CN111648738A - 一种防喷自动封口装置及防喷封口方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防喷自动封口装置及防喷封口方法，包括法兰盘和防护罩，法兰盘的中心设有供钻杆通过的钻杆孔；法兰盘上固定连接球形孔座，防护罩，包括锥口管、球形锥孔板，锥口管成梭形，所梭形的直壁区内设有可在压力作用下发生纵横向形变且沿轴向向下滑动的弹性体，弹性体为中间设有供钻杆通过的中心孔、上下两端面为锥面；球形锥孔板的上端与所述锥口管的下端口相连接，球形锥孔板可转动的置于所述球形孔座内，解决现有封口装置存在灵敏度低、承受力小的问题。

Description

一种防喷自动封口装置及防喷封口方法

技术领域

本发明属于煤矿设备领域，具体涉及一种防喷自动封口装置及防喷封口方法。

背景技术

目前，随着矿井开采深度的逐步延伸，井田内易出现煤层厚度不稳、煤层倾角变化大、煤质松软破碎、煤与瓦斯突出、有毒有害气体腐蚀、水害、火灾、煤尘超标、顶板支护薄弱、冲击地压显现、邻区邻层破坏等现象。针对上述情况，人们往往需要打设超前钻孔，对煤层瓦斯、CO等有毒有害气体进行抽、探放、稀释操作，同时超前钻孔还可以用于对煤岩体注水、注浆操作，防止突水疏水降压、煤岩体突出、冲击地压破坏等情况。但是在打孔过程中，遇到断层常会出现突水显现，喷孔喷出的煤或高压水会对打钻人员的人身安全构成严重威胁。

所以如何有效预防可能出现的突水显现，成为广大井下施工人员迫切的去需求，现有的防喷孔封口装置虽然起到了一定的预防效果，但存在着封口灵敏度低，对不规则的煤壁，法兰盘面贴壁面积小和部分膨胀螺栓悬空大，承力小的缺陷。

发明内容

为了解决现有封口装置存在灵敏度低、承受力小的问题，本发明提供一种防喷自动封口装置，该装置灵敏度高，承受力强。

提供适用于该装置的防喷封口方法是本发明的另一个目的。

本发明的技术方案是，一种防喷自动封口装置，包括法兰盘和防护罩，

所述法兰盘上均布有若干螺栓孔，法兰盘的中心设有供钻杆通过的钻杆孔；法兰盘上固定连接球形孔座，所述球形孔座由两个对称设置的半球形孔座组成；

所述防护罩，包括锥口管、球形锥孔板，所述锥口管的上下端口小，中间大，自上而下依次形成上锥口区、直壁区、下锥口区，在直壁区内设有可在压力作用下发生纵横向形变且沿轴向向下滑动的弹性体，所述弹性体为中间设有供钻杆通过的中心孔、上下两端面为锥面、任一水平截面为圆环状的橡胶体；所述球形锥孔板上设置有上端大下端小的锥形孔，所述锥形孔沿球形锥孔板的中心轴线设置，所述球形锥孔板的上端与所述锥口管的下端口相连接，球形锥孔板可转动的置于所述球形孔座内，所述锥口管、球形锥孔板、球形孔座与钻杆同轴设置。由于在实际使用中，钻杆可以与法兰盘不垂直，本发明的球/锥面联接处可摆动一定角度，法兰盘可以贴紧不平的煤臂，不会产生局部悬空，承力提高。

所述法兰盘螺栓孔是由同轴设置的上部圆柱孔和下部扩台孔构成的，扩台孔内放置有与其相配合的球形垫。

所述球形垫的上端面为球面或锥面，扩台孔的内表面与所述球形垫上端面的形状和弧度相一致。

所述球形锥孔板的侧壁呈球面或锥面，球形锥孔板侧壁与球形孔座的内表面的形状和弧度相一致，以随煤壁的结构尽快调整法兰盘各部件的角度，从而保证膨胀螺栓有较佳的承载能力。

所述球形垫与法兰盘上的扩台孔、以及球形锥孔板与球形孔座为锥面或球面接触，当煤壁不规则时，法兰盘可改变角度，使其接触面最大限度贴近煤壁，膨胀螺栓受力趋于均衡，提高了膨胀螺栓承载能力。

所述弹性体的上端面为中间高、四周低，所述弹性体的下端面为中间低、四周高，所述弹性体的上端面的斜度不大于所述锥口管上锥口区的斜度，所述弹性体的下端面的斜度不大于所述锥口管下锥口区的斜度。

较佳地，所述弹性体上端面、下端面、球形锥孔板的锥板孔的斜度相一致，方便角度调整。

所述弹性体的高度不超过所述锥口管直壁区和下锥口区的高度之和。一般情况下，弹性体被挤压到锥口管的下锥口区就已经封堵了，当压强很大的情况下，弹性体也可能被压到球形锥孔板的锥形孔区域，因此，球形锥孔板不但作为安全缓冲区，更是通过与球形孔座的配合，成为提高该自动封口装置灵敏度和承受力的关键之一。将锥口管和球形锥孔板的锥形孔设计成锥形，可以在同等压强的状态下增加弹性体的压缩量。发生突水或瓦斯时，其压强作用于弹性体上端面，使弹性体向下轴向运动并发生塑性变形，封堵钻杆；所述锥口管下锥口区的锥面设计，使得所述弹性体上端面在受力时，使弹性体的收缩比相对增加，提高了封口的灵敏度。

