CN113374432B - 一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，包括固定装置和旋转装置；固定装置包括圆筒壳体、倒刺、固定支架和固定轴，旋转装置包括转轴，旋转叶片和旋转连杆；圆筒壳体外表面设置有倒刺，设置固定支架用于将固定轴同轴安装在圆筒壳体内，固定轴位于固定支架左侧部分装有减阻盖；固定轴位于固定支架右侧部分安装有转轴，并在转轴的右端装有减阻盖，旋转连杆的左端固定连接于旋转叶片的叶片边缘。本发明还公开了一种短钻孔注水孔内旋流聚渣方法，步骤A、在短钻孔内下放套管；步骤B、准备聚渣装置安置于注水管网上；步骤C、水力驱动旋转叶片旋转；步骤D、结束注水。易操作、高效，以解决排渣不完全、堵塞注水渗流通道、泊肃叶现象的问题。

Description

一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置及方法
技术领域
本发明涉及矿井粉尘防治领域，特别涉及一种用于短孔注水提高注水降尘效果的孔内旋流聚渣装置及方法。
背景技术
煤矿生产中的粉尘既包括岩石粉尘又包括煤炭粉尘，是煤矿生产的重大危害之一。随着煤矿采掘机械化程度的提高，产尘量也剧增，粉尘治理的好坏直接关系到煤矿的安全生产，关系到矿工的身体健康。煤层注水是采掘工作面最基本和最有效的防尘措施，近年来在各个煤矿中得到了广泛的应用，并取得了较好的降尘效果。水的除尘机理包括以下3个方面：湿润煤体内的原生煤尘，使其失去飞扬的能力；有效地包裹煤体的每个细小部分，当煤体在开采中破碎时，可以避免细粒煤尘的飞扬；水的湿润作用使煤体塑性增强，脆性减弱，当煤体受外力作用时，许多脆性破碎变为塑性形变，因而大量减少了煤体被破碎为尘粒的可能性，降低了煤尘的产生量。
目前在施工短孔注水时，常用煤电钻进行风力排渣，存在排渣不完全的问题，孔内仍残存部分原生及次生煤尘颗粒，且注水时，由于泊肃叶现象的存在，钻孔内贴近孔壁处的水流速接近于零，会对注水效果产生不利的影响。
发明内容
本发明旨在提供一种可操作性强、高效方便的一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，以解决钻孔排渣不完全、残存煤颗粒堵塞注水渗流通道、泊肃叶现象负面影响的问题。
为此，本发明采用的技术方案为：一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，包括固定装置和旋转装置；所述固定装置包括圆筒壳体、倒刺、固定支架和固定轴；所述旋转装置包括转轴，旋转叶片和旋转连杆。圆筒壳体外表面设置倒刺以便将整个装置固定于短钻孔注水孔壁上，在圆筒壳体内设置有固定支架用于将固定轴同轴安装在圆筒壳体内，固定轴位于固定支架左侧部分装有左小右大的第一梭形减阻盖；固定轴位于固定支架右侧部分通过轴承安装有可360°自由旋转的转轴，并在转轴的右端设置有左大右小的第二梭形减阻盖，旋转叶片在转轴上呈圆周均布，旋转连杆的左端固定连接于旋转叶片的叶片边缘，并平行于圆筒壳体的轴线，旋转连杆的右端伸到圆筒壳体外，且伸到圆筒壳体外的长度是圆筒壳体外径的两倍以上。
作为上述方案的优选，所述旋转连杆呈两端宽中间窄小，更好的减少水阻的影响，使其旋转速度与转轴保持一致，旋转连杆采用高强度超轻纤维材料，轻薄且具有耐腐蚀、抗变形等特性，可循环利用，绿色环保。
进一步优选为，所述倒刺、固定支架与圆筒壳体之间，固定轴与固定支架之间，旋转叶片与转轴之间分别采用焊接方式固定连接，结构连接稳定。
进一步优选为，所述旋转连杆采用榫卯结构固定连接于旋转叶片的叶片边缘，不影响搅动过程中的煤尘颗粒的聚集。
进一步优选为，所述第一梭形减阻盖采用螺纹安装在固定轴上，第二梭形减阻盖与转轴一体成型，结构连接稳定，减少水流阻力。
进一步优选为，所述固定轴与转轴通过深沟球轴承连接，深沟球轴承非常耐用，无需经常维护，该类轴承摩擦系数小，极限转速高，深沟球轴承外圈与转轴内壁接触，保证了转轴能顺利进行高速旋转。
进一步优选为，所述固定支架由至少三根环绕固定轴呈圆周均布的径向连接杆组成。
