CN110374665B - 一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置及使用方法，包括瓦斯收集筒体和抽放短管，所述瓦斯收集筒体包括上部半圆形筒体和下部半圆弧板，上部半圆形筒体与下部半圆弧板相对设置且可拆卸连接；所述上部半圆形筒体包括内圆弧板和外圆弧板，内圆弧板、外圆弧板、两个弧形连接板和两个矩形连接板围成气室，所述内圆弧板上开设多个抽气孔，抽放短管外表面设有瓦斯浓度监测口，瓦斯浓度监测口与瓦斯浓度监测仪连接，在抽放短管内部与外圆弧板的外表面连接处装有筛网；抽放短管的另一端通过抽排管路与瓦斯抽排装置连通。其安装及拆卸方便，能有效降低喷孔发生时的瓦斯浓度，同时能对煤粉与瓦斯二次分离保证瓦斯的抽采效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯收集装置及使用方法，具体是一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置及使用方法。
背景技术
煤层是指植物遗体经复杂的生物化学作用、地质作用转变而成的层状固体可燃矿产。它赋存于含煤岩系之中，位于顶底板岩石之间。在煤炭开采过程中，需要用钻机进行打孔，但是在一些情况下，钻孔施工过程中或钻孔施工完毕后，会出现在较短时间内连续不断地从钻孔中喷出煤渣和瓦斯的现象，该现象被称为钻孔喷孔。短时间内从钻孔中喷出的大量瓦斯会使得巷道中的瓦斯浓度异常升高，危及井下施工人员的人身安全。
目前，在煤矿现场，关于防喷孔的装置也有一些应用，如申请号为201510923415.0的中国专利，提出了一种防喷孔及钻井装置，该装置用水将喷出的煤渣沉降，进而气渣分离；又如申请号为201220699879.X的中国专利，将煤渣和瓦斯的混合物收集到排渣筒中，再利用瓦斯抽采设备将瓦斯抽放出去，上述这些装置虽然能起到防喷孔的作用，但是其装置及工艺均太复杂，并且对极松软煤层而言，由于粉煤不易沉降，所以上述方法的使用效果较差。目前，一些煤矿由于地质运动的原因，煤层起伏较大，再加上煤层硬度较低，极易形成粉末状，在钻孔时，由于高瓦斯压力的作用下，钻杆一见煤就会发生喷孔现象，且十分严重。而上述防喷孔装置无法及时处理喷出的煤粉和瓦斯，从而就会导致堵塞装置的抽排管路，更严重会使得装置从钻孔中退出，影响施工进程。另外，上述装置需要在钻孔初期就进行安装，导致安装及使用后的拆卸非常不方便。
综上，现有的防喷孔装置无法解决高瓦斯极松软煤层喷孔导致的瓦斯浓度异常升高的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置及使用方法，结构简单，安装及拆卸方便，能有效降低喷孔发生时的瓦斯浓度，同时能对煤粉与瓦斯二次分离保证瓦斯的抽采效果，最终保证巷道内的人员安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置，包括瓦斯收集筒体和抽放短管，
所述瓦斯收集筒体包括上部半圆形筒体和下部半圆弧板，上部半圆形筒体与下部半圆弧板相对设置且可拆卸连接，使上部半圆形筒体与下部半圆弧板之间形成钻杆通孔，上部半圆形筒体的外表面与下部半圆弧板的外表面均设有固定安装孔；
所述上部半圆形筒体包括内圆弧板和外圆弧板，内圆弧板和外圆弧板同圆心设置，内圆弧板和外圆弧板之间通过两个弧形连接板和两个矩形连接板固定连接，使内圆弧板、外圆弧板、两个弧形连接板和两个矩形连接板围成气室，所述内圆弧板上开设多个抽气孔，抽放短管的一端固定在外圆弧板的外表面且与气室连通，抽放短管内装有抽放阀门，在抽放阀门与气室之间的抽放短管外表面设有瓦斯浓度监测口，瓦斯浓度监测口与瓦斯浓度监测仪连接，在抽放短管内部与外圆弧板的外表面连接处装有筛网；抽放短管的另一端通过抽排管路与瓦斯抽排装置连通。
