一种煤矿井下瓦斯抽采过滤装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采技术领域，具体为一种煤矿井下瓦斯抽采过滤装置及方法。

背景技术

由于煤层内含有瓦斯气体，在工作面开采以前需要对煤层内瓦斯进行预先抽采，即采前预抽，以防止开采过程中煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等灾害事故的发生。采前预抽通常采用负压抽采，在顺槽内向煤层中打深孔抽取煤层内瓦斯，由于煤层内瓦斯存在于地表深处，其受到地下环境影响，使得煤层内瓦斯含有一定的水分。无论是顺层钻孔抽采还是穿层钻孔抽采，瓦斯气体在抽采过程中均会在采集管的内壁上凝聚成水滴，且由于采集管斜向分布的特征，使得凝结后的水滴会向下汇聚，当水滴汇聚较多时，会与管内的煤渣、粉尘接触，并堵塞抽采管路，因此亟需在后续煤层瓦斯抽采作业中，对抽采管路堵塞的现象进行改进和优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下瓦斯抽采过滤装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿井下瓦斯抽采过滤装置，包括采集筒，所述采集筒的底端固定安装有第一底壳和第二底壳，所述采集筒的表面开设有进气孔，所述第二底壳的内部转动安装有第一传送轮、第二传送轮和位于第一底壳内部的第三传送轮，所述第一传送轮、第二传送轮和第三传送轮之间通过吸水带传动连接，所述第二底壳内部转动安装有位于吸水带内侧的固定轮，所述第二底壳的内部固定安装有固定块，所述固定块的内部转动安装有位于吸水带下方的挤压轮，所述固定块的内部开设有凹槽，所述凹槽的内部滑移安装有与挤压轮转动连接的滑块，所述凹槽的内部固定安装有贯穿滑块的第一竖杆，所述第一竖杆的外表面弹性连接有位于滑块底端的弹簧，所述第二底壳的正面固定安装有输出轴与第一传送轮传动连接的电机，所述采集筒与第一底壳之间开设有出水口，所述第二底壳的内部固定安装有集液盒。

工作人员将采集筒和第一底壳倾斜放置且与抽采管路连接，启动外置抽气泵，对采集筒内部进行抽气，使得采集筒内部处于负压状态，通过负压利用进气孔抽吸煤矿中的瓦斯，带有潮湿水汽的瓦斯气体进入到采集筒的内部后，发生凝聚成为水滴向下滴落后，通过出水口进入至第一底壳的内部与吸水带接触并被吸水带所吸收，启动电机，由于第一传送轮的运行，将会带动第一传送轮发生转动，从而带动吸水带进行转动，浸透水的吸水带将会运动至固定轮与挤压轮处，通过弹簧的弹力恢复作用，将会向上推动挤压轮，使得挤压轮与固定轮之间相互配合，从而对吸水带进行挤压，使得吸水带内部的吸收的液体被挤出，滴落至集液盒的内部被收集，与传统装置相比，该装置通过对凝结后的水滴进行及时吸收，避免水滴在采集筒的内部聚集，从而使得聚集的水及时被排出，避免水源在采集筒内部积攒，避免进气孔被堵塞，提高瓦斯的抽采效率。

优选地，所述采集筒的内部插有通气管，所述通气管的一端贯穿采集筒，所述通气管的外表面固定套接有防漏块，所述防漏块贯穿于采集筒的内外两侧，所述第二底壳的内部固定安装有微型水泵，所述微型水泵的一端与集液盒内部连通，所述微型水泵的另一端通过水管与防漏块连通，所述防漏块的顶部开设有出气孔。

工作人员启动微型水泵，由于微型水泵的运行，将会抽取集液盒内部的水，通过微型水泵抽取水通过水管传送至防漏块的内部，使得防漏块内部充满液体，在防漏块内部液体即将通过出气孔溢出时停止微型水泵运行，与传统装置相比，该装置通过挤出的水，对其加以利用，通过水源对防漏块与采集筒之间的连接处进行水封，从而避免采集筒内部瓦斯气体通过防漏块与采集筒连接处的间隙向外溢出，同时，在极端情况下，若瓦斯气体通过防漏块与采集筒连接处的间隙向外溢出，则会在水封的间隙处产生气泡，便于工作人员及时发现瓦斯溢出的情况，从而确保工作人员能够及时进行处理，保障了工作人员的作业安全。