本发明还提供一种短钻孔注水孔内旋流聚渣方法，包括以下步骤：
步骤A、在短钻孔内下放套管，在套管中下部2/3位置处开始缩小内径形成注水管网缩小内径的安装台阶；
步骤B、将上述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置安置于注水管网缩小内径的安装台阶上，圆筒壳体的外径与钻孔的内径匹配，并通过倒刺辅助注水孔专用旋流聚渣装置固定于注水管网内部；
步骤C、开始注水，水流流过时，水力驱动旋转叶片带动旋转连杆一同旋转，使靠近孔壁处流体具有一定的速度，消除泊肃叶现象负面影响，将孔内排渣后残存的原生及次生煤尘颗粒煤渣聚集于管道中央；
步骤D、结束注水，将短钻孔注水孔内旋流聚渣装置取出检修，清洁整理后循环利用。
本发明的有益效果：
(1)通过水力驱动叶片旋转，旋转叶片带动其上的旋转连杆进行旋转从而搅动注水水流，形成旋流，将残余煤渣聚集于管道中央，有效避免了煤颗粒堵塞水渗流通道，提高了短孔注水效果。
(2)通过水力驱动旋转叶片带动旋转连杆形成旋流，从而改变流体的流动状态，将层流转变为紊流,使靠近孔壁处流体流速不为零，有助于消除泊肃叶现象的负面影响，进一步提升注水效果。
(3)各部件结构简单合理，整体结构圆筒状，两端配装减阻盖呈梭形，进一步旋转连杆两端宽中间窄小，可以有效减轻水流阻力的影响，各部件连接方式紧密牢固，多数关键部位采用焊接方式，可以有效避免装置在水流的冲击下产生变形、折弯、裂缝等可能性。
(4)短钻孔注水孔内旋流聚渣装置核心件的左右两侧均配备有梭形减阻盖，有效减少部件之间的空隙，第二梭形减阻盖与转轴一体化同步旋转，有效减少接触时的磨损。
(5)通过水力驱动叶片旋转，不依靠外部能源旋转，在节能减排的同时，可以满足操作简单，方便检修等要求。
综上所述，本发明是一种结构简单合理、高效耐用的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置及方法。
附图说明
图1为本发明剖面结构示意图。
图2为本发明左视图。
图3为本发明右视图。
图4为本发明安装位置效果示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1—图3所示，一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，主要由固定装置1和旋转装置2组成。
固定装置1由圆筒壳体11、倒刺12、固定支架13和固定轴14组成。旋转装置2由一个转轴21，旋转叶片22和旋转连杆23组成。
圆筒壳体11外表面采用焊接方式设置倒刺12以便将整个装置固定于短钻孔注水孔壁上，在圆筒壳体11内采用焊接方式设置有固定支架13用于将固定轴14同轴安装在圆筒壳体11内，固定轴14位于固定支架13左侧部分固定安装有左小右大的第一梭形减阻盖3，最好是，第一梭形减阻盖3采用螺纹安装在固定轴14上。
固定轴14位于固定支架13右侧部分通过深沟球轴承连接安装有可360°自由旋转的转轴21，并在转轴21的右端设置有左大右小的第二梭形减阻盖4。最好是，第二梭形减阻盖4与转轴21一体成型。旋转叶片22采用焊接方式固定连接在转轴21上呈圆周均布；旋转连杆23的左端采用榫卯结构固定连接于旋转叶片22的叶片边缘，并平行于圆筒壳体11的轴线；旋转连杆23的右端伸到圆筒壳体11外，且伸到圆筒壳体11外的长度是圆筒壳体11外径的两倍以上，旋转连杆23呈两端宽中间窄小，旋转连杆23最好采用高强度超轻纤维材料，但不限于此种材料。
如图4所示，一种短钻孔注水孔内旋流聚渣方法，具体实施步骤如下：
步骤A、在短钻孔内下放套管，在套管中下部2/3位置处开始缩小内径形成注水管网缩小内径的安装台阶。
步骤B、将上述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置安置于注水管网缩小内径的安装台阶上，圆筒壳体11的外径与钻孔的内径匹配，并通过倒刺12辅助短钻孔注水孔内旋流聚渣装置固定于注水管网内部。