进一步，所述上部半圆形筒体与下部半圆弧板的连接处设有L型连接口，上部半圆形筒体与下部半圆弧板通过L型连接口相对固定。采用L型连接口能便于上部半圆形筒体与下部半圆弧板的组装及拆卸。
进一步，所述抽放短管为两个，两个抽放短管对称设置在外圆弧板的外表面。设置两个，能增加瓦斯的抽排量，从而保证本装置的防喷孔效果。
一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置的使用方法，具体步骤为：
A、先对预抽采的极松软煤层进行勘探，确定所需钻孔的一侧巷道壁与极松软煤层之间的距离；
B、在钻杆上连接钻头直径为114mm～143mm的钻头Ⅰ从巷道壁向极松软煤层钻孔，形成钻孔深度为1m～1.5m的钻孔Ⅰ后，退出钻头Ⅰ；钻孔具体深度由高压瓦斯气体和煤粉动能决定，钻孔深度太浅，则瓦斯无法被抽入气室而喷出瓦斯收集筒体，造成巷道瓦斯浓度超标，或者钻孔深度太深，煤粉堆积在瓦斯收集筒体中，会影响装置正常工作；
C、将钻杆更换连接钻头直径为75mm～94mm的钻头Ⅱ，然后伸入钻孔Ⅰ内继续向极松软煤层钻进，在钻进的深度接近勘探得出的巷道壁与极松软煤层之间的距离时停止钻进，将上部半圆形筒体和下部半圆弧板依次插入钻孔Ⅰ内，两者通过L型连接口组成瓦斯收集筒体，用铆钉通过固定安装孔将瓦斯收集筒体与巷道壁固定连接，为了防止在使用过程中瓦斯收集筒体从钻孔中滑出，导致无法继续进行使用；最后将瓦斯浓度监测口与瓦斯浓度监测仪连接，并采用抽排管路将抽采短管与瓦斯抽排装置连通；
D、完成瓦斯收集装置的安装后，使钻杆在上部半圆形筒体与下部半圆弧板之间形成的钻杆通孔内继续向极松软煤层钻进，当钻杆钻进到极松软煤层并出现喷孔现象时，停止钻杆钻进，然后开启瓦斯抽排装置和抽放阀门，使气室内形成负压，此时从极松软煤层喷出的煤粉及瓦斯在到达上部半圆形筒体后，瓦斯会经过抽气孔进入气室内，大部分煤粉会从钻杆通孔排出，少部分跟随瓦斯经抽气孔进入气室内，完成初次的煤粉与瓦斯分离；然后在气室内的瓦斯与煤粉受负压影响向抽放短管移动，经过筛网的过滤后，使瓦斯经抽放短管、抽排管路达到瓦斯抽排装置，而煤粉被留在气室内，从而完成二次的瓦斯与煤粉分离过程；在瓦斯收集装置持续工作过程中，瓦斯浓度检测仪通过瓦斯浓度监测口实时监测抽采短管内的瓦斯浓度，当监测的瓦斯浓度值低于设定安全值时，停止瓦斯抽排装置工作并关闭抽放阀门；
E、钻杆继续进行钻进，若再出现喷孔现象重复步骤D，直至钻杆达到所需的钻进深度；
F、钻杆完成该钻孔的施工后，将瓦斯收集装置从钻孔Ⅰ内拆卸，并将清理气室中的煤粉，为下一钻孔准备，最后将钻杆从钻孔Ⅰ内退出；
G、在巷道壁上重复步骤A至F，进行下一钻孔的施工，如此循环，直至完成整个巷道壁的钻孔施工过程。
与现有技术相比，本发明采用瓦斯收集筒体、抽放短管、抽排管路和瓦斯抽排装置相结合方式，先采用较大直径的钻头Ⅰ形成钻孔Ⅰ，然后再用较小直径的钻头Ⅱ在钻孔Ⅰ内继续钻进一定距离后将本瓦斯收集装置安装到钻孔Ⅰ内，钻杆带动钻头Ⅱ继续在本瓦斯收集装置中间的钻杆通孔内进行钻进，当钻杆钻进到极松软煤层并出现喷孔现象时，停止钻杆钻进，然后开启瓦斯抽排装置和抽放阀门，使气室内形成负压，此时从极松软煤层喷出的煤粉及瓦斯在到达上部半圆形筒体后，瓦斯会经过抽气孔进入气室内，大部分煤粉会从钻杆通孔排出，少部分跟随瓦斯进