[發明專利]一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置及其操作方法

有效

• 申請號: 201910614630.0
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110425002B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 夏同強;任紅運;周福寶;魏連江;于寶海;高可;何蛟飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

1.一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置，包括一端深入煤層中的抽采支管(1)，抽采支管(1)的另一端通過連接閥(2)與取氣裝置(3)的進氣口連接，其特征在于，還包括磁控罐(4)和控制裝置(9)，在取氣裝置(3)的出氣口與磁控罐(4)的進氣口連接的管路上安裝智能控制閥門Ⅰ(5)，磁控罐(4)出氣口的管路上安裝智能控制閥門Ⅱ(6)；

在磁控罐(4)的一端安裝電磁鐵Ⅰ(7)，對應電磁鐵Ⅰ(7)的另一端安裝電磁鐵Ⅱ(8)，所述的智能控制閥門Ⅰ(5)、智能控制閥門Ⅱ(6)、電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)均由控制裝置(9)進行控制；電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)的工作磁極是一致的；

在磁控罐(4)內部設置擋板(10)，擋板(10)環繞磁控罐(4)側面一周并安裝在磁控罐(4)的進氣口與電磁鐵Ⅱ(8)之間，并靠近磁控罐(4)的進氣口端；

在磁控罐(4)內部設置帶有永磁鐵(11)的活塞(12)，所述活塞(12)可移動的安裝在擋板(10)和電磁鐵Ⅱ(8)之間，控制裝置(9)通過控制電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)的磁極和磁性，通過與永磁鐵(11)產生磁效應來驅動活塞(12)移動；

儲水罐(13)安裝在磁控罐(4)中并焊接在擋板(10)和電磁鐵Ⅰ(7)之間，在儲水罐(13)上安裝排水裝置。

2.根據權利要求1所述的一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置，其特征在于，所述控制裝置(9)通過控制電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)纏繞線圈上不同的電流方向和電流強弱來控制電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)的磁極和磁性的大小，控制裝置(9)內部的旋轉開關(9.1)通過旋轉，由電刷(9.2)將電源Ⅰ(9.3)、電源Ⅱ(9.4)交替接入電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)的線圈上，產生的電流大小控制電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)兩端磁性的大小，線圈上通過的電流的流向控制電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)兩端工作磁極的極性；其中電源Ⅰ(9.3)、電源Ⅱ(9.4)的大小不同、放置方向不同，當接通小電源時，控制裝置(9)控制智能控制閥門Ⅰ(5)開啟、智能控制閥門Ⅱ(6)關閉，且活塞(12)做擴容運動；當接通大電源時，控制裝置(9)控制智能控制閥門Ⅰ(5)關閉、智能控制閥門Ⅱ(6)開啟，且活塞(12)做壓縮運動。

3.根據權利要求1或2所述的一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置，其特征在于，所述的排水裝置為安裝在儲水罐(13)最底部的水位測量儀(14)和智能排水閥門(15)，當水位到達儲水罐(13)高度的五分之四時，水位測量儀(14)將控制智能排水閥門(15)開啟，直至放水完成，水位測量儀(14)將控制智能排水閥門(15)關閉。

4.根據權利要求3所述的一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置，其特征在于，所述電磁鐵Ⅰ(7)、電磁鐵Ⅱ(8)安裝在磁控罐(4)兩端的中心位置；永磁鐵(11)安裝在活塞(12)的中心位置。

5.根據權利要求4所述的一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置，其特征在于，活塞(12)與磁控罐(4)的連接處密封配合。

6.根據權利要求1所述的一種提高瓦斯抽采濃度的磁控式集流裝置的操作方法，其特征在于，包括以下步驟：

①將活塞(12)設置在擋板(10)處，由控制裝置(9)控制智能控制閥門Ⅰ(5)處于開啟狀態，智能控制閥門Ⅱ(6)處于關閉狀態；由于磁控罐(4)的壓強與煤層內的壓強之間存在一個壓力差，使得集流裝置所連接的抽采支管(1)受到穩定合理的引力，將煤層的瓦斯氣體引流到磁控罐(4)中；

②控制裝置(9)通過控制電磁鐵Ⅰ(7)纏繞線圈上通過相對較弱的電流，產生相對較小的磁性，并控制電磁鐵Ⅰ(7)纏繞線圈上電流的流向來控制電磁鐵Ⅰ(7)的工作磁極的極性與擋板(10)一側的永磁鐵(11)磁極的極性相同，電磁鐵Ⅰ(7)將會對帶有永磁鐵(11)的活塞(12)產生一個較弱的排斥力，電磁鐵Ⅱ(8)將會對活塞(12)產生一個較弱吸引的力，活塞(12)將做緩慢的擴容運動，使得磁控罐(4)內部的容積緩慢變大，磁控罐(4)內部的壓強略低于鉆孔出口的壓強，保持磁控罐的壓強與外界巷道壓強近似平衡，實現近零負壓抽采鉆孔瓦斯；

③當擴容完成之后，瓦斯氣體充滿整個磁控罐(4)，智能控制閥門Ⅰ(5)處于關閉狀態，智能控制閥門Ⅱ(6)處于開啟狀態，之后，控制裝置(9)通過控制電磁鐵Ⅰ(7)纏繞線圈上通過相對較強的電流，產生相對較大的磁性，并控制電磁鐵Ⅰ(7)纏繞線圈電流的流向來控制電磁鐵Ⅰ(7)的工作磁極的極性與擋板(10)一側的永磁鐵(11)磁極的極性相反，電磁鐵Ⅰ(7)將會對活塞(12)產生一個較強的吸引力，電磁鐵Ⅱ(8)將會對活塞(12)產生一個較強的排斥力，活塞(12)將做壓縮運動，使得磁控罐(4)內部的容積變小，瓦斯氣體的壓力和濃度變大，實現磁控罐高濃度瓦斯的外排；

④當壓縮過程完成后，重復上述步驟；

⑤位于磁控罐(4)底部的儲水罐(13)，底部有智能排水閥門(15)和水位測量儀(13)，儲水罐(13)中的水位達到儲水罐(13)容積的五分之四時，水位測量儀(13)將信號傳遞給智能排水閥門(15)，進行排水作業，排水完畢后，水位測量儀(13)控制智能排水閥門(15)關閉；排水過程不會影響集流裝置的工作。