CN111456656B - 煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法 - Google Patents

Abstract

煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，包括以下步骤：（1）安装钻孔扩孔段封孔管件；（2）将翼形水渣气分流器的与钻孔扩孔段封孔管件的下端口连接；（3）对应连接翼形水渣气分流器、负压储能器、水渣收集器、控制系统以及巷道内的瓦斯抽采管路；（4）在钻杆上套设上钻杆密封导向装置，将钻杆密封导向装置固定连接到翼形水渣气分流器的中连接口，钻杆安装到钻机上，固定钻机；（5）开启钻机进行钻进作业。本发明原理科学，设计合理，自动化程度高，在穿层钻孔施工过程中可方便了瓦斯、水、煤渣的分离，并防止在底抽巷钻孔施工过程发生喷孔时瓦斯涌入巷道引起瓦斯超限事故。

Description

煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法

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底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法。

背景技术

底抽巷，也被称为底板巷道，位于煤层下方的岩层，是指布置在煤层底板的巷道。从煤层底板巷道向煤层施工穿层钻孔进行瓦斯抽采，已经成为高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井进行区域及局部消突的必要手段。而在穿层钻孔施工过程中，一般要采用水力排渣及水力割煤，钻杆进入煤层之后，大量的瓦斯、伴着煤渣及水瞬间冲出钻孔，极易引起喷孔，造成底板巷道瓦斯超限报警，引起瓦斯事故，轻者影响生产，重者造成人员伤亡。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法, 旨在为防止底板巷道钻孔施工过程中喷孔的瓦斯超限事故；使喷出的瓦斯、煤渣、水得到有序的疏导、分离、存放，使钻进能稳步进行。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，包括以下步骤，

（1）选择底抽巷的钻孔地点，先用较大钻头施工钻孔外端口的扩孔段，在扩孔段内安装钻孔扩孔段封孔管件；

（2）翼形水渣气分流器的上部设有一个连接口，翼形水渣气分流器的下部具有上、中、下三个连接口，将翼形水渣气分流器的上部的一个连接口与钻孔扩孔段封孔管件的下端口连接；

（3）翼形水渣气分流器的上、下连接口分别连接负压储能器和水渣收集器，负压储能器顶部和水渣收集器顶部通过负压抽取管连接，控制系统的对应监测点或传感器分别通过控制电缆连接在翼形水渣气分流器、负压储能器和水渣收集器的对应位置；负压储能器的排气口通过瓦斯排放管与巷道内的瓦斯抽采管路连接；

（4）在钻杆上套设上钻杆密封导向装置，将钻杆密封导向装置固定连接到翼形水渣气分流器的中连接口，钻杆安装到钻机上，固定钻机；

（5）开启钻机进行钻进作业，在岩层或者没有喷孔迹象的煤层钻进过程中，水、渣由翼形水渣气分流器进入到水渣收集器内，瓦斯气体直接进入到负压储能器，水渣收集器内较少的瓦斯气体经负压抽取管进入到负压储能器内；当钻进至煤层时，由于瓦斯压力或者水力割煤产生的大量瓦斯气体的突然沿着钻孔向外喷出，此时翼形水渣气分流器的上连接口直接与负压储能器连通，喷出的瓦斯进入到负压储能器内，由于在钻杆外部设置了钻杆密封导向装置，从而避免了钻进过程的喷孔。

翼形水渣气分流器的上端口与钻孔扩孔段封孔管件的下端口通过法兰连接，翼形水渣气分流器的下部通过下连接管与水渣收集器顶部连接，翼形水渣气分流器的上部通过上连接管与负压储能器连接，钻杆密封装置设置在翼形水渣气分流器的中连接口；

钻孔扩孔段封孔管件包括封孔管、第一法兰和第二法兰，第一法兰同轴线设置在封孔管的外圆，第二法兰同轴线设置在封孔管的下端口，第一法兰位于第二法兰上方，第一法兰到第二法兰的距离小于第一法兰到封孔管上端口的距离；扩孔段的长度大于等于第一法兰到封孔管上端口的距离；

翼形水渣气分流器包括中心管、上翼管、下翼管、第三法兰和第四法兰，第三法兰同轴线设在中心管上端口，第四法兰同轴线设在中心管下端口，上翼管和下翼管的上端口分别连接在中心管的上部和下部，上翼管和下翼管关于中心管的中心对称布置，上翼管的下端口通过第一管接头与上连接管的上端口连接，下翼管的下端口通过第二管接头与下连接管的上端口连接。

