CN106869855A - 一种全自动防止瓦斯超限装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动防止瓦斯超限装置，包括依次连接的高压胶囊固孔器、自动复位封孔器及缓冲箱，高压胶囊固孔器采用胶囊取代水泥作为固孔介质，不仅大大减少了固孔时间，还能实现重复使用；自动复位封孔器通过氮气弹簧提供的力实现了常闭功能，在没有外部动力源的情况下也能夹紧钻杆，实现了封堵突出瓦斯的目的；总的来说，该防瓦斯超限装置提高了工作效率，实现了瓦斯涌出瞬间自动封堵功能，即使失去动力源也能实现封堵功能，有效的保证了施工安全。
Description
技术领域
本发明属于土层或岩石的钻进、采矿领域，具体涉及一种全自动防止瓦斯超限装置。
背景技术
在煤矿开采过程中，存在很多自然灾害，其中瓦斯灾害是最常见的一种。目前，瓦斯灾害治理的主要手段是先钻孔、再抽采，在瓦斯突出不严重的地带施工的孔一般不需要特别措施，而在瓦斯突出严重的地方施工的孔则要进行特别防护。
现有瓦斯防突孔的施工防护装置如附图1所示，该装置由固孔水泥1、套管2、双油缸封孔器3组成。使用时，先用钻机施工一个10-15m岩石孔4，再将套管2埋放至孔内并用固孔水泥1封堵套管外壁与孔壁之间的间隙，使套管2与孔壁粘合；待水泥充分凝固后，将双油缸封孔器3与套管2上的法兰盘连接，至此，本装置安装完成。工作时，钻机的钻头、钻杆5穿过该装置继续沿岩石孔4向里施工，直至穿过煤层。施工过程中，如有瓦斯突出，施工人员控制双油缸封孔器夹紧钻杆5，使突出瓦斯被封堵在双油缸封孔器3、套管2、钻杆5之间形成的密封空间内，达到防止瓦斯涌出的目的。
现有的施工防护装置主要存在以下几点不足：
(1)施工周期长：为保证套管和孔壁之间的强度，需要施工的岩石孔较长，且使用水泥作为粘合剂，凝固时间长，一般成功埋放这样一个固孔装置的周期约为3天；
(2)成本高：由于施工的岩石孔长，相应使用的套管、水泥也多，且需要的工时也多；
(3)不可重复利用：使用水泥将套管凝固在孔内后，套管只能在该孔使用，不能重复利用；
(4)封堵不严，有泄露：被夹紧的钻杆在使用一段时间后会磨损变细，由于双油缸封孔器的卡瓦是刚性材料，当钻杆变细后，封孔器在夹紧过程中会出现夹不住钻杆的问题，即卡瓦和钻杆之间存在间隙，这样就起不到封堵的作用；
(5)存在失效的可能：由于封孔器采用两个双作用油缸进行夹紧、松开动作，当没有外部高压油时(瓦斯突出严重时，工作面会自动断电)，该封孔器不能起作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单、易于施工且夹紧可靠、不易失效的全自动防止瓦斯超限装置。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全自动防止瓦斯超限装置，包括依次连接的高压胶囊固孔器、自动复位封孔器及缓冲箱，所述高压胶囊固孔器主要由内管、前封管、后封管及胶囊组成，所述前封管与后封管设置在内管两端，所述胶囊套装在内管外且两端分别与前封管及后封管连接，前封管、胶囊、后封管及内管间共同组成填充腔，所述前封管上设有与填充腔相连通的接口；所述自动复位封孔器主要由活塞、进油接头、出油接头、安装座、设置在安装座内的卡瓦及对称设置在安装座两端的缸筒组成，所述缸筒内设有氮气弹簧，所述活塞穿过安装座且两端分别与卡瓦及氮气弹簧连接，所述进油接头与出油接头设置在缸筒上，且进油接头及出油接头与由活塞、缸筒及安装座组成的油腔相对应。
进一步，所述前封管端头处设有法兰盘，所述自动复位封孔器一侧固定在法兰盘上。
进一步，还包括与自动复位封孔器进油接头相连的自动换向控制阀。
进一步，还包括设置在缓冲箱后方处的瓦斯传感器，所述瓦斯传感器一端与自动断电控制箱连接，另一端与钻机电机相连。
进一步，所述前封管与后封管上对应设有O型密封圈。
进一步，所述内管上设有限位螺母，所述限位螺母位于内管上后封管一端。
进一步，所述卡瓦为复合卡瓦，主要由基座及设置在基座上的柔性层组成。
本发明的有益效果在于：
(1)该防瓦斯超限装置采用了新的高压胶囊固孔器，其整体长度不足1m，需要施工的孔短，省时省力；采用胶囊取代水泥作为固孔介质，具有固孔快速、方便、承受力大等优点，不仅大大减少了固孔时间，提高了整体效率，同时，还能实现重复使用，显著节约了成本投入。
(2)采用新的自动复位封孔器，通过氮气弹簧提供的力实现了常闭功能，在没有外部动力源的情况下也能夹紧钻杆，实现了封堵突出瓦斯的目的，结构简单且可靠。卡瓦采用柔性层和刚性基座相结合的结构，即保证了强度，又保证了密封性，具有自动补偿夹紧功能。
总的来说，该防瓦斯超限装置大大减少固孔时间，实现了瓦斯涌出瞬间自动封堵功能，即使失去动力源也能实现封堵功能，有效的保证了施工安全。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为现有瓦斯防突孔施工防护装置结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为高压胶囊固孔器的结构示意图；
图4为自动复位封孔器的结构示意图；