入气室内，完成初次的煤粉与瓦斯分离；然后在气室内的瓦斯与煤粉受负压影响向抽放短管移动，经过筛网的过滤后，使瓦斯经抽放短管、抽排管路达到瓦斯抽排装置，而煤粉被留在气室内，从而完成二次的瓦斯与煤粉分离过程；在瓦斯收集装置持续工作过程中，瓦斯浓度检测仪通过瓦斯浓度监测口实时监测抽采短管内的瓦斯浓度，当监测的瓦斯浓度值低于设定安全值时，停止瓦斯抽排装置工作并关闭抽放阀门；因此本发明具有结构简单，安装及拆卸方便，能有效降低喷孔发生时的瓦斯浓度，同时能对煤粉与瓦斯二次分离保证瓦斯的抽采效果，最终保证巷道内的人员安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中拆除抽排管路和瓦斯抽排装置的左视图；
图3是图1中拆除抽排管路和瓦斯抽排装置的俯视图；
图4是本发明中上部半圆形筒体的结构示意图。
图中：1、下部半圆弧板，2、L型连接口，3、筛网，4、瓦斯浓度监测口，5、抽放阀门，6、抽放短管，7、抽排管路，8、瓦斯抽排装置，9、固定安装孔，10、上部半圆形筒体，10.1、内圆弧板，10.2、外圆弧板，10.3、弧形连接板，10.4、矩形连接板，10.5、气室，11、钻杆，12、抽气孔。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，以图1的上方为上方、下方为下方进行专利描述，一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置，包括瓦斯收集筒体和抽放短管6，
所述瓦斯收集筒体包括上部半圆形筒体10和下部半圆弧板1，上部半圆形筒体10与下部半圆弧板1相对设置且可拆卸连接，使上部半圆形筒体10与下部半圆弧板1之间形成钻杆通孔，上部半圆形筒体10的外表面与下部半圆弧板1的外表面均设有固定安装孔9；
所述上部半圆形筒体10包括内圆弧板10.1和外圆弧板10.2，内圆弧板10.1和外圆弧板10.2同圆心设置，内圆弧板10.1和外圆弧板10.2之间通过两个弧形连接板10.3和两个矩形连接板10.3固定连接，使内圆弧板10.1、外圆弧板10.2、两个弧形连接板10.3和两个矩形连接板10.4围成气室10.5，所述内圆弧板10.1上开设多个抽气孔12，抽放短管6的一端固定在外圆弧板10.2的外表面且与气室10.5连通，抽放短管6内装有抽放阀门5，在抽放阀门5与气室10.5之间的抽放短管6外表面设有瓦斯浓度监测口4，瓦斯浓度监测口4与瓦斯浓度监测仪连接，在抽放短管6内部与外圆弧板10.2的外表面连接处装有筛网3；抽放短管6的另一端通过抽排管路7与瓦斯抽排装置8连通。
上述的瓦斯抽排装置8和瓦斯浓度检测仪均为现有设备
进一步，所述上部半圆形筒体10与下部半圆弧板1的连接处设有L型连接口2，上部半圆形筒体10与下部半圆弧板1通过L型连接口2相对固定。
进一步，所述抽放短管6为两个，两个抽放短管6对称设置在外圆弧板10.2的外表面。
一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置的使用方法，具体步骤为：
A、先对预抽采的极松软煤层进行勘探，确定所需钻孔的一侧巷道壁与极松软煤层之间的距离；
B、在钻杆11上连接钻头直径为114mm～143mm的钻头Ⅰ从巷道壁向极松软煤层钻孔，形成钻孔深度为1m～1.5m的钻孔Ⅰ后，退出钻头Ⅰ；钻孔具体深度由高压瓦斯气体和煤粉动能决定，钻孔深度太浅，则瓦斯无法被抽入气室10.5而喷出瓦斯收集筒体，造成巷道瓦斯浓度超标，或者钻孔深度太深，煤粉堆积在瓦斯收集筒体中，会影响装置正常工作；