钻杆密封装置包括第五法兰、第六法兰、定位套、内滑套和若干个滚柱，第五法兰外圆周开设有一圈与第四法兰一一对应的外连接孔，第五法兰和第四法兰通过穿过外连接孔的螺栓组件对应连接，第五法兰下表面在外连接孔的内侧开设有一圈内螺纹盲孔，第六法兰的外圆周开设有一圈与内螺纹盲孔一一对应的内连接孔，内连接孔内自下而上穿入螺栓，螺栓上部与伸入并螺纹连接到内螺纹盲孔内，定位套上端面与第六法兰下端面同轴线固定连接，第六法兰的内径大于定位套的内径，内滑套同轴线设置在第六法兰内部，若干个滚柱滚动设置在内滑套的外圆与第六法兰的内圈之间的环形间隙内，内滑套的中心孔为与钻杆横断面形状匹配的圆形或三角形；内滑套的内圆沿轴向方向设有导向键，钻杆外圆沿轴向方向设有与导向键配合的导向槽。

水渣收集器包括呈长方体形状的收集箱，收集箱顶部设有平衡进气口和进渣管接头，收集箱一侧面上部与负压抽取管的进口连接，进渣管接头与下连接管的出口连接，收集箱的一侧面下部设有排污管；

平衡进气口设置在收集箱顶部的左后侧一角处，排污管设置在收集箱底部的右前侧一角处，平衡进气口内固定设有平衡进气管，平衡进气管上端设有快插接头，收集箱顶部的下表面铺设有一排沿左后侧到右前侧方向间隔布置的至少三根喷射支管，喷射支管的两端口均封堵，平衡进气管的下端口通过一根喷射主管与所有的喷射支管连通，每根喷射支管的下部均开设有朝向右前下方喷射的喷射孔；

收集箱底部铺设有由左后侧高向右前侧低的导料底板，导料底板的右前侧的最低处与排污管的内孔下边沿齐平。

负压储能器包括支架，支架上设有负压箱，负压箱的上部为四棱柱状结构，负压箱的下部为上大下小的四棱锥形结构，负压箱顶部与上翼管之间通过引流管连接，负压箱顶部设有瓦斯进气管接头、大口径进气管接头和大口径出气管接头，瓦斯进气管接头与负压抽取管的出口连接，大口径进气管接头与上连接管下端口连接，大口径出气管接头与过瓦斯排放管的进口连接，负压箱的四棱锥结构的下端设有水渣排出管；大口径出气管接头内部螺纹连接有内套筒，内套筒的下端固定设有滤网，内套筒的中心孔为六棱柱结构。

控制系统包括PLC控制器、压力传感器、瓦斯传感器、第一排污电磁阀、第二排污电磁阀、第一超声波传感器、第二超声波传感器、防喷常闭电磁阀、排气电磁阀、平衡电磁阀；压力传感器和瓦斯传感器均设置在上翼管上，第一排污电磁阀设置在排污管上，第二排污电磁阀设置在水渣排出管上，第二排污电磁阀设置在水渣排出管上，第一超声波传感器设置在收集箱顶部用于监测收集箱内水渣高度，第二超声波传感器设置在负压箱顶部用于监测负压箱内水渣高度，防喷常闭电磁阀安装在大口径进气管接头上，排气电磁阀安装在大口径出气管接头上，平衡电磁阀安装在负压箱顶部。

步骤（1）中在扩孔段内安装钻孔扩孔段封孔管件的具体过程为：扩孔段完成之后，用密封剂涂于第一法兰到封孔管上端口的封孔管的管壁外，然后将封孔管迅速插入扩孔段，通过第一法兰上的安装孔向底抽巷底部的岩石钻孔，然后用膨胀螺丝穿过安装孔将钻孔扩孔段封孔装置固定于岩石之上。

钻杆外圆沿轴向方向开设有导向槽，步骤（4）中钻杆上套设上钻杆密封导向装置的具体操作过程为：先将第六法兰通过螺栓伸入并螺纹连接到第五法兰的内螺纹盲孔内，然后将第六法兰将钻杆伸入到定位套内，使钻杆外圆上的导向槽与内滑套内壁的导向键相配合，再将第五法兰通过穿过外连接孔的螺栓组件与第四法兰对应连接，钻杆向上推进到中心筒和封孔管内。

步骤（5）的具体工作过程为：

启动钻机开始钻进，同时操控PLC控制器打开排气电磁阀，关闭防喷常闭电磁阀；在开始的岩层或者没有喷孔迹象的煤层钻进过程中，钻出的水、渣进入到中心管内，由于重力作用的存在会通过下连接管进入收集箱内，钻进过程中产生的瓦斯气体由于密度比空气轻，在负压储能器中负压作用下会顺着引流管进入负压箱，由于煤渣的存在水渣收集器内产生的少量瓦斯会通过其上部的负压抽取管进入负压箱，负压箱内的瓦斯最后通过瓦斯排放管进入巷道内的瓦斯抽采管路；

