CN107676124B - 一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置,属于煤矿瓦斯抽采技术领域。该装置包含气动高压水泵组,钻孔修复手持装置,钻孔内的高压修复管路,气动高压水泵组的进气端与井下压风管路连接,气动高压水泵组的进水端与井下供水管路连接,气动高压水泵组的高压水输出端通过高压软管连接至钻孔修复手持装置,钻孔修复手持装置连接至高压修复管路的一端,高压修复管路的另一端上连接有钻孔修复喷头。本发明实现了煤矿井下操作简便、快速修复失效钻孔目的,此外在失效钻孔修复过程中同步进行筛管护孔,本发明还能达到失效钻孔修复和钻孔护孔的技术效果,彻底解决瓦斯抽采钻孔因塌孔、缩径、煤渣积聚等导致失效问题。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域,涉及一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置。
背景技术
我国煤矿井下瓦斯抽采起步较早,尤其近年来煤矿瓦斯抽采技术装备的不断发展,已由最初的单纯保障煤矿安全生产发展到采煤采气一体化的综合开发的新阶段。但钻孔瓦斯抽采依然是煤矿井下主要的瓦斯抽采方式,也是煤矿治理煤与瓦斯突出的根本措施,有效的减少矿井瓦斯涌出。
由于我国煤层地质条件复杂多变,在抽采钻孔施工过程中,由于煤体强度比岩层小,尤其是松软破碎煤层,受地应力、瓦斯含量和煤体强度等因素影响,抽采钻孔普遍存在塌孔、缩径、煤渣积聚等;另外,由于开采活动引起的钻孔周围应力变化,会造成钻孔周围煤体位移形变,进一步造成钻孔成孔后的采动坍塌,最终导致抽采钻孔堵塞。
瓦斯抽采钻孔因塌孔、煤渣等堵塞后,阻断了瓦斯涌出和流动的通道,改变了瓦斯在钻孔内原有的正常的流动通道,使得瓦斯在钻孔内流动受阻,并最终造成钻孔失效,致使抽采钻孔服务周期短,严重影响瓦斯抽采效率,导致抽采达标时间长及区域抽采效果不均衡,限制了高瓦斯及突出矿井的抽掘采顺利衔接,给煤矿安全生产留下安全隐患。
针对抽采钻孔塌孔堵孔等导致的钻孔失效问题,煤矿现场通常采用压风吹孔、掏孔等方法,应用效果不明显,甚至导致塌孔堵孔更为严重。中国专利文献CN 106437521A公告的《一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置及方法》、CN 205477467U《一种自进式旋转气体射流修复瓦斯抽采钻孔的装置》介绍了利用高压气体射流进行钻孔修复,但在钻孔内有含水情况时,无法有效进行疏通和排渣;中国专利文献CN201210489910.1公告的《煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法》介绍了“临时封孔、合理负压、循环修复”模式,但该工艺操作复杂,修复效率低,采用连续油管作为高压水输送管路无法有效修复倾角较大钻孔,另外涉及的钻孔修复设备结构复杂笨重,且附带设备较多,不利于实现快速修复钻孔;综上目前现有的瓦斯抽采失效钻孔修复方法存在很多问题,无法有效解决抽采钻孔塌孔、堵孔导致的钻孔失效修复问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置,从而实现煤矿井下操作简便、快速修复失效钻孔目的,此外在失效钻孔修复过程中同步进行筛管护孔,实现失效钻孔修复和钻孔护孔的技术效果,彻底解决瓦斯抽采钻孔因塌孔、缩径、煤渣积聚等导致失效问题。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置,该装置包含气动高压水泵组,钻孔修复手持装置,钻孔内的高压修复管路,所述气动高压水泵组的进气端与井下压风管路连接,所述气动高压水泵组的进水端与井下供水管路连接,所述气动高压水泵组的高压水输出端通过高压软管连接至所述钻孔修复手持装置,所述钻孔修复手持装置连接至高压修复管路的一端,所述高压修复管路的另一端上连接有钻孔修复喷头。
进一步,所述气动高压水泵组包含矿用气动马达和高压水泵头,所述矿用气动马达通过泵压风管路连接至井下压风管路,用于为所述高压水泵头提供动力输出,所述泵压风管路上设置有压风阀;所述高压水泵头的进水端通过泵供水管路连接至井下供水管路,为所述钻孔修复手持装置提供高压水,所述泵供水管路上设置有供水阀。
进一步,所述高压修复管路包含至少一节高压修复管,所述高压修复管由不锈钢材质制成,每节高压修复管长度为1~3m,所述高压修复管的节间通过螺纹连接并通过密封圈密封。
