CN103046948B - 一种防治钻割煤或瓦斯喷出的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种防治钻割煤或瓦斯喷出的装置及方法，装置包括气渣分离筒、T形套管、柔性骨架风筒，所述的气渣分离筒上设有半球形集气室，气渣分离筒的底部设有气渣分离箱，下部设有排渣门，气渣分离箱的底部设有导料板，气渣分离箱的顶部设有与抽气管相连的出气口，抽气管的另一端经中转净化箱与瓦斯抽采管路相连，中转净化箱出口连接的抽气管上设有流量表；利用防喷装置实时处理瓦斯、水、煤粉等喷出物，具有接收、降尘、吸气、排渣四大功能；可以有效降低喷出发生可能性，发生喷出时，又能够实时处理各种喷出物，消除对作业人员和巷道环境的不利影响，保证钻割作业顺利进行，且操作简单、效果显著、实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种防治钻割煤或瓦斯喷出的装置及方法，尤其适用于煤矿井下穿层钻孔或顺层钻孔钻割过程中，所出现的煤或瓦斯喷出现象。
背景技术
我国的能源储存现状是“富煤、贫油、少气”，煤炭开采在我国国民经济发展中占有重要地位。但是我国煤矿瓦斯地质条件十分复杂，其中高瓦斯煤层占50%-70%，而低透气性煤层又占其中的70%左右，同时随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，矿井开采深度不断加深，瓦斯地质条件愈加复杂，故瓦斯治理迫在眉睫。在无保护层开采条件的情况下，局部瓦斯治理是必由之路，而施工穿层钻孔或顺层钻孔水力切割煤体，封孔并网抽采瓦斯是局部瓦斯治理的一种有效方法，理论分析和现场试验均表明其效果显著，该技术可有效提高钻孔的瓦斯抽采效果。但实施穿层钻孔或顺层钻孔水力割缝措施的煤层多为高瓦斯低透气性松软煤层，故在此过程中，经常出现煤或瓦斯喷出的现象，即在穿层钻孔或顺层钻孔水力割缝施工时，由于孔内突出、堵孔等原因，经常发生煤、岩体以及瓦斯、高压水等同时或其中的一种或几种物质突然、间歇性地从钻孔孔口喷出的现象。煤或瓦斯喷出会导致打钻作业地点及巷道瓦斯浓度局部超限，甚至达到爆炸浓度极限，严重影响现场作业人员的生命和财产安全。当喷出煤体较多时，可能会掩埋钻机等现场作业设备，堵塞施工巷道等。针对这一技术难题，结合理论知识和现场实际施工情况，提出此防治钻割煤或瓦斯喷出装置及方法，对穿层钻孔或顺层钻孔水力割缝措施的成功推广应用具有重要的现实意义。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有防喷方法的不足之处，提供一种操作简单、效果显著、实用性强的防治钻割煤或瓦斯喷出的装置及方法。
技术方案：本发明的防治钻割煤或瓦斯喷出的装置，包括扭曲带有拐角α的气渣分离筒，气渣分离筒的上方设有T形套管，气渣分离筒与T形套管之间设有柔性骨架风筒，柔性骨架风筒的两端口分别固定在气渣分离筒与T形套管上，所述的柔性骨架风筒上设有能使钻杆伸入穿过T形套管的关节轴承，所述的气渣分离筒的拐角α斜段筒体上设有与抽气管相连的半球形集气室，气渣分离筒的底部设有气渣分离箱，气渣分离箱上部设有透视窗口，下部设有排渣门，气渣分离箱的底部设有导料板，气渣分离箱的顶部设有与抽气管相连的出气口，抽气管的另一端经中转净化箱与瓦斯抽采管路相连，所述的中转净化箱内设有滤网挡板，中转净化箱上部设有透视窗口，下部设有排渣门，中转净化箱出口连接的抽气管上设有流量表，与瓦斯抽采管路相连的抽气管管口处设有球阀。
所述的气渣分离筒的上部至少设有一个降尘水雾喷头(16)；所述的拐角α为25-28°。
本发明的防治钻割煤或瓦斯喷出方法，包括如下步骤：
