CN105041247A - 氮气排渣系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种氮气排渣系统，该系统包括：制氮设备、注氮管路、供风管路、钻杆，制氮设备提供的氮气通过注氮管路注入到供风管路；并由供风管路将氮气通过钻杆压入到钻孔的底部，从而在钻孔的底部形成高速风流；进而通过高速风流将钻孔中的钻屑排出。该过程中，通过用氮气代替空气，从而除去孔壁煤层自燃三因素之一的氧气，进而从源头上减少顺层钻孔施工过程中产生的一氧化碳，降低钻孔燃烧爆炸隐患，保证煤矿开采的高效性和安全性。

Description

氮气排渣系统

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术，尤其涉及一种氮气排渣系统。

背景技术

煤矿开采过程中，利用钻孔预抽煤层瓦斯是重要的安全防护措施。钻孔分为穿层钻孔和顺层钻孔，穿层钻孔指在岩石巷道或煤层巷道内向相邻煤层施工的钻孔，顺层钻孔指沿地层层面钻进的钻孔。其中，顺层钻孔由于钻孔利用率高而成为抽采瓦斯的最基本形式。

顺层钻孔施工过程中，采用压风排渣方法排出孔内钻屑。该过程中，压缩空气经钻杆到达钻孔的底部，在钻孔的底部形成高速风流，从而将钻屑吹向钻孔口，最终被排放到巷道中。

上述顺层钻孔施工过程中，大量压缩空气被注入到钻孔中，为孔壁煤体提供了大量的氧气；同时，钻头与煤壁相互作用产生高温，导致煤体氧化速度加快，而煤体氧化释放大量的一氧化碳，使得钻孔成孔后存在大量的一氧化碳及蓄热，燃烧爆炸隐患严重。

发明内容

本发明提供一种氮气排渣系统，通过从源头上减少顺层钻孔施工过程中产生的一氧化碳，降低钻孔燃烧爆炸隐患。

第一个方面，本发明实施例提供一种氮气排渣系统，包括：

制氮设备、注氮管路、供风管路、钻杆，其中，

所述制氮设备，用于提供氮气；

所述注氮管路的一端与所述制氮设备连接，另一端与所述供风管路的输入端连接，用于将所述氮气注入到所述供风管路；

所述供风管路的输出端与所述钻杆连接，用于将所述氮气通过所述钻杆注入到钻孔的底部，从而在所述钻孔的底部形成高速风流，将钻屑排出。

在第一个方面的第一种可能的实现方式中，所述注氮管路的另一端通过2寸接头与所述供风管路的输入端连接。

在第一个方面的第二种可能的实现方式中，该氮气排渣系统还包括：一氧化碳浓度检测装置和第一卡接机构，所述一氧化碳浓度检测装置通过所述第一卡接机构卡接在所述钻干靠近所述供风管路的一端。

在第一个方面的第三种可能的实现方式中，该氮气排渣系统还包括：温度检测装置和第二卡接机构，所述温度检测装置通过所述第二卡接机构卡接在所述钻干靠近所述供风管路的一端。

结合第一个方面、第一个方面的第一种至第三中任一种可能的实现方式，在第一个方面的第四种可能的实现方式中，所述供风管路由高压管制成。

结合第一个方面、第一个方面的第一种至第三中任一种可能的实现方式，在第一个方面的第五种可能的实现方式中，所述注氮管路与所述供风管路的输入端的连接处设置有密封圈。

结合第一个方面、第一个方面的第一种至第三中任一种可能的实现方式，在第一个方面的第六种可能的实现方式中，所述制氮设备与所述注氮管路为一体结构。

本发明实施例提供的氮气排渣系统，在顺层钻孔施工过程中，将制氮设备提供的氮气通过注氮管路注入到供风管路；再将氮气通过供风管路从钻杆压入到钻孔的底部，从而在钻孔的底部形成高速风流；进而通过高速风流将钻孔中的钻屑排出。该过程中，通过用氮气代替空气，从而除去孔壁煤层自燃三因素之一的氧气，进而从源头上减少顺层钻孔施工过程中产生的一氧化碳，降低钻孔燃烧爆炸隐患，保证煤矿开采的高效性和安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的氮气排渣系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的氮气排渣系统的结构示意图；

图3为本发明又一实施例提供的氮气排渣系统的分解结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的氮气排渣方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例提供的氮气排渣系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的氮气排渣系统包括：制氮设备1、注氮管路2、供风管路3、钻杆4，其中，所述制氮设备1，用于提供氮气，所述注氮管路2的一端与所述制氮设备1连接，另一端与所述供风管路3的输入端连接，用于将所述氮气注入到所述供风管路3；所述供风管路3的输出端与所述钻杆4连接，用于将所述氮气通过所述钻杆4注入到钻孔的底部，从而在所述钻孔的底部形成高速风流，将钻屑排出。