进一步,所述钻孔修复手持装置由手持柄,开关,手持装置握把和管路连接部组成,所述手持柄,手持装置握把和开关用以在瓦斯抽采钻孔外握持和启停钻孔修复手持装置。
进一步,所述钻孔修复喷头的一端设置有前喷嘴和至少一个后喷嘴,所述前喷嘴用于疏通瓦斯抽采失效钻孔内的煤渣,所述后喷嘴用于将瓦斯抽采失效钻孔内的煤渣排出孔外。
进一步,所述钻孔修复喷头的一端还设置有至少一个前侧向喷嘴,所述前喷嘴的方向与所述钻孔修复喷头的轴向方向一致,所述前侧向喷嘴的方向与所述钻孔修复喷头的轴向方向成15°~45°夹角,所述后喷嘴的方向与所述钻孔修复喷头的轴向方向成15°~60°夹角。
进一步,所述前喷嘴、后喷嘴以及前侧向喷嘴的直径满足:
其中,d为喷嘴直径,mm;P为工作压力,kgf/cm2;Q为工作流量,L/min;n为前喷嘴、后喷嘴以及前侧向喷嘴的总数;η为喷嘴效率,取1.05~1.1。
进一步,还包括筛管,所述筛管套在所述高压修复管路外,在修复瓦斯抽采失效钻孔过程中一同放入瓦斯抽采失效钻孔内,所述筛管用于在塌孔堵孔处对钻孔形成支撑,并在瓦斯抽采钻孔内构建瓦斯流通的通道。
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为本发明的瓦斯抽采失效钻孔修复装置的系统示意图;
图2为本发明的瓦斯抽采失效钻孔修复装置的钻孔修复手持装置示意图;
图3为本发明的瓦斯抽采失效钻孔修复装置的高压修复管示意图;
图4为本发明的瓦斯抽采失效钻孔修复装置的钻孔修复喷头示意图;
图中各标记如下:
1-井下压风管路,2-井下供水管路,3-泵压风管路,4-压风阀,5-矿用气动马达,6-高压水泵头,7-泵供水管路,8-供水阀,9-高压水管路,10-钻孔修复手持装置,11-筛管,12-煤层,13-瓦斯抽采钻孔,14-高压修复管路,15-钻孔修复喷头,16-钻孔塌孔堵孔处;
10.1-开关,10.2-高压软管接头,10.3-手持装置握把,10.4-管路连接部;
14.1-高压修复管杆,14.2-高压修复管螺纹接头,14.3-高压修复管密封圈槽,14.4-高压修复管内接头;
15.1-前喷嘴,15.2-前侧向喷嘴,15.3-后喷嘴,15.4-钻孔修复喷头接头螺纹。
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1所示为本发明的瓦斯抽采失效钻孔修复装置的系统示意图,本发明主要由矿用气动马达5,高压水泵头6,高压修复管路14、钻孔修复手持装置10、钻孔修复喷头15和高压水管路9组成;矿用气动马达5与高压水泵头6连接组成轻型气动高压水泵组,矿用气动马达5的进气端通过泵压风管路3连接至井下压风管路1,泵压风管路3上还设置有压风阀4,高压水泵头6的进水端通过泵供水管路7连接至井下供水管路2,泵供水管路7上还设置有供水阀8,高压水泵头6出水端通过高压水管路9与钻孔修复手持装置10连接,钻孔修复手持装置10与高压修复管路14连接,高压修复管路14与钻孔修复喷头15连接。
轻型气动高压水泵组是失效钻孔修复主要部分,通过压风阀4控制矿用气动马达5的启停操作;高压泵头6提供失效钻孔修复的高压水输出,通过供水阀8控制泵供水管路7的开闭,出水端通过高压水管路9输出高压水供失效钻孔修复。
如图2所示,钻孔修复手持装置10控制钻孔修复操作的启停,由开关10.1、高压软管接头10.2、手持装置握把10.3和管路连接部10.4组成;开关10.1控制失效钻孔修复过程中高压水管的开闭;高压软管接头10.2连接高压水管路9;手持装置握把10.3是在失效钻孔修复过程中手握持的部位,用于推拉钻孔内高压管;管路连接部10.4连接高压修复管路14,为钻孔内修复管路提供高压水。
如图3所示,单节高压修复管采用螺纹、两道密封圈和锥面密封方式,保障高压修复管路密封效果;高压修复管路由多节修复管连接起来,单节高压修复管由高压修复管杆14.1、高压修复管螺纹接头14.2、高压修复管密封圈槽14.3和高压修复管内接头14.4组成;使用过程中,在高压修复管密封槽14.3安装两道密封圈,将一节高压修复管螺纹接头14.2与另一节高压修复管内接头14.4进行连接。
如图4所示,钻孔修复喷头由前喷嘴15.1、前侧向喷嘴15.2和后喷嘴15.3组成,钻孔修复过程中,前喷嘴15.1和前侧向喷嘴15.2疏通失效钻孔塌孔堵孔处16的煤渣,后喷嘴15.3将瓦斯抽采失效钻孔13内的煤渣排出孔外,高压水泵组提供高压水通过高压修复管路14与钻孔修复喷头接头螺纹15.4连接,在钻孔修复喷头15上形成水射流对瓦斯抽采钻孔13进行疏通,并将煤渣排出钻孔。
