CN106761433B - 上向煤层钻孔除尘套管及其除尘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了上向煤层钻孔除尘套管及其除尘装置，所述除尘套管包括圆筒形金属套管本体，所述套管本体两侧沿径向对称设置有两组供水水管，所述供水水管上开设有若干出水接口，所述套管本体两侧侧壁上对应所述若干出水接口位置分别开设有若干水幕喷水缝，所述水幕喷水缝上设置有弧形的水幕喷管，所述水幕喷管末端封口，所述水幕喷管头端与所述供水水管的出水接口对应联通，所述水幕喷管内弧面贴在所述套管本体的外侧壁上，所述水幕喷管内弧面管壁上沿径向开设有喷水槽,所述喷水槽对应于所述水幕喷水缝上方，所述喷水槽至少将所述水幕喷水缝覆盖，所述水幕喷管与所述套管本体之间相互密封固定连接。本发明还公开了使用上述除尘套管的除尘装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于上向煤层钻孔的除尘设备。
背景技术
上向煤层钻孔是指从煤或半煤岩层，由下向上倾斜钻孔的施工方式。在煤层上向钻孔过程中，钻杆在煤体里施工钻进，采用水排渣会造成抱钻，导致掉钻、丢钻事故，故一般采用压风排渣；钻孔施工时，先开风后钻进，先停机后停风，待孔口返风正常后方可进行正常钻进。但压风排渣容易造成煤尘扬起，污染巷道环境，严重影响了人员的施工操作环境。现有的除尘措施主要包括两种：孔口喷雾除尘和除尘器除尘。
孔口喷雾除尘主要是指在钻孔孔口布置多组湿式喷雾头，喷出水雾，将喷出的煤渣、煤粉尽量雾化，以达到降尘目的。由于钻孔内冲出的压风容易将喷雾吹散、且将喷雾吹向钻机方向，不能够达到充分降尘的效果。
除尘器是目前运用的最普遍的除尘设施，除尘器除尘是指将输尘管固定在钻孔内，利用输尘管将钻孔内的粉尘导出至钻孔外部的除尘器中，在除尘器内利用清水水雾将粉尘雾化，达到降尘目的。使用除尘器的降尘效果较好，但无法实现湿式灭尘、除尘，粉尘容易沿着输尘管与钻杆间的缝隙喷出，不能达到降尘、灭尘的理想效果。
发明内容
本发明针对上述技术问题提出了一种上向煤层钻孔除尘套管以及使用该除尘套管的除尘装置，实现了湿式灭尘，使钻屑、煤尘在除尘套管内直接变为流质化煤泥排出，避免了煤尘飞扬，效果明显的解决了上向煤层钻孔过程中的煤尘除尘问题。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之一：包括圆筒形金属套管本体，所述套管本体两侧沿径向对称设置有两组供水水管，所述供水水管上开设有若干出水接口，所述套管本体两侧侧壁上对应所述若干出水接口位置分别开设有若干水幕喷水缝，所述水幕喷水缝上设置有弧形的水幕喷管，所述水幕喷管末端封口，所述水幕喷管头端与所述供水水管的出水接口对应联通，所述水幕喷管内弧面贴在所述套管本体的外侧壁上，所述水幕喷管内弧面管壁上沿径向开设有喷水槽,所述喷水槽对应于所述水幕喷水缝上方，所述喷水槽至少将所述水幕喷水缝覆盖，所述水幕喷管与所述套管本体之间相互密封固定连接。
在煤层上向钻孔过程中，孔内产生的钻屑及煤尘排出速度很快，钻屑在很短时间内即通过套管(一般套管设计长度为1m左右)，若在套管内设置雾化喷头，采用喷雾雾化粉尘的方式，短时间内无法充分雾化，湿化，流质化钻屑，其除尘效果并不明显，而本发明的水幕喷管能够在套管内形成多重压力水幕水，使钻屑及煤尘流质化，除尘效果大大提高。
一种优化的方式，由于煤尘、煤渣主要从套管内的下部流出，为了达到更好的除尘效果，所述若干水幕喷水缝横向等距开设于所述套管本体侧壁的上半部，所述套管本体两侧的若干水幕喷水缝相互错位排布且至少有一部分重叠，使所述若干水幕喷水缝的作业面能够覆盖所述套管本体内部全断面。上述水幕喷水缝及喷水槽的设置能使套管内形成多重均匀的水幕且避免了死角，进一步优化了除尘效率。