优选地，所述通气管的外端固定连通有除杂箱，所述除杂箱的内部固定安装有隔板，所述除杂箱内腔的顶部固定安装有顶块，所述除杂箱的内部活动安装有滤网，所述滤网的底端向下贯穿隔板，所述滤网的底端固定安装有浮块。

通过通气管向除杂箱内部输送的附着有杂质的潮湿瓦斯气体，在穿过滤网时，由于滤网的过滤作用，潮湿瓦斯气体中附着的杂质也将被滤网过滤隔离在滤网的外侧面，同时潮湿瓦斯气体中的水分也将在滤网表面及内部聚集成液滴，液滴将通过隔板与滤网的间隙向下流入至除杂箱的底端进行存储，随着除杂箱内部的液面逐渐上升，在浮力作用下浮块的将会带动滤网整体向上运动，从而使未附着杂质的滤网下部逐步上升，以防止滤网被杂质堵塞而导致杂质和水分过滤效果降低。与传统装置相比，本发明利用对潮湿瓦斯气体进行二次水分去除时收集到的液体，通过与浮块的配合，利用浮力驱动位于隔板下方的未使用的滤网逐步向上运动，从而替换隔板上方的已附着杂质的滤网，对潮湿的瓦斯气体继续进行过滤，从而有效提高滤网对潮湿瓦斯气体的过滤效率和过滤质量。

优选地，所述顶块的两侧均开设有限位槽，所述限位槽的内部滑移安装有限位块，所述限位块与滤网固定连接，由于限位槽的设计，可以对滤网起到良好的限位作用，使得滤网向上运动的更加顺畅，便于对潮湿瓦斯气体进行过滤作业。

优选地，所述采集筒的内部固定安装有引流块，所述采集筒的内部固定安装有弧块，所述采集筒内腔的顶部固定安装有第二竖杆，由于第二竖杆、弧块和引流块的设计，通过第二竖杆增加对潮湿瓦斯气体的接触面积，从而提高对潮湿瓦斯气体内水分的聚集速度，通过弧块和引流块对液滴进行导向，使得液体向下流动更加顺畅，避免与进气孔接触而造成堵塞。

优选地，所述防漏块与采集筒的连接处设置有密封环，所述密封环呈现圆环状，由于密封环的设计，可以对防漏块与采集筒起到良好的密封效果，避免气体向外泄露。

优选地，所述第二底壳的内部设置有干燥机构，所述干燥机构与吸水带外表接触，由于干燥机构的设计，启动干燥机构，通过干燥机构对干燥机构与吸水带接触的位置进行烘干处理，从而对挤压过水的吸水带进行干燥处理，便于后续对水滴继续进行吸收。

优选地，所述采集筒的旁侧设置有除杂箱，所述除杂箱的旁侧设置有煤气表，所述煤气表的旁侧设置有导流管，所述导流管的旁侧设置有浓度测量装置，所述导流管的旁侧设置有抽采主管路，所述抽采主管路上设置有浓度测量装置，所述抽采主管路上设置有自动计量装置、负压表和孔板。

优选地，一种煤矿井下瓦斯抽采过滤的方法，其具体步骤为：

S1，工作人员将采集筒和第一底壳倾斜放置与且抽采管路连接，启动外置抽气泵，使得采集筒内部处于负压状态，利用负压通过进气孔抽吸工作面煤层内的瓦斯；

S2，采集筒1中潮湿瓦斯气体内的水分凝聚成为水滴向下滴落后，通过出水口进入至第一底壳的内部与吸水带接触并被吸水带所吸收，通过电机带动吸水带进行转动；

S3，通过弹簧（15）的弹力恢复作用向上推动挤压轮（10），通过挤压轮（10）与固定轮（8）的相互配合对吸水带（7）进行挤压，使得吸水带（7）内部吸收的液体被挤出；