a、在岩石段施工一个钻孔，直至见煤点后退钻；对钻孔孔口向内扩孔1m，使孔的直径增大至100-120mm；
b、在孔口处安装防喷装置，将T形套管插入扩孔段内，通过挂耳将T形套管固定在钻孔孔口处，将柔性骨架风筒上端连接在T形套管的外露圆盘上，下端固定在气渣分离筒的上口处；通过抽气管将半球形集气室和气渣分离箱分别与中转净化箱相连接，再经中转净化箱管路连接至瓦斯抽采管路；
c、根据钻孔方位调节柔性骨架风筒上的关节轴承，将连有钻头的钻杆从关节轴承插入柔性骨架风筒并穿过T形套管进入钻孔内；
d、打开连接瓦斯抽采管路管口处的球阀，启动钻机，将钻头送至见煤点，通过干式钻进风力排粉法施工煤层段钻孔，钻进过程中吹出的煤粉和瓦斯经T形套管、柔性骨架风筒进入气渣分离筒，在气渣分离筒入口处的降尘水雾喷头喷雾降尘作用下，煤粉落入气渣分离箱内；同时吹出的瓦斯从半球形集气室、气渣分离箱经抽气管，再经中转净化箱净化后进入瓦斯抽采管路中；
e、当煤层段钻孔至煤层顶板后，通过高压水对钻孔周围煤体实施退钻割缝的过程中，喷出的煤渣、瓦斯经T形套管、柔性骨架风筒进入气渣分离筒，在瓦斯抽采管路的抽采负压作用下，瓦斯从半球形集气室、气渣分离箱经抽气管，再经中转净化箱净化后进入瓦斯抽采管路中，水和煤渣从T形套管、柔性骨架风筒以及气渣分离筒落入气渣分离箱中，通过透视窗口观察到气渣分离箱充满喷出物时，打开排渣门，实现可控性排渣；
f、煤层段割缝施工完成后，退出钻杆。
有益效果：本发明具有接收、降尘、吸气、排渣四大功能，其有益效果主要体现在如下6个方面：1. T形套管上焊接有挂耳，可用铁丝固定或用螺栓固定在钻孔孔口处，与原有注水泥浆固定方法相比，操作简单、更加牢固；2.柔性骨架风筒的易变形和可伸缩两大特性，使得该装置适用于不同角度和高度的钻孔，应用范围广泛；3.半球形集气室是抽取瓦斯的主要部位，瓦斯抽采效果较好，其对面设置一个25-28°拐角的排渣弯道，有效降低煤浆液流速，为瓦斯的抽取赢得足够时间，加上半球形集气室具有很大的容气空间，在强大的负压作用下，大量的瓦斯聚集于此，通过大直径的抽采接口被不断抽走；4.采用较大直径的抽气管，大大增强该装置的瓦斯抽采能力，可以实时、有效地抽排喷出的瓦斯；5.设置中转净化箱，对瓦斯进行落水降尘，提高瓦斯的纯度与浓度；6.该装置内部至少设有一个降尘水雾喷头，有效消除干式钻进时产生的煤尘，为现场作业人员提供一个安全、健康的环境。所述防喷钻割钻进时采用干式钻进法（风力排粉），可以有效降低乃至消除钻进过程中的煤或瓦斯喷出，并用防喷装置降尘水雾喷头进行降尘；退钻割缝时改用湿式钻进法（水力排粉），利用防喷装置实时处理瓦斯、水、煤粉等喷出物，消除其对作业人员和巷道环境的不利影响，保证钻割作业顺利进行，且其操作简单、效果显著、实用性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-钻杆；2-挂耳；3-柔性骨架风筒；4-关节轴承；5-气渣分离筒；6-半球形集气室；7-透视窗口；8-排渣门；9-气渣分离箱；10-抽气管；11-滤网挡板；12-中转净化箱；13-球阀；14-瓦斯抽采管路; 15-流量表；16-降尘水雾喷头；17-T形套管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：
