CN104594942A - 一种软煤区连续掏煤卸压增透装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种软煤区连续掏煤卸压增透装置及工艺，其结构简单，工艺简捷，便于操作，通过伸缩管柱和固定调节机构将各部分调整到合适位置，操作简便，孔口定位系统可将顶煤冲孔系统准确快捷的定位在作业位置，从而有效解决钻孔上部顶煤的掏煤作业难度大的问题，可实现连续的掏顶煤作业，提高瓦斯抽采效率，降低煤中瓦斯含量，可对软煤区进行有效卸压增透，又不破坏抽采孔完整性，能满足煤炭安全与高效生产的要求；同时，在掏煤罐体外部套设的气囊可在掏煤过程中保证周围煤壁的稳定性，以防止作业区域附近成孔的坍塌，防止煤壁与装置之间因煤粉造成的阻塞，且能有效的遏制煤与瓦斯突出事故的发生。
Description
技术领域
本发明属于煤矿矿用设备及工艺技术领域，特别涉及一种软煤区连续掏煤卸压增透装置及工艺。
背景技术
瓦斯作为一种易燃易爆的非常规气体，从能源利用方面论，它是一种洁净、热效率高、低污染的优质能源；从煤矿安全方面论，它却是威胁煤矿安全生产和矿工生命安全的最大灾害源。随着国家对煤矿安全生产重视程度的不断增加，在煤矿生产过程中，逐步加大了对瓦斯治理的投入，从吨煤瓦斯治理费用的变化就可以看出，国家在治理瓦斯方面的决心和对瓦斯事故的零容忍。因此，随着煤矿生产的机械化提升、生产速度加快和采煤工艺技术的不断完善，迫切需要将煤层中的瓦斯尽可能多的抽出，以达到安全生产的目的。
由于不同变质程度煤或多或少都有瓦斯的赋存，赋存在煤层中的瓦斯在开采活动中常常会造成瓦斯涌出，甚至发生煤与瓦斯突出。在构造发育的区域，由于煤层受到挤压、剪切、扭转等构造作用，使得煤层破碎比较严重，煤中瓦斯运移通道堵塞、透气性降低，加大了煤与瓦斯突出发生的可能性。因此，对软煤区瓦斯的治理问题是迫切待决的重中之重。
目前，井下常用的瓦斯抽采方式是先通过打钻、再联管抽采，抽采时间要尽可能的长。然而，由于软煤区的煤质松软、透气性较低以及抽采范围有限，会导致抽采量不大、纯度不够和抽采效率不高。针对这些软煤区瓦斯抽采的缺陷，迫切需要一种能使得抽放孔顶煤挖出、实现煤层卸压、且不破坏抽放孔完整性，又能够实现软煤区连续、有效的卸压增透、大大提高瓦斯抽采量的抽采装置，以改善抽采效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种便于操作、抽采效率高、可对软煤区进行有效卸压增透、又不破坏抽采孔完整性的软煤区连续掏煤卸压增透装置及工艺。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种软煤区连续掏煤卸压增透装置，包括底座和底座上垂直设置的立杆，立杆通过固定调节机构从上到下依次连接有顶煤冲孔系统、伸缩管柱和煤粉运移系统，伸缩管柱端部设有上部带有冲气孔的掏煤罐体；所述顶煤冲孔系统包括高压气泵和高压气泵上连接的伸入掏煤罐体内的高压气管，高压气管上设有气压表和高压冲孔阀门，高压气管端部设有高压气罐，高压气罐顶部设有高压气喷头；煤粉运移系统包括高压水泵和高压水泵上连接的高压水管，高压水管上设有流量计和高压水阀门，高压水管端部连接有伸向冲气孔一侧的高压水弯管，掏煤罐体底部设有回水管和回水管上的出煤弯头，出煤弯头下方设有煤粉收集箱，煤粉收集箱内设有煤粉过滤网；掏煤罐体外部套设有位于冲气孔前后两侧的气囊，气囊上连接有与高压气管相连的充放气管，充放气管上设有充放气调控阀门，两气囊通过气囊连通管相连。