S4，通过微型水泵抽取集液盒内部的水传送至防漏块的内部，使得防漏块内部充满液体，在防漏块（20）内部液体即将通过出气孔（22）溢出时停止微型水泵（23）运行；

S5，利用通气管（19）将采集筒（1）内的气体输送至除杂箱（29）内，利用除杂箱（29）内的滤网（32）对附着有杂质的潮湿瓦斯气体进行杂质过滤和二次水分去除，潮湿瓦斯气体中的水分在滤网（32）表面及内部聚集成液滴并流入至除杂箱（29）的底端进行存储；随着除杂箱（29）内部液面逐步上升，利用浮块（33）的浮力逐步驱动滤网（32）整体向上运动，替换隔板（31）上方已附着杂质的滤网（32），对潮湿的瓦斯气体继续进行过滤。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过启动外置抽气泵，使得采集筒内部处于负压状态，利用负压通过进气孔抽采工作面煤层内瓦斯；带有潮湿的瓦斯气体在采集筒内凝聚成水滴向下滴落后，通过出水口进入至第一底壳的内部与吸水带接触并被吸水带所吸收，并由电机带动吸水带循环转动；本发明还通过弹簧的弹力向上推动挤压轮，通过挤压轮与固定轮之间的配合对吸水带进行挤压，使得吸水带内部的吸收的液体被挤出；本发明与传统装置相比，能够利用吸水带对凝结后的水滴进行及时吸收，避免水滴在采集筒的内部聚集，并通过固定轮与挤压轮的配合及时排出吸水带内部吸收的液体，如此循环工作，能够有效避免进气孔25被堵塞的现象发生，提高瓦斯的抽采效率。

2、本发明通过微型水泵抽取集液盒内部的水，通过微型水泵抽取集液盒内收集的冷凝水，并通过水管传送至防漏块的内部，使得防漏块内部充满液体。与传统装置相比，本发明将集液盒内收集的冷凝水二次利用，通过冷凝水对防漏块与采集筒之间的连接处进行水封，从而避免采集筒内部瓦斯气体通过防漏块与采集筒连接处的间隙向外溢出。同时，在极端情况下，若瓦斯气体通过防漏块与采集筒连接处的间隙向外溢出，则会在水封的间隙处产生气泡，便于工作人员及时发现瓦斯溢出的情况，从而确保工作人员能够及时进行处理，保障了工作人员的作业安全。

3、本发明通过通气管向除杂箱内部输送附着有杂质的潮湿瓦斯气体，并利用滤网对潮湿瓦斯气体中杂质和水分进行过滤，水分凝结后将通过隔板与滤网的间隙向下流入至除杂箱的底端进行存储，随着除杂箱内部的液面逐渐上升，在浮力作用下浮块的将会带动滤网整体向上运动，从而使未附着杂质的滤网下部逐步上升，以防止滤网被杂质堵塞而导致杂质和水分过滤效果降低。与传统装置相比，本发明利用对潮湿瓦斯气体进行二次水分去除时收集到的液体，通过与浮块的配合，利用浮力驱动位于隔板下方的未使用的滤网逐步向上运动，从而替换隔板上方的已附着杂质的滤网，对潮湿的瓦斯气体继续进行过滤，从而有效提高滤网对潮湿瓦斯气体的过滤效率和过滤质量。

附图说明

图1为本发明系统组成图；

图2为本发明采集筒结构示意图；

图3为本发明采集筒剖面结构示意图；

图4为本发明图3中A处的局部放大结构示意图；

图5为本发明第一底壳的内部结构示意图；

图6为本发明第二底壳的内部结构示意图；

图7为本发明图6中B处的局部放大结构示意图；

图8为本发明吸水带的结构示意图；

图9为本发明滤网的结构示意图。

图中：1、采集筒；2、第一底壳；3、第二底壳；4、第一传送轮；5、第二传送轮；6、第三传送轮；7、吸水带；8、固定轮；9、固定块；10、挤压轮；11、电机；12、凹槽；13、滑块；14、第一竖杆；15、弹簧；16、集液盒；17、干燥机构；18、出水口；19、通气管；20、防漏块；21、密封环；22、出气孔；23、微型水泵；24、水管；25、进气孔；26、第二竖杆；27、弧块；28、引流块；29、除杂箱；30、顶块；31、隔板；32、滤网；33、浮块；34、抽采主管路；35、自动计量装置；36、负压表；37、孔板；38、浓度测量装置；39、导流管；40、煤气表；41、限位槽；42、限位块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明实施例提供了一种煤矿井下瓦斯抽采过滤装置，包括采集筒1，采集筒1的底端固定安装有第一底壳2和第二底壳3，采集筒1的表面开设有进气孔25，第二底壳3的内部转动安装有第一传送轮4、第二传送轮5和位于第一底壳2内部的第三传送轮6，第一传送轮4、第二传送轮5和第三传送轮6之间通过吸水带7传动连接，第二底壳3内部转动安装有位于吸水带7内侧的固定轮8，第二底壳3的内部固定安装有固定块9，固定块9的内部转动安装有位于吸水带7下方的挤压轮10，固定块9的内部开设有凹槽12，凹槽12的内部滑移安装有与挤压轮10转动连接的滑块13，凹槽12的内部固定安装有贯穿滑块13的第一竖杆14，第一竖杆14的外表面弹性连接有位于滑块13底端的弹簧15，第二底壳3的正面固定安装有输出轴与第一传送轮4传动连接的电机11，采集筒1与第一底壳2之间开设有出水口18，第二底壳3的内部固定安装有集液盒16。