钻杆在向上钻进过程中，钻杆与内滑套之间具有微小间隙（0.1-0.2mm），钻杆外圆上的导向槽与内滑套内壁的导向键配合，钻杆在高速旋转时带动内滑套在第六法兰内部并通过滚柱转动，钻杆沿着导向键向前推进，内滑套由于中心管内负压的作用，瓦斯和粉尘不会通过间隙溢出，当钻进至煤层时，由于瓦斯压力或者水力割煤产生的大量瓦斯气体的突然沿着钻孔喷出，就会产生喷孔，由于喷孔时大量瓦斯气体的涌出，短时间内造成瓦斯传感器和压力传感器的监控的信号数值迅速升高，达到预先设定阈值，控制器就会根据信号判断，发出声光警示，语音提示停止钻进，同时发出信号打开防喷常闭电磁阀，大量煤粉、水及少量瓦斯通过下翼管进入收集箱，然后收集箱内瓦斯会通过负压抽取管进入负压箱流入巷道内的瓦斯抽采管路，同时大量瓦斯气体和部分煤粉通过上翼管直接进入负压储能器，瓦斯气体最后流入巷道内的瓦斯抽采管路，而煤粉由于重力作用会沉积在负压箱底部的水里，煤粉被清除沉积在负压箱的底部；直至瓦斯传感器的值和压力传感器的值都低于设定值，控制器还会继续发出信号延时一定时间继续控制防喷常闭电磁阀开启状态保持瓦斯排放；直至PLC控制器语音提示开始正常钻进为止。此过程也可人工控制。

在钻进过程中根据负压箱及收集箱内的积水和积渣深度会通过超声波传感器探测到并显示在PLC控制器的屏幕之上，一旦某个容器积水积渣深度达到预先设定值，PLC控制器就会发出声光警示，并语音提示：停止钻进，排放负压储能器内的水渣，或者提示：停止钻进，排放水渣收集器内的水渣；一旦停止钻进，PLC控制器就会向水渣收集器及负压储能器达到限定积水积渣高度的排渣口处的电磁阀发出信号，第一排污电磁阀、第二排污电磁阀打开，水渣排出负压箱和收集箱，达到预定排放高度之后，PLC控制器发出信号，第一排污电磁阀、第二排污电磁阀关闭，并语音提示：排渣完成，可以继续钻进；此排渣过程也可在控制系统上选择人工操作；在负压箱内沉积的水渣排渣时，PLC控制器打开平衡电磁阀，负压箱内外压力相等，负压箱内的水渣在自身重力的作用下，即可自动排出负压箱。

采用上述技术方案，翼形水渣气分流器在安装时上端通过第三法兰、密封圈用螺丝及螺母与第二法兰连接，下端通过第四法兰与钻杆密封装置连接。翼形水渣气分流器是分流钻孔施工过程中产生的岩石钻屑、煤层钻屑、瓦斯气体的装置，上翼管、下翼管与封孔管形成的夹角处曲面过渡，便于煤渣、水以及钻孔施工产生的瓦斯进行分离。由于穿层钻孔施工有一定的倾斜角度，用于导流水、渣的下翼管靠下放置（位于钻孔下侧），工作时水、渣由于重力作用通过下翼管及下连接管流入水渣收集器。上翼管靠上侧布置（位于钻孔下侧），上翼管与负压储能器之间上连接有一根引流管连接，小规模钻进作业时涌出的瓦斯通过引流管在负压作用下排入负压储能器。另外，由于瓦斯气体大于空气密度，负压储能器的位置低于上翼管，瓦斯也便于从引流管流入负压储能器。

钻杆密封装置是为了密封钻杆与翼形水气渣分流装置的中心管之间的空隙，防止翼形水气渣分流装置内的渣体和气流冲出巷道引起瓦斯超限。其中内滑套是一个和使用钻杆紧密接触的环形套筒，可根据不同直径、不同外形的钻杆选择适合的内滑套，内滑套内径与钻杆外径大致相等。第五法兰与第四法兰连接，内滑套在第六法兰内部并通过滚柱转动连接并添加润滑油润滑。这样钻杆穿过定位套、内滑套并伸入到中心管在钻进时，内滑套与钻杆一起在第六法兰内部转动，并且在第四法兰和定位套的限位下，而不会做沿钻杆方向的轴向移动，保证了钻进乃至钻孔喷孔期间瓦斯气体不会通过钻杆密封装置涌入巷道，保障了钻进的安全性。

负压储能器的负压箱其结构是一个用钢板加工而成的刚性密封中空的负压箱，其体积大小根据喷孔时涌出的煤粉及瓦斯量确定，负压箱内底部存有一定量的水，排入的带有煤粉的瓦斯进入负压箱后具有一定的除尘效果。内套筒和滤网的设置，可避免粉尘进入到巷道内的瓦斯抽采管路，当滤网堵塞时，可通过外六棱柱扳手伸入内套筒，转动外六棱柱扳手将内套筒向上旋出，然后更换滤网。滤网可通过沿内套筒圆周方向均匀设置的若干螺钉固定连接在内套筒的下端部。这样便于拆装滤网。