一般来说，自燃主要由以下三个因素决定：物质为可燃物、温度达到可燃物的着火点、可燃物与氧气充分接触。而顺层钻孔施工过程中，孔壁煤层无疑为可燃物；现有技术利用压缩空气进行风压排渣，为孔壁煤层提供了大量的氧气；同时，钻头与孔壁煤层相互作用产生高温。后续的抽采瓦斯期间，因负压进入钻孔内的少许空气又进一步加速了孔壁煤层的氧化速度。如此一来，极易造成孔壁煤层的自燃。而本发明实施例提供的氮气排渣系统，用氮气代替空气，将制氮设备提供的氮气通过注氮管路注入到供风管路，再将氮气通过供风管路从钻杆压入到钻孔的底部，从而在钻孔的底部形成高速风流；进而通过高速风流将钻孔中的钻屑排出。

本发明实施例提供的氮气排渣系统，在顺层钻孔施工过程中，将制氮设备提供的氮气通过注氮管路注入到供风管路；再将氮气通过供风管路从钻杆压入到钻孔的底部，从而在钻孔的底部形成高速风流；进而通过高速风流将钻孔中的钻屑排出。该过程中，通过用氮气代替空气，从而除去孔壁煤层自燃三因素之一的氧气，进而从源头上减少顺层钻孔施工过程中产生的一氧化碳，降低钻孔燃烧爆炸隐患，保证煤矿开采的高效性和安全性。

图2为本发明另一实施例提供的氮气排渣系统的结构示意图。如图2所示，本实施例所述氮气排渣系统在上述图1所示实施例的基础上，进一步的，还包括：2寸接头5，注氮管路2的另一端通过2寸接头5与供风管路3的输入端连接。

本发明实施例提供的氮气排渣系统，通过2寸接头连接注氮管路与供风管路，便于注氮管路与供风管路的连接与拆卸，操作灵活。

图3为本发明又一实施例提供的氮气排渣系统的分解结构示意图。如图3所示，本实施例提供的氮气排渣系统还包括一氧化碳浓度检测装置6和第一卡接机构7，所述一氧化碳浓度检测装置6通过所述第一卡接机构7卡接在所述钻干4靠近所述供风管路4的一端。本实施例中，排渣过程以及后续钻孔成孔后，通过一氧化碳浓度检测装置6连续监测钻孔的气体中一氧化碳的浓度，根据一氧化碳的浓度判断孔壁煤层的氧化程度。

再请参照图3，可选的，本发明实施例提供的氮气排渣系统还包括温度检测装置8和第二卡接机构9，所述温度检测装置6通过所述第二卡接机构9卡接在所述钻干4靠近所述供风管路3的一端。本实施例中，排渣过程以及后续钻孔成孔后，通过温度检测装置8连续监测钻孔的温度，进而根据钻孔的温度确定对钻孔进行瓦斯抽采或对钻孔注水。

另外，本发明实施例中，排渣过程以及后续钻孔成孔后，可结合一氧化碳浓度检测装置6获取的一氧化碳浓度值和温度检测装置8获得的钻孔的温度来判断孔壁煤层的氧化程度。

可选的，上述各实施例中，供风管路3可由高压管制成，从而能够承受由注氮管路2压入的高压氮气的压力，避免供风管路3爆裂引起事故。

可选的，上述各实施例中，注氮管路2与所述供风管路3的输入端的连接处设置有密封圈，从而避免氮气从注氮管路2与所述供风管路3的输入端的连接处泄露。

可选的，上述各实施例中，所述制氮设备1与所述注氮管路2为一体结构，从而使得注氮管路2与制氮设备1之间无缝连接。

另外，在上述氮气排渣系统结构的基础上，本发明还提供一种氮气排渣方法，适用于上述各实施例的氮气排渣系统，具体的可参见图4，图4为本发明一实施例提供的氮气排渣方法的流程图，其包括如下步骤：