软煤区连续掏煤卸压增透装置还包括孔口定位系统，所述孔口定位系统包括立杆上通过固定调节机构安装的电气箱、安装在掏煤罐体内部的磁铁和高压气管上与磁铁相对应的常闭式霍尔接近开关，常闭式霍尔接近开关通过电源线与电气箱相连；所述电气箱包括箱体和箱体内通过导线串联的电源、电阻和发光信号灯，发光信号灯外露出箱体。
所述固定调节机构包括半封闭卡环和半封闭卡环端部的固定端板，固定端板上穿设有锁紧螺钉，半封闭卡环另一端设有连杆，连杆分别与高压气泵、伸缩管柱和高压水泵相连。
所述伸缩管柱包括插装的外套管和内套管，外套管上间隔设置有内凸起部和外凸起部，外套管内设有位于外凸起部凹槽内的密封圈。
所述高压气罐下部为方形、上部为半圆形，高压气罐上部设有三排、三列高压气喷头，且同一圆周上最外端的高压气喷头的轴线夹角α为90°。
软煤区连续掏煤卸压增透工艺，包括如下步骤：a、确认管路连接完好、气压表和流量计读数置零，移动底座至钻孔合适位置，调整固定调节机构使掏煤罐体对准钻孔口，同时将高压水泵、高压气泵和电气箱调整到合适位置，使其具有足够的操作空间；b、调节伸缩管柱将掏煤罐体移动至施工区域，根据伸缩管柱伸缩距离来判断掏煤罐体所在的深度，到达指定深度后，根据电气箱的发光信号灯是否亮起，判断冲气孔的位置，直至发光信号灯亮起，则完成掏煤罐体定位操作；c、关闭高压冲孔阀门、开启充放气调控阀门，打开高压气泵，对两个气囊进行充气，气压表达到预设读数后，关闭充放气调控阀门和高压气泵；d、同时打开高压水阀门和高压冲孔阀门，开启高压水泵和高压气泵，通过高压气罐将高压气体送至高压气喷头，将顶煤掏出，利用高压水把掏出的煤粉通过环形空间冲至回水管，实现掏煤和冲煤粉一体化操作；e、当从回水管流出的水不含煤粉时，将高压气泵和高压水泵关闭，并打开充放气调控阀门，排出气囊中的气体，使掏煤罐体处于自由状态；f、收回伸缩管柱，使掏煤罐体向钻孔口部移动，移动一定距离后重复上述b-e步骤的操作，以实现连续掏煤卸压增透操作；g、对装置进行清理与回收，对钻孔进行封孔、联管抽放。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、本发明公开的软煤区连续掏煤卸压增透装置，其结构简单，工艺简捷，便于操作，通过伸缩管柱和固定调节机构将各部分调整到合适位置，操作简便，孔口定位系统可将顶煤冲孔系统准确快捷的定位在作业位置，再通过顶煤冲孔系统发出的高压气体将煤掏出，从而有效解决钻孔上部顶煤的掏煤作业难度大的问题，可实现连续的掏顶煤作业，提高瓦斯抽采效率，降低煤中瓦斯含量，可对软煤区进行有效卸压增透，又不破坏抽采孔完整性，能满足煤炭安全与高效生产的要求；同时，在掏煤罐体外部套设的气囊可在掏煤过程中保证周围煤壁的稳定性，以防止作业区域附近成孔的坍塌，防止煤壁与装置之间因煤粉造成的阻塞，且能有效的遏制煤与瓦斯突出事故的发生。
2、伸缩管柱包括插装的外套管和内套管，外套管上间隔设置有内凸起部和外凸起部，外套管内设有位于外凸起部凹槽内的密封圈，可实现装置的稳定、连续操作，使用简便。