C、将钻杆11更换连接钻头直径为75mm～94mm的钻头Ⅱ，然后伸入钻孔Ⅰ内继续向极松软煤层钻进，在钻进的深度接近勘探得出的巷道壁与极松软煤层之间的距离时停止钻进，将上部半圆形筒体10和下部半圆弧板1依次插入钻孔Ⅰ内，两者通过L型连接口2组成瓦斯收集筒体，用铆钉通过固定安装孔9将瓦斯收集筒体与巷道壁固定连接，为了防止在使用过程中瓦斯收集筒体从钻孔中滑出，导致无法继续进行使用；最后将瓦斯浓度监测口4与瓦斯浓度监测仪连接，并采用抽排管路7将抽采短管6与瓦斯抽排装置8连通；
D、完成瓦斯收集装置的安装后，使钻杆11在上部半圆形筒体10与下部半圆弧板1之间形成的钻杆通孔内继续向极松软煤层钻进，当钻杆11钻进到极松软煤层并出现喷孔现象时，停止钻杆11钻进，然后开启瓦斯抽排装置8和抽放阀门5，使气室10.5内形成负压，此时从极松软煤层喷出的煤粉及瓦斯在到达上部半圆形筒体10后，瓦斯会经过抽气孔12进入气室10.5内，大部分煤粉会从钻杆通孔排出、少部分跟随瓦斯经抽气孔12进入气室10.5内，完成初次的煤粉与瓦斯分离；然后在气室10.5内的瓦斯与煤粉受负压影响向抽放短管6移动，经过筛网3的过滤后，使瓦斯经抽放短管6、抽排管路7达到瓦斯抽排装置8，而煤粉被留在气室10.5内，从而完成二次的瓦斯与煤粉分离过程；在瓦斯收集装置持续工作过程中，瓦斯浓度检测仪通过瓦斯浓度监测口4实时监测抽采短管6内的瓦斯浓度，当监测的瓦斯浓度值低于设定安全值时，停止瓦斯抽排装置8工作并关闭抽放阀门5；
E、钻杆11继续进行钻进，若再出现喷孔现象重复步骤D，直至钻杆达到所需的钻进深度；
F、钻杆11完成该钻孔的施工后，将瓦斯收集装置从钻孔Ⅰ内拆卸，并将清理气室中的煤粉，为下一钻孔做准备，最后将钻杆11从钻孔Ⅰ内退出；
G、在巷道壁上重复步骤A至F，进行下一钻孔的施工，如此循环，直至完成整个巷道壁的钻孔施工过程。
试验证明：
试验1：在湖南省煤业集团嘉禾矿业有限公司2254西底板巷1-1#钻孔安装该装置，钻孔1-1#方位为282°，倾角53°，长度30m，岩孔长度23.5m，煤孔长度6m，抽采负压为20Kpa，钻孔孔径为75mm，装置进岩深度为1m，所用钻头Ⅰ的直径为127mm，钻头Ⅱ见煤后发生喷孔，开启瓦斯抽采装置，通过瓦斯浓度监测仪观测到装置抽采瓦斯浓度为91.2％，有效减少喷入巷道中的瓦斯量，效果良好。
试验2：在湖南省煤业集团嘉禾矿业有限公司2254西底板巷3-1#钻孔安装该装置，钻孔1-1#方位为282°，倾角53°，长度34.5m，岩孔长度24.9m，煤孔长度9.1m，抽采负压为20Kpa，钻孔孔径为87mm，装置进岩深度为1.3m，所用钻头Ⅰ的直径为132mm，钻头Ⅱ见煤后发生喷孔，开启瓦斯抽采装置，通过瓦斯浓度监测仪观测到装置抽采瓦斯浓度为90.5％，有效减少喷入巷道中的瓦斯量，效果良好。
Claims (2)
1.一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置，其特征在于，包括瓦斯收集筒体和抽放短管（6），
所述瓦斯收集筒体包括上部半圆形筒体（10）和下部半圆弧板（1），上部半圆形筒体（10）与下部半圆弧板（1）相对设置且可拆卸连接，使上部半圆形筒体（10）与下部半圆弧板（1）之间形成钻杆通孔，上部半圆形筒体（10）的外表面与下部半圆弧板（1）的外表面均设有固定安装孔（9）；所述上部半圆形筒体（10）与下部半圆弧板（1）的连接处设有L型连接口（2），上部半圆形筒体（10）与下部半圆弧板（1）通过L型连接口（2）相对固定；
