CN115199234B - 一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法，在未发生喷孔现象时，负压区域与正压区域及煤渣堆积区域均处于隔绝状态，仅正压区域与煤渣堆积区域进行连通，钻孔能实现正常排渣，且瓦斯抽采总管路不对钻孔抽采瓦斯，减少低浓度的瓦斯被抽采提高抽采效率；当发生喷孔现象时，瓦斯与煤渣混相体大量涌入正压区域，此时使活动门开启，正压区域与负压区域连通，能够真正做到煤气混相涌出时的瞬间响应，瓦斯与煤渣混相体在负压区域内进行气固分离，煤渣沉降至振动平台的筛板上，并且通过折叠式伪门打开使镂空结构将负压区域与煤渣堆积区域连通；大量的游离瓦斯及解吸后瓦斯通过瓦斯抽采总管路进行负压抽采，降低了其在防喷主体内的异常积聚。
Description
技术领域
本发明涉及一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法，尤其适用于深部高瓦斯煤层打钻过程中的瓦斯超限及瓦斯喷孔等的防治工作。
背景技术
随着浅部煤层资源量逐渐减小，煤矿开采逐步向深部进军。我国深部煤层普遍具有瓦斯压力高、瓦斯含量大、孔隙率低的赋存特征，通常制约着深部煤炭资源的高效开采。为了保证煤炭资源的安全开采，一般需要向高瓦斯煤层施工大量钻孔进行瓦斯抽采，待瓦斯抽采达标之后，方可进行后续的煤巷掘进和工作面回采等工作。
目前钻孔施工地点大多在底板岩巷和顺槽位置，利用风钻或水钻对目标煤层进行打钻，若煤层内瓦斯含量较低时，钻进过程中的煤渣将会沿着钻孔反向排出；若煤层中瓦斯含量较高或煤层内含有构造带时，钻孔钻进过程中会产生大量的瓦斯-煤渣混相体，极易引发采掘空间的瓦斯突出和瓦斯超限问题，严重制约着煤矿安全生产。鉴于此，目前煤矿大多数采用常规防喷孔装置进行预防，取得了一定的进展，但经本申请的发明人研究发现目前的方式还存在如下问题，1）瓦斯抽采管与三通管（即钻孔内部）始终保持贯通状态，这样在没有发生喷孔时（此时钻孔内瓦斯浓度较低，空气较多）也会持续将钻孔内的气体吸入瓦斯抽采管内，这样就会导致因吸入较多的空气降低瓦斯抽采管路的抽采效率；2）现有防喷孔装备基本为手动式阀门（因为井下所需的电气防爆等级较高，为了方便安装及使用一般不采用电气设备），在发生喷孔时需要工人手动操作进行开闭处理，效率较低，这样就导致发生喷孔时由于无法及时打开阀门，极易造成人员伤亡；3）常规防喷孔装备在发生喷孔时，大量的煤渣与瓦斯混相体易积聚在腔体内，无法有效的实现气固两相分离（即瓦斯与煤渣的分离），进而导致执行排渣工序中易引起瓦斯超限等事故的发生；4）防喷孔装置未考虑到细微煤尘的影响，即对喷孔发生时产生的煤尘不能进行有效收集，从而易加剧工作地点煤尘含量异常现象的发生。因此，如何提供一种系统及方法，能在未发生喷孔正常钻孔过程中，进行排渣并降低瓦斯抽采管吸入钻孔内的气体量，进而减少低浓度的瓦斯被抽采，提高抽采效率；同时在钻孔发生喷孔时，能对煤渣与瓦斯混相体进行气固分离，煤渣沉降被排出，并将分离后的瓦斯快速抽采入瓦斯抽采管中，同时能对伴随的煤尘进行收集，实现煤层钻进过程中煤渣与瓦斯的协同安全排出，降低瓦斯超限事故的发生概率，是本行业的研究方向之一。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法，能在未发生喷孔正常钻孔过程中，进行排渣并降低瓦斯抽采管吸入钻孔内的气体量，进而大大减少低浓度的瓦斯被抽采，提高抽采效率；同时在钻孔发生喷孔时，能对煤渣与瓦斯混相体进行气固分离，煤渣沉降被排出，并将分离后的瓦斯快速抽采入瓦斯抽采管中，同时能对伴随的煤尘进行收集，实现煤层钻进过程中煤渣与瓦斯的协同安全排出，降低瓦斯超限事故的发生概率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种内嵌式智能振动防喷孔系统，包括防喷主体、风流分压装置、密闭阻隔门、振动平台和煤尘收集袋；