3、高压气罐下部为方形、上部为半圆形，高压气喷头数量为九个，九个高压气喷头分三排、三列分布于高压气罐上部，且同一圆周上最外端的高压气喷头的轴线夹角α为90°，高压气罐可保证高压气体能够连续、稳定的对孔口煤体进行冲孔作业；每个高压气喷头都有两个方向的出气通道，一个沿轴线、另一个倾斜向上，可使每一排倾斜向上的出气通道之间具有交集，能够保证冲气孔内完全覆盖气体喷射，使顶煤完全不留残煤，达到消除空白带的作用。
4、在掏煤罐体外部套设有位于冲气孔前后两侧的气囊，气囊上连接有与高压气管相连的充放气管，充放气管位于气压表和高压冲孔阀门之间，在充放气管上设有充放气调控阀门，两气囊通过气囊连通管相连，在进行掏煤前，气囊对掏煤罐体进行固定，使其能够稳固的工作；并且在气囊之间形成煤粉的下落空间，防止煤粉落入掏煤罐体与煤壁之间，避免阻塞装置的移动和作业。
5、固定调节机构可根据钻孔位置灵活的调节高压气泵、高压水泵和掏煤罐体在立杆轴线方向上的移动，使其能够准确的进入钻孔中，以满足不同孔高要求，实现与钻孔的灵活对接；掏煤罐体内部的管路采用钢制管路。
6、孔口定位系统包括立杆上通过固定调节机构安装的电气箱、安装在掏煤罐体内部的磁铁和高压气管上与磁铁相对应的常闭式霍尔接近开关，常闭式霍尔接近开关通过电源线与电气箱相连，当常闭式霍尔接近开关与磁铁相对时，形成一个回路，使发光信号灯发光亮起，以判断钻孔位置，可准确对高压气喷头的位置进行定位。
附图说明
图1为本发明软煤区连续掏煤卸压增透装置的结构示意图；
图2为图1中电气箱的结构示意图；
图3为图1中高压气罐与高压气喷头的结构示意图；
图4为图1中固定调节机构的结构示意图；
图5为图1中伸缩管柱的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图5所示的软煤区连续掏煤卸压增透装置，其包括底座1和底座1上垂直设置的立杆2，在立杆2上通过三个固定调节机构3从上到下依次连接顶煤冲孔系统、伸缩管柱5和煤粉运移系统，伸缩管柱5端部设有上部带有冲气孔20的掏煤罐体19。伸缩管柱5包括插装的外套管51和内套管52，外套管51上间隔设置有内凸起部53和外凸起部54，外套管51内设有位于外凸起部53凹槽内的密封圈55。
顶煤冲孔系统包括高压气泵6和高压气泵6上连接的伸入掏煤罐体19内的高压气管61，高压气管61上设有气压表7和高压冲孔阀门10，高压气管61的端部设有高压气罐17，高压气罐17顶部设有高压气喷头18。高压气罐17下部为方形、上部为半圆形，高压气喷头18数量为九个，九个高压气喷头18分三排、三列分布于高压气罐17上部，且同一圆周上最外端的高压气喷头18的轴线夹角α为90°。高压气罐17可保证高压气体能够连续、稳定的对孔口煤体进行冲孔作业。每个高压气喷头18都有两个方向的出气通道，一个沿轴线、另一个倾斜向上，可使每一排倾斜向上的出气通道之间具有交集，能够保证冲气孔内完全覆盖气体喷射，使顶煤完全不留残煤，达到消除空白带的作用。
煤粉运移系统包括高压水泵11和高压水泵11上连接的高压水管21，高压水管21上设有流量计25和高压水阀门26，高压水管21的端部连接有伸向冲气孔20右侧的高压水弯管23，高压水弯管23的高压水出口22位于冲气孔20右侧；在掏煤罐体19底部设有回水管24和回水管24上的出煤弯头27，出煤弯头27下方设有煤粉收集箱28，煤粉收集箱28内设有煤粉过滤网29。高压水通过高压水出口22流入，沿着气囊16与掏煤罐体19之间的环形空间冲刷，将环形空间中的煤粉冲至掏煤罐体19的底部，最后通过回水管24流出，使煤粉和水的混合液流入煤粉收集箱28中。