所述上部半圆形筒体（10）包括内圆弧板（10.1）和外圆弧板（10.2），内圆弧板（10.1）和外圆弧板（10.2）同圆心设置，内圆弧板（10.1）和外圆弧板（10.2）之间通过两个弧形连接板（10.3）和两个矩形连接板（10.4）固定连接，使内圆弧板（10.1）、外圆弧板（10.2）、两个弧形连接板（10.3）和两个矩形连接板（10.4）围成气室（10.5），所述内圆弧板（10.1）上开设多个抽气孔（12），抽放短管（6）的一端固定在外圆弧板（10.2）的外表面且与气室（10.5）连通，抽放短管（6）内装有抽放阀门（5），在抽放阀门（5）与气室（10.5）之间的抽放短管（6）外表面设有瓦斯浓度监测口（4），瓦斯浓度监测口（4）与瓦斯浓度监测仪连接，在抽放短管（6）内部与外圆弧板（10.2）的外表面连接处装有筛网（3）；抽放短管（6）的另一端通过抽排管路（7）与瓦斯抽排装置（8）连通；所述抽放短管（6）为两个，两个抽放短管（6）对称设置在外圆弧板（10.2）的外表面。
2.一种根据权利要求1所述用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
A、先对预抽采的极松软煤层进行勘探，确定所需钻孔的一侧巷道壁与极松软煤层之间的距离；
B、在钻杆（11）上连接钻头直径为114mm～143mm的钻头Ⅰ从巷道壁向极松软煤层钻孔，形成钻孔深度为1m~1.5m的钻孔Ⅰ后，退出钻头Ⅰ；
C、将钻杆（11）更换连接钻头直径为75mm～94mm的钻头Ⅱ，然后伸入钻孔Ⅰ内继续向极松软煤层钻进，在钻进的深度接近勘探得出的巷道壁与极松软煤层之间的距离时停止钻进，将上部半圆形筒体（10）和下部半圆弧板（1）依次插入钻孔Ⅰ内，两者通过L型连接口（2）组成瓦斯收集筒体，用铆钉通过固定安装孔（9）将瓦斯收集筒体与巷道壁固定连接，最后将瓦斯浓度监测口（4）与瓦斯浓度监测仪连接，并采用抽排管路（7）将抽采短管（6）与瓦斯抽排装置（8）连通；
D、完成瓦斯收集装置的安装后，使钻杆（11）在上部半圆形筒体（10）与下部半圆弧板（1）之间形成的钻杆通孔内继续向极松软煤层钻进，当钻杆（11）钻进到极松软煤层并出现喷孔现象时，停止钻杆（11）钻进，然后开启瓦斯抽排装置（8）和抽放阀门（5），使气室（10.5）内形成负压，此时从极松软煤层喷出的煤粉及瓦斯在到达上部半圆形筒体（10）后，瓦斯会经过抽气孔（12）进入气室（10.5）内，大部分煤粉会从钻杆通孔排出、少部分跟随瓦斯经抽气孔（12）进入气室（10.5）内，完成初次的煤粉与瓦斯分离；然后在气室（10.5）内的瓦斯与煤粉受负压影响向抽放短管（6）移动，经过筛网（3）的过滤后，使瓦斯经抽放短管（6）、抽排管路（7）达到瓦斯抽排装置（8），而煤粉被留在气室（10.5）内，从而完成二次的瓦斯与煤粉分离过程；在瓦斯收集装置持续工作过程中，瓦斯浓度检测仪通过瓦斯浓度监测口（4）实时监测抽采短管（6）内的瓦斯浓度，当监测的瓦斯浓度值低于设定安全值时，停止瓦斯抽排装置（8）工作并关闭抽放阀门（5）；
E、钻杆（11）继续进行钻进，若再出现喷孔现象重复步骤D，直至钻杆达到所需的钻进深度；
F、钻杆（11）完成该钻孔的施工后，将瓦斯收集装置从钻孔Ⅰ内拆卸，并将清理气室中的煤粉，为下一钻孔做准备，最后将钻杆（11）从钻孔Ⅰ内退出；
G、在巷道壁上重复步骤A至F，进行下一钻孔的施工，如此循环，直至完成整个巷道壁的钻孔施工过程。
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