101、制氮设备提供的氮气通过注氮管路注入到供风管路；

102、氮气通过供风管路从钻杆压入到钻孔的底部，从而在钻孔的底部形成高速风流；

103、通过高速风流将钻孔中的钻屑排出。

本发明所提供的氮气排渣方法，是与上述氮气排渣系统对应的方法，具体实现请参见上述各实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的氮气排渣方法，在顺层钻孔施工过程中，将制氮设备提供的氮气通过注氮管路注入到供风管路；再将氮气通过供风管路从钻杆压入到钻孔的底部，从而在钻孔的底部形成高速风流；进而通过高速风流将钻孔中的钻屑排出。该过程中，通过用氮气代替空气，从而除去孔壁煤层自燃三因素之一的氧气，进而从源头上减少顺层钻孔施工过程中产生的一氧化碳，降低钻孔燃烧爆炸隐患，保证煤矿开采的高效性和安全性。

在本发明一实施例中，钻孔成孔后，对钻孔进行封堵时，采用两堵一注方法封堵钻孔，即先用聚氨酯快速构筑注浆空间，待聚氨酯反应完毕具有一定的强度后，再从钻孔的孔口注入水泥浆。其中，水泥浆的水和水泥的体积比为0.7:1。

进一步的，为防止钻孔发生自燃，排渣过程以及后续钻孔成孔后，还监测钻孔中一氧化碳的浓度，以及钻孔的温度；根据浓度与温度，确定对钻孔进行瓦斯抽采或对钻孔注水。

具体的，钻孔成孔后，连续监测钻孔的气体中一氧化碳的浓度及钻孔的温度，根据一氧化碳的浓度和钻孔的温度来判断孔壁煤层的氧化程度，从而确定对钻孔进行瓦斯抽采或对钻孔注水。其中，钻孔的气体成分包括一氧化碳、甲烷、氧气、氮气等。例如，当钻孔内一氧化碳的浓度超过50ppm、温度达到33℃时，则对钻孔停止瓦斯抽采；当一氧化碳浓度超过100ppm、温度达到35℃时，则对钻孔注水。相较于现有技术中仅根据一氧化碳浓度对孔壁煤层的氧化程度进行判断，本实施例中，综合钻孔内一氧化碳浓度与钻孔温度对孔壁煤层氧化程度进行判断，判断出的结果更加准确，在一定程度上增加了钻孔的使用寿命，提高了瓦斯抽采效果，进而提高安全性。

进一步的，对钻孔注水时，通过钻杆向钻孔注水，以使得钻孔的孔壁煤层的含水量至少为20％。

具体的，钻孔注水后，会破坏孔壁煤层裂隙，形成新的漏气通道，使得钻孔浓度极低。经实践证明：当煤的含水量增加到一定程度，如褐煤的含水量至少为38％、烟煤的含水量为18％～20％、无烟煤的含水量至少为25％时，煤的放热量都会降低，此时煤的含水量对煤的自燃其抑制作用。即防止煤自燃时，煤必须具有很高的含水量，否则煤中的所含的水将加速煤的自燃。

向钻孔注水时，水分充分填充于煤体微小的空隙中，部分程度上发挥了抑制煤体氧化的作用。但是，当钻孔内的水分疏干后，经水浸泡过的煤的吸氧作用将加强，再次抽采瓦斯时使得煤体更易产生一氧化碳，一氧化碳浓度升高又导致停止瓦斯抽采，再注水，……，如此循环，大大缩短了钻孔的使用寿命，严重影响煤层瓦斯的抽采。因此，可根据实际情况确定注水量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种氮气排渣系统，其特征在于，包括：

制氮设备、注氮管路、供风管路、钻杆，其中，

所述制氮设备，用于提供氮气；

所述注氮管路的一端与所述制氮设备连接，另一端与所述供风管路的输入端连接，用于将所述氮气注入到所述供风管路；

所述供风管路的输出端与所述钻杆连接，用于将所述氮气通过所述钻杆注入到钻孔的底部，从而在所述钻孔的底部形成高速风流，将钻屑排出。

2.根据权利要求1所述的氮气排渣系统，其特征在于，所述注氮管路的另一端通过2寸接头与所述供风管路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的氮气排渣系统，其特征在于，还包括：一氧化碳浓度检测装置和第一卡接机构，所述一氧化碳浓度检测装置通过所述第一卡接机构卡接在所述钻干靠近所述供风管路的一端。

4.根据权利要求1所述的氮气排渣系统，其特征在于，还包括：温度检测装置和第二卡接机构，所述温度检测装置通过所述第二卡接机构卡接在所述钻干靠近所述供风管路的一端。

5.根据权利要求1～4任一项所述的氮气排渣系统，其特征在于，所述供风管路由高压管制成。

6.根据权利要求1～4任一项所述的氮气排渣系统，其特征在于，所述注氮管路与所述供风管路的输入端的连接处设置有密封圈。

7.根据权利要求1～4任一项所述的氮气排渣系统，其特征在于，所述制氮设备与所述注氮管路为一体结构。