如图所示，本发明的防治钻割煤或瓦斯喷出的装置，主要由柔性骨架风筒3、气渣分离筒5、气渣分离箱9构成，所述的气渣分离筒5扭曲带有拐角α，所述的拐角α为25-28°；气渣分离筒5为竖直、倾斜、再竖直三段筒构成，气渣分离筒5的上方设有T形套管17，气渣分离筒5与T形套管17之间设有柔性骨架风筒3，柔性骨架风筒3的两端口分别固定在气渣分离筒5与T形套管17上，所述的气渣分离筒5的上部至少设有一个降尘水雾喷头16，图中所示为2个。所述的柔性骨架风筒3上设有能使钻杆1伸入穿过T形套管17的关节轴承4，所述的气渣分离筒5的拐角α斜段筒体上设有与抽气管10相连的半球形集气室6，气渣分离筒5的底部设有气渣分离箱9，气渣分离箱9上部设有透视窗口，下部设有排渣门8，气渣分离箱9的底部设有导料板，气渣分离箱9的顶部设有与抽气管10相连的出气口，抽气管10的另一端经中转净化箱12与瓦斯抽采管路14相连，所述的中转净化箱12内设有滤网挡板11，中转净化箱12上部设有透视窗口，下部设有排渣门，中转净化箱12出口连接的抽气管10上设有流量表15，与瓦斯抽采管路14相连的抽气管10管口处设有球阀13。
本发明的防治钻割煤或瓦斯喷出的方法：
a、首先在岩石段施工一个钻孔，直至见煤点后退钻；由钻孔孔口向内扩孔1m，使孔的直径增大至100-120mm；
b、在孔口处安装防喷装置，将T形套管17插入扩孔段内，然后将铁丝穿入T形套管17上的挂耳2中，与巷道壁上的支护铁丝网连接以固定T形套管17，通过挂耳2将T形套管17固定在钻孔孔口处，将柔性骨架风筒3上端连接在T形套管17的外露圆盘上，下端固定在气渣分离筒5的上口处，气渣分离筒5位于柔性骨架风筒3正下方，余出1m长的柔性骨架风筒3折叠套在气渣分离筒5上，通过调节柔性骨架风筒3的高度可以适应不同高度的钻孔；通过抽气管10将半球形集气室6和气渣分离箱9分别与中转净化箱12相连接，再经中转净化箱12管路连接至瓦斯抽采管路14，即将抽气管10分别与半球形集气室6和气渣分离箱9两处的抽采接口相连，而后两段抽气管10经过三通合为一段，连接至中转净化箱12，最后通过球阀13连接至瓦斯抽采管路14，使用大直径的抽气管10，可提高装置实时抽采瓦斯的能力；
c、装置安装完毕后，根据钻孔方位调节柔性骨架风筒3上的关节轴承4调节柔性骨架风筒3及其上的关节轴承4，得到关节轴承4的最佳高度和角度，将连有钻头的钻杆1从关节轴承4插入柔性骨架风筒3并穿过T形套管17进入钻孔内；
d、打开连接瓦斯抽采管路14管口处的球阀13，启动钻机，将钻头送至见煤点，然后使用干式钻进法（风力排粉）施工煤层段钻孔，由于没有水的参与，不会产生煤浆，排渣过程中亦不会出现堵孔现象，故可以有效降低乃至消除煤或瓦斯喷出，钻进期间吹出的大量煤粉被实时吸入所述防喷装置内部，通过干式钻进风力排粉法施工煤层段钻孔，钻进过程中吹出的煤粉和瓦斯经T形套管17、柔性骨架风筒3进入气渣分离筒5，在气渣分离筒5入口处的降尘水雾喷头16喷雾降尘作用下，煤粉落入气渣分离箱9内，达到降尘、除尘目的；同时吹出的瓦斯从半球形集气室6、气渣分离箱9经抽气管10，再经中转净化箱12净化后进入瓦斯抽采管路14中；
e、当煤层段钻孔至煤层顶板后，通过高压水对钻孔周围煤体实施退钻割缝的过程中，喷出的煤渣和瓦斯经T形套管17、柔性骨架风筒3进入气渣分离筒5，在瓦斯抽采管路14的抽采负压作用下，瓦斯从半球形集气室6、气渣分离箱9经抽气管10，再经中转净化箱12净化后进入瓦斯抽采管路14中，水和煤渣从T形套管17、柔性骨架风筒3以及气渣分离筒5落入气渣分离箱9中，通过透视窗口7观察到气渣分离箱9充满喷出物时，打开排渣门8，实现可控性排渣；
f、煤层段割缝施工完成后，退出钻杆。
由于使用高压水对钻孔周围煤体实施割缝，极易出现煤或瓦斯喷出现象，此时防喷装置发挥其主要作用：喷出物经由T形套管17和与之相连的柔性骨架风筒3进入装置内部，在瓦斯抽采管路14的抽采负压作用下，瓦斯通过半球形集气室6和气渣分离箱9两处的抽采接口进入抽气管10中，而后在中转净化箱12中，瓦斯经过落水降尘得以净化，纯度、浓度更高的瓦斯继续经由抽气管10被抽入瓦斯抽采管路14中；水、煤粉等非气态喷出物经由T形套管17、柔性骨架风筒3以及气渣分离筒5，最终落入气渣分离箱9中，气渣分离箱9上设有透视窗口7和排渣门8，当通过透视窗口7观察到箱内充满喷出物时，则拉开排渣门8，实现可控性排渣，可及时处理喷出的瓦斯、水、煤粉，确保钻孔通畅，同时消除喷出物对作业人员和巷道环境的不利影响，保证钻孔施工及割缝作业的顺利完成。最后，拆卸、清洗各设备，整理施工现场。
