气动水力采煤设备

本实用新型涉及水力采煤及管道运输的技术领域，具体地讲 涉及水力采煤及水力提升和远距离管道输送的主要设备——气动 水采设备。

水力采煤是矿采的主要开采方法之一，煤桨有压力运输、提 升是水力采煤工艺的重要技术环节之一，水力运输的特点是它可 与水力开采组成一个统一的系统，将开采的矿物直接从工作面运 到主井水泵房，再升到地面。长期以来，我国水采矿井中还是只 采用煤水泵作为水力运输及提升的设备，煤水泵主要以离心式煤 水泵为主，离心式煤水泵基本上可分为三种类型：(1)悬臂式单级 泵，包括一般离心式杂质泵和涡流泵，其杨程不超过100米水柱， 排量300～800米3/时，排煤粒径小于80毫米。(2)两级水平中开 螺壳式离心泵，其排量450米3/时和750米3/时，杨程按配备的 不同叶轮和排出螺壳衬套分别为150或200米水柱、250或300米水 柱，并可并联使用，即最高杨程可达600米水柱；排煤粒径小于 50毫米。这种类型的煤水泵主要用于原煤全部水力运输和提升的 大中型矿井。(3)分段多级离心式高杨程煤水泵，其排量为300米3 /时，其杨程为180～780米水柱(3～13级)，排煤粒度小于3毫 米，这种煤水泵主要用于原煤分级运输、提升(块煤旱运)的水 采区域或水采矿井排送煤泥水。

但是，无论上述哪种类型的煤水泵都由于磨损而使用寿命不 长，存在着提高杨程与减少排送粒度的矛盾，同时为了兼顾提高 泵的杨程和压缩排量的矛盾，排煤粒度都较小，最大不超过100mm， 一般都小于50mm。另一个问题是采用两相流水力掘进工艺，高压 泵和高压水联合工作，单位时间内落煤量大，进度相当快，大 量瓦斯集中在较短的出煤时间内涌出。据考察水掘巷道在水射 流落煤的20min左右的时间内，瓦斯涌出量是正常值的4～5倍， 工作面即使供风量很大，也往往不能满足稀释最大瓦斯量的要求， 因而经常造成瓦斯浓度超限，发生瓦斯爆炸。

本实用新型的目的即由此产生，就是要提供一种可供三相流 (气、固、液)水采工艺使用的气动水采设备，彻底解决离心式 煤水泵磨损严重、寿命短地问题，既增大排煤粒度又提高杨程及 机械效率、消除瓦斯爆炸及实现原煤的远距离管道输送和提升。

本实用新型采用如下的技术方案实现上述发明目的：(1)以气 动水采设备代替传统的离心式多级泵，作为水力采煤的主要设备， 由两个卧式的互不相通、独立工作的高压容器一组气管、一组水 管加控制传动系统组成，由气管供气、水管供水，以压缩空气为 动力把两个卧式高压容器内的清水交替地压出来与高压水直接 联接配合工作。(2)以气动水采设备代替离心式煤水泵，其也由两 个互不相通、独立工作的高压容器、一组水管、一组气管及控制 传动部分组成，不同的是它还有与之并联的气动水仓，且两个高 压容器是立式的，它使煤水液在气动水仓内形成煤水、气三相流 沸腾，达到均匀给煤，以压缩空气为动力把煤水混合液从两个立 式的高压容器内交替地压出来送入管道，以排水代替运输达到原 煤管道提升和远距离管道输送的目的，解决了离心式煤水泵存在 的问题。

本实用新型所述的气动水采设备可代替离心式多级泵，设置 在井下工作面，与高压水产生的高压射流进行水力采掘，可达 到开一棚、架一棚，其效率决定于高压压缩机的效率，其在水力 掘进时，在工作面释放出来的强大气流，可强有力地冲淡在水 落煤瞬时大量涌出的瓦斯，消除煤尘，瓦斯爆炸代替30％～50％ 的配风，节约大量的电能。

本实用新型所述的气动水采设备，可代替传统离心式煤水泵， 以气、固液三相流为基础，在气动水仓及两个立式的高压容器内， 调整气流的一定速度，使煤水液“沸腾”，防止煤粒的沉淀。

