈等；当采煤现场可用的电源电压与超磁致伸缩换能器2的可用电压不一致时，可以采用变压装置1转换电压；本实用新型的矿井瓦斯增透系统所采用的变压装置1通常可以是升压装置，升压装置可以将电压升高，以达到初始设定的超磁致伸缩换能器2的工作发射脉冲电压。

在一个实施例中，变压装置1通过电源适配器9连接工作电源6。

如图2所示，在一个实施例中，电源适配器9、变压装置1、超磁致伸缩换能器2和波导装置3依次相连，构成了用于深入煤层的钻孔8的振动单元11；电源适配器9、变压装置1、超磁致伸缩换能器2设于外壳10内；振动单元11的总长度L为1500mm，直径d为54mm。

在一个实施例中，矿井瓦斯增透系统还包括控制器4和微震监测装置5，微震监测装置5用于将煤层7破裂产生的震动信息传递给控制器4，控制器4与超磁致伸缩换能器2相连接，控制器4用于根据微震监测装置5传来的震动信息调整超磁致伸缩换能器2的激发参数(如振幅、频率等)。具体地，控制器4可以为可编程逻辑控制器，即PLC。在这种情况下，可以对煤层7精准施加不同级别、能量持续的受迫振动作用，从而沟通煤体中各种尺度的孔隙和裂隙。

在一个实施例中，微震监测装置5包括设于煤层7的加速度计，加速度计与控制器4相连接。微震监测装置5除了包括加速度计等传感部件，还可以包括数据连接线、显示仪等部件。

在一个实施例中，微震监测装置5包括设于煤层7的微振定位传感器，微振定位传感器与控制器4相连接。使用微振定位传感器，能够分辨震动的发生方位，从而获得超磁致伸缩换能器2产生的振动能量在煤层7中的传播情况。

在一个实施例中，微震监测装置还包括控制器4和微震检波器，控制器分别与超磁致伸缩换能器2和微震检波器电连接，微震检波器可以将接收到的振动波信息转换为电信号，再将电信号传递给控制器；微震检波器用于检测振动波在煤层中的传播信息，控制器用于根据传播信息调整超磁致伸缩换能器2的激发参数。

在一个实施例中，超磁致伸缩换能器2为稀土超磁致伸缩换能器2。稀土超磁致伸缩换能器2即稀土超磁致伸缩材料制成的换能器，其具有能量密度高、换能效率高、响应速度快和可靠性好等优点；在这种情况下，能源利用率得到了进一步提高，矿井瓦斯增透系统的结构尺寸得到了进一步降低。

在一个实施例中，波导装置3为空心管。波导装置3的截面形状不限，可以是矩形、圆形或不规则形状。

在一个实施例中，波导装置3包括与超磁致伸缩换能器2相连接的连接端，波导装置3的与连接端相对的一端为锥形形状；波导装置3内设有空腔。具体地，波导装置3可以为方形椎体、圆锥体等结构。在波导装置3上设置锥形端可以建立传输能力更强的锥形声场，从而可以进一步增强能量利用效率。

本实用新型实施例提供的矿井瓦斯增透系统的使用方法如下：

步骤一、在煤层7中钻孔8，并保证成孔效果；以振动单元11的总长度L为1500mm、直径d为54mm的矿井瓦斯增透系统为例，钻孔8的长度大于3000mm、直径大于65mm；

步骤二、用专业钻机将振动单元11推送到钻孔8中，并将钻孔8封闭，同时将微震监测装置5布设到钻孔8周围，以便对煤层7微小孔裂隙进行监测；

步骤三、接通工作电源6，使超磁致伸缩换能器2在短时间通过波导装置3将较大的能量多次径向释放，从而致裂煤层7；通过微震监测装置5监测超磁致伸缩换能器2产生的振动能量在煤层7中的传播情况(该传播情况是由煤层7破裂产生的震动信息所反应的)，从而便于调节矿井瓦斯增透系统的工作参数，保证矿井瓦斯增透系统影响范围内煤层7的致裂效果达到最佳，促进瓦斯快速解吸；

最后，将本实用新型实施例提供的矿井瓦斯增透系统通过钻机推送到钻孔8的下一个需要振动的位置，重复以上步骤，完成对钻孔8内不同位置的振动作用，最终实现钻孔8一定范围内煤层7裂隙增加。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种矿井瓦斯增透系统，其特征在于，包括超磁致伸缩换能器和与所述超磁致伸缩换能器连接的波导装置，所述波导装置用于将超磁致伸缩换能器输出的振动波传导至煤层。

2.根据权利要求1所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，还包括控制器和微震监测装置，所述控制器分别与所述超磁致伸缩换能器和所述微震监测装置电连接，所述微震监测装置用于检测煤层破裂产生的震动信息，所述控制器用于根据所述震动信息调整所述超磁致伸缩换能器的激发参数。

3.根据权利要求2所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，所述微震监测装置包括用于设置在煤层中的加速度计，所述加速度计与所述控制器电连接。

4.根据权利要求2所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，所述微震监测装置包括用于设置在煤层中的微振定位传感器，所述微振定位传感器与所述控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，还包括控制器和微震检波器，所述控制器分别与所述超磁致伸缩换能器和所述微震检波器电连接，所述微震检波器用于检测所述振动波在煤层中的传播信息，所述控制器用于根据所述传播信息调整所述超磁致伸缩换能器的激发参数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，所述超磁致伸缩换能器为稀土超磁致伸缩换能器。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，还包括与所述超磁致伸缩换能器电连接的变压装置。

8.根据权利要求7所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，还包括与所述变压装置电连接的工作电源。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，所述波导装置内部形成有空腔，所述波导装置的一端与所述超磁致伸缩换能器连接，另一端为锥形形状。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的矿井瓦斯增透系统，其特征在于，所述波导装置为空心管。

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