在掏煤罐体19外部套设有位于冲气孔20前后两侧的气囊16，气囊16上连接有与高压气管61相连的充放气管9，充放气管9位于气压表7和高压冲孔阀门10之间，在充放气管9上设有充放气调控阀门8，两气囊16通过气囊连通管12相连。在进行掏煤前，气囊16对掏煤罐体19进行固定，使其能够稳固的工作；并且在气囊16之间形成煤粉的下落空间，防止煤粉落入掏煤罐体19与煤壁之间，避免阻塞装置的移动和作业。
本发明的装置还包括孔口定位系统，其包括立杆2上通过固定调节机构3安装的电气箱4、安装在掏煤罐体19内部的磁铁14和高压气管61上与磁铁14相对应的常闭式霍尔接近开关15，常闭式霍尔接近开关15通过电源线13与电气箱4相连；所述的电气箱4包括箱体44和箱体44内通过导线45串联的电源41、电阻42和发光信号灯43，发光信号灯43外露出箱体44。当常闭式霍尔接近开关15与磁铁14相对时，形成一个回路，使发光信号灯43发光亮起，以判断钻孔位置。其中，电源41为12V、电阻42为1.2KΩ。
本发明中的固定调节机构3包括半封闭卡环31和半封闭卡环31左端部的固定端板32，固定端板32上穿设有锁紧螺钉33，半封闭卡环31右端设有连杆34，连杆34分别与高压气泵6、伸缩管柱5、高压水泵11和电气箱4相连。
在本实施方式中，固定调节机构3可根据钻孔位置灵活的调节高压气泵6、高压水泵11和掏煤罐体19在立杆2轴线方向上的移动，使其能够准确的进入钻孔中，以满足不同孔高要求，实现与钻孔的灵活对接；掏煤罐体19内部的管路采用钢制管路。
本发明软煤区连续掏煤卸压增透工艺包括如下步骤：
a、确认高压气管61、充放气管9和高压水管21等管路连接完好、气压表7和流量计25读数置零，移动底座1至钻孔合适位置，调整固定调节机构3使掏煤罐体19对准钻孔口，同时将高压水泵11、高压气泵6和电气箱4调整到合适位置，使其具有足够的操作空间；
b、调节伸缩管柱5将掏煤罐体19移动至施工区域，根据伸缩管柱5伸缩距离来判断掏煤罐体19所在的深度，到达指定深度后，根据电气箱4的发光信号灯43是否亮起，判断冲气孔20的位置，直至发光信号灯43亮起，则完成掏煤罐体19定位操作；
c、关闭高压冲孔阀门10、开启充放气调控阀门8，打开高压气泵6，对两个气囊16进行充气，气压表7达到预设读数后，关闭充放气调控阀门8和高压气泵6；
d、同时打开高压水阀门26和高压冲孔阀门10，开启高压水泵11和高压气泵6，通过高压气罐17将高压气体送至高压气喷头18，将顶煤掏出，利用高压水把掏出的煤粉通过环形空间冲至回水管24，实现掏煤和冲煤粉一体化操作；
e、当从回水管24流出的水不含煤粉时，将高压气泵6和高压水泵11关闭，并打开充放气调控阀门8，排出气囊16中的气体，使掏煤罐体19处于自由状态；
f、收回伸缩管柱5，使掏煤罐体19向钻孔口部移动，移动一定距离后重复上述b-e步骤的操作，以实现连续掏煤卸压增透操作；
g、对装置进行清理与回收，对钻孔进行封孔、联管抽放。
Claims (6)
