CN102996108B - 煤层钻采煤、气、水分离输纳装置 - Google Patents

Abstract

一种煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，包括动静态结合密封快装收集器；煤、气分离输送机；煤、水分离机；收集器连接在护孔管的尾端，设有瓦斯抽排口，煤、气输送口以及钻口，所述钻口处设有与钻杆形成密封的密封结构；所述煤、气分离输送机自上而下设有缓冲分离器、煤、水输送系统和支护系统；缓冲分离器设有瓦斯抽排口、超载卸料门，所述煤、水输送系统为一密封系统，通过超载卸料门与缓冲分离器连通，其输出端通过连接管与煤、水分离机连接；所述煤水分离机包括脱水系统、输送系统和支护系统，本发明装置不仅能有效分离归纳运输除尘煤层钻采喷出的煤、气、水，提高煤层采用钻采效率，而且能提供较强的安全保护，确保煤层钻采的安全进行。

Description

煤层钻采煤、气、水分离输纳装置

技术领域

本发明涉及薄软煤层水力开采过程中，对水力开采喷出物进行煤、气、水初步分离和归纳输送的装置。

背景技术

对于薄软煤层采用水力开采是一种经济实惠且安全可靠的采掘手段，但在注水压裂后，大量煤、水、气将通过钻孔集中涌出其后续的煤、水、气分离、归纳运输及安全保障则变得亟待解决。目前国内没有相关方面的针对性装置，这就使煤矿薄软煤层的水力开采遇到技术瓶颈。

发明内容

本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，该装置不仅能有效分离归纳运输除尘煤层钻采喷出的煤、气、水，提高煤层采用钻采效率，而且能提供较强的安全保护，确保煤层钻采的安全进行。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其结构特点在于包括动静态结合密封快装收集器、煤、气分离输送机、煤、水分离机；

所述动静态结合密封快装收集器连接在护孔管的尾端，收集器设有瓦斯抽排口，煤、气输送口以及对应于护孔管轴向设置的钻口，所述钻口处设有与钻杆形成密封的动静态密封结构；

所述煤、气分离输送机自上而下设有缓冲分离器、煤、水输送系统和支护系统；所述缓冲分离器设有瓦斯抽排口、超载卸料门，所述超载卸料门设在缓冲分离器的底部，当缓冲分离器内煤量超过警界高度时，超载卸料门自动打开将煤碴排出，保证缓冲分离器瓦斯流入；所述煤、水输送系统为一个密封系统，通过超载卸料门与缓冲分离器连通，煤水输送系统的输出端通过连接管与煤、水分离机连接，所述煤、水输送系统用于将缓冲分离器内排出的含水煤渣输送到煤、水分离机中；

所述煤水分离机包括输送系统、脱水系统和支护系统，所述输送系统包括离心式输送机，所述脱水系统包括筛网结构的分离水套和冲洗水套，所述离心式输送机、分离水套、冲洗水套由内至外同轴设置，所述分离水套和冲洗水套上设有脱水进料口；冲洗水套上设有排水口。

本发明结构特点还在于：

所述钻孔处由内向外依次设有静态密封件和动态密封件；所述静态密封件的主体由一个圆柱螺旋环构成，所述螺旋环的外周壁与钻孔内壁过盈配合，螺旋环朝向钻杆的内周壁沿径向布满刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的头部与钻杆的外周壁接触性贴合，形成初密封；所述动态密封件有多个大小相同的并列排布的密封环组成，每个密封环与钻孔内壁、钻杆外周壁间隙动态配合。