本实用新型所述的气动水采设备与离心式煤水泵相比具有以 下优点：

A.气动水采设备                    B.离心式煤水泵 1.属于“向心力”领域，“向心力”使颗  1.属离心力领域。 粒物质集中到管道中间行驰，减少管道的 摩擦。 2.因无机件损耗，高压容器又经特殊处理，       2.叶轮摩损严重。 可延长使用寿命，其使用寿命为15～20年。       使用寿命短。 3.杨程：理论极限为2400～2600米，实           3.杨程 用：100～800米，以多级压缩机获取高压，       135～200米。 从而提高杨程。 4.效率为63％(决定于空气压缩机的效            4.效率为62％。 率)，采掘时释放出的强大气流可代替30 ～50％的配风，由此产生的副效率为30～ 50％。 5.粒度：可超出出水管口的三分之一，可         5.粒度不超出出水 在90～120mm。                                管口的三分之一，

                                         一般在50mm。 6.每形成1公斤压力9米。                       6.每形成1公斤压

                                         力7米。 7在泵壳内部形成“静压”。                    7.在泵壳内部形成

                                         动压。 8.在泵壳内以消灭窝流为主。                   8.在泵壳内部以形

                                         成窝流为主。 9.传递方式为压强传递。                       9.传递方式为脉冲

                                         传递。 10.在管道内形成层流——中心流，周边    10.在管道内形成 流。                                   紊流、窝流。 11.由于管道磨损少管道可使用15～20年。  11.管道磨损严重，

                                   可使用8～10年。 12.能承担远距离管道输送。              12.不能承担远距

                                   离管道输送。 13.气动水采设备没有水锤现象。          13.有水锤现象。 14.气动水仓可长期使用。                14.压入式水仓的

                                   螺旋浆损坏快，使

                                   用期约一个月。

本实用新型所述的气动水采设备与离心式高压泵相比具有以 下优点：

C：气动水采设备代替                D：离心式高压泵

  离心式高压泵 1.工作面的瓦斯被冲淡；                 1.工作面的瓦斯超量； 2.可独巷采掘；                         2.独巷采掘常常发生瓦斯爆炸； 3.将开采代替部分配风、排水             3.为采掘、配风、排水、运输 代替运输，为二路系统生产；             四大系统； 4.与气动高压泵配合使用的木             4.其水用电话控制且不利于 可随开随停，并可架棚；               架棚； 5.煤尘自然消失；                       5.煤尘自然消失；

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

附图1为本实用新型所述的气动水采设备的结构示意图。

附图2为附图1所示的气动水采设备的前视图。

附图3为气动水采设备的进(固液)煤水阀的结构示意图。

图4为气动水采设备的排气阀的结构示意图。

图5为气动水采设备的浮子阀的结构示意图。

图6为气动水采设备的换向阀的结构示意图。

图7为本实用新型的二级控制系统的结构示意图。

如附图1、2所示的为本实用新型所述的气动水采设备，其有 固定在基座(28)上的两个独立工作、互不相通的高压容器(27)， 与之并排安装有一气动水仓(26)，气动水仓下部的输煤水管道 上装有一个电动球阀(8)，通过一个三通管(9)与两个高压容器一侧 的进水管的进水阀(7)相连接；在两个高压容器的另一侧的两个出 水管上的出水阀(10)经一个三通管(23)与出水管相通；在两个高 压容器的上部有一盖板与之固接，其上安装有安全阀(18)、气 表(15)、油泵(16)及气包(13)，在所述的气包两侧装有本 实用新型的一级传动控制机构，而在气包下设有二级传动控制机 构(3)，在气包内装有一换向阀(14)，该阀(14)的顶端有一油 管与气包上的气表高压油泵(16)相通，换向阀(14)下部有两 条排气管I及II，每条排气管有3条支气管，a、b、c及a′、b′、 c′，主管路aa′通向进煤水阀(7)，半腰的支气管bb′通向排气阀 (12)用来控制排气阀的内部滤网保护阀芯，最上部的一条支气 管(高压容器I的支气管控制另一个容器II的出水阀10)cc′交 叉通向出水阀(10)；在所述气包(13)下部后侧有一与空压机相接 的进气管，其上装有一进气阀(1)，该(1)上装有一刻度盘，阀(1)可 调节控制气流的大小；在气包前方的左右两侧为一级传动控制系 统，在气包下方与逆止阀(6)相通的气管(24)上还装有二级控制 系统(3)，一、二级控制系统都是用来控制气包(13)内的换向阀 (14)下部的两条排气管AB及六条支气管aa′、bb′、cc′；在盖 板下方的支气管上装有一控制阀(2)，与该控制阀(2)相通的进气管 气路与输煤水管(22)下部斜向相通，为了防止排煤水管(22) 内煤粒发生沉淀，进气管(24)安排在气动水仓排水管的最下部， 且进气管与输煤水管的夹角为45°左右，根据煤矿具体情况，气 动水仓可以钢板或钢筋混凝土制成。在该进气路d上装有一逆止 阀(6)，用来控制少量的气流进入气动水仓(26)，起到搅拌作用 使水仓内的水和固体颗粒“沸腾”，予防沉淀；在每个高压容器 (27)的前侧上部装有一个四通管(25)与其通，在四通管内装 有浮子总称(11)；气包(13)的前方两侧装有两个排气阀(12)， 其阀(12)的下部有一滤网，其阀芯的外露部分装有小齿轮(404) 和伸进气包(13)内的换向阀(14)轴上的大齿轮(604)用链 条(29)传动，用来启闭排气阀(12)。