另外一种优化的方式，所述若干水幕喷水缝斜向等距开设于所述套管本体侧壁的上半部，所述若干水幕喷水缝的斜切口方向与孔口排渣方向一致，所述套管本体两侧的若干水幕喷水缝相互错位排布且至少有一部分重叠，使所述若干水幕喷水缝的作业面能够覆盖所述套管本体内部全断面。上述水幕喷水缝沿孔口排渣方向斜向排布的目的在于水幕喷水方向与排渣方向相对一致，压力水流会对排渣产生助推作用，利于排渣；另外，能使套管内形成多重相互交错的水幕，且水幕的整体面积增大，从而提高除尘效率；并且，在套管固孔过程中，斜向错位固定在套管外壁上的水幕喷管也有利于套管的固定。
优化的，所述水幕喷管与所述套管本体的连接处之间均通过焊接的方式密封固定连接，以避免压力水从水幕喷水缝的缝隙中逸出，降低有效水压。
优化的，所述出水接口与所述水幕喷管的头端之间通过焊接密封固定连接。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题之二：上向煤层钻孔除尘装置，设置在上向煤层钻孔内，包括如上所述的上向煤层钻孔除尘套管，所述套管本体部分固定设置在钻孔内，钻杆穿过除尘套管的套管本体，朝煤体钻进，所述供水水管与矿井内的供水管路连接；所述套管本体的输出端设置有孔口捕尘罩，所述孔口捕尘罩外部设置有环形喷雾器装置，所述环形喷雾器装置与供水管路连接。
优化的，所述供水水管输入端与三通的水平端连接，所述三通的水平另一端设置有控制闸阀，所述控制闸阀与供水管路连接，所述三通的垂直端设置有水压压力表，用以监测控制压力水的供给。
优化的，所述孔口捕尘罩包括框型支架，所述框型支架的后侧固定套装在所述套管本体的输出端上，所述框型支架的顶面及左、右侧面上均设置有纱网，所述孔口捕尘罩通过所述纱网将所述套管本体的输出端及钻孔孔口空间包覆，所述钻杆先后穿过所述框型支架的前、后侧面以及所述套管本体，朝煤体钻进。
优化的，所述环形喷雾器装置包括弧形连接管，所述弧形连接管跨设在所述孔口捕尘罩的上部，所述弧形连接管的内弧面上设置有若干雾化喷头，所述若干雾化喷头均相对于所述弧形连接管的弧形面圆心设立且喷口朝向所述孔口捕尘罩，所述弧形连接管的一端设置有堵头，所述弧形连接管的另一端设置有带内螺纹的套环螺母，所述供水管路上设置有与所述套环螺母的内螺纹对应的外螺纹接口，所述弧形连接管通过套环螺母与所述供水管路螺纹连接。
捕尘罩上覆纱网，环形喷雾形成的水雾挂在纱网小眼上，以将游离于套管内上部的较轻的煤尘进行过滤，有效起到捕灭残余煤尘的作用，达到完全除尘的目的。
上述除尘装置的使用过程为：先在煤壁上施工一个大于除尘套管直径的钻孔，此段为埋管段，深度等于除尘套管进入煤体部分长度(1m左右)，将除尘套管安装在钻孔内且部分向外露出，并在套管和此段钻孔之间的空隙处注入聚氨酯封堵材料固孔，将除尘套管固定在钻孔内；开启钻机，钻杆钻进时开启压力水(压力水表监控水压、流量)，压力水从供水水管进入水幕喷管，经喷水槽流入除尘套管上的水幕喷水缝，再从水幕喷水缝喷出，形成多重水幕，喷射在除尘套管的内壁上，将钻进时产生的钻屑、煤尘流质化，形成煤渣、煤泥，再沿除尘套管向下流出，即完成除尘过程。除尘套管管口的环形喷雾器装置和孔口捕尘罩将游离于套管口位置残余少量的煤尘进行雾化、过滤，使除尘效果更加理想。
本发明的优点在于：本发明的除尘套管及相应的除尘装置使钻进时产生的钻屑、煤尘在套管内即快速流质化，形成煤渣煤泥排出，有效避免了煤尘飞扬，大大优化了巷道的除尘效果；本发明结构简单，制造、安装方便，成本低廉，具有优良的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例中除尘装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中除尘套管的内部结构示意图(横截面)；
图3为本发明实施例中水幕喷管与套管本体连接的结构示意图；
图4为本发明实施例中水幕喷管的部分结构示意图；
图5为本发明实施例中水幕喷管斜向设置的除尘装置的结构示意图；
图6为本发明实施例中环形喷雾装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1-图4所示，上向煤层钻孔除尘装置，设置在上向煤层钻孔内，包括除尘套管，所述除尘套管包括圆筒形金属套管本体1，所述套管本体1部分固定设置在钻孔内，钻杆3穿过除尘套管的套管本体1，朝煤体钻进，所述套管本体1的输出端设置有孔口捕尘罩，所述孔口捕尘罩外部设置有环形喷雾器装置6，所述环形喷雾器装置与矿井内的供水管路7连接。