所述静态密封件螺旋环的环数至少为两环；所述动态密封件的每个密封环的厚度为2.5－4 mm，密封环的数量为12－15个。

所述静态密封件螺旋环采用铁材质，所述刷毛采用加阻燃剂的尼龙66材质；所述动态密封件的密封环采用PPESK合金改性尼龙。

所述钻孔与动静态密封结构之间还设有铜套，所述铜套与钻孔内壁过盈配合或螺纹连接，所述铜套与静态密封件过盈配合，所述铜套与动态密封件间隙动态配合。

所述缓冲分离器设有压力表、安全泄压阀和喷雾装置。

所述压力表为2个，一个用于实时检测缓冲分离器内的气压值，一个设置在瓦斯抽放口处，用于读取井下瓦斯抽放系统的抽排力。

所述缓冲分离器内的瓦斯抽排口设置为2个，其中一个未备用瓦斯抽排扣。

所述煤、气分离输送机的支护系统为液压支护系统，用于支撑和升降缓冲分离器和煤、水输送系统。

所述动静态结合密封快装收集器的煤、气输送口处设有风水射流装置以防止大量煤水混合物堵塞输送管。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明动静态结合密封快装收集器后部采用高耐磨呈“呼啦圈”式排布的密封圈组可以有效防止气体及粉尘在高压作用下从后部冲出，同时不影响钻机正常工作；

2、本发明在输送口和输送管直接增加风水射流有效防止了大量煤水混合物堵塞输送管的情况；

3、本发明在无级变速煤气水分离输送机缓冲分离包上设有超载卸料门和气体过载泄压阀，有效的保证了整体装置的运行安全，其中超载卸料门采用静磁力矩自动开启/关闭装置，采用静磁力矩原理制作无电操作，当分离包内混合物重量达到 600kg时，超载卸料门自动开启，卸料后自动关闭；气体过载泄压阀在分离包内气压达到0.25MPa时自动开启防止压强过大时分离包破裂；

4、本发明在自动清洗煤水分离机中设有脱水套能有效分离煤水保证采出煤的有效运输和储纳；

5、本发明采用液压支护系统安全稳定性更好，能适应在不平整作业面工作，而且收缩后方便运输。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明动静态结合密封快装收集器结构示意图。

图3为本发明无级变速煤气水分离输送机结构示意图。

图4为本发明自动清洗煤水分离机结构示意图。

图5是图2的A-A剖视图。

图6是本发明静态密封件结构示意图。

图中标号：1护孔管；2瓦斯抽排口一；3静动态密封结构；4风水射流装置；5输送口；6输送管；7缓冲分离器； 8压力表；9瓦斯抽排口二；10喷雾管路；11瓦斯抽排口三；12安全泄压阀；13超载卸料门；14液压马达；15离心式输送机；16平行支座；17液压升降支腿；18连接管；19分离水套；20排水口；21升降支座；22冲洗水套；23出煤口；24旋转支杆；25锁紧螺栓；26备用支架；27脱水进料口；28真空表；29钻杆；30铜套；31静态密封件；32动态密封件；33钻口。

以下通过具体实施方式，结合附图，对本发明作进一步说明具体实施方式。

具体实施方式

如图1所示，煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，包括动静态结合密封快装收集器、煤、气离输送机、煤、水分离机；

如图2所示，动静态结合密封快装收集器连接在护孔管1的尾端，收集器设有瓦斯抽排口一2，煤、气输送口5以及对应于护孔管轴向设置的钻口，钻口处设有与钻杆形成密封的动静态密封结构3；动静态密封结构3由内向外依次由静态密封件31和动态密封件32组成；如图6所示，静态密封件的主体由一个呈钻杆轴向设置的螺旋环31a构成，螺旋环31a的外周壁与钻口内壁过盈配合，螺旋环朝向钻杆的内周面沿径向布满刷毛31b，并形成螺旋密封面，刷毛的头部与钻杆的外周壁接触性贴合，形成初密封；动态密封件有多个并列的密封环组成，每个密封环与钻口内壁、钻杆外周壁动态间隙配合。

具体实施时，静态密封件螺旋环采用铁材质，螺旋环至少两环（螺旋360°为一环），其最小轴向长度为40－50mm；刷毛采用加阻燃剂的尼龙66材质；动态密封件的每个密封环采用PPESK合金改性尼龙（市售产品），其厚度为2.5－4 mm，密封环的数量为12－15个。

为了提高密封质量，延长使用寿命，钻口与动静态密封结构之间还设有铜套30，铜套与钻口内壁过盈配合或螺纹连接，铜套与静态密封件过盈配合，铜套与动态密封件间隙动态配合。