工作人员将采集筒1和第一底壳2倾斜放置（第三传送轮6一侧的采集筒1的高度低于第二底壳3一侧的采集筒1的高度）且与抽采管路连接，启动外置抽气泵，对采集筒1内部进行抽气，使得采集筒1内部处于负压状态，通过负压利用进气孔25抽吸煤矿中的瓦斯，带有潮湿水汽的瓦斯气体进入到采集筒1的内部后，发生凝聚成为水滴向下滴落后，通过出水口18进入至第一底壳2的内部与吸水带7接触并被吸水带7所吸收，启动电机11，通过电机11带动第一传送轮4转动，从而带动吸水带7进行转动，吸收有液体的吸水带7在运动至固定轮8与挤压轮10处时，弹簧15在弹力作用下始终向上推举挤压轮10，利用挤压轮10与固定轮8之间的相互配合，对吸水带7进行挤压，从而迫使吸水带7内部吸收的液体被挤出，最终在重力作用下滴落至集液盒16的内部进行收集。本发明与传统装置相比，能够利用吸水带7对凝结后的水滴进行及时吸收，避免水滴在采集筒1的内部聚集，并通过固定轮8与挤压轮10的配合及时排出吸水带7内部吸收的液体，如此循环工作，能够有效避免进气孔25被堵塞的现象发生，提高瓦斯的抽采效率。

本发明中，采集筒1的内部插有通气管19，通气管19的一端贯穿采集筒1的后端，通气管19的外表面固定套接有防漏块20，防漏块20贯穿于采集筒1的内外两侧，第二底壳3的内部固定安装有微型水泵23，微型水泵23的进液端与集液盒16内部连通，微型水泵23的出液端通过水管24与防漏块20连通，防漏块20的顶部开设有出气孔22。

使用过程中，工作人员启动微型水泵23，随着微型水泵23的运行，集液盒16内部的水将通过微型水泵23和水管24被抽取至防漏块20的内部，从而使防漏块20内部充满液体，在防漏块20内部液体即将通过出气孔22溢出时停止微型水泵23运行，与传统装置相比，本发明将集液盒16内收集的冷凝水二次利用，通过冷凝水对防漏块20与采集筒1之间的连接处进行水封，从而避免采集筒1内部瓦斯气体通过防漏块20与采集筒1连接处的间隙向外溢出。同时，在极端情况下，若瓦斯气体通过防漏块20与采集筒1连接处的间隙向外溢出，则会在水封的间隙处产生气泡，便于工作人员及时发现瓦斯溢出的情况，从而确保工作人员能够及时进行处理，保障了工作人员的作业安全。

本实施例中，通气管19的外端固定连通有除杂箱29，除杂箱29的内部固定安装有隔板31，除杂箱29内腔的顶部固定安装有顶块30，除杂箱29的内部活动安装有滤网32，滤网32的底端向下贯穿隔板31，滤网32的底端固定安装有浮块33。