本发明防喷自动封口装置结构简单，设计巧妙，使防喷设计灵敏度提高，扩大了对不规则煤壁的适应性，拓展了防喷自动封口装置的应用空间。

一种防喷自动封口方法，

1、在煤壁固定安装带有钻杆孔的法兰盘，法兰盘上设置有球形孔座，

2、将一个保护罩安装在法兰盘的球形孔座上，保护罩包括锥口管及固定连接在锥口管一端的球形锥孔板，球形锥孔板与球形孔座成锥面或球面接触配合，使锥口管在法兰盘上可以成角度摆动；锥口管两端为锥形设置，成梭形；球形锥孔板上设置有锥形孔，所述锥口管、球形锥孔板、球形孔座与钻杆同轴设置；

3、在保护罩锥形管中设置可在压力作用下发生纵横向形变且沿轴向向下滑动的弹性体，所述弹性体为中间设有供钻杆通过的中心孔、上下两端面为锥面、任一水平截面为圆环状的橡胶体；弹性体的高度不超过所述锥口管直壁区和下锥口区的高度之和，弹性体用于承受压强发生形变封堵钻杆，锥口管下部锥面与弹性体配合，提高封口的灵敏度。

进一步的，法兰盘上均布有螺栓孔，螺纹孔是由同轴设置的上部圆柱孔和下部扩台孔构成的，扩台孔内放置有与其相配合的球形垫，球形垫与扩台孔锥面或球面接触。

本发明防喷自动封口方法，可以有效降低法兰盘承载力的问题，同时保护罩设计合理可以极大的提高封口灵敏度，最大限度的保证了生产安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的俯视结构示意图。

图3为本发明实施例因煤壁结构不规则导致的结构法兰盘轴线摆动示意图。

图4为本发明实施例受冲击封口时的结构示意图。

图中：1、球形垫；2、法兰盘；3、球形孔座；4、钻杆；5、球形锥孔板；6、弹性体；7、锥口管；8、膨胀螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~4所示的防喷自动封口装置，包括法兰盘2和防护罩，在法兰盘2的周围均布有螺栓孔，膨胀螺栓8通过螺栓孔将法兰盘2和煤壁固定，在法兰盘2的中心设有供钻杆4通过的钻杆孔；法兰盘2的螺栓孔是由同轴设置的上部圆柱孔和下部扩台孔构成的，在扩台孔内放置有与其相配合的球形垫1；在法兰盘2上方固定有球形孔座3，为了安装球形锥孔板5方便，球形孔座3是由两个对称设置的半球形孔座组成的；防护罩是由锥口管7和固定在锥口管7下方的球形锥孔板5组成的，锥口管7的上下端口小，中间大，自上而下依次形成上锥口区、直壁区、下锥口区，在直壁区内设有可在压力作用下发生纵横向形变且沿轴向向下滑动的弹性体6，弹性体6为中间设有供钻杆4通过的中心孔、上下两端面为锥面、任一水面截面为圆环状的橡胶体；沿球形锥孔板5的中心轴线上设有上端大、下端小的锥形孔，球形锥孔板5的上端与锥口管7的下端口相连接，球形锥孔板5可转动的置于球形孔座3内，且球形锥孔板5侧壁与球形孔座3的内表面的形状和弧度相一致；其中，锥口管7、球形锥孔板5、球形孔座3与钻杆4同轴设置。由于在实际使用中，钻杆可以与法兰盘不垂直，本发明的球/锥面联接处可摆动一定角度，法兰盘可以贴紧不平的煤臂，不会产生局部悬空，承力提高。

球形垫1的上端面为球面，扩台孔的内表面与所述球形垫1上端面的形状和弧度相一致；球形锥孔板5的侧壁呈球面，球形孔座的内表面与所述球形锥孔板5侧壁的形状和弧度相一致；以随煤壁的结构尽快调整法兰盘各部件的角度，从而保证膨胀螺栓有较佳的承载能力。

进一步地，弹性体6的上端面为中间高、四周低，弹性体6的下端面为中间低、四周高；弹性体6上端面和下端面的斜度相一致，弹性体6上端口区、下端口区、球形锥孔板5的锥孔板的斜度相一致；弹性体6的上（下）端面的斜度小于所述锥口管上（下）锥口区的斜度，弹性体6的高度小于所述锥口管7直壁区和下锥口区的高度之和。

图3表示了在实际使用中，钻杆4可以与法兰盘2不垂直，球面联接处可摆动一定角度，法兰盘2可以贴紧不平的煤壁，不会产生局部悬空，承力提高。

利用上述封口装置进行封口的方法是：通过球形垫1和扩台孔、球形孔座3和球形锥孔板5球面或锥面接触，使法兰盘2根据煤壁的不规则度进行调整，最大限度的贴近煤壁；正常打钻时水或煤屑从钻杆4和弹性体6之间的间隙排出；当发生突水或瓦斯突出时，高压水或煤块冲击弹性体6，使弹性体6的上端面发生纵横向形变且沿轴向向下滑行，极速封堵钻杆和弹性体6之间的间隙，将钻杆4抱死，实现自动封口。