在钻杆在钻采旋转过程中，静态密封件通过尼龙刷毛与钻杆外周壁形成接触性贴合，当收集器为低负压的条件下，静态密封件维持常态的密封。动态平面密封，适应于“喷孔”发生时自动紧急密封。一旦收集器腔体突然出现正压或高压状态，动态平面密封组的“呼啦圈”式排布的10-15个平面密封片，可以立即自动堆积到钻口外端密封法兰7的开孔处，实现紧急密封，且不影响钻进作业。当护孔器腔体转到常压状态，动态平面密封组自动恢复“自由等待态”。所谓自由状态，是指端密封片无序的跟着钻杆旋转，每一个端密封片的位置、状态都是随机无序的。

如图5所示，煤、气输送口处设有风水射流装置以防止大量煤水混合物堵塞输送管。

如图3所示，煤、气分离输送机自上而下设有缓冲分离器7、煤、水输送系统和支护系统；缓冲分离器设有瓦斯抽排口二9、瓦斯抽排口三11和压力表8、真空表28，用于分离后的瓦斯抽排及分离器内压强监控，其中压力表8为正压表，用于测量缓冲分离器内气压值以判断喷孔状态，真空表28接在瓦斯抽放口边，以读取井下瓦斯抽放系统的抽排力（如果达不到额定需求值则需增加移动抽排系统，以保证设备正常作业）。瓦斯抽排口设置2个，一个备用；防止钻孔内瓦斯喷出量超过单孔抽排量，则启用备用抽排口。其腔内设有喷雾管路10用于瓦斯与煤粉分离。超载卸料门13设在缓冲分离器的底部，用于固液料过载时卸料，安全泄压阀12用于腔内压强过大时泄压，安全泄压阀（整定压力等级0.25MPA），当瞬间喷出压力超过整定压力则泄压阀自动冲开释放部分气体以保证装置安全运行。超载卸料门实现自动打开/人工复位，阀体采用磁力吸盘1－200N扭矩内可调。当箱内煤量超过警界高度则放料阀自动打开将煤碴排出，保证孔内瓦斯流入。煤、水输送系统为一个密封系统，包括液压马达14和传动系统15，用于运输煤、水，传动系统采用螺旋输送，每小时可输出10吨煤碴。煤、水输送系统下部支护系统由平行支座16和液压升降支腿17组成，用于安全支撑上部设备；无级变速煤气水分离输送机通过连接管18同自动清洗煤水分离机相连。

如图4所示，自动清洗煤水分离机设有分离水套19、排水口20和冲洗水套22，用于煤水分离；设有脱水进料口27、液压马达14和传动系统15用于煤的输送；设有升降支座21、旋转支杆24、备用支架26和锁紧螺栓25用于安全支护自动清洗煤水分离机；设有出煤口23用于卸煤。

分离水套为筛网结构，筛网目数根据井下钻屑粒度确定，小于指定目数的煤粉和水将会从分离水套流出到冲洗水套内，在输送过程中由于高速的离心作用，将分离水套内的在提升阶段的少量水甩到冲洗水套壁上。冲洗水套内的煤水沿着水套壁流到排水口排出。由于甩到冲洗水套上的水中含有煤泥，怕其渍在冲洗水套上加一套反冲洗管，引入干净静压水对冲洗水套壁进行冲刷。升降支座通过单个液压缸将自动清洗煤水分离机上部机构升起，两侧旋转支杆沿转芯固定架做圆周运动，旋转至与升降支座连接指定位置通过锁紧螺栓连接固定（旋转过程中如果长度不高可调整旋转支杆长度）。备用支架是一个备用支撑方式，与自动清洗煤水分离机采用螺栓连接。使用者可在旋转支杆和备用支架中选一种使用。

本发明由动静态结合密封快装收集器将高压喷出的气体同水和煤初步分离并引入无级变速煤气水分离输送机中，通过缓冲分离包将气体从上部抽走，将煤同水一起运输至自动自动清洗煤水分离机中，在输送煤的同时将其中大部水分脱离最终实现煤层钻采中的煤、气、水分离输纳作用，该装置设有安全保护、过载保护和液压支护等安全措施在实现功能的前提下最大限度的保证了开采的安全性。