水渣收集器其结构也是一个用钢板加工而成的刚性密封中空的收集箱，其体积大小根据一个钻孔排出的水及渣体量确定。在钻进作业时，平衡进气管与巷道内空气连通，通过喷射支管上的喷射孔与收集箱内部连通，从而确保收集箱内外压力平衡，确保负压抽取瓦斯的可靠性。钻孔时水和渣通过下翼管、下连接管流入到收集箱内底部沉积，第一超声波传感器监测到水渣沉积到一定高度时，PLC控制器向第一排污电磁阀发出打开的信号，水渣混合物由排污管排出。当本发明不使用时，对收集箱内部沉淀的水渣进行全部清理，可将高压水管连接快插接头，高压水通过平衡进气管、喷射主管和若干个喷射支管后，最后经喷射支管上的喷射孔喷出，对收集箱底部铺设的导料底板表面进行彻底清理，水渣混合物经排污管排出。导料底板由左后侧高向右前侧低倾斜设置，这样避免水渣沉积的产生死角，有助于水渣顺畅排出收集箱。

控制系统主要采用一个PLC控制器，并通过人机交互显示界面、继电器、数模转换模块、防爆外壳、常开型电磁阀、常闭型电磁阀、压力传感器、瓦斯浓度传感器、超声波传感器、声光提示装置、连接导线等组成。PLC控制器起到压力、瓦斯浓度、沉积深度等信息采集处理，以及控制若干个电磁阀产生开启或者闭合动作的作用，起到排渣、集气等关键动作。声光提示装置可根据施工情况及装置工作状态进行一些语音提示，关键信息可以通过人机交互界面显示在屏幕之上，便于随时掌握钻孔施工中的数据。PLC控制器可实现喷孔时的自动控制，也可以由技术人员通过触控屏幕人工控制。

根据钻孔施工位置、钻机位置、水渣沉降储存位置合理摆放水渣收集器及负压储能器的位置，使其不至于影响钻机施工。将控制器固定于便于操作的位置，将负压储能器及水渣收集器上的各个电磁阀及传感器通过导线及便捷插头按照指示正确连接至控制器的接口位置，通电自检，设定预警及动作参数，如瓦斯传感器及压力传感器的警示读数、超声波传感器的探测读数。选择控制类型（人工控制或者自动控制）以备使用。

综上所述，本发明原理科学，设计合理，自动化程度高，在穿层钻孔施工过程中可方便了瓦斯、水、煤渣的分离，并防止在底抽巷钻孔施工过程发生喷孔时瓦斯涌入巷道引起瓦斯超限事故。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中水渣收集器的收集箱顶部下表面喷射主管和喷射支管的平面布置图；

图3是大口径出气管接头、内套筒和滤网的装配示意图；

图4是钻杆密封装置的拆分示意图；

图5是图3中内滑套第二个实施例的示意图；

图6是图3中内滑套第三个实施例的示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，包括以下步骤，

（1）选择底抽巷的钻孔地点，先用较大钻头施工钻孔外端口的扩孔段，在扩孔段内安装钻孔扩孔段封孔管件；

（2）翼形水渣气分流器的上部设有一个连接口，翼形水渣气分流器的下部具有上、中、下三个连接口，将翼形水渣气分流器的上部的一个连接口与钻孔扩孔段封孔管件的下端口连接；

（3）翼形水渣气分流器的上、下连接口分别连接负压储能器和水渣收集器，负压储能器顶部和水渣收集器顶部通过负压抽取管8连接，控制系统的对应监测点或传感器分别通过控制电缆11连接在翼形水渣气分流器、负压储能器和水渣收集器的对应位置；负压储能器的排气口通过瓦斯排放管9与巷道内的瓦斯抽采管路10连接；

（4）在钻杆上套设上钻杆密封导向装置1，将钻杆密封导向装置1固定连接到翼形水渣气分流器的中连接口，钻杆安装到钻机上，固定钻机；

（5）开启钻机进行钻进作业，在岩层或者没有喷孔迹象的煤层钻进过程中，水、渣由翼形水渣气分流器进入到水渣收集器内，瓦斯气体直接进入到负压储能器，水渣收集器内较少的瓦斯气体经负压抽取管8进入到负压储能器内；当钻进至煤层时，由于瓦斯压力或者水力割煤产生的大量瓦斯气体的突然沿着钻孔向外喷出，此时翼形水渣气分流器的上连接口直接与负压储能器连通，喷出的瓦斯进入到负压储能器内，由于在钻杆外部设置了钻杆密封导向装置1，从而避免了钻进过程的喷孔。

翼形水渣气分流器的上端口与钻孔扩孔段封孔管件的下端口通过法兰连接，翼形水渣气分流器的下部通过下连接管2与水渣收集器顶部连接，翼形水渣气分流器的上部通过上连接管7与负压储能器连接，钻杆密封装置设置在翼形水渣气分流器的中连接口；

