CN114320443B - 一种本煤层瓦斯抽采装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本煤层瓦斯抽采装置，涉及到开设在本煤层钻场内的瓦斯抽采钻孔，其特征在于，包括穿设在所述瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采管组件以及可拆卸安装在所述瓦斯抽采管组件内的破煤疏通机构。本发明中，采用破煤疏通结构清理塌落的破碎煤体，解决了抽采管或花眼堵塞的问题，有效避免了抱钻、卡钻、排粉不畅的情况，提高了抽采瓦斯的流畅程度；同时针对煤层瓦斯抽采过程中易发生垮塌、坍落、变形的问题，设计了内外双层结构套设安装的瓦斯抽采管组件，在整体提升抽采管路牢固性的基础上，可在内外抽采管之间形成较大间距空间，从而提高了瓦斯抽采流量。

Description

一种本煤层瓦斯抽采装置

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体地说涉及一种本煤层瓦斯抽采装置。

背景技术

为满足煤炭的供给，持续大规模煤炭开采使得煤炭资源挖掘深度不断加大，深部开采将成为煤炭开采的常态。随着开采深度不断增加，高应力、高瓦斯的问题尤为突出。2002年至2020年，煤矿瓦斯事故死亡人数约占煤矿事故全部死亡人数的1/3。煤矿瓦斯抽采对预防瓦斯超限、保证矿井安全生产具有重要意义。按照抽采瓦斯来源的不同可以分为四个类型，即：本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采、围岩瓦斯抽采。

本发明依托瓦斯抽放理论，通过合理的机械结构设计和电机控制系统，设计了一种本煤层瓦斯抽采装置，可在本煤层的瓦斯抽采管内减少煤体碎块碎屑脱落产生的粉尘，同时有效预防大孔径抽采及应力集中区域抽采出现的钻孔变形坍塌、破碎煤体大范围堵塞抽采管花眼的问题，避免出现因瓦斯抽采空间减小、阻力增大导致的抽采流量降低的情况，实现本煤层瓦斯抽采流量的可调控性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种安全高效、预防堵塞、有效提高抽采流量的本煤层瓦斯抽采装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种本煤层瓦斯抽采装置，涉及到开设在本煤层钻场内的瓦斯抽采钻孔，其特征在于，包括穿设在所述瓦斯抽采钻孔内的瓦斯抽采管组件以及可拆卸安装在所述瓦斯抽采管组件内的破煤疏通机构；

所述瓦斯抽采管组件包括内抽采管和间隔开通在所述内抽采管上的多个第一花眼；

所述破煤疏通机构包括动力组件和疏通组件，所述动力组件包括可伸缩穿插至所述内抽采管内的破煤柱，所述疏通组件安装在所述破煤柱的前端，所述疏通组件包括套设在所述破煤柱上的固定轴套以及铰接在所述固定轴套上的疏孔杆，所述疏孔杆可在所述破煤柱的带动下在所述内抽采管内前进或后退，并钻出所述第一花眼。

进一步地，所述疏孔杆包括铰接在所述固定轴套上套筒以及通过弹簧弹性可伸缩套设在所述套筒内的探杆，所述套筒与所述固定轴套之间连接有多个阻尼弹簧。

进一步地，多个所述第一花眼沿着所述内抽采管的长度方向排成N排，N≥1，所述疏通组件上的所述疏孔杆的数量设置为N个，分别一一对应疏通N排所述第一花眼。

进一步地，所述内抽采管的内壁上相应N排所述第一花眼的位置处分别开设有沿着所述内抽采管的长度方向延伸的轴向滑槽，所述疏通组件的N个所述疏孔杆分别一一对应滑动设置在各所述轴向滑槽内。

进一步地，所述疏通组件的数量设置为多组，所述内抽采管的内壁上开设有多个间隔分布的周向滑槽，多个所述第一花眼分别位于相应的各所述周向滑槽的位置处。

进一步地，所述瓦斯抽采管组件还包括套设在所述内抽采管外部的外集气套管，所述外集气套管的前端间隔开通有多个第二花眼，所述第一花眼和第二花眼错位分布。

进一步地，所述内抽采管的前端延伸出所述外集气套管，多个所述第一花眼分布在所述内抽采管的上下两侧管壁上，多个所述第二花眼分布在所述外集气套管的左右两侧管壁上。

进一步地，还包括加固防护机构，所述加固防护机构包括支撑架组件和连接组件，所述支撑架组件贴合所述瓦斯抽采钻孔的孔径内壁笼罩安装在所述瓦斯抽采管组件前端的外围，所述支撑架组件包括多组外加强箍以及间隔分布在相邻两个所述外加强箍之间的内加强箍，所述内加强箍的直径小于所述外加强箍的直径，所述外加强箍的内壁面与所述内加强箍的外壁面之间固定有多根固定柱，所述连接组件安装在所述瓦斯抽采管组件和支撑架组件之间。

