[發明專利]用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置及方法

在審

• 申請號: 202210219270.6
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114635676A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 楊赫;劉震;程衛民;周剛;王剛;孫彪;胡鵬;朱慕堯;楊文智;盛凱華
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B43/20
• 分類號: E21B43/20;F04D29/24;F04D29/52
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 譚小容

本發明公開了一種用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置，包括旋轉扇葉、轉盤、轉子和連軸，連軸的前端安裝有旋轉扇葉，后端穿過轉盤中心后安裝有轉子，轉盤上開設有對稱布置的橢圓形出水口，轉盤后壁開設有能完全容納轉子的圓形弧面槽，本發明還提供一種用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水方法，包括以下步驟：步驟A、完成風力排渣注水鉆孔施工，然后使用套管進行封孔；步驟B、采用上述用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置，并通過長桿將其安裝在套管內，然后微量注水，使吸水膨脹橡膠膨脹；步驟C、進行中高壓注水，旋轉扇葉在水流的帶動下進行旋轉，具有動壓注水、注水效果好、水流流量壓力波動范圍廣、密閉性優等優點。

技術領域

本發明涉及煤層注水防災技術領域，具體涉及一種用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置及方法。

背景技術

自蘇聯提出使用煤層注水技術防治礦井災害以來，煤層注水技術歷經百年發展，國內外專家學者針對低透煤層的增透措施進行了深入研究，形成了諸多行之有效的技術手段。然而，隨著煤炭資源開采深度的逐年增加，傳統的煤體注水工作面臨著高地應力、低孔隙率、難滲透等瓶頸問題，進而導致深部煤體注水壓力增加、注水流量降低、濕潤效果欠佳等狀況，嚴重制約和影響了煤層注水的防災減塵效果。

因此，針對低滲透難潤濕煤體，如何改善煤體滲透性能、增加煤體注水量，達到預濕煤體、強度弱化等效果，實現注水高效防災目標，成為煤炭資源安全開采領域亟需解決的重要課題。針對部分低滲難潤煤層，通常采用單一的動力參數，為注水孔提供10MPa的注水動力，必須對傳統的煤層注水工藝、裝置進行創新，以改變煤層注水過程中的動力參數單一等情況。

發明內容

本發明旨在提供一種用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置，增加煤層注水流量、煤層濕潤效果好，解決低滲透難濕潤煤層注水壓力增加、注水流量降低、濕潤效果欠佳等問題。

為此，本發明所采用的技術方案為：一種用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置，包括旋轉扇葉、轉盤、轉子和連軸，連軸的前端安裝有旋轉扇葉，后端穿過轉盤中心后安裝有轉子，所述轉盤上開設有兩個對稱布置的橢圓形出水口，轉盤后壁開設有能完全容納轉子的圓形弧面槽，轉盤外側壁套裝有吸水膨脹橡膠，吸水膨脹橡膠能遇水膨脹并抵緊注水孔，形成環形密封圈，所述轉子呈三邊為弧形凸起的三角形，連軸上套裝有為旋轉扇葉提供壓力緩沖的高強度減壓彈簧，當水流帶動旋轉扇葉轉動時，旋轉扇葉通過連軸帶動轉子同軸轉動，橢圓形出水口前后不會被遮擋完全從而確保始終留有水流通過的空間。

作為上述方案的優選，所述旋轉扇葉的葉片的傾斜角度為15°～30°，保證水流經過時能帶動葉片旋轉，減少水流沖擊壓力對扇葉的影響，扇葉啟動阻力小。

進一步優選為，所述弧形槽的深度大于轉子的厚度，保證轉子置于弧形槽內，有效避免轉子露出弧形槽，避免水流阻力干擾、動力損失。

進一步優選為，所述橢圓形出水口的長軸大于轉盤半徑，且長軸端點到轉盤圓心的距離與轉子頂點到轉盤圓心的距離一致，有效保證旋轉扇葉帶動轉子轉動時，橢圓形出水口一直留有水流通過的空間。

進一步優選為，所述旋轉扇葉與轉盤圓心的最遠距離大于橢圓形出水口與轉盤圓心的最遠距離，有效保證橢圓形出水口被遮擋部分不會因為過于小，導致水流流量壓力波動范圍小的情況發生。

進一步優選為，所述轉盤與連軸連接處設有軸承，連軸轉動時不會影響轉盤的固定。

本發明還提供一種用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水方法，包括以下步驟：

步驟A、完成煤層內風力排渣注水鉆孔施工，然后安裝貼合注水孔內壁的套管進行封孔處理；

步驟B、采用上述用于低滲難潤煤層的間歇性加壓注水孔內轉子裝置，并通過長桿將其安裝在套管內，然后微量注水，旋轉長桿，從而帶動轉盤旋轉，使吸水膨脹橡膠完全接觸到水并膨脹抵緊注水孔套管，形成與套管緊密貼合的環形密封圈；