所述防喷主体为圆柱形罐体，防喷主体上端和下端分别设有排气端口和煤渣排出端口，防喷主体两侧分别设有第一收集端口和第二收集端口；所述振动平台装在防喷主体内，将防喷主体内部分隔成第一空间和第二空间，其中第二空间为煤渣堆积区域，第二空间与煤渣排出端口连通；所述第一空间固定有水平放置的隔板，密闭阻隔门装在第一空间内，密闭阻隔门上端与隔板密封固定、下端与振动平台的上表面接触密封、两侧分别与第一空间的防喷主体侧壁密封固定，密闭阻隔门和隔板将第一空间分隔成负压区域和正压区域，所述负压区域与排气端口和第二收集端口连通，正压区域与第一收集端口连通；煤尘收集袋与第二收集端口连接；
所述密闭阻隔门包括固定板、活动门、联动轴、机械式气压检测仪和气动转动机构，固定板中部开设通口，通口形状与活动门适配，使活动门能放置在通口内，联动轴一端与活动门固定连接、另一端穿过固定板与下方的气动转动机构的转轴同轴连接；气动转动机构工作时能通过联动轴控制活动门相对固定板转动，从而使通口由关闭状态变为开启状态；所述机械式气压检测仪装在防喷主体外表面，其检测端伸入正压区域内，用于检测及显示正压区域内的气压值；
所述振动平台包括振动主体、气动振动机构、筛板、气动推动机构和折叠式伪门，所述筛板固定在振动主体上部，振动主体上开设凹槽且筛板上开设安装口，使气动转动机构和风流分压装置通过安装口嵌入在振动主体的凹槽内；所述气动振动机构固定在振动主体上，气动振动机构工作时能带动筛板进行周期性振动；所述安装口两侧的筛板上均匀设置多个镂空结构，在安装口一侧处于负压区域下方的筛板内部设有一滑槽，折叠式伪门设置在滑槽内，且折叠式伪门在滑槽内能折叠或展开，使伪门对负压区域下方筛板上的镂空结构进行打开或封闭；所述气动推动机构装在振动主体内，气动推动机构工作时通过传动杆及传动关节与折叠式伪门连接，用于推动折叠式伪门从展开状态变为折叠状态；
所述风流分压装置的进口通过风压管与井下压风管路连通，风压管靠近井下压风管路的位置处装有手动阀门；风流分压装置的出口分别与气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构连通，风流分压装置能控制气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构处于工作或停止状态。
进一步，所述防喷主体的内径为1m～1.2m，防喷主体的高度为1.5m，其距离地面高度为0.5m，其中第一收集端口的直径为0.4m，第二收集端口的直径为0.2m，煤渣排出端口和排气端口的直径均为0.4m。采用上述这些参数能有效满足防喷主体对钻孔排渣及防喷孔的作用。
进一步，所述活动门外沿装有强型密封条，用于增加活动门与固定板之间的密封效果。这样更能使负压区域与正压区域之间隔绝，防止在活动门未打开时，正压区域内的气体从活动门与固定板之间进入负压区域。
进一步，所述振动平台的筛板倾斜设置，其与水平方向之间的夹角为15°，且处于正压区域下方的筛板高于处于负压区域下方的筛板。这样倾斜设置能使负压区域沉降的煤渣从其下方的振动平台筛分至煤渣堆积区域，并且振动筛分过程中解吸的瓦斯直接在负压区域被抽采。
进一步，所述气动振动机构的振动频率为120次/分。
进一步，还包括过滤器，过滤器设置在排气端口处，用于在瓦斯抽采时对上浮煤尘与瓦斯混相体进行分离。过滤器的作用就是防止煤尘随着瓦斯被抽采至瓦斯抽采总管路内。
进一步，所述煤尘收集袋采用的是矿用透气风筒布材质。
一种内嵌式智能振动防喷孔系统的使用方法，具体步骤为：
