CN111287682A - 煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置 - Google Patents

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Abstract

煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，包括喷气导向头和单向通气花管，单向通气花管前端与喷气导向头后端插接配合并通过径向设置的螺栓销连接为一体；喷气导向头由前到后依次为前部的椭球端头段、中部的圆柱段和后部的插接直管段，椭球端头段和圆柱段内部沿中心线开设有一条前后通透的轴向出风分流孔，圆柱段的内部开设有圆周方向出风结构和后部出风助推结构，轴向出风分流孔、圆周方向出风结构和后部出风助推结构的进风口均与单向通气花管后端内部连通。本发明在使用时安装在封孔管的前端，在高压风的作用下使喷气导向头始终处于钻孔的中心线，并且带动抽釆管在钻孔中移动，保证抽釆管顺利插入到钻孔底部，也确保瓦斯抽采效果。

Description

煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置。
背景技术
井下抽釆钻孔施工之后，要保证瓦斯抽釆的顺利进行，必须进行插管封孔，但是由于钻孔施工过程中钻屑的大量存在，尤其是松软煤层钻进施工后钻孔中的钻屑量难以全部排出，存屑量较大，封孔管插入时难免遇到堆积钻屑，阻碍封孔管插入。又因钻杆自身重力及煤层夹矸的存在，钻孔实际上不是一个完全的直孔，有弯曲现象。封孔管插入过程中在钻孔弯曲处碰到钻孔壁，使得封孔管插到孔底难度较大，给后续的封孔带来极大不便和弊端，进而影响封孔效果及后期的瓦斯抽釆效果，给煤矿的安全生产带来极大隐患。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置, 用于在煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工之后，协助封孔管顺利插入到钻孔孔底，起到疏通钻孔，并为封孔后瓦斯抽釆提供所需要的抽釆通道。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，包括喷气导向头和单向通气花管，单向通气花管前端与喷气导向头后端插接配合并通过径向设置的螺栓销连接为一体；
喷气导向头由前到后依次为前部的椭球端头段、中部的圆柱段和后部的插接直管段，椭球端头段、圆柱段和插接直管段的中心线重合，椭球端头段的后端直径与圆柱段的直径相等，圆柱段的直径大于插接直管段的直径，椭球端头段和圆柱段内部沿中心线开设有一条前后通透的轴向出风分流孔，圆柱段的内部开设有圆周方向出风结构和后部出风助推结构，轴向出风分流孔、圆周方向出风结构和后部出风助推结构的进风口均与单向通气花管后端内部连通。
圆周方向出风结构包括在圆柱段后端面向前开设的第一圆环槽，第一圆环槽与圆柱段的中心线重合，第一圆环槽的最小直径大于轴向出风分流孔的直径，圆柱段的内部后侧沿圆周方向开设有若干个径向通孔，径向通孔的内端均与第一圆环槽的前端部对应连通。
后部出风助推结构包括在圆柱段后端面向前开设的第二圆环槽，第二圆环槽与圆柱段的中心线重合，第二圆环槽的最小直径大于第一圆环槽的最大直径，第一圆环槽沿轴向方向上的长度大于第二圆环槽沿轴向方向上的长度，圆柱段的内部前侧沿圆周方向开设有若干个L型通孔，L型通孔的一段沿圆柱段的径向方向设置且该段的内端与第二圆环槽对应连接，L型通孔的另一段平行于圆柱段的中心线且该段的后端开口位于插接直管段外圆周外部的圆柱段前端面上。
圆柱段内部在第一圆环槽的外圈开设有若干个安装槽，每个安装槽内部均滑动设有一个限位阀，限位阀的外端部与安装槽的底部之间通过一根螺旋弹簧连接。
单向通气花管上开设有若干个透气孔，单向通气花管的后端同轴线一体设有用于连接封孔管的连接管接头，插接直管段的后部插接在单向通气花管的前端内部并通过所述的螺栓销连接为一体；单向通气花管的内壁在每个透气孔处均设有一个单向阻隔塑料薄片，每个单向阻隔塑料薄片的后侧均粘贴在透气孔后侧的单向通气花管内壁上，单向阻隔塑料薄片的弧度与单向通气花管内壁的弧度一致。