本发明装置使用过程中按如下步骤操作：

1、通过调解液压支护使整个装置平稳放置。

2、将动静态结合密封快装收集器套接在钻机前端，同时连接各管路，并保证各连接可靠。

3、通过水接头和风接头进水进风，开启整套装置，开始钻机钻孔操作。

4、工作完毕后延迟10至15分钟再关闭反冲洗管。

步骤过程中注意以下事项：

1、连接动静态结合密封快装收集器和无级变速煤气水分离输送机的输送管不可弯曲或过长（2米以内）。

2、运行前应先通水通风后再开始钻机作业。

3、正常工作期间要注意观察气压表情况，如果出现瞬时气压过大要注意操作安全。

4、在停止工作后，要继续开启反冲洗管装置10至15分钟。

在使用时要注意连接动静态结合密封快装收集器和无级变速煤气水分离输送机的输送管不可弯曲或过长（2米以内）防止堵管，运行前应先通水通风后再开始钻机作业，在正常工作期间要注意观察气压表情况，如果出现瞬时气压过大要注意操作安全，在停止工作后，要继续开启反冲洗管装置10至15分钟防止脱水套堵塞。

Claims (9)

1.煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于包括动静态结合密封快装收集器、煤、气分离输送机、煤、水分离机；

所述动静态结合密封快装收集器连接在护孔管的尾端，收集器设有第一瓦斯抽排口，煤、气输送口以及对应于护孔管轴向设置的钻口，所述钻口处设有与钻杆形成密封的动静态密封结构；

所述煤、气分离输送机自上而下设有缓冲分离器、煤、水输送系统和支护系统；所述缓冲分离器设有第二瓦斯抽排口、超载卸料门，所述超载卸料门设在缓冲分离器的底部，当缓冲分离器内煤量超过警界高度时，超载卸料门自动打开将煤碴排出，保证缓冲分离器瓦斯流入；所述煤、水输送系统为一个密封系统，通过超载卸料门与缓冲分离器连通，煤水输送系统的输出端通过连接管与煤、水分离机连接，所述煤、水输送系统用于将缓冲分离器内排出的含水煤渣输送到煤、水分离机中；

所述煤水分离机包括输送系统、脱水系统和支护系统，所述输送系统包括离心式输送机，所述脱水系统包括筛网结构的分离水套和冲洗水套，所述离心式输送机、分离水套、冲洗水套由内至外同轴设置，所述分离水套和冲洗水套上设有脱水进料口；冲洗水套上设有排水口；

所述钻口处由内向外依次设有静态密封件和动态密封件；所述静态密封件的主体由一个圆柱螺旋环构成，所述螺旋环的外周壁与钻口内壁过盈配合，螺旋环朝向钻杆的内周壁沿径向布满刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的头部与钻杆的外周壁接触性贴合，形成初密封；所述动态密封件有多个大小相同的并列排布的密封环组成，每个密封环与钻口内壁、钻杆外周壁间隙动态配合。

2.根据权利要求1所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述静态密封件螺旋环的环数至少为两环；所述动态密封件的每个密封环的厚度为2.5－4mm，密封环的数量为12－15个。

3.根据权利要求1或2所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述静态密封件螺旋环采用铁材质，所述刷毛采用加阻燃剂的尼龙66材质；所述动态密封件的密封环采用PPESK合金改性尼龙。

4.根据权利要求2所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述钻口与动静态密封结构之间还设有铜套，所述铜套与钻口内壁过盈配合或螺纹连接，所述铜套与静态密封件过盈配合，所述铜套与动态密封件间隙动态配合。

5.根据权利要求1所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述缓冲分离器设有压力表、安全泄压阀和喷雾装置。

6.根据权利要求5所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述压力表为2个，一个用于实时检测缓冲分离器内的气压值，一个设置在第二瓦斯抽排口处，用于读取井下瓦斯抽放系统的抽排力。

7.根据权利要求1所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述缓冲分离器内的第二瓦斯抽排口设置为2个，其中一个为备用瓦斯抽排口。

8.根据权利要求1所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述煤、气分离输送机的支护系统为液压支护系统，用于支撑和升降缓冲分离器和煤、水输送系统。

9.根据权利要求1所述的煤层钻采煤、气、水分离输纳装置，其特征在于，所述动静态结合密封快装收集器的煤、气输送口处设有风水射流装置以防止大量煤水混合物堵塞输送管。