CN108678802B - 一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法，主要由液压钻机、乳化液泵站、供水系统、气液分离装置、瓦斯抽采系统、防喷装置、连接器、抽采钻杆以及冲抽钻头组成。气液分离装置、瓦斯抽采系统和乳化液泵站、供水系统通过连接器并联；抽采钻杆由钻杆和高压胶管组成；冲抽钻头由压缩弹簧、高压喷嘴、钻头滑块和钻头体组成。本装置开辟了煤层钻孔、水力扩孔和瓦斯抽采一体的新方法，可直接对煤层进行水力冲孔卸压和煤层瓦斯抽采，并且有效地减少了施工量和时间，大大地提高煤层瓦斯抽采效率，实现煤层防突目的。其结构简单，安装便捷，操作方便，具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿防突技术领域，尤其涉及一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的一种煤岩动力灾害。随着煤炭开采深度的延伸和煤体结构性能的变化，煤与瓦斯突出的危险性越来越大。为了消除低透气性煤层的突出危险性，我国煤炭企业在突出煤层开采过程中，采取了多种防突措施。通过水力冲孔技术措施能够消除低透气性煤层的突出危险，但是存在施工量大和周期长的问题，影响部分技术的普遍推广应用。同时瓦斯也成为一种新的能源，具有较高的使用价值，提高抽采效率是急需解决的主要问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的各种问题，本发明在对煤层使用水力冲孔增透后，直接进行瓦斯抽采，确保了装置能够在工程量大幅减小的前提下，提高了瓦斯抽采效率，提高工作面的生产效率，对保障矿井的安全高效生产，改善煤矿安全生产面貌具有重要意义。
本发明提供一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法，其适用于对煤层进行冲孔卸压和瓦斯抽采，能高效、安全的对煤层进行卸压增透，达到煤层防突的目的，并且大大减小施工量和周期，有效提高抽采效率。
本发明提出的一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置，由液压钻机、乳化液泵站、供水系统、气液分离装置、瓦斯抽采系统、防喷装置、连接器、抽采钻杆以及冲抽钻头组成。
连接器为空心圆筒状结构，其内部构成密封罐，连接器侧壁上具有抽采接口，连接器抽采接口依次通过管路连接有气液分离装置和瓦斯抽采系统；连接器下端具有水力接口，水力接口一端通过管路依次连接有乳化液泵站和供水系统；
抽采钻杆包括外部钻杆和位于外部钻杆内部的高压胶管，外部钻杆与高压胶管构成的环空构成抽采通道；外部钻杆下端通过连接螺扣与连接器上端连接，高压胶管下端与水力接口另一端连接；
冲抽钻头包括钻头刀头、压缩弹簧、高压喷嘴、钻头滑块、高压水通道、抽采通道、钻头体及钻头螺扣；钻头体内部为中空结构，内部设置于可相对于钻头体滑动的钻头滑块，钻头体上部设置有钻头刀头，钻头体和钻头滑块上分别设置有对应的高压水通道及抽采通道，钻头体的高压水通道中设置有高压喷嘴；钻头滑块的顶部设置有压缩弹簧，实现钻头滑块的复位；
冲抽钻头通过钻头体下部的钻头螺扣与外部钻杆上端连接，钻头滑块下端通过胶管接头与高压胶管连接；
钻头滑块上部为锥台结构，下部为圆柱结构，内部具有高压水通道，高压水通道出口布置于锥台结构的锥面上，钻头滑块圆柱结构的侧壁上设置有抽采通道；钻头体的中空结构为与钻头滑块的锥台圆柱结构相适应，其周壁上具有对应的高压水通道和抽采通道；
液压钻机与抽采钻杆连接，防喷装置设置于冲抽钻头对准的岩层或煤层位置下部。
上述一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置的防突方法，包括以下步骤：
步骤一：依次连接液压钻机上的冲抽钻头、抽采钻杆和连接器；
步骤二：将防喷装置安装在冲抽钻头对准的岩层或煤层位置；
步骤三：连接乳化液泵站、供水系统和液压钻机上的连接器，并启动各装置，对岩层或煤层进行水力钻孔；
步骤四：水力冲孔，高压水通过高压胶管进入冲抽钻头，水压使压缩弹簧压缩，钻头滑块与钻头体的高压水通道连通，高压喷嘴通道打开，高压水射出作用于煤体；
步骤五：冲孔过程时，打开防喷装置排出煤渣与水；
步骤六：关闭水力系统，冲抽钻头的钻头滑块在压缩弹簧作用下复位，高压水通道断开连接，钻头滑块与钻头体的抽采通道连通打开；