通过通气管19向除杂箱29内部输送的附着有杂质的潮湿瓦斯气体，在穿过滤网32时，由于滤网32的过滤作用，潮湿瓦斯气体中附着的杂质也将被滤网32过滤隔离在滤网32的外侧面，同时潮湿瓦斯气体中的水分也将在滤网32表面及内部聚集成液滴，液滴将通过隔板31与滤网32的间隙向下流入至除杂箱29的底端进行存储，随着除杂箱29内部的液面逐渐上升，在浮力作用下浮块33将会带动滤网32整体向上运动，从而使未附着杂质的滤网32下部逐步上升，以防止滤网32被杂质堵塞而导致杂质和水分过滤效果降低。与传统装置相比，本发明利用对潮湿瓦斯气体进行二次水分去除时收集到的液体，通过与浮块33的配合，利用浮力驱动位于隔板31下方的未使用的滤网32逐步向上运动，从而替换隔板31上方的已附着杂质的滤网32，对潮湿的瓦斯气体继续进行过滤，从而有效提高滤网32对潮湿瓦斯气体的过滤效率和过滤质量。

本发明中，虽然瓦斯内部含水量较大，但在二次水分去除过程中，与滤网接触时在滤网32表面及内部凝结的水滴积存较慢，因此可在除杂箱29预先存储一定体积的液体，在浮块33漂浮在初始液面时滤网32的上部一侧与顶块30的邻侧接触。随着凝结的水滴不断进入除杂箱29内部后，将会使除杂箱29内部液面上升，进而迅速推动滤网32向上运动，进而替换上方可能已被堵塞的滤网。

其中，顶块30的两侧均开设有限位槽41，限位槽41的内部滑移安装有限位块42，限位块42与滤网32上端固定连接，由于限位槽41的设计，可以对滤网32起到良好的限位作用，使得滤网32向上运动的更加顺畅，便于对潮湿瓦斯气体进行过滤作业。

其中，采集筒1的内部固定安装有引流块28，采集筒1的内部固定安装有弧块27，采集筒1内腔的顶部固定安装有第二竖杆26，由于第二竖杆26、弧块27和引流块28的设计，通过第二竖杆26增加对潮湿瓦斯气体的接触面积，从而提高对潮湿瓦斯气体内水分的聚集速度，通过弧块27和引流块28对液滴进行导向，使得液体向下流动更加顺畅，避免与进气孔25接触而造成堵塞。

其中，防漏块20与采集筒1的连接处设置有密封环21，密封环21呈现圆环状，由于密封环21的设计，可以对防漏块20与采集筒1起到良好的密封效果，避免气体向外泄露。

其中，第二底壳3的内部设置有干燥机构17，干燥机构17与吸水带7外表接触，由于干燥机构17的设计，启动干燥机构17，通过干燥机构17对干燥机构17与吸水带7接触的位置进行烘干处理，从而对挤压过水的吸水带7进行干燥处理，便于后续对水滴继续进行吸收。

其中，采集筒1的旁侧设置有除杂箱29，除杂箱29的旁侧设置有煤气表40，煤气表40的旁侧设置有导流管39，导流管39的旁侧设置有浓度测量装置38，导流管39的旁侧设置有抽采主管路34，抽采主管路34上设置有浓度测量装置38，抽采主管路34上设置有自动计量装置35、负压表36和孔板37。

其中，一种煤矿井下瓦斯抽采过滤的方法，其具体步骤为：

S1，工作人员将采集筒1和第一底壳2倾斜放置且与抽采管路连接，启动外置抽气泵，使得采集筒1内部处于负压状态，利用负压通过进气孔25抽采工作面煤层内的瓦斯；

S2，采集筒1中潮湿瓦斯气体内的水分凝聚成为水滴向下滴落，通过出水口18进入至第一底壳2的内部与吸水带7接触并被吸水带7所吸收，通过电机11带动吸水带7进行转动；

S3，通过弹簧15的弹力恢复作用向上推动挤压轮10，通过挤压轮10与固定轮8的相互配合对吸水带7进行挤压，使得吸水带7内部吸收的液体被挤出；

S4，通过微型水泵23抽取集液盒16内部的水传送至防漏块20的内部，使得防漏块20内部充满液体，在防漏块20内部液体即将通过出气孔22溢出时停止微型水泵23运行；

S5，利用通气管19将采集筒1内的气体输送至除杂箱29内，利用除杂箱29内的滤网32对附着有杂质的潮湿瓦斯气体进行杂质过滤和二次水分去除，潮湿瓦斯气体中的水分在滤网32表面及内部聚集成液滴并流入至除杂箱29的底端进行存储；随着除杂箱29内部液面逐步上升，利用浮块33的浮力逐步驱动滤网32整体向上运动，替换隔板31上方已附着杂质的滤网32，对潮湿的瓦斯气体继续进行过滤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。