进一步地，所述连接组件包括可拆卸固定在延伸出所述外集气套管前端的所述内抽采管上的安装轴套以及多个钢钩连接索，所述钢钩连接索套设在所述安装轴套上，所述外集气套管的前端安装有连接环，所述钢钩连接索分别绕过所述外加强箍、内加强箍连接至所述连接环和固定柱。

进一步地，还包括封堵机构，所述封堵机构包括注浆组件和两个封孔组件，两个所述封孔组件间隔分布在所述瓦斯抽采钻孔内，并套设在所述瓦斯抽采管组件的外围，所述支撑架组件安装在前端的所述封孔组件上；

所述封孔组件包括钢筋笼和分别固定在所述钢筋笼前后底面上的封堵板，所述钢筋笼的外围包覆有包膜，所述钢筋笼的内部填充有聚氨酯填料。

本发明的有益效果体现在：

本发明中，采用破煤疏通机构解决塌落的破碎煤体堵塞抽采管或花眼的问题，防止出现抱钻卡钻、排粉不畅的情况，提高抽采瓦斯的流畅程度；同时为针对于在本煤层钻场中的瓦斯抽采钻孔内进行瓦斯抽采的过程中发生垮塌、坍落、变形等事故，采用内外双层结构套设安装的瓦斯抽采管组件，既增强对抽采管的整体加固防护，避免出现压塌压扁的情况，又在内外抽采管之间形成较大间距空间，提升瓦斯抽采流量。

附图说明

图1是本发明一实施例的瓦斯抽采钻孔内部结构示意图。

图2是本发明一实施例的局部结构剖视图。

图3是本发明一实施例的瓦斯抽采管组件剖视图。

图4是本发明一实施例的封孔组件局部结构示意图。

图5是本发明一实施例的支撑架组件整体结构示意图。

图6是本发明一实施例的破煤疏通机构与轴向滑槽配合示意图。

图7是本发明一实施例的A部放大示意图。

图8是本发明一实施例的破煤疏通机构与周向滑槽配合示意图。

附图中各部件的标记为：1、本煤层钻场；2、瓦斯抽采钻孔；3、瓦斯抽采管组件；301、内抽采管；302、第一螺纹管接头；303、第一花眼；304、外集气套管；305、第二螺纹管接头；306、第二花眼；307、轴向滑槽；308、周向滑槽；4、支撑架组件；401、外加强箍；402、内加强箍；403、固定柱；5、连接组件；501、安装轴套；502、钢钩连接索；503、连接环；6、封孔组件；601、封堵板；602、包膜；603、钢筋笼；604、聚氨酯填料；7、泥浆填料；8、注浆组件；801、注浆管；802、注浆泵；803、回浆管；804、储浆罐；9、动力组件；901、电机；902、液压缸；903、挡板；904、破煤柱；905、盖帽；10、疏通组件；1001、固定轴套；1002、铰接头；11、疏孔杆；1101、套筒；1102、探杆；1103、阻尼弹簧。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1-图8。

本发明一种本煤层瓦斯抽采装置，涉及到开设在本煤层钻场1内的瓦斯抽采钻孔2，其特征在于，包括穿设在所述瓦斯抽采钻孔2内的瓦斯抽采管组件3以及可拆卸安装在所述瓦斯抽采管组件3内的破煤疏通机构；

所述瓦斯抽采管组件3包括内抽采管301和间隔开通在所述内抽采管301上的多个第一花眼303；

所述破煤疏通机构包括动力组件9和疏通组件10，所述动力组件9包括可伸缩穿插至所述内抽采管301内的破煤柱904，所述疏通组件10安装在所述破煤柱904的前端，所述疏通组件10包括套设在所述破煤柱904上的固定轴套1001以及铰接在所述固定轴套1001上的疏孔杆11，所述疏孔杆11可在所述破煤柱904的带动下在所述内抽采管301内前进或后退，并钻出所述第一花眼303。