本实用新型所述的气动水仓(26)，其上部为圆筒状，下部 为圆锥漏斗型，锥体间的夹角以40—50°为最佳；气动水仓(26) 的安装高度要比气动中压泵本身高一倍左右，有利于保证气动水 仓(26)和气动水采设备之间的压力差，防止固液物质在进入机 器时的第二次沉淀。

本实用新型所述的浮子总称(11)如图5所示有两个，分别 位于每个高压容器(27)的前方上部的四通管内，在每个四通 管内有三条管路相通并和高压容器内的液面相平衡，在其内部装 有一可随水位升降的浮子(509)，浮子(509)上方有一杯形 容器(114)，在所述的浮子(509)与杯形容器(514)两者之 间装有一限位套(513)；在杯形容器(510)内有一金属片(507)； 浮子下端的浮子帽其下端有一滤网(511)及配重(512)；在四 通管上部有一固接的盖板(501)，其内有绝缘板(503)，在盖 板(501)上有两个金属螺丝(504)，其外装有两个绝缘套管 (505)，其内又有两个金属螺棒，与传动控制系统中的电磁铁 相连接；在金属螺棒的下部装有金属链(506)连接杯形(508)， 当水位上升时，浮子(509)随之上升，四通管内的金属螺棒下 部的金属链(506)与浮子(509)上部杯形容器(114)内的金 属片(507)接触，与金属链联接的金属螺杆接通电磁铁，传动 控制机构及各种阀门开始工作。

本实用新型所述的进煤水阀，如图3所示，其阀体与阀帽的 配合处有一较大空腔，其阀堂呈凸起状；阀塞(309)为一空心 状的通杆，其上部装有一逆止阀(310)，在逆止阀(310)下面 有皮碗(308)和垫圈(307)与皮碗(406)起密封作用，阀塞 (309)中间是空的用来通气，阀塞(309)下部中有几条孔道， 为空气道阀塞底部装有一阀圈(321)，该阀圈(321)内装有密 封垫铁(315)，内圈(316)通过螺栓与密封垫铁(315)固联； 在内圈(316)与阀圈之间装有毛毡(317)、毛刷(318)，毛 毡在上，毛刷在下；在阀圈(321)外还装有一四辨状的耐磨片 (322)，在耐磨片(322)与阀圈(321)之间装有弹簧；当阀 塞(309)向上运动时，煤水液通过进煤水阀(7)，四辩状的耐磨 片(322)在弹簧作用下闭合，用来保护毛毡(317)与毛刷(318)； 而当阀塞(309)下降时四辩状耐磨片(322)分开，使密封垫铁 (315)与阀堂(319)密封。

本实用新型所述的进煤水阀(7)，其工作原理为：在压缩空气 的作用下，控制两个高压容器(27)的进煤水，当阀塞(309) 未受压缩空气的作用时，煤水路自动打开，而当阀塞(309)一 旦受到压缩空气的作用，阀塞内的弹簧迅速下降，煤水路被封闭， 但仍然通过阀塞中的孔道向高压容器供气，压缩空气先将阀体内 的煤水液迅速排向高压容器内，然后毛刷、毛毡快速将凸起的阀 堂内外刷干净，阀塞压紧阀堂后，压缩空气不停地向高压容器内 打气，使气流从容器内底部向上翻腾，从而使固液物质“沸腾”； 此时另一条气路未受高压气的作用，进水阀处于开启状态，煤水 路打开，从排气阀向下打气，固液物质从出水阀排出。

本实用新型所述的出水阀，其设计大体与进水阀设计相同， 不同之处在于出水阀阀塞中间没有进气孔道，当阀塞压紧时，煤 水路关闭，气流不通，不再供气，而且阀塞上装有弹簧，阀塞总 是开启的，因而固液物质能顺利通过出水阀，涌向出水管。