采用上述技术方案，本发明在使用时，在煤矿井下钻孔成孔之后，将喷气导向头的后端的插接直管段插入单向通气花管的前端内部，使用螺栓销沿径向插入插接直管段与单向通气花管对应的销孔，并用密封胶密封。然后将单向通气花管后端的连接管接头插入封孔管，使用螺栓销沿径向插入固定。再将整个助推装置插入钻孔，在封孔管后端接上高压风管，打开高压风管的阀门，并调节风力大小，高压风通过封孔管、单向通气花管进入到喷气导向头内部，由于高压风的风向在单向通气花管内是由后向前的，因此在高压风的作用下，单向通气花管内壁粘贴的单向阻隔塑料薄片将透气孔封堵，高压风在喷气导向头的插接直管段内部前端分别进入到轴向出风分流孔、圆周方向出风结构的第一圆环槽和后部出风助推结构的第二圆环槽内部，通过轴向出风分流孔向前吹出的高压风会将钻孔内沉积的煤渣吹散，同时通过第一圆环槽的高压风向前进入到径向通孔内，由若干个径向通孔向外喷，从而使助推端头悬停在钻孔的中心线上，同时通过第二圆环槽的高压风向前进入到L型通孔内，高压风由L型通孔的出口向后喷出，该高压气流形成反喷气流，辅助操作者稍微用力向前推动封孔管即可使喷气导向头向钻孔深部运动，直至抵达钻孔前端底部。然后关闭高压风管的阀门，向钻孔的孔口处开始进行注浆封孔。注浆封孔完成后，进行瓦斯抽釆作业，将封孔管外管连接抽采管，在瓦斯抽采过程中，单向通气花管内部形成负压，单向通气花管上透气孔处的单向阻隔塑料薄片被打开，单向通气花管上的透气孔、喷气导向头端头轴向出风分流孔、圆周方向出风结构和后部出风助推结构均可以作为瓦斯气体的排放孔，从而使瓦斯由单向通气花管、封孔管和抽釆管进入抽釆系统。
喷气导向头前部的椭球端头段外面是一个光滑的半椭球面，这样可防止端头插入钻孔后触碰到钻孔壁被卡住。
圆周方向出风结构的径向通孔均匀对称布置在喷气导向头中部的圆柱段上，数量根据情况而定，主要作用是喷出左右大小相同，而上下大小不同的风量，从而保持喷气导向头始终浮在钻孔的中心线上，径向通孔的出风风量大小控制由内部的限位阀和螺旋弹簧精确控制。
L型通孔均匀对称布置在喷气导向头中部的圆柱段内，每个L型通孔的出风量相等，其作用是喷出气体，给喷气导向头一个反作用力，操作者稍微用力向前推动封孔管即可带动喷气导向头向钻孔深部运动。出风量大小可根据实际情况利用风压调节。
高压风沿轴向出风分流孔从喷气导向头前端部喷出，可吹动钻孔前部堆积煤渣，起到预先疏通堵塞钻孔的作用。
限位阀是一个外表光滑的金属圆柱体，通过螺旋弹簧两端连接到安装槽底部和限位阀上，位于喷气导向头上部的限位阀由于重力作用会拉伸螺旋弹簧向下伸出安装槽，阻挡上部一部分第一安装槽的空间，从而使得位于第一圆环槽上部的径向通孔出风量小，而位于喷气导向头下部的限位阀在自身重力作用下会压缩螺旋弹簧，扩大一部分第一安装槽通过的空间，从而使下部的径向通孔出风量较大，若干个径向通孔组合使得总体出风量的浮力基本等于喷气导向头及前部封孔管的重力，进而保持喷气导向头处于钻孔的中心位置。
单向通气花管是一段塑料直管段，单向通气花管上的每个透气孔在其内部管径表面贴有一个和管径弧度一致的单向阻隔薄片。整个单向通气花管的作用是气流只能从外部通过透气孔进入花管内部，而内部的气体无法压到外部。单向通气花管在管内通入高压气体时单向阻隔薄片在压力作用下会盖住透气孔，防止气流外漏，在后期的瓦斯抽釆过程中，单向通气花管内部是负压作用，单向阻隔薄片向单向通气花管内部翘起，瓦斯可通过单向通气花管上的透气孔进入单向通气花管进入抽釆管最终到达抽釆系统，在向前推进喷气导向头的过程中，由于单向阻隔薄片的存在，还能防止煤渣进入单向通气花管，保证了瓦斯抽釆的正常进行。
综上所述，本发明原理科学、结构紧凑，使用时安装在封孔管的前端，在高压风的作用下特殊的结构设计使装置的喷气导向头始终处于钻孔的中心线，并且带动抽釆管在钻孔中移动，保证抽釆管顺利插入到钻孔底部，也确保瓦斯抽采效果。
附图说明
图1是本发明中喷气导向头的主视结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的轴向剖视图；
图4是图3中A-A剖视图；
图5是图3中B-B剖视图；
图6是图3中C-C剖视图；
图7是本发明中单向通气花管的主视图；
图8是图7的轴向剖视图；
图9是图8中D-D剖视图。
具体实施方式
如图1-图9所示，本发明的煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，包括喷气导向头和单向通气花管17，单向通气花管17前端与喷气导向头后端插接配合并通过径向设置的螺栓销连接为一体；