钻孔扩孔段封孔管件包括封孔管12、第一法兰13和第二法兰14，第一法兰13同轴线设置在封孔管12的外圆，第二法兰14同轴线设置在封孔管12的下端口，第一法兰13位于第二法兰14上方，第一法兰13到第二法兰14的距离小于第一法兰13到封孔管12上端口的距离；扩孔段的长度大于等于第一法兰13到封孔管12上端口的距离；

翼形水渣气分流器包括中心管15、上翼管16、下翼管17、第三法兰18和第四法兰19，第三法兰18同轴线设在中心管15上端口，第四法兰19同轴线设在中心管15下端口，上翼管16和下翼管17的上端口分别连接在中心管15的上部和下部，上翼管16和下翼管17关于中心管15的中心对称布置，上翼管16的下端口通过第一管接头20与上连接管7的上端口连接，下翼管17的下端口通过第二管接头21与下连接管2的上端口连接。

钻杆密封装置包括第五法兰22、第六法兰23、定位套24、内滑套25和若干个滚柱26，第五法兰22外圆周开设有一圈与第四法兰19一一对应的外连接孔27，第五法兰22和第四法兰19通过穿过外连接孔27的螺栓组件对应连接，第五法兰22下表面在外连接孔27的内侧开设有一圈内螺纹盲孔（图中未示出），第六法兰23的外圆周开设有一圈与内螺纹盲孔一一对应的内连接孔28，内连接孔28内自下而上穿入螺栓，螺栓上部与伸入并螺纹连接到内螺纹盲孔内，定位套24上端面与第六法兰23下端面同轴线固定连接，第六法兰23的内径大于定位套24的内径，内滑套25同轴线设置在第六法兰23内部，若干个滚柱26滚动设置在内滑套25的外圆与第六法兰23的内圈之间的环形间隙内，内滑套25的中心孔为与钻杆横断面形状匹配的圆形；内滑套25的内圆沿轴向方向设有导向键3，钻杆外圆沿轴向方向设有与导向键3配合的导向槽。

水渣收集器包括呈长方体形状的收集箱29，收集箱29顶部设有平衡进气口和进渣管接头30，收集箱29一侧面上部与负压抽取管8的进口连接，进渣管接头30与下连接管2的出口连接，收集箱29的一侧面下部设有排污管31；

平衡进气口设置在收集箱29顶部的左后侧一角处，排污管31设置在收集箱29底部的右前侧一角处，平衡进气口内固定设有平衡进气管32，平衡进气管32上端设有快插接头，收集箱29顶部的下表面铺设有一排沿左后侧到右前侧方向间隔布置的至少三根喷射支管33，喷射支管33的两端口均封堵，平衡进气管32的下端口通过一根喷射主管34与所有的喷射支管33连通，每根喷射支管33的下部均开设有朝向右前下方喷射的喷射孔；

收集箱29底部铺设有由左后侧高向右前侧低的导料底板35，导料底板35的右前侧的最低处与排污管31的内孔下边沿齐平。

负压储能器包括支架36，支架36上设有负压箱37，负压箱37的上部为四棱柱状结构，负压箱的下部为上大下小的四棱锥形结构，负压箱37顶部与上翼管16之间通过引流管38连接，负压箱37顶部设有瓦斯进气管接头39、大口径进气管接头40和大口径出气管接头41，瓦斯进气管接头39与负压抽取管8的出口连接，大口径进气管接头40与上连接管7下端口连接，大口径出气管接头41与过瓦斯排放管9的进口连接，负压箱37的四棱锥结构的下端设有水渣排出管42；大口径出气管接头41内部螺纹连接有内套筒43，内套筒43的下端固定设有滤网44，内套筒43的中心孔为六棱柱结构。

控制系统包括PLC控制器45、压力传感器46、瓦斯传感器47、第一排污电磁阀48、第二排污电磁阀49、第一超声波传感器50、第二超声波传感器51、防喷常闭电磁阀52、排气电磁阀53、平衡电磁阀54；压力传感器46和瓦斯传感器47均设置在上翼管16上，第一排污电磁阀48设置在排污管31上，第二排污电磁阀49设置在水渣排出管42上，第二排污电磁阀49设置在水渣排出管42上，第一超声波传感器50设置在收集箱29顶部用于监测收集箱29内水渣高度，第二超声波传感器51设置在负压箱37顶部用于监测负压箱37内水渣高度，防喷常闭电磁阀52安装在大口径进气管接头40上，排气电磁阀53安装在大口径出气管接头41上，平衡电磁阀54安装在负压箱37顶部。

步骤（1）中在扩孔段内安装钻孔扩孔段封孔管12件的具体过程为：扩孔段完成之后，用密封剂涂于第一法兰13到封孔管12上端口的封孔管12的管壁外，然后将封孔管12迅速插入扩孔段，通过第一法兰13上的安装孔向底抽巷底部的岩石钻孔，然后用膨胀螺丝穿过安装孔将钻孔扩孔段封孔装置固定于岩石之上。