本实用新型所述的传动控制机构，其内部通过伞形齿轮和换 向阀(14)连接，其外部的单排大齿轮通过链条连接两个排气阀 (12)，用来启闭(12)的开合，并通过两个电磁铁(20)控制 两个浮子阀(11)。具体地结构位置如图1、图2所示，它是在气 包(13)的两侧固定安装两个电磁铁(20)，两个电磁铁分别与 对应一侧的浮子总称(11)的金属螺杆连接；其间装有一活动杆 (19)，该活动杆(19)的上部有一轴，该轴一端气包(13)固 接装有一个伞形大齿轮与换向阀外部的伞形齿轮啮合安装在换向 阀(14)的阀座上，用来带动换向阀(14)工作；该轴的另一端 上装一单排大齿轮用链条将其与两个排气阀(12)阀芯上的小齿 轮连接，用来启闭两个排气阀的开合。

本实用新型所述的换向阀(14)，如附图6，与排气阀(12)、 进水阀(7)、出水阀(10)不同，只有一个，是本实用新型所述的气动 中压固液泵的首脑和神经系统，位于气包(13)内，整个阀体的 内芯(605)呈锥形，该内芯(605)端部有一个油管(609)与 气包(13)的高压油泵(16)相通，油管(609)通往阀芯(605) 中间的三个油眼，油眼的位置为两个油眼成150°，另外一个与 其中一个成60°，油眼和外壳内侧的三条油槽对应，其中部有两 条气路，外壳上也有两条气路，两条气路总有一条与外壳上两条气 路中的一条相对应，另一条气路与外壳上另一条气路相错一定位 置；实行关闭：其外部有一伞形齿轮(602)与外壳(601)用螺 钉(603)固接，阀芯下部和外壳(601)间装有滚珠轴承(608)， 外壳端面和螺母间装有弹簧板(607)，用滚珠内套(606)调松 紧使阀芯(605)运转自如。

本实用新型所述二级传动控制机构，如附图所示，当某一侧 的浮子总称的电源接通时，带动二级控制机构的活动杆(811) 传递到拨档(812)，由其转动大齿论(806)带动小齿轮(804) 使另侧球阀(803)关闭，同侧球阀(809)开启，另侧也如此并 由此形成循环，使它和一级控制机构形成同步过程。

本实用新型所述的气动水采设备的特点为：空气高压压缩机 不停地供气，气动水采设备的进气阀就不停地进气；换向阀在电 磁铁的作用下有一定的方向，当左边的高压容器A充满煤水时， A的浮子接通小气包左边与上浮的浮子同侧电磁铁的电源，由金 属控制杆倒向通电的电磁铁一方，通过控制杆使气包内的换向阀 启动，该换向阀的两个通道通向A的通道被打开，给A的1#管进 气，B的2#管断气，同时关闭A的排气阀，打开B的排气阀；由于 高压容器A的进气管进气，A的进气阀在气流的作用下实行关闭， 停止进煤水，但仍通过A的进水阀中间的气孔向高压容器供气， 以防止高压容器A内发生煤粒沉淀；由于B的进气管断气，B的支 气路C，交叉控制的A的出水阀自动打开，此时高压压缩空气从A 通过逆止阀向高压容器顶部充气，压缩空气进入高压容器A内， 受气压作用固液物质经A的排水阀输出到排水管中，这是容器A的 排水过程，B的进水同时进行，但B的排水阀先排气，由于A的进 气管进气，受A的支气管C交叉控制的B的出水阀关闭；又由于B的 断气，B的进水阀打开进煤水，当高压容器B充满煤水时，B的浮 子接通小气包右侧的电磁铁的电源，通过控制杆使气包的换向阀 启动，给A的进气管断气，B的进气管进气，因此B的进气阀、B的 排气阀关闭，A的排气阀打开；由于B的气管进气，B的进水阀关 闭，停止向B进煤水，但仍然通过B的进水阀向B内供气；由A的进 气管断气，受交叉控制的B的出水阀打开，压缩空气经逆止阀从B 的顶部向下打气，在气压的作用下固液物质经B的出水阀进入排 水管；就这样高压容器交替地将固液混合水排出以达到将固体物 质提升到地面(井上)或通过管道远距离送向远方。

本实用新型所述的气动水采设备还可以代替离心式高压水泵 以压缩空气为动力，配合高压水产生高压射流在井下作业冲采 矿石，由于巷道的高度限制(2米)，因此两个高压容器设计成 卧式，且因其随着采掘巷道延伸，故在基座下部设置有四个轮子， 又因向高压容器内输入的为清水，故其可省去气动水仓。