喷气导向头由前到后依次为前部的椭球端头段2、中部的圆柱段1和后部的插接直管段4，椭球端头段2、圆柱段1和插接直管段4的中心线重合，椭球端头段2的后端直径与圆柱段1的直径相等，圆柱段1的直径大于插接直管段4的直径，椭球端头段2和圆柱段1内部沿中心线开设有一条前后通透的轴向出风分流孔13，圆柱段1的内部开设有圆周方向出风结构和后部出风助推结构，轴向出风分流孔13、圆周方向出风结构和后部出风助推结构的进风口均与单向通气花管17后端内部连通。
圆周方向出风结构包括在圆柱段1后端面向前开设的第一圆环槽12，第一圆环槽12与圆柱段1的中心线重合，第一圆环槽12的最小直径大于轴向出风分流孔13的直径，圆柱段1的内部后侧沿圆周方向开设有若干个径向通孔3，径向通孔3的内端均与第一圆环槽12的前端部对应连通。
后部出风助推结构包括在圆柱段1后端面向前开设的第二圆环槽11，第二圆环槽11与圆柱段1的中心线重合，第二圆环槽11的最小直径大于第一圆环槽12的最大直径，第一圆环槽12沿轴向方向上的长度大于第二圆环槽11沿轴向方向上的长度，圆柱段1的内部前侧沿圆周方向开设有若干个L型通孔6，L型通孔6的一段沿圆柱段1的径向方向设置且该段的内端与第二圆环槽11对应连接，L型通孔6的另一段平行于圆柱段1的中心线且该段的后端开口位于插接直管段4外圆周外部的圆柱段1前端面上。
圆柱段1内部在第一圆环槽12的外圈开设有若干个安装槽10，每个安装槽10内部均滑动设有一个限位阀8，限位阀8的外端部与安装槽10的底部之间通过一根螺旋弹簧9连接。
单向通气花管17上开设有若干个透气孔15，单向通气花管17的后端同轴线一体设有用于连接封孔管的连接管接头18，插接直管段4的后部插接在单向通气花管17的前端内部并通过所述的螺栓销连接为一体；单向通气花管17的内壁在每个透气孔15处均设有一个单向阻隔塑料薄片14，每个单向阻隔塑料薄片14的后侧均粘贴在透气孔15后侧的单向通气花管17内壁上，单向阻隔塑料薄片14的弧度与单向通气花管17内壁的弧度一致。
本发明在使用时，在煤矿井下钻孔成孔之后，将喷气导向头的后端的插接直管段4插入单向通气花管17的前端内部，使用螺栓销沿径向插入插接直管段4与单向通气花管17对应的销孔5，并用密封胶密封。然后将单向通气花管17后端的连接管接头18插入封孔管，使用螺栓销沿径向插入固定。再将整个助推装置插入钻孔，在封孔管后端接上高压风管，打开高压风管的阀门，并调节风力大小，高压风通过封孔管、单向通气花管17进入到喷气导向头内部，由于高压风的风向在单向通气花管17内是由后向前的，因此在高压风的作用下，单向通气花管17内壁粘贴的单向阻隔塑料薄片14将透气孔15封堵，高压风在喷气导向头的插接直管段4内部前端分别进入到轴向出风分流孔13、圆周方向出风结构的第一圆环槽12和后部出风助推结构的第二圆环槽11内部，通过轴向出风分流孔13向前吹出的高压风会将钻孔内沉积的煤渣吹散，同时通过第一圆环槽12的高压风向前进入到径向通孔3内，由若干个径向通孔3向外喷，从而使助推端头悬停在钻孔的中心线上，同时通过第二圆环槽11的高压风向前进入到L型通孔6内，高压风由L型通孔6的出口向后喷出，该高压气流形成反喷气流，辅助操作者稍微用力向前推动封孔管即可使喷气导向头向钻孔深部运动，直至抵达钻孔前端底部。然后关闭高压风管的阀门，向钻孔的孔口处开始进行注浆封孔。注浆封孔完成后，进行瓦斯抽釆作业，将封孔管外管连接抽采管，在瓦斯抽采过程中，单向通气花管17内部形成负压，单向通气花管17上透气孔15处的单向阻隔塑料薄片14被打开，单向通气花管17上的透气孔15、喷气导向头端头轴向出风分流孔13、圆周方向出风结构和后部出风助推结构均可以作为瓦斯气体的排放孔，从而使瓦斯由单向通气花管17、封孔管和抽釆管进入抽釆系统。
喷气导向头前部的椭球端头段2外面是一个光滑的半椭球面，这样可防止端头插入钻孔后触碰到钻孔壁被卡住。
圆周方向出风结构的径向通孔3均匀对称布置在喷气导向头中部的圆柱段1上，数量根据情况而定，主要作用是喷出左右大小相同，而上下大小不同的风量，从而保持喷气导向头始终浮在钻孔的中心线上，径向通孔3的出风风量大小控制由内部的限位阀8和螺旋弹簧9精确控制。
L型通孔6均匀对称布置在喷气导向头中部的圆柱段1内，每个L型通孔6的出风量相等，其作用是喷出气体，给喷气导向头一个反作用力，操作者稍微用力向前推动封孔管即可带动喷气导向头向钻孔深部运动。出风量大小可根据实际情况利用风压调节。