步骤七：排出大部分煤渣与水后，关闭防喷装置以保留部分煤渣与水，利用该部分煤渣与水实现对钻孔的封孔；
步骤八：连接器通过抽采接口连接气液分离装置和瓦斯抽采系统，并打开装置对煤层中的瓦斯进行抽采利用；
步骤九：瓦斯抽采完毕后，整理回收装置，便于下次使用。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
本发明开辟了煤层钻孔、水力冲孔和瓦斯抽采一体的新装置和新方法，可直接对煤层进行水力冲孔卸压和煤层瓦斯抽采，并且有效地减少了施工量和时间，大大地提高煤层瓦斯抽采效率，实现煤层防突目的。其结构简单，安装便捷，操作方便，具有较高的应用价值。通过设置防喷装置，利用钻孔冲孔的煤渣与水即可实现对钻孔的封孔作用，节省了封孔装置及材料，并且节省了施工费用和时间。
附图说明
图1为本发明煤矿钻、冲、抽一体防突装置结构示意图；
图2为连接器、抽采钻杆和冲抽钻头剖面图；
1-液压钻机、2-乳化液泵站、3-供水系统、4-气液分离装置、5-瓦斯抽采系统、6-防喷装置、7-连接器、8-抽采钻杆、9-冲抽钻头、10-岩层、11-煤层、12-煤渣与水。
701-连接螺扣、702-密封罐、703-水力接口、704-抽采接口、901-钻头刀头、902-压缩弹簧、903-高压喷嘴、904-钻头滑块、905-高压水通道、906-抽采通道、907-钻头螺扣、908-外部钻杆、909-高压胶管、910-胶管接头、911-钻头体。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
参见图1、图2，一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置，由液压钻机1、乳化液泵站2、供水系统3、气液分离装置4、瓦斯抽采系统5、防喷装置6、连接器7、抽采钻杆8以及冲抽钻头9组成。
连接器7为空心圆筒状结构，其内部构成密封罐702，连接器7侧壁上具有抽采接口704，连接器7抽采接口704依次通过管路连接有气液分离装置4和瓦斯抽采系统5；连接器7下端具有水力接口703，水力接口703一端通过管路依次连接有乳化液泵站2和供水系统3；
抽采钻杆8包括外部钻杆908和位于外部钻杆908内部的高压胶管909，外部钻杆908与高压胶管909构成的环空构成抽采通道；外部钻杆908下端通过连接螺扣701与连接器7上端连接，高压胶管909下端与水力接口703另一端连接；
冲抽钻头9包括钻头刀头901、压缩弹簧902、高压喷嘴903、钻头滑块904、高压水通道905、抽采通道906、钻头体911及钻头螺扣907；钻头体911内部为中空结构，内部设置于可相对于钻头体911滑动的钻头滑块904，钻头体911上部设置有钻头刀头901，钻头体911和钻头滑块904上分别设置有对应的高压水通道905及抽采通道906，钻头体911的高压水通道中设置有高压喷嘴903；钻头滑块904的顶部设置有压缩弹簧902，实现钻头滑块904的复位；
冲抽钻头9通过钻头体911下部的钻头螺扣907与外部钻杆908上端连接，钻头滑块904下端通过胶管接头910与高压胶管909连接；
钻头滑块904上部为锥台结构，下部为圆柱结构，内部具有高压水通道，高压水通道出口布置于锥台结构的锥面上，钻头滑块904圆柱结构的侧壁上设置有抽采通道；钻头体911的中空结构为与钻头滑块的锥台圆柱结构相适应，其周壁上具有对应的高压水通道和抽采通道；
液压钻机1与抽采钻杆8连接，防喷装置6设置于冲抽钻头9对准的岩层或煤层位置下部。
上述一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置的防突方法，包括以下步骤：
步骤一：依次连接液压钻机1上的冲抽钻头9、抽采钻杆8和连接器7；
步骤二：将防喷装置6安装在冲抽钻头9对准的岩层10或煤层11位置；
步骤三：连接乳化液泵站2、供水系统3和液压钻机1上的连接器7，并启动各装置，对岩层10或煤层11进行水力钻孔；
步骤四：水力冲孔，高压水通过高压胶管909进入冲抽钻头9，水压使压缩弹簧902压缩，钻头滑块904与钻头体911的高压水通道连通，高压喷嘴903通道打开，高压水射出作用于煤体；
步骤五：冲孔过程时，打开防喷装置6排出煤渣与水；
步骤六：关闭水力系统，冲抽钻头9的钻头滑块904在压缩弹簧902作用下复位，高压水通道断开连接，钻头滑块904与钻头体911的抽采通道连通打开；