一般情况下，弹性体6被挤压到锥口管7的下锥口区就已经封堵了，当压强很大的情况下，弹性体6也可能被压到球形锥孔板5的锥形孔区域，因此，球形锥孔板5不但作为安全缓冲区，更是通过与球形孔座3的配合，成为提高该自动封口装置灵敏度和承受力的关键之一。将锥口管7和球形锥孔板5的锥形孔设计成锥形，可以在同等压强的状态下增加弹性体6的压缩量。

发生突水或瓦斯时，其压强作用于弹性体6上端面，使弹性体向下轴向运动并发生塑性变形，封堵钻杆4；所述锥口管7下锥口区的锥面设计，使得所述弹性体6上端面在受力时，使弹性体6的收缩比相对增加，提高了封口的灵敏度。

球形垫1与法兰盘2上的扩台孔、以及球形锥孔板5与球形孔座3为球面接触，当煤壁不规则时，法兰盘2可改变角度，使其接触面最大限度贴近煤壁，膨胀螺栓8受力趋于均衡，提高了膨胀螺栓8承载能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防喷自动封口装置，其特征在于：包括法兰盘和防护罩，

所述法兰盘上均布有若干螺栓孔，法兰盘的中心设有供钻杆通过的钻杆孔；法兰盘上固定连接球形孔座，所述球形孔座由两个对称设置的半球形孔座组成；

所述防护罩，包括锥口管、球形锥孔板，所述锥口管的上下端口小，中间大，自上而下依次形成上锥口区、直壁区、下锥口区，在直壁区内设有可在压力作用下发生纵横向形变且沿轴向向下滑动的弹性体，所述弹性体为中间设有供钻杆通过的中心孔、上下两端面为锥面、任一水平截面为圆环状的橡胶体；所述球形锥孔板上设置有上端大下端小的锥形孔，所述锥形孔沿球形锥孔板的中心轴线设置，所述球形锥孔板的上端与所述锥口管的下端口相连接，球形锥孔板可转动的置于所述球形孔座内，所述锥口管、球形锥孔板、球形孔座与钻杆同轴设置。

2.根据权利要求1所述的防喷自动封口装置，其特征在于：所述法兰盘螺栓孔是由同轴设置的上部圆柱孔和下部扩台孔构成的，扩台孔内放置有与其相配合的球形垫。

3.根据权利要求2所述的防喷自动封口装置，其特征在于：所述球形垫的上端面为球面或锥面，扩台孔的内表面与所述球形垫上端面的形状和弧度相一致。

4.根据权利要求1所述的防喷自动封口装置，其特征在于：所述球形锥孔板的侧壁呈球面或锥面，球形锥孔板侧壁与球形孔座的内表面的形状和弧度相一致。

5.根据权利要求1或2所述的防喷自动封口装置，其特征在于：所述球形垫与法兰盘上的扩台孔、以及球形锥孔板与球形孔座为锥面或球面接触。

6.根据权利要求1所述的防喷自动封口装置，其特征在于：所述弹性体的上端面为中间高、四周低，所述弹性体的下端面为中间低、四周高，所述弹性体的上端面的斜度不大于所述锥口管上锥口区的斜度，所述弹性体的下端面的斜度不大于所述锥口管下锥口区的斜度；所述弹性体上端面、下端面、球形锥孔板的锥板孔的斜度相一致。

7.根据权利要求1所述的防喷自动封口装置，其特征在于：所述弹性体的高度不超过所述锥口管直壁区和下锥口区的高度之和。

8.一种防喷自动封口方法，

1、在煤壁固定安装带有钻杆孔的法兰盘，法兰盘上设置有球形孔座，

2、将一个保护罩安装在法兰盘的球形孔座上，保护罩包括锥口管及固定连接在锥口管一端的球形锥孔板，球形锥孔板与球形孔座成锥面或球面接触配合，使锥口管在法兰盘上可以成角度摆动；锥口管两端为锥形设置，成梭形；球形锥孔板上设置有锥形孔，所述锥口管、球形锥孔板、球形孔座与钻杆同轴设置；

3、在保护罩锥形管中设置可在压力作用下发生纵横向形变且沿轴向向下滑动的弹性体，所述弹性体为中间设有供钻杆通过的中心孔、上下两端面为锥面、任一水平截面为圆环状的橡胶体；弹性体的高度不超过所述锥口管直壁区和下锥口区的高度之和，弹性体用于承受压强发生形变封堵钻杆，锥口管下部锥面与弹性体配合，提高封口的灵敏度。

9.根据权利要求8所述的防喷自动封口装置，其特征在于：法兰盘上均布有螺栓孔，螺纹孔是由同轴设置的上部圆柱孔和下部扩台孔构成的，扩台孔内放置有与其相配合的球形垫，球形垫与扩台孔锥面或球面接触。

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