專利名稱：煤層高壓脈動水錘注水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤層高壓脈動水錘注水裝置，尤其適用于煤層、特別是透 氣性很差的難注煤層的快速、有效注水，也適用于煤礦中煤層的水，也可用 于電廠，石油化工等行業(yè)的有壓管路、設(shè)備的防垢、除垢和清洗。
背景技術(shù)：
煤體中90%以上的瓦斯以吸附的形式賦存在煤體的孔隙與裂隙中。在尚 未開采或未受擾動的煤體中，瓦斯氣體保持動態(tài)的吸附平衡。當(dāng)煤層被開采 后，煤層中的裂隙被暴露，平衡的瓦斯賦存狀態(tài)被打破。大量的瓦斯氣體不 斷從煤體中解吸出來，通過煤體中的孔隙、微裂隙、裂隙運移到巷道或作面 中。目前多數(shù)煤礦是應(yīng)用大功率采煤機以及綜采放頂煤開采工藝，在每層含 水量低的情況下，將導(dǎo)致煤塵產(chǎn)生量增加，不僅對安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅，還因 生產(chǎn)環(huán)境惡化，直接損害工人的身體健康。因此，如果治理瓦斯和煤塵的措 施不力，就有可能造成瓦斯和煤塵爆炸。
有效地預(yù)防瓦斯和煤塵災(zāi)害的發(fā)生一直是保證煤礦安全生產(chǎn)重中之重的 工作。在眾多的預(yù)防措施中，向煤層中注水是簡便有效和治本的方法。這是因 為在煤層注水的預(yù)濕過程中，由于裂隙表面的壓力、夾層和礦物資的膨化以及 化學(xué)的與物理化學(xué)的作用，使煤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，朔性增加，硬度和強度 降低，造成煤體疏松，減少了煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中和瓦斯放散的速度，煤破碎 過程中生成的煤塵量將有所減少，瓦斯涌出量也減少， 一般情況下，煤層水份 增加愈多，瓦斯涌出量的降低率愈大，同時，煤破碎后生成的煤塵也愈少。由 此可見煤層注水具有如下優(yōu)點(1)可軟化煤層；降低截割和破碎能量，減少 設(shè)備的損壞和提高采出率；(2)可延長發(fā)火周期，避免火災(zāi)的發(fā)生；(3)可預(yù) 防沖擊地壓的危害；(4)可降低工作場所溫度。所以，煤層注水一直是煤礦 最為樂意采用的技術(shù)方法。
要使煤層濕潤和軟化，前提是煤體中必須有水。如何快速、有效地將水 注入煤體中是"煤層注水"這項技術(shù)措施成敗的關(guān)鍵。目前的注水系統(tǒng)一般 采用井下靜壓注水或高壓水泵加壓注水。靜壓注水是最簡便的方法，對于透
氣性很好的煤層效果良好。但靜壓水的壓力有限，不適用于透氣性較差的煤 層。采用高壓水泵加壓注水雖然拓寬了常壓注水的適用范圍，但水泵提供的 壓力也是有限的，對于透氣性很差的煤層，也難以達到理想效果。同時注水 泵的壓力越高，設(shè)備的運行、維護和管理要求也越高。據(jù)了解，目前煤礦迫 切期盼一種新特的注水技術(shù)出現(xiàn)，能夠快速、有效地將水注入煤層、特別是 透氣性很差的"難注"煤層中。不僅如此，解決難注煤層的注水問題己經(jīng)引 起了國家、政府管理部門和科技工作者的廣泛關(guān)注。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是根據(jù)已有技術(shù)存在的問題，提供一種設(shè)備體積小、 重量輕、性能可靠、使用壽命長的煤層高壓脈動水錘注水裝置。