步骤七：排出大部分煤渣与水后，关闭防喷装置以保留部分煤渣与水，利用该部分煤渣与水实现对钻孔的封孔；
步骤八：连接器7通过抽采接口704连接气液分离装置4和瓦斯抽采系统5，并打开装置对煤层中的瓦斯进行抽采利用；
步骤九：瓦斯抽采完毕后，整理回收装置，便于下次使用。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：
本发明开辟了煤层钻孔、水力冲孔和瓦斯抽采一体的新装置和新方法，可直接对煤层进行水力冲孔卸压和煤层瓦斯抽采，并且有效地减少了施工量和时间，大大地提高煤层瓦斯抽采效率，实现煤层防突目的。其结构简单，安装便捷，操作方便，具有较高的应用价值。通过设置防喷装置，利用钻孔冲孔的煤渣与水即可实现对钻孔的封孔作用，节省了封孔装置及材料，并且节省了施工费用和时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置，其特征在于，由液压钻机(1)、乳化液泵站(2)、供水系统(3)、气液分离装置(4)、瓦斯抽采系统(5)、防喷装置(6)、连接器(7)、抽采钻杆(8)以及冲抽钻头(9)组成；
连接器(7)为空心圆筒状结构，其内部构成密封罐(702)，连接器(7)侧壁上具有抽采接口(704)，连接器(7)抽采接口(704)依次通过管路连接有气液分离装置(4)和瓦斯抽采系统(5)；连接器(7)下端具有水力接口(703)，水力接口(703)一端通过管路依次连接有乳化液泵站(2)和供水系统(3)；
抽采钻杆(8)包括外部钻杆(908)和位于外部钻杆(908)内部的高压胶管(909)，外部钻杆(908)与高压胶管(909)构成的环空构成抽采通道；外部钻杆(908)下端通过连接螺扣(701)与连接器(7)上端连接，高压胶管(909)下端与水力接口(703)另一端连接；
冲抽钻头(9)包括钻头刀头(901)、压缩弹簧(902)、高压喷嘴(903)、钻头滑块(904)、高压水通道(905)、抽采通道(906)、钻头体(911)及钻头螺扣(907)；钻头体(911)内部为中空结构，内部设置于可相对于钻头体(911)滑动的钻头滑块(904)，钻头体(911)上部设置有钻头刀头(901)，钻头体(911)和钻头滑块(904)上分别设置有对应的高压水通道(905)及抽采通道(906)，钻头体(911)的高压水通道中设置有高压喷嘴(903)；钻头滑块(904)的顶部设置有压缩弹簧(902)，实现钻头滑块(904)的复位；
冲抽钻头(9)通过钻头体(911)下部的钻头螺扣(907)与外部钻杆(908)上端连接，钻头滑块(904)下端通过胶管接头(910)与高压胶管(909)连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置，其特征在于，钻头滑块(904)上部为锥台结构，下部为圆柱结构，内部具有高压水通道，高压水通道出口布置于锥台结构的锥面上，钻头滑块(904)圆柱结构的侧壁上设置有抽采通道；钻头体(911)的中空结构为与钻头滑块的锥台圆柱结构相适应，其周壁上具有对应的高压水通道和抽采通道。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置，其特征在于，液压钻机(1)与抽采钻杆(8)连接，防喷装置(6)设置于冲抽钻头(9)对准的岩层或煤层位置下部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置的防突方法，包括以下步骤：
步骤一：依次连接液压钻机上的冲抽钻头、抽采钻杆和连接器；
步骤二：将防喷装置安装在冲抽钻头对准的岩层或煤层位置；
步骤三：连接乳化液泵站、供水系统和液压钻机上的连接器，并启动各装置，对岩层或煤层进行水力钻孔；
步骤四：水力冲孔，高压水通过高压胶管进入冲抽钻头，水压使压缩弹簧压缩，钻头滑块与钻头体的高压水通道连通，高压喷嘴通道打开，高压水射出作用于煤体；
步骤五：冲孔过程时，打开防喷装置排出煤渣与水；
步骤六：关闭水力系统，冲抽钻头的钻头滑块在压缩弹簧作用下复位，高压水通道断开连接，钻头滑块与钻头体的抽采通道连通打开；
步骤七：排出大部分煤渣与水后，关闭防喷装置以保留部分煤渣与水，利用该部分煤渣与水实现对钻孔的封孔；
步骤八：连接器通过抽采接口连接气液分离装置和瓦斯抽采系统，并打开装置对煤层中的瓦斯进行抽采利用；
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