1.一种软煤区连续掏煤卸压增透装置，其特征在于，包括底座和底座上垂直设置的立杆，立杆通过固定调节机构从上到下依次连接有顶煤冲孔系统、伸缩管柱和煤粉运移系统，伸缩管柱端部设有上部带有冲气孔的掏煤罐体；所述顶煤冲孔系统包括高压气泵和高压气泵上连接的伸入掏煤罐体内的高压气管，高压气管上设有气压表和高压冲孔阀门，高压气管端部设有高压气罐，高压气罐顶部设有高压气喷头；煤粉运移系统包括高压水泵和高压水泵上连接的高压水管，高压水管上设有流量计和高压水阀门，高压水管端部连接有伸向冲气孔一侧的高压水弯管，掏煤罐体底部设有回水管和回水管上的出煤弯头，出煤弯头下方设有煤粉收集箱，煤粉收集箱内设有煤粉过滤网；掏煤罐体外部套设有位于冲气孔前后两侧的气囊，气囊上连接有与高压气管相连的充放气管，充放气管上设有充放气调控阀门，两气囊通过气囊连通管相连。
2.如权利要求1所述的软煤区连续掏煤卸压增透装置，其特征在于，还包括孔口定位系统，所述孔口定位系统包括立杆上通过固定调节机构安装的电气箱、安装在掏煤罐体内部的磁铁和高压气管上与磁铁相对应的常闭式霍尔接近开关，常闭式霍尔接近开关通过电源线与电气箱相连；所述电气箱包括箱体和箱体内通过导线串联的电源、电阻和发光信号灯，发光信号灯外露出箱体。
3.如权利要求1或2所述的软煤区连续掏煤卸压增透装置，其特征在于，所述固定调节机构包括半封闭卡环和半封闭卡环端部的固定端板，固定端板上穿设有锁紧螺钉，半封闭卡环另一端设有连杆，连杆分别与高压气泵、伸缩管柱和高压水泵相连。
4.如权利要求3所述的软煤区连续掏煤卸压增透装置，其特征在于，所述伸缩管柱包括插装的外套管和内套管，外套管上间隔设置有内凸起部和外凸起部，外套管内设有位于外凸起部凹槽内的密封圈。
5.如权利要求4所述的软煤区连续掏煤卸压增透装置，其特征在于，所述高压气罐下部为方形、上部为半圆形，高压气罐上部设有三排、三列高压气喷头，且同一圆周上最外端的高压气喷头的轴线夹角α为90°。
6.采用权利要求1-5所述软煤区连续掏煤卸压增透装置的工艺，其特征在于，包括如下步骤：a、确认管路连接完好、气压表和流量计读数置零，移动底座至钻孔合适位置，调整固定调节机构使掏煤罐体对准钻孔口，同时将高压水泵、高压气泵和电气箱调整到合适位置，使其具有足够的操作空间；b、调节伸缩管柱将掏煤罐体移动至施工区域，根据伸缩管柱伸缩距离来判断掏煤罐体所在的深度，到达指定深度后，根据电气箱的发光信号灯是否亮起，判断冲气孔的位置，直至发光信号灯亮起，则完成掏煤罐体定位操作；c、关闭高压冲孔阀门、开启充放气调控阀门，打开高压气泵，对两个气囊进行充气，气压表达到预设读数后，关闭充放气调控阀门和高压气泵；d、同时打开高压水阀门和高压冲孔阀门，开启高压水泵和高压气泵，通过高压气罐将高压气体送至高压气喷头，将顶煤掏出，利用高压水把掏出的煤粉通过环形空间冲至回水管，实现掏煤和冲煤粉一体化操作；e、当从回水管流出的水不含煤粉时，将高压气泵和高压水泵关闭，并打开充放气调控阀门，排出气囊中的气体，使掏煤罐体处于自由状态；f、收回伸缩管柱，使掏煤罐体向钻孔口部移动，移动一定距离后重复上述b-e步骤的操作，以实现连续掏煤卸压增透操作；g、对装置进行清理与回收，对钻孔进行封孔、联管抽放。
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