本发明中，采用破煤疏通机构解决塌落的破碎煤体堵塞抽采管或花眼的问题，防止出现抱钻卡钻、排粉不畅的情况，提高抽采瓦斯的流畅程度；同时为针对于在本煤层钻场中的瓦斯抽采钻孔内进行瓦斯抽采的过程中发生垮塌、坍落、变形等事故，采用内外双层结构套设安装的瓦斯抽采管组件，既增强对抽采管的整体加固防护，避免出现压塌压扁的情况，又在内外抽采管之间形成较大间距空间，提升瓦斯抽采流量。

在一实施例中，所述疏孔杆11包括铰接在所述固定轴套1001上套筒1101以及通过弹簧弹性可伸缩套设在所述套筒1101内的探杆1102，所述套筒1101与所述固定轴套1001之间连接有多个阻尼弹簧1103。这样设计，所述内抽采管301的后端设有供外部其他设备连接的第一螺纹管接头302，所述动力组件9还包括电机901、液压缸902以及可螺纹安装在所述第一螺纹管接头302上的盖帽905，所述破煤柱904连接在所述液压缸902的活塞杆上，所述破煤柱904穿过所述盖帽905穿插至所述内抽采管301的内部，所述液压缸902安装在远离所述瓦斯抽采管组件3的所述电机901上，所述液压缸902和破煤柱904之间安装有挡板903，所述挡板903的截面面积大于所述盖帽905的通孔孔径，所述动力组件9驱使所述疏孔杆11插入所述内抽采管301中，随着所述破煤柱904的移动，所述疏孔杆11在铰接头1002的牵引下自由转动，此处铰接可采用轴铰接或者球铰接，当移动至所述第一花眼303位置处，所述探杆1102弹出所述套筒1101的内部，钻露出所述第一花眼303进行疏通破煤，操作便捷，易于实现。

在一实施例中，多个所述第一花眼303沿着所述内抽采管301的长度方向排成N排，N≥1，所述疏通组件10上的所述疏孔杆11的数量设置为N个，分别一一对应疏通N排所述第一花眼303，这样设计，所述N的数目并不唯一，可以是一个，也可以是多个，具体情况根据实际矿下抽采条件而定。

在一实施例中，所述内抽采管301的内壁上相应N排所述第一花眼303的位置处分别开设有沿着所述内抽采管301的长度方向延伸的轴向滑槽307，所述疏通组件10的N个所述疏孔杆11分别一一对应滑动设置在各所述轴向滑槽307内。这样设计，所述液压缸902可驱动所述破煤柱904匀速伸缩，将该所述疏孔杆11沿着所述轴向滑槽307滑动插入至所述内抽采管301内，所述探杆1102受压回缩至所述套筒1101内，遇到所述第一花眼303时，所述探杆1102自动弹出，破除封堵所述第一花眼303的煤体碎屑。

在一实施例中，所述疏通组件10的数量设置为多组，所述内抽采管301的内壁上开设有多个间隔分布的周向滑槽308，多个所述第一花眼303分别位于相应的各所述周向滑槽308的位置处。这样设计，多组所述疏孔杆11围绕在所述破煤柱904的前端，将所述破煤柱904插入所述内抽采管301中，所述电机901驱使所述破煤柱904匀速转动，多组所述疏孔杆11转动至所述周向滑槽308内时，遇到所述第一花眼303即与上述同理，所述探杆1102自动弹出，破除封堵所述第一花眼303的煤体碎屑，于此同时，所述疏通组件10在旋转的过程中实现了对所述内抽采管301内堵塞的煤渣煤块的破碎，防止出现抱钻卡钻、排粉不畅的情况，提高抽采瓦斯的流畅程度。

在一实施例中，所述瓦斯抽采管组件3还包括套设在所述内抽采管301外部的外集气套管304，所述外集气套管304的前端间隔开通有多个第二花眼306，所述第一花眼303和第二花眼306错位分布。这样设计，所述内抽采管301采用非金属刚性材料制成，所述外集气套304管采用非金属柔性材质制成，所述外集气套管304的内管壁与所述内抽采管301的外管壁之间具有不小于所述内抽采管301半径长度的间距，所述外集气套管304的后端设有连接至外界设备的第二螺纹管接头305，例如连通至外部瓦斯采集网络管，所述瓦斯抽采管组件3采用内外双层结构套设安装，所述内抽采管301在内，抵触至所述瓦斯抽采钻孔2的朝内的底面，结构坚固，具有较强的硬度，所述外集气套管304在外，最末端连通至瓦斯采集网络管实现瓦斯气体的最终集中收集和运输处理，具有弹性和柔性，可伸缩拉伸，具备较佳的抗压抗震性能，避免出现压塌压扁的情况，所述内抽采管301和外集气套管304之间形成较大间距空间，提升瓦斯抽采流量。