本實用新型的煤層高壓脈動水錘注水裝置，它包括高壓缸體，與高壓缸 體順序連為一體的低壓缸體和主彈簧座，低壓缸體和主彈簧座的腔體內(nèi)設(shè)有
可上下整體移動的活塞組件；高壓缸體頂部設(shè)有與注水管相連的接口；低壓
缸體的殼體上設(shè)有與低壓水相連的接口 ；主彈簧座內(nèi)設(shè)有可使活塞組件復(fù)位 的主彈彈簧，其底部設(shè)有觸發(fā)頂桿和出水接頭，觸發(fā)頂桿上設(shè)有觸發(fā)彈簧。
所述的活塞組件由空心管柱塞、與空心管柱塞連為一體的活塞和固定在 空心管柱塞底端的水流觸動閥構(gòu)成，空心管柱塞上開有多個進水孔，靠高壓 缸體的一端封閉，活塞上開有與空心管柱塞相連通的進水孔；所述的水流觸 動閾由固定在活塞上的閥芯外套、設(shè)在閥芯外套內(nèi)的主閥芯和與其相配合的 閥座螺母構(gòu)成，主閥芯內(nèi)設(shè)有觸發(fā)閥芯和與其相配合的復(fù)位彈簧，閥座螺母 固定在閥芯外套上；觸發(fā)閥芯上設(shè)有多個出水孔；主閥芯頂部設(shè)有一個具有 節(jié)流作用的小孔，閥芯外套殼體上設(shè)有多個出水孔；所述的空心管柱塞和與 其連為一體的活塞與低壓缸體的配合面上設(shè)有密封圈；所述的主閥芯與閥芯 外套之間設(shè)有密封圈。
本實用新型的煤層高壓脈動水錘注水裝置，最適用于煤層、特別是透氣 性很差的難注煤層的快速、有效注水，以預(yù)防煤層被開采過程中因瓦斯和煤 塵超限而引發(fā)煤礦安全問題，還可廣泛應(yīng)用于電廠，石油化工等行業(yè)的有壓 管路、設(shè)備的防垢、除垢和清洗。采用高、低壓缸和上下移動的活塞組件， 利用水的"不可壓縮"性和水力捶擊所能產(chǎn)生的瞬時高壓將煤層振裂，使壓 力水通過這些裂隙順利滲入煤體中，達到快速、均勻濕潤煤體的目的。該裝 置能夠快速、有效地將水注入煤層、特別是透氣性很差的"難注"煤層中，
能提高煤礦的生產(chǎn)效率和安全。其結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，使用方便，具有廣 泛的實用性。


附圖是本實用新型液動水錘發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。
圖中高壓缸體-1，空心管柱塞-2，低壓缸體-3，活塞-4，主閥芯-5，復(fù) 位彈簧-6，觸發(fā)閥芯-7，闊芯外套-8，閥座螺母-9，觸發(fā)彈簧-10，觸發(fā)頂桿 -11，出水接頭-12，主彈簧座-13，主彈簧-14。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述 附圖所示，煤層高壓脈動水錘注水裝置主要由高壓缸體1，空心管柱塞2， 低壓缸體3,活塞4，主閥芯5，復(fù)位彈簧6，觸發(fā)閥芯7，閥芯外套8， 閥座螺母9，觸發(fā)彈簧IO，觸發(fā)頂桿ll，出水接頭12，主彈簧13和主彈簧 座14組成。高壓缸體1固定在低壓缸體3的上部，主彈簧座13固定在低壓 缸體3的下部，用螺釘將高壓缸體1、低壓缸體3和主彈簧座13連接成一個 整體。低壓缸體3和主彈簧座13的腔體內(nèi)設(shè)有可上下整體移動的活塞組件， 該活塞組件由空心管柱塞2、活塞4和水流觸動閥構(gòu)成，空心管柱塞2與活 塞4焊接為一體，裝入低壓缸體3后，與低壓缸體3構(gòu)成空腔B;空心管柱 塞2連通高壓缸體1的一端封閉，與高壓缸體1構(gòu)成空腔H，空心管柱塞2 上開有多個進水孔，活塞4上開有與空心管柱塞2相連通的進水孔，水流觸 動閥固定在活塞4的底端，它由固定在活塞4上的閥芯外套8、設(shè)在閥芯外 套8內(nèi)的主閥芯5和與其相配合的閥座螺母9構(gòu)成，主閥芯5內(nèi)設(shè)有與復(fù)位 彈簧6相配合的觸發(fā)閥芯7，閥座螺母9擰在閥芯外套8上，觸發(fā)彈簧10裝 在觸發(fā)頂桿11上；觸發(fā)閥芯7上開有若干個出水孔，可使空腔D中的水順 利流出。