钻孔修复喷头15的结构参数,其中喷嘴(包括前喷嘴15.1、前侧向喷嘴15.2和后喷嘴15.3)的数量、喷嘴(包括前喷嘴15.1、前侧向喷嘴15.2和后喷嘴15.3)的直径等参数,根据不同煤层条件下,气动高压水泵提供的水压和流量参数,由公式计算可得:
式中:d为喷嘴直径,mm;P为工作压力,kgf/cm2;Q为工作流量,L/min;n为喷嘴个数;η为喷嘴效率,取1.05~1.1。
钻孔修复喷头15的结构参数,其中喷嘴的角度参数,包括前喷嘴角度、前侧喷嘴角度和后喷嘴角度,根据煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔径范围,前喷嘴15.1与钻孔修复喷头轴向一致,前侧向喷嘴15.2与钻孔修复喷头轴向角度范围在15~45°,后喷嘴15.3与钻孔修复喷头轴向角度范围在30~60°。
抽采钻孔修复过程:首先打开压风阀4和供水阀8,调节高压水泵头出水压力、流量,然后开启开关10.1,查看高压修复管路14、钻孔修复喷头15是否正常工作;检查完毕后,将高压修复管路14放入筛管11内同步下入瓦斯抽采钻孔13,并不断增加高压修复管路14和筛管11的长度,直至达到煤层12中瓦斯抽采钻孔13的钻孔塌孔堵孔处16,开启手持开关10.1,钻孔修复喷头15输出的高压水射流冲开封堵积聚的煤渣,并将煤渣排出瓦斯抽采钻孔13外,最终实现钻孔修复和钻孔护孔的目的。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明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 (3)
1.一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置,其特征在于:该装置包含气动高压水泵组,钻孔修复手持装置,钻孔内的高压修复管路,所述气动高压水泵组的进气端与井下压风管路连接,所述气动高压水泵组的进水端与井下供水管路连接,所述气动高压水泵组的高压水输出端通过高压软管连接至所述钻孔修复手持装置,所述钻孔修复手持装置连接至高压修复管路的一端,所述高压修复管路的另一端上连接有钻孔修复喷头;
所述钻孔修复喷头的一端设置有前喷嘴和至少一个后喷嘴,所述前喷嘴用于疏通瓦斯抽采失效钻孔内的煤渣,所述后喷嘴用于将瓦斯抽采失效钻孔内的煤渣排出孔外;
所述钻孔修复喷头的一端还设置有至少一个前侧向喷嘴,所述前喷嘴的方向与所述钻孔修复喷头的轴向方向一致,所述前侧向喷嘴的方向与所述钻孔修复喷头的轴向方向成15°~45°夹角,所述后喷嘴的方向与所述钻孔修复喷头的轴向方向成15°~60°夹角;
所述前喷嘴、后喷嘴以及前侧向喷嘴的直径满足:
其中,d为喷嘴直径,mm;P为工作压力,kgf/cm2;Q为工作流量,L/min;n为前喷嘴、后喷嘴以及前侧向喷嘴的总数;η为喷嘴效率,取1.05~1.1;
所述气动高压水泵组包含矿用气动马达和高压水泵头,所述矿用气动马达通过泵压风管路连接至井下压风管路,用于为所述高压水泵头提供动力输出,所述泵压风管路上设置有压风阀;
所述高压水泵头的进水端通过泵供水管路连接至井下供水管路,为所述钻孔修复手持装置提供高压水,所述泵供水管路上设置有供水阀;
还包括筛管,所述筛管套在所述高压修复管路外,在修复瓦斯抽采失效钻孔过程中一同放入瓦斯抽采失效钻孔内,所述筛管用于在塌孔堵孔处对钻孔形成支撑,并在瓦斯抽采钻孔内构建瓦斯流通的通道。
2.根据权利要求1所述的一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置,其特征在于:所述高压修复管路包含至少一节高压修复管,所述高压修复管由不锈钢材质制成,每节高压修复管长度为1~3m,所述高压修复管的节间通过螺纹连接并通过密封圈密封。
3.根据权利要求1所述的一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置,其特征在于:所述钻孔修复手持装置由手持柄,开关,手持装置握把和管路连接部组成,所述手持柄,手持装置握把和开关用以在瓦斯抽采钻孔外握持和启停钻孔修复手持装置。
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