A、先使用钻机将三通管一端按照瓦斯预抽钻孔设计的角度和方向顶入煤层中，三通管另一端和排渣端口均处于瓦斯预抽钻孔外部，在钻孔外部组装内嵌式智能振动防喷孔系统，初始时，活动门处于关闭状态，折叠式伪门处于展开状态，此时负压区域与煤渣堆积区域和正压区域均处于不连通状态，正压区域与煤渣堆积区域处于连通状态；完成后将排气端口通过瓦斯抽采管与瓦斯抽采总管路连接，并将第一收集端口与三通管的排渣端口连通，此时负压区域与瓦斯抽采总管路之间连通处于负压状态；
B、钻机的钻杆开始进行瓦斯预抽钻孔施工，工作人员观察机械式气压检测仪的实时气压值，在气压值低于50kPa时，说明未发生喷孔处于正常钻进过程，此时瓦斯预抽钻孔内产生的瓦斯与煤渣混相体依次沿着瓦斯预抽钻孔→三通管→第一收集端口→正压区域→煤渣堆积区域→煤渣排出端口路径运移；若机械式气压检测仪的实时气压值超过50kPa时，说明此时瓦斯预抽钻孔发生喷孔现象，工作人员及时停止钻进工作，并开启手动阀门使风流分压装置与井下压风管路连通，风流分压装置将风流分配给气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构，进而使气动转动机构的转轴转动通过联动轴带动活动门转动打开，此时负压区域与正压区域通过通口连通，大量瓦斯与煤渣混相体从正压区域进入负压区域内，煤渣在负压区域内沉降至振动平台上，瓦斯及煤尘受瓦斯抽采总管路负压作用向排气端口移动，经过过滤器过滤后，煤尘留在防喷主体内、且其中部分经过第二收集端口进入煤尘收集袋内被收集，瓦斯气体进入瓦斯抽采总管路内，实现瓦斯、煤渣及煤尘的分离及收集；同时气动推动机构工作后通过传动杆及传动关节推动折叠式伪门从展开状态变为折叠状态，气动振动机构工作后带动筛板进行周期性振动，此时负压区域与煤渣堆积区域通过镂空结构连通，处于筛板上的煤渣受到振动后，能进一步促进煤渣上的瓦斯快速解吸，并使煤渣经过镂空结构筛分垮落至煤渣堆积区域，最终经煤渣排出端口排出；
C、待该瓦斯预抽钻孔喷孔现象结束后，将负压区域、正压区域和煤渣堆积区域内的煤渣进行清理，关闭手动阀门并断开风流分压装置的进口与手动阀门的连接，通过对气动转动机构和气动推动机构的排气，使活动门及折叠式伪门恢复初始位置，完成后再将风流分压装置的进口与手动阀门连接，并重复步骤A至C进行下一瓦斯预抽钻孔的钻进及防喷孔工作。
与现有技术相比，本发明采用防喷主体、风流分压装置、密闭阻隔门、振动平台和煤尘收集袋相结合方式，具有如下优点：
第一，针对瓦斯喷出全过程，本发明通过防喷主体、风流分压装置、密闭阻隔门、振动平台相互配合，在未发生喷孔现象时，负压区域与正压区域及煤渣堆积区域均处于隔绝状态（其中负压区域与正压区域通过密闭阻隔门及隔板实现隔绝，负压区域与煤渣堆积区域通过折叠式伪门的展开对筛板上的镂空结构进行封闭实现隔绝），仅正压区域与煤渣堆积区域进行连通，此时钻孔能实现正常排渣，且瓦斯抽采总管路不会对该阶段的钻孔抽采瓦斯，减少低浓度的瓦斯被抽采提高抽采效率。
第二，由于瓦斯抽采总管路与负压区域连通，使负压区域始终处于负压环境，当发生喷孔现象时，瓦斯与煤渣混相体大量涌入正压区域，此时使活动门开启，进而正压区域与负压区域连通，能够真正做到煤气混相涌出时的瞬间响应，瓦斯与煤渣混相体在负压区域内进行气固分离，煤渣沉降至振动平台的筛板上，并且通过折叠式伪门打开使镂空结构将负压区域与煤渣堆积区域连通，同时振动平台振动，促进煤渣上吸附的瓦斯解析并坠落至煤渣堆积区域；大量的游离瓦斯及解吸后瓦斯通过瓦斯抽采总管路进行负压抽采，降低了其在防喷主体内的异常积聚。