图5为卡瓦的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图2-5所示，本发明中的全自动防止瓦斯超限装置，包括依次连接的高压胶囊固孔器6、自动复位封孔器7及缓冲箱8，所述高压胶囊固孔器6主要由内管61、前封管62、后封管63及胶囊64组成，所述前封管62与后封管63设置在内管61两端，所述胶囊64套装在内管61外且两端分别与前封管62及后封管63连接，前封管、胶囊、后封管及内管间共同组成填充腔，所述前封管上设有与填充腔相连通的接口65；所述自动复位封孔器7主要由活塞71、进油接头、出油接头、安装座72、设置在安装座72内的卡瓦73及对称设置在安装座72两端的缸筒74组成，所述缸筒74内设有氮气弹簧75，所述活塞71穿过安装座72且两端分别与卡瓦73及氮气弹簧75连接，所述进油接头与出油接头设置在缸筒上，且进油接头及出油接头与由活塞、缸筒及安装座组成的油腔相对应。
本实施例中的高压胶囊固孔器6采用高压油或高压水涨紧胶囊64，具体的，高压油或者高压水经接口65进入前封管62与内管61之间的流道，再通过流道进入前封管62、胶囊64、内管61、后封管63之间形成的填充腔内。在高压油或高压水的作用下，胶囊64向外扩张，进而使得胶囊64的外壁与孔壁66紧贴，依靠胶囊与孔壁66之间产生的力，使整个固孔器牢牢地固定在孔内。没有高压油或高压水作用时，该固孔器可从孔内取出，实现了固孔器的重复使用。
本实施例中的封孔器可通过氮气弹簧75实现自动复位，具体的，高压液压油从进油接头进入由缸筒74、活塞71及安装座72组成的油腔76内，在高压油的驱动下，活塞71带动卡瓦73压缩氮气弹簧75，从而使卡瓦73松开。当有瓦斯突出时，高压液压油卸荷，卡瓦73在氮气弹簧75的作用下自动复位至夹紧状态。在无高压液压油进入油腔76的情况下，卡瓦73在氮气弹簧75的作用下自动保持夹紧状态。
该装置的安装过程为：首先使用钻机施工一个1m左右的岩石孔，然后将煤矿用高压胶囊固孔器6放置在孔内，再利用钻机的高压油使固孔器的胶囊64涨紧孔壁。安装好固孔器后，再将自动复位封孔器7、缓冲箱8依次连接。自动复位封孔器进油接头与自动换向控制阀11相连，自动换向控制阀11另一端连接在钻机的高压油源上。缓冲箱8后方处设有瓦斯传感器9，其一端与自动断电控制箱10连接，另一端与钻机电机相连。缓冲箱8上设有出气口，该出气口与井下瓦斯抽放系统连接，可将封堵前涌出的瓦斯抽走。
钻机工作时，钻机的高压油通过自动换向控制阀11向自动复位封孔器7供油，使自动复位封孔器7处于松开状态。钻机的钻头、钻杆穿过防护装置后，可继续向里施工直至穿过煤层。当有瓦斯突出时，瓦斯传感器9监测到瓦斯后会向自动断电控制箱10传输信号，使自动断电控制箱10自动切断钻机电源，在钻机停止工作的状态下，自动换向控制阀11换向，使自动复位封孔器7的高压油卸荷，卸荷后自动复位封孔器7夹紧钻杆，从而达到封堵瓦斯的作用。
本实施例中，高压胶囊固孔器6的前封管62与后封管63上对应设有O型密封圈67，用以保证密封性。其内管上设有限位螺母68，所述限位螺母68位于内管61上后封管一端，用以保证后封管位置的可靠性；对应的，前封管端头处设有法兰盘，前封管5依靠端头处的法兰盘限定位置且自动复位封孔器7通过法兰盘固定在高压胶囊固孔器6上。
作为上述方案的进一步改进，所述卡瓦73为复合卡瓦，主要由基座731及设置在基座731上的柔性层732组成。工作过程中，每根钻杆直径大小可能不一致，卡瓦73采用柔性层732和刚性基座731的复合结构，其柔性层732形成的密封圆小于刚性材料卡瓦基座731形成的圆，可实现夹紧补偿，保证卡瓦始终夹紧钻杆。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：包括依次连接的高压胶囊固孔器、自动复位封孔器及缓冲箱，所述高压胶囊固孔器主要由内管、前封管、后封管及胶囊组成，所述前封管与后封管设置在内管两端，所述胶囊套装在内管外且两端分别与前封管及后封管连接，前封管、胶囊、后封管及内管间共同组成填充腔，所述前封管上设有与填充腔相连通的接口；所述自动复位封孔器主要由活塞、进油接头、出油接头、安装座、设置在安装座内的卡瓦及对称设置在安装座两端的缸筒组成，所述缸筒内设有氮气弹簧，所述活塞穿过安装座且两端分别与卡瓦及氮气弹簧连接，所述进油接头与出油接头设置在缸筒上，且进油接头及出油接头与由活塞、缸筒及安装座组成的油腔相对应。
2.根据权利要求1所述的全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：所述前封管端头处设有法兰盘，所述自动复位封孔器一侧固定在法兰盘上。
3.根据权利要求1所述的全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：还包括与自动复位封孔器进油接头相连的自动换向控制阀。
4.根据权利要求1所述的全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：还包括设置在缓冲箱后方处的瓦斯传感器，所述瓦斯传感器一端与自动断电控制箱连接，另一端与钻机电机相连。
5.根据权利要求1所述的全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：所述前封管与后封管上对应设有O型密封圈。
6.根据权利要求1所述的全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：所述内管上设有限位螺母，所述限位螺母位于内管上后封管一端。
7.根据权利要求1所述的全自动防止瓦斯超限装置，其特征在于：所述卡瓦为复合卡瓦，主要由基座及设置在基座上的柔性层组成。
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