钻杆外圆沿轴向方向开设有导向槽，步骤（4）中钻杆上套设上钻杆密封导向装置1的具体操作过程为：先将第六法兰23通过螺栓伸入并螺纹连接到第五法兰22的内螺纹盲孔内，然后将第六法兰23将钻杆伸入到定位套24内，使钻杆外圆上的导向槽与内滑套25内壁的导向键3相配合，再将第五法兰22通过穿过外连接孔27的螺栓组件与第四法兰19对应连接，钻杆向上推进到中心筒和封孔管12内。

步骤（5）的具体工作过程为：

启动钻机开始钻进，同时操控PLC控制器45打开排气电磁阀53，关闭防喷常闭电磁阀52；在开始的岩层或者没有喷孔迹象的煤层钻进过程中，钻出的水、渣进入到中心管15内，由于重力作用的存在会通过下连接管2进入收集箱29内，钻进过程中产生的瓦斯气体由于密度比空气轻，在负压储能器中负压作用下会顺着引流管38进入负压箱37，由于煤渣的存在水渣收集器内产生的少量瓦斯会通过其上部的负压抽取管8进入负压箱37，负压箱37内的瓦斯最后通过瓦斯排放管9进入巷道内的瓦斯抽采管路10；

钻杆在向上钻进过程中，钻杆与内滑套25之间具有微小间隙（0.1-0.2mm），钻杆外圆上的导向槽与内滑套25内壁的导向键3配合，钻杆在高速旋转时带动内滑套25在第六法兰23内部并通过滚柱26转动，钻杆沿着导向键3向前推进，内滑套25由于中心管15内负压的作用，瓦斯和粉尘不会通过间隙溢出，当钻进至煤层时，由于瓦斯压力或者水力割煤产生的大量瓦斯气体的突然沿着钻孔喷出，就会产生喷孔，由于喷孔时大量瓦斯气体的涌出，短时间内造成瓦斯传感器47和压力传感器46的监控的信号数值迅速升高，达到预先设定阈值，控制器就会根据信号判断，发出声光警示，语音提示停止钻进，同时发出信号打开防喷常闭电磁阀52，大量煤粉、水及少量瓦斯通过下翼管17进入收集箱29，然后收集箱29内瓦斯会通过负压抽取管8进入负压箱37流入巷道内的瓦斯抽采管路10，同时大量瓦斯气体和部分煤粉通过上翼管16直接进入负压储能器，瓦斯气体最后流入巷道内的瓦斯抽采管路10，而煤粉由于重力作用会沉积在负压箱37底部的水里，煤粉被清除沉积在负压箱37的底部；直至瓦斯传感器47的值和压力传感器46的值都低于设定值，控制器还会继续发出信号延时一定时间继续控制防喷常闭电磁阀52开启状态保持瓦斯排放；直至PLC控制器45语音提示开始正常钻进为止。此过程也可人工控制。

在钻进过程中根据负压箱37及收集箱29内的积水和积渣深度会通过超声波传感器探测到并显示在PLC控制器45的屏幕之上，一旦某个容器积水积渣深度达到预先设定值，PLC控制器45就会发出声光警示，并语音提示：停止钻进，排放负压储能器内的水渣，或者提示：停止钻进，排放水渣收集器内的水渣；一旦停止钻进，PLC控制器45就会向水渣收集器及负压储能器达到限定积水积渣高度的排渣口处的电磁阀发出信号，第一排污电磁阀48、第二排污电磁阀49打开，水渣排出负压箱37和收集箱29，达到预定排放高度之后，PLC控制器45发出信号，第一排污电磁阀48、第二排污电磁阀49关闭，并语音提示：排渣完成，可以继续钻进；此排渣过程也可在控制系统上选择人工操作；在负压箱37内沉积的水渣排渣时，PLC控制器45打开平衡电磁阀54，负压箱37内外压力相等，负压箱37内的水渣在自身重力的作用下，即可自动排出负压箱37。

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 (7)

1.煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）选择底抽巷的钻孔地点，先用较大钻头施工钻孔外端口的扩孔段，在扩孔段内安装钻孔扩孔段封孔管件；

（2）翼形水渣气分流器的上部设有一个连接口，翼形水渣气分流器的下部具有上、中、下三个连接口，将翼形水渣气分流器的上部的一个连接口与钻孔扩孔段封孔管件的下端口连接；

（3）翼形水渣气分流器的上、下连接口分别连接负压储能器和水渣收集器，负压储能器顶部和水渣收集器顶部通过负压抽取管连接，控制系统的对应监测点或传感器分别通过控制电缆连接在翼形水渣气分流器、负压储能器和水渣收集器的对应位置；负压储能器的排气口通过瓦斯排放管与巷道内的瓦斯抽采管路连接；