主閥芯5和觸發(fā)閥芯7都裝在閥芯外套8中，閥芯外套8 —端通過 螺釘固定在活塞4的外端面上，閥座螺母9的中心開有一個圓孔，其里端的 邊緣與觸發(fā)閥芯7的頭部接合后形成觸發(fā)閥門E，主閥芯5套在觸發(fā)閥芯7 的外面，2者形成的空腔D中裝有復(fù)位彈簧6。主閥芯5頂部開有一個具有 節(jié)流作用的小孔K，閥芯外套8殼體上開有多個出水孔，靠低壓缸體3—端 的中孔邊緣與主閥芯5頭部接合后形成主閥門G。高壓缸體1頂部設(shè)有與注 水管相連的接口 I;低壓缸體3的殼體上設(shè)有與低壓水相連的接口 A;主彈 簧座13內(nèi)設(shè)有可使活塞組件復(fù)位的主彈簧14，空心管柱塞2和與其連為一
體的活塞4與低壓缸體3的配合面上設(shè)有密封圈。觸發(fā)彈簧套10設(shè)在觸發(fā) 頂桿11的上端，觸發(fā)頂桿11的下端擰在主彈簧座13的底部并用螺母鎖緊， 主彈簧14放在主彈簧座13中起徑向限位作用，活塞組件座在主彈簧14的 上端可上下移動。主彈簧座13的底部裝有出水接頭12，可將其中的水引出。 工作過程:在低壓缸體3的接口 A上接入低壓水，在高壓缸體1的接口 I 上連接與需要進行水力錘擊的注水管路。壓力水進入低壓缸體3的B腔后， 推動活塞組件緩慢下移并將主彈簧14壓縮蓄能，活塞組件下移到某個位置 時開始壓縮觸發(fā)彈簧10。隨著活塞組件下移量增加，觸發(fā)彈簧10的彈力也 不斷增大，當(dāng)觸發(fā)閥芯7內(nèi)側(cè)的作用力(包括水壓合力和復(fù)位彈簧力)與其外 側(cè)所受的觸發(fā)彈簧10的彈力剛好相等時為觸發(fā)位置，活塞組件再有微小下 移時，觸發(fā)彈簧10力大于觸發(fā)閥芯7內(nèi)側(cè)作用力，使觸發(fā)閥門微微開啟，D 腔內(nèi)有水流出。因D腔內(nèi)的水流出而使作用在觸發(fā)閥芯7上的水壓合力也有 所下降，如此一增一減，加之觸發(fā)彈簧10的復(fù)位推動作用，使觸發(fā)閥芯7 被瞬間彈開，觸發(fā)閥門E完全打開，D腔內(nèi)的水被擠出。由于主閥芯5上小 孔K的節(jié)流作用，外部的水不能及時補進，使D腔內(nèi)的壓力急劇降低；因D 腔內(nèi)的水壓大幅降低，使主閥芯5在其外端的水壓作用下向下移動，主閥門 G打開，B腔內(nèi)的水從空心柱塞2的多個進水孔中流出，同時壓力迅速降低； 此時活塞組件在主彈簧14的巨大推力作用下向上產(chǎn)生一個很大的加速度快 速上移，利用空心柱塞2的頂面"錘擊"高壓缸體腔體H中的水，使其壓力 瞬間劇增形成峰壓，利用水的"不可壓縮"性可將此峰壓在注水管路中傳播 至很遠距離。當(dāng)活塞組件上移到觸發(fā)閥芯7離開觸發(fā)彈簧10的作用時，在 復(fù)位彈簧6的作用下觸發(fā)閥門7關(guān)閉。B腔內(nèi)的水在流出的同時也經(jīng)主閥芯 5上的小孔K流進D腔，在復(fù)位彈簧6和D腔內(nèi)水壓的共同作用下使主閥芯 5相對上移最終將主閥門G關(guān)閉。至此完成了一個水錘工作循環(huán)。改變進入 低壓缸體的水壓和調(diào)節(jié)觸發(fā)頂桿的高度可以改變"水錘"強度，調(diào)節(jié)從A 口 進入低壓腔B的壓力水的流量，可以改變"水錘"的頻率。該水錘裝置可以 用煤礦井下的靜壓水驅(qū)動，也可用水泵、油泵和乳化液泵等產(chǎn)生的有壓液體 驅(qū)動。
權(quán)利要求1.煤層高壓脈動水錘注水裝置，其特征在于它包括高壓缸體(1)，與高壓缸體(1)順序連為一體的低壓缸體(3)和主彈簧座(13)，低壓缸體(3)的腔體內(nèi)設(shè)有可上下整體移動的活塞組件；高壓缸體(1)頂部設(shè)有與注水管相連的接口(I)；低壓缸體(3)的殼體上設(shè)有與低壓水相連的接口(A)；主彈簧座(13)內(nèi)設(shè)有可使活塞組件復(fù)位的主彈彈簧(14)，其底部設(shè)有觸發(fā)頂桿(11)和出水接頭(12)，觸發(fā)頂桿(11)上設(shè)有觸發(fā)彈簧(10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1臓的廳高壓脈動水錘注7jC^a，其特征在于臓的活塞組件由空心管柱塞(2)、與空心管 (2)連為一體的活塞(4)和固定在空 心管柱塞(2)底端的水 fM動閥構(gòu)成，空心管柱塞(2)上開有多個iS7jC孔，靠高 壓缸體(1)的一^it閉，活塞(4)上開有與空心管柱塞(2)相魏的淑JC孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2臓的'廳高壓脈動水錘注7Km辦征在于臓的 水、繊蟲動閥由固定在活塞(4)上的閥芯外套(8)、設(shè)在閥芯外套(8)內(nèi)的主閥芯(5)和與其相配合的閥座螺母(9)構(gòu)成，主閥芯(5)內(nèi)設(shè)有觸發(fā)閥芯(7)和與 其相配合的復(fù)位彈簧(6)，閥座螺母(9)固定在閥芯外套(8)上；角撥閥芯(7) 上設(shè)有多個出水 U主閥芯(5)頂部設(shè)有一個具W^流作用的小孔(K)，閥芯外 套(8)殼體上設(shè)有多個出水孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l或2戶腿的;)SM高壓脈動水餘注7jC^g，其特征在于所 述的空心管柱塞(2)和與其連為一體的活塞(4)與{腿缸體(3)的配合面上設(shè) 有密封圈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3戶腿的,高壓脈動水錘注7jC^a，欺寺征在于戶艦的 主閥芯(5)與閥芯外套(8)之間設(shè)有密封圈。
專利摘要本實用新型的煤層高壓脈動水錘注水裝置，包括高壓缸體，與高壓缸體順序連為一體的低壓缸體和主彈簧座，低壓缸體和主彈簧的腔體內(nèi)設(shè)有可上下整體移動的活塞組件；高壓缸體頂部設(shè)有與注水管相連的接口；低壓缸體的殼體上設(shè)有與低壓水相連的接口；主彈簧座內(nèi)設(shè)有可使活塞組件復(fù)位的主彈彈簧，其底部設(shè)有與活塞組件相連的觸發(fā)頂桿和出水接頭。它適用于解決煤礦難注煤層的快速有效注水問題，可以用煤礦井下的靜壓水驅(qū)動，也可用水泵、油泵和乳化液泵等產(chǎn)生的有壓液體驅(qū)動。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，安全可靠，使用方便，具有廣泛的實用性。
文檔編號E21F5/00GK201003412SQ20062016539
公開日2008年1月9日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者張景松 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)