其中，所述套管本体1两侧沿径向对称设置有两组供水水管5，所述供水水管5通过三通52与矿井内的供水管路7连接，所述供水水管输入端与三通52的水平端连接，所述三通52的水平另一端设置有控制闸阀54，所述控制闸阀54与供水管路7连接，所述三通52的垂直端设置有水压压力表51，用以监测控制压力水的供给。为了避免在施工过程中碰触损坏，所述控制闸阀54及水压压力表52一般设置在套管本体1输出端的侧边上。所述套管本体1两侧侧壁的上半部对应所述若干出水接口53的位置分别横向等距开设有若干水幕喷水缝11，所述若干水幕喷水缝11相互错位排布且至少有一部分重叠，以保证所述若干水幕喷水缝的作业面能够覆盖所述套管本体内部全断面，避免死角；所述水幕喷水缝11上设置有弧形的水幕喷管2，所述水幕喷管2沿所述水幕喷水缝槽口11位置设置并紧贴在所述套管本体1的外侧壁上，所述水幕喷管2末端封口，所述水幕喷管2的头端与所述出水接口53对应联通并通过焊接方式密封固定；所述水幕喷管2内弧面管壁上沿径向开设有喷水槽22,所述喷水槽22对应于所述水幕喷水缝11上方，所述喷水槽22至少将所述水幕喷水缝11覆盖，所述水幕喷管2与所述套管本体1的连接处之间均通过焊接的方式密封固定连接，以避免压力水从水幕喷水缝11的缝隙中逸出，造成不必要的水压损失。
在煤层上向钻孔过程中，孔内产生的钻屑及煤尘排出速度很快，钻屑在很短时间内即通过套管(一般套管设计长度为1m左右)，若在套管内设置雾化喷头，采用喷雾雾化粉尘的方式，短时间内无法充分雾化，湿化，流质化钻屑，其除尘效果并不明显，而本发明的水幕喷管能够在套管内形成多重压力水幕水，使钻屑及煤尘流质化，除尘效果大大提高。
另外，如图5所示，所述若干水幕喷水缝还可沿孔口排渣方向斜向排布(排渣方向如图5中箭头方向所示)，一方面水幕喷水方向与排渣方向相对一致，压力水流会对排渣产生助推作用，利于排渣；另一方面可以使套管内形成多重相互交错的水幕，且水幕的面积增大，从而提高除尘效率；并且，在套管固孔过程中，斜向错位固定在套管外壁上的水幕喷管也有利于套管的固定。
其中，所述孔口捕尘罩包括框型支架41，所述框型支架41的后侧固定套装在所述套管本体1的输出端上，所述框型支架41的顶面及左、右侧面上均设置有纱网42，所述孔口捕尘罩通过所述纱网42将所述套管本体1的输出端及钻孔孔口空间包覆，所述钻杆3先后穿过所述框型支架41的前、后侧面以及所述套管本体1，朝煤体钻进。
如图6所示，所述环形喷雾器装置6包括弧形连接管61，所述弧形连接管61跨设在所述孔口捕尘罩的上部，所述弧形连接管61的内弧面上设置有若干雾化喷头62，所述若干雾化喷头62均相对于所述弧形连接管61的弧形面圆心设立且喷口朝向所述孔口捕尘罩，所述弧形连接管61的一端设置有堵头63，所述弧形连接管61的另一端设置有带内螺纹的套环螺母64，所述供水管路7上设置有与所述套环螺母64的内螺纹对应的外螺纹接口，所述弧形连接管61通过套环螺母64与所述供水管路7螺纹连接。
捕尘罩上覆纱网，环形喷雾形成的水雾挂在纱网小眼上，以将游离于套管内上部的较轻的煤尘进行过滤，有效起到捕灭残余煤尘的作用，达到完全除尘的目的。
上述除尘装置的使用过程为：先在煤壁上施工一个大于除尘套管直径的钻孔，此段为埋管段，深度等于除尘套管进入煤体部分长度(1m左右)，将除尘套管安装在钻孔内且部分向外露出，并在套管本体1和该段钻孔之间的空隙处注入聚氨酯封堵材料固孔，将除尘套管固定在钻孔内；开启钻机钻孔施工，先开压风，钻杆3钻进时，大量煤渣由钻头位置剥离出来，由压风将煤渣从孔底排出来，开启压力水(压力水表52及控制闸阀54监控水压、流量)，压力水从供水水管5进入水幕喷管2，经喷水槽22流入套管本体1上的水幕喷水缝11，再从水幕喷水缝11喷出，喷射在除尘套管的内壁上，形成多重水幕，将钻进时产生的钻屑、煤尘流质化，形成煤泥，再沿除尘套管向下排出，即完成除尘过程，压力水的压力以高于5MPa为好。