在一实施例中，所述内抽采管301的前端延伸出所述外集气套管304，多个所述第一花眼303分布在所述内抽采管301的上下两侧管壁上，多个所述第二花眼306分布在所述外集气套管304的左右两侧管壁上。这样设计，所述外集气套管304可拉伸调节在所述内抽采管301的外围的长度，但并非完全覆盖笼罩在其外，露出所述外集气套管304前端的所述内抽采管301可保持内外气压的平衡，防止抽采瓦斯时阻力过大，保障抽送的顺畅，所述第一花眼303和第二花眼306错位分布，避免处于同一垂直位置从而被坍塌煤体同时封堵住的情况出现。

在一实施例中，还包括加固防护机构，所述加固防护机构包括支撑架组件4和连接组件5，所述支撑架组件4贴合所述瓦斯抽采钻孔2的孔径内壁笼罩安装在所述瓦斯抽采管组件3前端的外围，所述支撑架组件4包括多组外加强箍401以及间隔分布在相邻两个所述外加强箍401之间的内加强箍402，所述内加强箍402的直径小于所述外加强箍401的直径，所述外加强箍401的内壁面与所述内加强箍402的外壁面之间固定有多根固定柱403，所述连接组件5安装在所述瓦斯抽采管组件3和支撑架组件4之间。这样设计，采用内外双层加强筋箍所述支撑架组件4贴合所述瓦斯抽采钻孔2的内壁，并罩设在所述瓦斯抽采管组件3的外围，当发生垮塌事故时，可有效预防所述瓦斯抽采钻孔2出现大面积变形，将塌方面积减小到局部，避免压扁所述瓦斯抽采管组件3的头部。

在一实施例中，所述连接组件5包括可拆卸固定在延伸出所述外集气套管304前端的所述内抽采管301上的安装轴套501以及多个钢钩连接索502，所述钢钩连接索502套设在所述安装轴套501上，所述外集气套管304的前端安装有连接环503，所述钢钩连接索502分别绕过所述外加强箍401、内加强箍402连接至所述连接环503和固定柱403。这样设计，所述连接组件5连接在所述瓦斯抽采管组件3和支撑架组件4之间，一方面对所述瓦斯抽采管组件3的端头起到限位固定作用，另一方面避免出现震荡抖动现象。

在一实施例中，还包括封堵机构，所述封堵机构包括注浆组件8和两个封孔组件6，两个所述封孔组件6间隔分布在所述瓦斯抽采钻孔2内，并套设在所述瓦斯抽采管组件3的外围，所述支撑架组件4安装在前端的所述封孔组件6上；

所述封孔组件6包括钢筋笼603和分别固定在所述钢筋笼603前后底面上的封堵板601，所述钢筋笼603的外围包覆有包膜602，所述钢筋笼603的内部填充有聚氨酯填料604。这样设计，采用两块所述封堵板601封堵所述钢筋笼603前后面、所述包膜602缠绕在外的方式，并在所述封堵板601上开通通孔，不仅便于在填充所述聚氨酯填料604时快速定型，还有效避免所述聚氨酯填料604四处渗流，提高操作可控性。

在一实施例中，所述注浆组件8包括注浆管801和回浆管803，所述注浆管801的前端贴合所述封孔组件6的内壁底面，穿设至靠近朝外侧的所述封孔组件6，所述注浆管801的后端连通有注浆泵802，向两个所述封孔组件6之间填充泥浆填料7，所述回浆管803的前端贴合所述封孔组件6的内壁顶面，穿设至靠近朝内侧的所述封孔组件6，所述回浆管803的后端连通有储浆罐804，用于预防所述泥浆填料7溢出回流。这样设计，注浆加固封堵强度，增设可回收回流所述泥浆填料7的回浆管803和储浆罐804，进行集中处理，实现循环使用，节省矿井下工作时间。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，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 (7)

1.一种本煤层瓦斯抽采装置，涉及到开设在本煤层钻场（1）内的瓦斯抽采钻孔（2），其特征在于，包括穿设在所述瓦斯抽采钻孔（2）内的瓦斯抽采管组件（3）以及可拆卸安装在所述瓦斯抽采管组件（3）内的破煤疏通机构；

所述瓦斯抽采管组件（3）包括内抽采管（301）和间隔开通在所述内抽采管（301）上的多个第一花眼（303）；

所述破煤疏通机构包括动力组件（9）和疏通组件（10），所述动力组件（9）包括可伸缩穿插至所述内抽采管（301）内的破煤柱（904），所述疏通组件（10）安装在所述破煤柱（904）的前端，所述疏通组件（10）包括套设在所述破煤柱（904）上的固定轴套（1001）以及铰接在所述固定轴套（1001）上的疏孔杆（11），所述疏孔杆（11）可在所述破煤柱（904）的带动下在所述内抽采管（301）内前进或后退，并钻出所述第一花眼（303）；

所述疏孔杆（11）包括铰接在所述固定轴套（1001）上的套筒（1101）以及通过弹簧弹性可伸缩套设在所述套筒（1101）内的探杆（1102），所述套筒（1101）与所述固定轴套（1001）之间连接有多个阻尼弹簧（1103）；

所述内抽采管（301）的内壁上相应N排所述第一花眼（303）的位置处分别开设有沿着所述内抽采管（301）的长度方向延伸的轴向滑槽（307），所述疏通组件（10）的N个所述疏孔杆（11）分别一一对应滑动设置在各所述轴向滑槽（307）内；

所述疏通组件（10）的数量设置为多组，所述内抽采管（301）的内壁上开设有多个间隔分布的周向滑槽（308），多个所述第一花眼（303）分别位于相应的各所述周向滑槽（308）的位置处。

2.如权利要求1所述的本煤层瓦斯抽采装置，其特征在于：多个所述第一花眼（303）沿着所述内抽采管（301）的长度方向排成N排，N≥1，所述疏通组件（10）上的所述疏孔杆（11）的数量设置为N个，分别一一对应疏通N排所述第一花眼（303）。

3.如权利要求1所述的本煤层瓦斯抽采装置，其特征在于：所述瓦斯抽采管组件（3）还包括套设在所述内抽采管（301）外部的外集气套管（304），所述外集气套管（304）的前端间隔开通有多个第二花眼（306），所述第一花眼（303）和第二花眼（306）错位分布。

4.如权利要求3所述的本煤层瓦斯抽采装置，其特征在于：所述内抽采管（301）的前端延伸出所述外集气套管（304），多个所述第一花眼（303）分布在所述内抽采管（301）的上下两侧管壁上，多个所述第二花眼（306）分布在所述外集气套管（304）的左右两侧管壁上。

5.如权利要求1所述的本煤层瓦斯抽采装置，其特征在于：还包括加固防护机构，所述加固防护机构包括支撑架组件（4）和连接组件（5），所述支撑架组件（4）贴合所述瓦斯抽采钻孔（2）的孔径内壁笼罩安装在所述瓦斯抽采管组件（3）前端的外围，所述支撑架组件（4）包括多组外加强箍（401）以及间隔分布在相邻两个所述外加强箍（401）之间的内加强箍（402），所述内加强箍（402）的直径小于所述外加强箍（401）的直径，所述外加强箍（401）的内壁面与所述内加强箍（402）的外壁面之间固定有多根固定柱（403），所述连接组件（5）安装在所述瓦斯抽采管组件（3）和支撑架组件（4）之间。

6.如权利要求5所述的本煤层瓦斯抽采装置，其特征在于：所述连接组件（5）包括可拆卸固定在延伸出外集气套管（304）前端的所述内抽采管（301）上的安装轴套（501）以及多个钢钩连接索（502），所述钢钩连接索（502）套设在所述安装轴套（501）上，外集气套管（304）的前端安装有连接环（503），所述钢钩连接索（502）分别绕过所述外加强箍（401）、内加强箍（402）连接至所述连接环（503）和固定柱（403）。

7.如权利要求6所述的本煤层瓦斯抽采装置，其特征在于：还包括封堵机构，所述封堵机构包括注浆组件（8）和两个封孔组件（6），两个所述封孔组件（6）间隔分布在所述瓦斯抽采钻孔（2）内，并套设在所述瓦斯抽采管组件（3）的外围，所述支撑架组件（4）安装在前端的所述封孔组件（6）上；

所述封孔组件（6）包括钢筋笼（603）和分别固定在所述钢筋笼（603）前后底面上的封堵板（601），所述钢筋笼（603）的外围包覆有包膜（602），所述钢筋笼（603）的内部填充有聚氨酯填料（604）。

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