Claims (1)
1.一种防治钻割煤或瓦斯喷出的装置，其特征在于：它包括扭曲带有拐角α的气渣分离筒(5)，气渣分离筒（5）为竖直、倾斜、再竖直三段筒构成，气渣分离筒(5)的上方设有T形套管(17)，气渣分离筒(5)与T形套管(17)之间设有柔性骨架风筒(3)，柔性骨架风筒(3)的两端口分别固定在气渣分离筒(5)与T形套管(17)上，所述的柔性骨架风筒(3)上设有能使钻杆(1)伸入穿过T形套管(17)的关节轴承(4)，所述的气渣分离筒(5)的拐角α斜段筒体上设有与抽气管(10)相连的半球形集气室(6)，气渣分离筒(5)的底部设有气渣分离箱(9)，气渣分离箱(9)上部设有透视窗口，下部设有排渣门(8)，气渣分离箱(9)的底部设有导料板，气渣分离箱(9)的顶部设有与抽气管(10)相连的出气口，抽气管(10)的另一端经中转净化箱(12)与瓦斯抽采管路(14)相连，所述的中转净化箱(12)内设有滤网挡板(11)，中转净化箱(12)上部设有透视窗口，下部设有排渣门，中转净化箱(12)出口连接的抽气管(10)上设有流量表(15)，与瓦斯抽采管路(14)相连的抽气管(10)管口处设有球阀(13)；
所述的气渣分离筒(5)的上部至少设有一个降尘水雾喷头(16)；所述的拐角α为25-28°。
2.根据权利要求1所述装置的防治钻割煤或瓦斯喷出的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、在岩石段施工一个钻孔，直至见煤点后退钻；对钻孔孔口向内扩孔1m，使孔的直径增大至100-120mm；
b、在孔口处安装防喷装置，将T形套管（17）插入扩孔段内，通过挂耳（2）将T形套管（17）固定在钻孔孔口处，将柔性骨架风筒（3）上端连接在T形套管（17）的外露圆盘上，下端固定在气渣分离筒（5）的上口处；通过抽气管（10）将半球形集气室（6）和气渣分离箱（9）分别与中转净化箱（12）相连接，再经中转净化箱（12）管路连接至瓦斯抽采管路（14）；
c、根据钻孔方位调节柔性骨架风筒（3）上的关节轴承（4），将连有钻头的钻杆（1）从关节轴承（4）插入柔性骨架风筒（3）并穿过T形套管（17）进入钻孔内；
d、打开连接瓦斯抽采管路（14）管口处的球阀(13)，启动钻机，将钻头送至见煤点，通过干式钻进风力排粉法施工煤层段钻孔，钻进过程中吹出的煤粉和瓦斯经T形套管（17）、柔性骨架风筒（3）进入气渣分离筒（5），在气渣分离筒（5）入口处的降尘水雾喷头（16）喷雾降尘作用下，煤粉落入气渣分离箱（9）内；同时吹出的瓦斯从半球形集气室（6）、气渣分离箱（9）经抽气管（10），再经中转净化箱(12) 净化后进入瓦斯抽采管路（14）中；
e、当煤层段钻孔至煤层顶板后，通过高压水对钻孔周围煤体实施退钻割缝的过程中，喷出的煤渣、瓦斯经T形套管（17）、柔性骨架风筒（3）进入气渣分离筒（5），在瓦斯抽采管路（14）的抽采负压作用下，瓦斯从半球形集气室（6）、气渣分离箱（9）经抽气管（10），再经中转净化箱(12) 净化后进入瓦斯抽采管路（14）中，水和煤渣从T形套管（17）、柔性骨架风筒（3）以及气渣分离筒（5）落入气渣分离箱（9）中，通过透视窗口（7）观察到气渣分离箱（9）充满喷出物时，打开排渣门（8），实现可控性排渣；
f、煤层段割缝施工完成后，退出钻杆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |