瓦斯抽采管路智能排水系统构建及应用研究

摘要

瓦斯煤层分布在我国各个区域，为了防止瓦斯灾害的频发，现今都采用比较安全的井下钻孔抽采方式。然而，目前的瓦斯抽采方法还存在着技术上的不足，由于瓦斯抽采采用负压抽采，抽采钻孔中会有水和少量煤渣随着抽采负压进入瓦斯抽采管路，瓦斯抽采管路中积水与煤渣的存在会使瓦斯抽采管路的有效截面积缩小，情况严重时甚至堵塞瓦斯抽采管路。因此，需要及时将瓦斯抽采管路中的积水与煤渣清除，以免影响瓦斯抽采效率。人工放水器排水与传统自动放水器排水是目前煤矿瓦斯抽采管路地两种主要排水方式，但这两种瓦斯抽采管路排水排渣方式均存在一定的缺陷，人工放水器需要派专人放水，造成工人劳动量的增加，且容易放水不及时，影响瓦斯抽采效率；传统自动放水器，在排水的过程中容易受到抽采管路中积水与煤渣的影响，造成放水器的损坏，堵塞瓦斯抽采管道，稳定性较差。 本文研究剖析人工放水器与传统自动放水器存在的缺点，并迎合我国煤矿智能化的改造，设计出一套瓦斯抽采管路智能排水排渣系统。对瓦斯抽采管路智能排水系统进行框架设计，使排水排渣能力与排水对象相匹配；剖析现有放水器效率低下，容易损坏的原因，设计出一套稳定可靠的瓦斯抽采管路智能放水器，该系统可通过液位感应器检查水箱内水的高度，利用单片机做控制中心，通过电磁阀控制放水器的放水排渣。 利用Fluent数值模拟软件对智能放水器箱体蓄水排水状态进行研究，优化出放水器的隔板最优倾角35°，上部箱体的最优高度350mm，模拟智能放水器在井下瓦斯抽采管路排水量不同、煤渣粒径不同、抽采负压不同的条件进行蓄水排水工作，模拟结果表明：智能放水器在抽采负压为15-35kPa、瓦斯抽采管路排水量为40-100L/min、智能放水器在煤渣体积分数为15%时，煤渣粒径为36-100目时，均能够正常进行蓄水排水工作。 通过对智能放水器的性能测试实验，测试了智能放水器的基本性能，实验结果表明：设计的智能放水器，在负压为25kPa、煤渣粒径为30-150目条件下可以顺利的完成放水器的排水排渣工作。智能放水器在负压为55kPa时，放水器开始出现漏水漏气等现象，是智能放水器正常工作的临界负压。通过放水器的现场工程实验表明：设计出的智能放水器能够在井下高效稳定的完成瓦斯抽采管路的排水排渣工作，抽采钻孔的排水量较安装传统放水器时提高了97%，安装智能放水器排水排渣瓦斯抽采管路与未安装放水器的瓦斯抽采管路相比瓦斯抽采纯量在原有的基础上提高了1.05倍。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外负压放水器研究现状

1.2.1国内放水器的研究现状

1.2.2国外放水器研究现状

1.3存在的问题及不足

1.4研究目的与研究内容

2 瓦斯抽采管路智能排水系统框架设计

2.1排水排渣能力与排水对象的匹配性

2.1.1智能排水排渣系统可行性评价

2.1.2智能排水系统综合性评价

2.1.3排水排渣能力与排水对象的匹配性的分析

2.2瓦斯抽采管路智能排水排渣的动态调控机制

2.2.1瓦斯抽采管路智能排水排渣系统框架设计

2.2.2瓦斯抽采管路智能排水排渣系统动态调控原理

2.3本章小结

3抽采管路智能放水器箱体设计及设备选型

3.1负压智能放水器的设计

3.1.1智能放水器箱体的设计

3.1.2 智能放水器支架设计

3.1.3智能放水器的工作原理

3.2智能放水器硬件的选型

3.2.1控制核心的选型

3.2.2液位计的选型

3.2.3电磁阀的选型

3.3控制层设计与连接

3.4本章小结

4智能放水器在不同环境条件下的数值模拟

4.1多相流数值模拟分析

4.2智能放水器的模拟分析

4.2.1放水器流域模型的建立

4.2.2数值模拟的边界条件设置

4.2.3网格划分

4.2.4数值模拟求解设置

4.2.5数值模拟结果分析

4.3本章小节

5智能放水器的性能试验与现场工程实验

5.1智能放水器性能测试实验

5.1.1智能放水器的基本性能测试

5.1.2智能放水器性能实验总结

5.2智能放水器现场工程实验

5.2.1实验概况

5.2.2实验方案

5.2.3实验结果分析

5.3本章小结

6结论与展望

6.1本文结论

6.2创新点与不足

参考文献

附录1

作者简历

学位论文原创性声明

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