步骤C、开始注水，水流流过时，水力驱动旋转叶片22带动旋转连杆23一同旋转，旋转连杆23搅动注水水流，改变流体的流动状态，将层流转变为紊流,使靠近孔壁处流体流速不为零，提高注水效果；旋转叶片22和旋转连杆23搅动水流过程中，形成旋流，将孔内排渣后残存的原生及次生煤尘颗粒煤渣聚集于管道中央，实现短钻孔注水孔内旋流聚渣装置效果。
步骤D、结束注水后，将短钻孔注水孔内旋流聚渣装置取出检修，清洁整理后循环利用。

Claims (8)

1.一种短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于，包括固定装置(1)和旋转装置(2)；所述固定装置(1)包括圆筒壳体(11)、倒刺(12)、固定支架(13)和固定轴(14)，所述旋转装置(2)包括转轴(21)，旋转叶片(22)和旋转连杆(23)；圆筒壳体(11)外表面设置倒刺(12)以便将旋流聚渣装置固定于短钻孔注水孔壁上，在圆筒壳体(11)内设置有固定支架(13)用于将固定轴(14)同轴安装在圆筒壳体(11)内，固定轴(14)位于固定支架(13)左侧部分装有左小右大的第一梭形减阻盖(3)；固定轴(14)位于固定支架(13)右侧部分通过轴承安装有可360°自由旋转的转轴(21)，并在转轴(21)的右端设置有左大右小的第二梭形减阻盖(4)，旋转叶片(22)在转轴(21)上呈圆周均布，旋转连杆(23)的左端固定连接于旋转叶片(22)的叶片边缘，并平行于圆筒壳体(11)的轴线，旋转连杆(23)的右端伸到圆筒壳体(11)外，且伸到圆筒壳体(11)外的长度是圆筒壳体(11)外径的两倍以上。
2.根据权利要求1所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于：所述旋转连杆(23)呈两端宽中间窄小，旋转连杆(23)采用高强度超轻纤维材料。
3.根据权利要求1所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于：所述倒刺(12)、固定支架(13)与圆筒壳体(11)之间，固定轴(14)与固定支架(13)之间，旋转叶片(22)与转轴(21)之间分别采用焊接方式固定连接。
4.根据权利要求1所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于：所述旋转连杆(23)采用榫卯结构固定连接于旋转叶片(22)的叶片边缘。
5.根据权利要求1所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于：所述第一梭形减阻盖(3)采用螺纹安装在固定轴(14)上，第二梭形减阻盖(4)与转轴(21)一体成型。
6.根据权利要求1所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于：所述固定轴(14)与转轴(21)通过深沟球轴承连接。
7.根据权利要求1所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，其特征在于：所述固定支架(13)由至少三根环绕固定轴(14)呈圆周均布的径向连接杆成。
8.一种短钻孔注水孔内旋流聚渣方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、在短钻孔内下放套管，在套管中下部2/3位置处开始缩小内径形成注水管网缩小内径的安装台阶；
步骤B、采用权利要求1-7任一所述的短钻孔注水孔内旋流聚渣装置，将该装置安置于注水管网缩小内径的安装台阶上，圆筒壳体(11)的外径与钻孔的内径匹配，并通过倒刺(12)辅助注水孔专用旋流聚渣装置固定于注水管网内部；
步骤C、开始注水，水流流过时，水力驱动旋转叶片(22)带动旋转连杆(23)一同旋转，使靠近孔壁处流体具有一定的速度，消除泊肃叶现象负面影响，将孔内排渣后残存的原生及次生煤尘颗粒煤渣聚集于管道中央；
步骤D、结束注水，将注水孔专用旋流聚渣装置取出检修，清洁整理后循环利用。
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