高压风沿轴向出风分流孔13从喷气导向头前端部喷出，可吹动钻孔前部堆积煤渣，起到预先疏通堵塞钻孔的作用。
限位阀8是一个外表光滑的金属圆柱体，通过螺旋弹簧9两端连接到安装槽10底部和限位阀8上，位于喷气导向头上部的限位阀8由于重力作用会拉伸螺旋弹簧9向下伸出安装槽10，阻挡上部一部分第一安装槽10的空间，从而使得位于第一圆环槽12上部的径向通孔3出风量小，而位于喷气导向头下部的限位阀8在自身重力作用下会压缩螺旋弹簧9，扩大一部分第一安装槽10通过的空间，从而使下部的径向通孔3出风量较大，若干个径向通孔3组合使得总体出风量的浮力基本等于喷气导向头及前部封孔管的重力，进而保持喷气导向头处于钻孔的中心位置。
单向通气花管17是一段塑料直管段，单向通气花管17上的每个透气孔15在其内部管径表面贴有一个和管径弧度一致的单向阻隔薄片。整个单向通气花管17的作用是气流只能从外部通过透气孔15进入花管内部，而内部的气体无法压到外部。单向通气花管17在管内通入高压气体时单向阻隔薄片在压力作用下会盖住透气孔15，防止气流外漏，在后期的瓦斯抽釆过程中，单向通气花管17内部是负压作用，单向阻隔薄片向单向通气花管17内部翘起，瓦斯可通过单向通气花管17上的透气孔15进入单向通气花管17进入抽釆管最终到达抽釆系统，在向前推进喷气导向头的过程中，由于单向阻隔薄片的存在，还能防止煤渣进入单向通气花管17，保证了瓦斯抽釆的正常进行。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，其特征在于：包括喷气导向头和单向通气花管，单向通气花管前端与喷气导向头后端插接配合并通过径向设置的螺栓销连接为一体；
喷气导向头由前到后依次为前部的椭球端头段、中部的圆柱段和后部的插接直管段，椭球端头段、圆柱段和插接直管段的中心线重合，椭球端头段的后端直径与圆柱段的直径相等，圆柱段的直径大于插接直管段的直径，椭球端头段和圆柱段内部沿中心线开设有一条前后通透的轴向出风分流孔，圆柱段的内部开设有圆周方向出风结构和后部出风助推结构，轴向出风分流孔、圆周方向出风结构和后部出风助推结构的进风口均与单向通气花管后端内部连通。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，其特征在于：圆周方向出风结构包括在圆柱段后端面向前开设的第一圆环槽，第一圆环槽与圆柱段的中心线重合，第一圆环槽的最小直径大于轴向出风分流孔的直径，圆柱段的内部后侧沿圆周方向开设有若干个径向通孔，径向通孔的内端均与第一圆环槽的前端部对应连通。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，其特征在于：后部出风助推结构包括在圆柱段后端面向前开设的第二圆环槽，第二圆环槽与圆柱段的中心线重合，第二圆环槽的最小直径大于第一圆环槽的最大直径，第一圆环槽沿轴向方向上的长度大于第二圆环槽沿轴向方向上的长度，圆柱段的内部前侧沿圆周方向开设有若干个L型通孔，L型通孔的一段沿圆柱段的径向方向设置且该段的内端与第二圆环槽对应连接，L型通孔的另一段平行于圆柱段的中心线且该段的后端开口位于插接直管段外圆周外部的圆柱段前端面上。
4.根据权利要求2所述的煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，其特征在于：圆柱段内部在第一圆环槽的外圈开设有若干个安装槽，每个安装槽内部均滑动设有一个限位阀，限位阀的外端部与安装槽的底部之间通过一根螺旋弹簧连接。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下用于瓦斯抽釆钻孔插管的风力助推装置，其特征在于：单向通气花管上开设有若干个透气孔，单向通气花管的后端同轴线一体设有用于连接封孔管的连接管接头，插接直管段的后部插接在单向通气花管的前端内部并通过所述的螺栓销连接为一体；单向通气花管的内壁在每个透气孔处均设有一个单向阻隔塑料薄片，每个单向阻隔塑料薄片的后侧均粘贴在透气孔后侧的单向通气花管内壁上，单向阻隔塑料薄片的弧度与单向通气花管内壁的弧度一致。
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