除尘套管管口的环形喷雾器装置6和孔口捕尘罩将游离于套管口位置残余少量煤尘进行雾化、过滤，使除尘效果更加理想。
在煤层上向钻孔过程中，钻孔孔口的概念通常指的是钻孔口的径向断面面积，现有的孔口除尘作业是指在孔口范围里进行控制粉尘飞扬、达到除尘效果目的。
本发明的除尘套管及其孔口除尘装置，将孔口概念重新诠释，将孔口延伸到孔口以内的煤壁中1m深度内，延展了孔口深度，扩大了灭尘空间，并突破传统，采取湿式除尘技术，使煤粉在孔口除尘装置内流质化为煤泥排出钻孔口，使上向煤钻孔钻屑除尘达到理想效果。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (9)
1.上向煤层钻孔除尘套管，其特征在于，包括圆筒形金属套管本体，所述套管本体两侧沿径向对称设置有两组供水水管，所述供水水管上开设有若干出水接口，所述套管本体两侧侧壁上对应所述若干出水接口位置分别开设有若干水幕喷水缝，所述水幕喷水缝上设置有弧形的水幕喷管，所述水幕喷管末端封口，所述水幕喷管头端与所述供水水管的出水接口对应联通，所述水幕喷管内弧面贴在所述套管本体的外侧壁上，所述水幕喷管内弧面管壁上沿径向开设有喷水槽,所述喷水槽对应于所述水幕喷水缝上方，所述喷水槽至少将所述水幕喷水缝覆盖，所述水幕喷管与所述套管本体之间相互密封固定连接。
2.如权利要求1所述的上向煤层钻孔除尘套管，其特征在于，所述若干水幕喷水缝横向等距开设于所述套管本体侧壁的上半部，所述套管本体两侧的若干水幕喷水缝相互错位排布且至少有一部分重叠，使所述若干水幕喷水缝的作业面能够覆盖所述套管本体内部全断面。
3.如权利要求1所述的上向煤层钻孔除尘套管，其特征在于，所述若干水幕喷水缝斜向等距开设于所述套管本体侧壁的上半部，所述若干水幕喷水缝的斜切口方向与孔口排渣方向一致，所述套管本体两侧的若干水幕喷水缝相互错位排布且至少有一部分重叠，使所述若干水幕喷水缝的作业面能够覆盖所述套管本体内部全断面。
4.如权利要求1所述的上向煤层钻孔除尘套管，其特征在于，所述水幕喷管与所述套管本体之间通过焊接密封固定连接。
5.如权利要求1所述的上向煤层钻孔除尘套管，其特征在于，所述出水接口与所述水幕喷管的头端之间通过焊接密封固定连接。
6.上向煤层钻孔除尘装置，设置在上向煤层钻孔内，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的上向煤层钻孔除尘套管，所述套管本体部分固定设置在钻孔内，钻杆穿过除尘套管的套管本体，朝煤体钻进，所述供水水管与矿井内的供水管路连接；所述套管本体的输出端设置有孔口捕尘罩，所述孔口捕尘罩外部设置有环形喷雾器装置，所述环形喷雾器装置与供水管路连接。
7.如权利要求6所述的上向煤层钻孔除尘装置，其特征在于，所述供水水管输入端与三通的水平端连接，所述三通的水平另一端设置有控制闸阀，所述控制闸阀与供水管路连接，所述三通的垂直端设置有水压压力表。
8.如权利要求6所述的上向煤层钻孔除尘装置，其特征在于，所述孔口捕尘罩包括框型支架，所述框型支架的后侧固定套装在所述套管本体的输出端上，所述框型支架的顶面及左右侧面上均设置有纱网，所述孔口捕尘罩通过所述纱网将所述套管本体的输出端及钻孔孔口空间包覆，所述钻杆先后穿过所述框型支架的前、后侧面以及所述套管本体，朝煤体钻进。
9.如权利要求6所述的上向煤层钻孔除尘装置，其特征在于，所述环形喷雾器装置包括弧形连接管，所述弧形连接管跨设在所述孔口捕尘罩的上部，所述弧形连接管的内弧面上设置有若干雾化喷头，所述若干雾化喷头均相对于所述弧形连接管的弧形面圆心设立且喷口朝向所述孔口捕尘罩，所述弧形连接管的一端设置有堵头，所述弧形连接管的另一端设置有带内螺纹的套环螺母，所述供水管路上设置有与所述套环螺母的内螺纹对应的外螺纹接口，所述弧形连接管通过套环螺母与所述供水管路螺纹连接。
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