（4）在钻杆上套设上钻杆密封导向装置，将钻杆密封导向装置固定连接到翼形水渣气分流器的中连接口，钻杆安装到钻机上，固定钻机；

（5）开启钻机进行钻进作业，在岩层或者没有喷孔迹象的煤层钻进过程中，水、渣由翼形水渣气分流器进入到水渣收集器内，瓦斯气体直接进入到负压储能器，水渣收集器内较少的瓦斯气体经负压抽取管进入到负压储能器内；当钻进至煤层时，由于瓦斯压力或者水力割煤产生的大量瓦斯气体的突然沿着钻孔向外喷出，此时翼形水渣气分流器的上连接口直接与负压储能器连通，喷出的瓦斯进入到负压储能器内，由于在钻杆外部设置了钻杆密封导向装置，从而避免了钻进过程的喷孔；

翼形水渣气分流器的上端口与钻孔扩孔段封孔管件的下端口通过法兰连接，翼形水渣气分流器的下部通过下连接管与水渣收集器顶部连接，翼形水渣气分流器的上部通过上连接管与负压储能器连接，钻杆密封导向装置设置在翼形水渣气分流器的中连接口；

钻孔扩孔段封孔管件包括封孔管、第一法兰和第二法兰，第一法兰同轴线设置在封孔管的外圆，第二法兰同轴线设置在封孔管的下端口，第一法兰位于第二法兰上方，第一法兰到第二法兰的距离小于第一法兰到封孔管上端口的距离；扩孔段的长度大于等于第一法兰到封孔管上端口的距离；

翼形水渣气分流器包括中心管、上翼管、下翼管、第三法兰和第四法兰，第三法兰同轴线设在中心管上端口，第四法兰同轴线设在中心管下端口，上翼管和下翼管的上端口分别连接在中心管的上部和下部，上翼管和下翼管关于中心管的中心对称布置，上翼管的下端口通过第一管接头与上连接管的上端口连接，下翼管的下端口通过第二管接头与下连接管的上端口连接；

钻杆密封导向装置包括第五法兰、第六法兰、定位套、内滑套和若干个滚柱，第五法兰外圆周开设有一圈与第四法兰一一对应的外连接孔，第五法兰和第四法兰通过穿过外连接孔的螺栓组件对应连接，第五法兰下表面在外连接孔的内侧开设有一圈内螺纹盲孔，第六法兰的外圆周开设有一圈与内螺纹盲孔一一对应的内连接孔，内连接孔内自下而上穿入螺栓，螺栓上部与伸入并螺纹连接到内螺纹盲孔内，定位套上端面与第六法兰下端面同轴线固定连接，第六法兰的内径大于定位套的内径，内滑套同轴线设置在第六法兰内部，若干个滚柱滚动设置在内滑套的外圆与第六法兰的内圈之间的环形间隙内，内滑套的中心孔为与钻杆横断面形状匹配的圆形或三角形；内滑套的内圆沿轴向方向设有导向键，钻杆外圆沿轴向方向设有与导向键配合的导向槽；

水渣收集器包括呈长方体形状的收集箱，收集箱顶部设有平衡进气口和进渣管接头，收集箱一侧面上部与负压抽取管的进口连接，进渣管接头与下连接管的出口连接，收集箱的一侧面下部设有排污管；

平衡进气口设置在收集箱顶部的左后侧一角处，排污管设置在收集箱底部的右前侧一角处，平衡进气口内固定设有平衡进气管，平衡进气管上端设有快插接头，收集箱顶部的下表面铺设有一排沿左后侧到右前侧方向间隔布置的至少三根喷射支管，喷射支管的两端口均封堵，平衡进气管的下端口通过一根喷射主管与所有的喷射支管连通，每根喷射支管的下部均开设有朝向右前下方喷射的喷射孔；

收集箱底部铺设有由左后侧高向右前侧低的导料底板，导料底板的右前侧的最低处与排污管的内孔下边沿齐平。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：负压储能器包括支架，支架上设有负压箱，负压箱的上部为四棱柱状结构，负压箱的下部为上大下小的四棱锥形结构，负压箱顶部与上翼管之间通过引流管连接，负压箱顶部设有瓦斯进气管接头、大口径进气管接头和大口径出气管接头，瓦斯进气管接头与负压抽取管的出口连接，大口径进气管接头与上连接管下端口连接，大口径出气管接头与过瓦斯排放管的进口连接，负压箱的四棱锥结构的下端设有水渣排出管；大口径出气管接头内部螺纹连接有内套筒，内套筒的下端固定设有滤网，内套筒的中心孔为六棱柱结构。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：控制系统包括PLC控制器、压力传感器、瓦斯传感器、第一排污电磁阀、第二排污电磁阀、第一超声波传感器、第二超声波传感器、防喷常闭电磁阀、排气电磁阀、平衡电磁阀；压力传感器和瓦斯传感器均设置在上翼管上，第一排污电磁阀设置在排污管上，第二排污电磁阀设置在水渣排出管上，第一超声波传感器设置在收集箱顶部用于监测收集箱内水渣高度，第二超声波传感器设置在负压箱顶部用于监测负压箱内水渣高度，防喷常闭电磁阀安装在大口径进气管接头上，排气电磁阀安装在大口径出气管接头上，平衡电磁阀安装在负压箱顶部。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：步骤（1）中在扩孔段内安装钻孔扩孔段封孔管件的具体过程为：扩孔段完成之后，用密封剂涂于第一法兰到封孔管上端口的封孔管的管壁外，然后将封孔管迅速插入扩孔段，通过第一法兰上的安装孔向底抽巷底部的岩石钻孔，然后用膨胀螺丝穿过安装孔将钻孔扩孔段封孔装置固定于岩石之上。

5.根据权利要求4所述的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：钻杆外圆沿轴向方向开设有导向槽，步骤（4）中钻杆上套设上钻杆密封导向装置的具体操作过程为：先将第六法兰通过螺栓伸入并螺纹连接到第五法兰的内螺纹盲孔内，然后将第六法兰将钻杆伸入到定位套内，使钻杆外圆上的导向槽与内滑套内壁的导向键相配合，再将第五法兰通过穿过外连接孔的螺栓组件与第四法兰对应连接，钻杆向上推进到中心筒和封孔管内。

6.根据权利要求5所述的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：步骤（5）的具体工作过程为：

启动钻机开始钻进，同时操控PLC控制器打开排气电磁阀，关闭防喷常闭电磁阀；在开始的岩层或者没有喷孔迹象的煤层钻进过程中，钻出的水、渣进入到中心管内，由于重力作用的存在会通过下连接管进入收集箱内，钻进过程中产生的瓦斯气体由于密度比空气轻，在负压储能器中负压作用下会顺着引流管进入负压箱，由于煤渣的存在水渣收集器内产生的少量瓦斯会通过其上部的负压抽取管进入负压箱，负压箱内的瓦斯最后通过瓦斯排放管进入巷道内的瓦斯抽采管路；

钻杆在向上钻进过程中，钻杆与内滑套之间具有微小间隙（0.1-0.2mm），钻杆外圆上的导向槽与内滑套内壁的导向键配合，钻杆在高速旋转时带动内滑套在第六法兰内部并通过滚柱转动，钻杆沿着导向键向前推进，内滑套由于中心管内负压的作用，瓦斯和粉尘不会通过间隙溢出，当钻进至煤层时，由于瓦斯压力或者水力割煤产生的大量瓦斯气体的突然沿着钻孔喷出，就会产生喷孔，由于喷孔时大量瓦斯气体的涌出，短时间内造成瓦斯传感器和压力传感器的监控的信号数值迅速升高，达到预先设定阈值，控制器就会根据信号判断，发出声光警示，语音提示停止钻进，同时发出信号打开防喷常闭电磁阀，大量煤粉、水及少量瓦斯通过下翼管进入收集箱，然后收集箱内瓦斯会通过负压抽取管进入负压箱流入巷道内的瓦斯抽采管路，同时大量瓦斯气体和部分煤粉通过上翼管直接进入负压储能器，瓦斯气体最后流入巷道内的瓦斯抽采管路，而煤粉由于重力作用会沉积在负压箱底部的水里，煤粉被清除沉积在负压箱的底部；直至瓦斯传感器的值和压力传感器的值都低于设定值，控制器还会继续发出信号延时一定时间继续控制防喷常闭电磁阀开启状态保持瓦斯排放；直至PLC控制器语音提示开始正常钻进为止；此过程也可人工控制。

7.根据权利要求6所述的煤矿井下底抽巷穿层钻孔防喷孔施工方法，其特征在于：在钻进过程中根据负压箱及收集箱内的积水和积渣深度会通过超声波传感器探测到并显示在PLC控制器的屏幕之上，一旦某个容器积水积渣深度达到预先设定值，PLC控制器就会发出声光警示，并语音提示：停止钻进，排放负压储能器内的水渣，或者提示：停止钻进，排放水渣收集器内的水渣；一旦停止钻进，PLC控制器就会向水渣收集器及负压储能器达到限定积水积渣高度的排渣口处的电磁阀发出信号，第一排污电磁阀、第二排污电磁阀打开，水渣排出负压箱和收集箱，达到预定排放高度之后，PLC控制器发出信号，第一排污电磁阀、第二排污电磁阀关闭，并语音提示：排渣完成，可以继续钻进；此排渣过程也可在控制系统上选择人工操作；在负压箱内沉积的水渣排渣时，PLC控制器打开平衡电磁阀，负压箱内外压力相等，负压箱内的水渣在自身重力的作用下，即可自动排出负压箱。

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