第三，密闭阻隔门、振动平台和气动推动机构以井下压风作为动力源，通过风流分压装置的分流，能在发生喷孔时，同时使气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构开始工作，进而使密闭阻隔门打开、振动平台振动及折叠式伪门折叠，三者相互配合实现对煤渣的筛分及瓦斯的抽采， 振动过程中一方面可加快吸附瓦斯解吸，减少风排瓦斯量，另一方面可促进不同颗粒煤渣的高效筛分排出，不会造成排渣口的异常堵塞；最终实现喷孔现象的治理，不会对外部环境造成影响。
第四，通过设置煤尘收集袋能有效提高在瓦斯抽采时上浮煤尘的收集效率，减少打钻现场空气的煤尘含量，大大改善工作环境。因此，本发明在结合传统防喷孔装置的优势基础上，实现了高压煤气混相体的有效分离、游离瓦斯的高效抽采，不仅能够降低瓦斯治理成本，而且能够提高钻孔工作现场的安全性和工作环境的友好性。
附图说明
图1为本发明的现场施工示意图。
图2为本发明中防喷主体的结构示意图；
图3为图2中振动平台与密闭封隔门的局部放大图；
图4是本发明中密闭阻隔门关闭时的结构示意图；
图5是本发明中密闭阻隔门开启时的结构示意图；
图6是本发明中振动平台的结构示意图；
图7是本发明中折叠式伪门展开状态的结构示意图；
图8是本发明中折叠式伪门折叠状态的结构示意图。
图中：1、底板岩巷；2、煤层；3、瓦斯预抽钻孔；4、防喷主体；5、三通管；6、瓦斯抽采管；7、煤尘收集袋；8、瓦斯抽采总管路；4-1、负压区域；4-2、密闭阻隔门；4-2-1、固定板；4-2-2、活动门；4-2-3、联动轴；4-2-4、风流分压装置；4-2-5、风压管；4-2-6、气动推动机构；4-2-7、传动杆；4-2-8、传动关节；4-3、振动平台；4-3-1、镂空结构；4-3-2、折叠式伪门；4-4、第一收集端口；4-5、第二收集端口；4-6、煤渣排出端口；4-7、排气端口；4-8、正压区域；4-9、煤渣堆积区域。
实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种内嵌式智能振动防喷孔系统，包括防喷主体4、风流分压装置4-2-4、密闭阻隔门4-2、振动平台4-3和煤尘收集袋7；
所述防喷主体4为圆柱形罐体，防喷主体4上端和下端分别设有排气端口4-7和煤渣排出端口4-6，防喷主体4两侧分别设有第一收集端口4-4和第二收集端口4-5；所述振动平台4-3装在防喷主体4内，将防喷主体4内部分隔成第一空间和第二空间，其中第二空间为煤渣堆积区域4-9，第二空间与煤渣排出端口4-6连通；所述第一空间固定有水平放置的隔板，密闭阻隔门4-2装在第一空间内，密闭阻隔门4-2上端与隔板密封固定、下端与振动平台4-3的上表面接触密封、两侧分别与第一空间的防喷主体4侧壁密封固定，密闭阻隔门4-2和隔板将第一空间分隔成负压区域4-1和正压区域4-8，所述负压区域4-1与排气端口4-7和第二收集端口4-5连通，正压区域4-8与第一收集端口4-4连通；煤尘收集袋7与第二收集端口4-5连接；所述煤尘收集袋7采用的是矿用透气风筒布材质。所述防喷主体4的内径为1m～1.2m，防喷主体4的高度为1.5m，其距离地面高度为0.5m，其中第一收集端口4-4的直径为0.4m，第二收集端口4-5的直径为0.2m，煤渣排出端口4-6和排气端口4-7的直径均为0.4m。采用上述这些参数能有效满足防喷主体4对钻孔排渣及防喷孔的作用；还包括过滤器，过滤器设置在排气端口4-7处，用于在瓦斯抽采时对上浮煤尘与瓦斯混相体进行分离。过滤器的作用就是防止煤尘随着瓦斯被抽采至瓦斯抽采总管路8内。
所述密闭阻隔门4-2包括固定板4-2-1、活动门4-2-2、联动轴4-2-3、机械式气压检测仪和气动转动机构，固定板4-2-1中部开设通口，通口形状与活动门4-2-2适配，使活动门4-2-2能放置在通口内，联动轴4-2-3一端与活动门4-2-2固定连接、另一端穿过固定板4-2-1与下方的气动转动机构的转轴同轴连接；气动转动机构工作时能通过联动轴4-2-3控制活动门4-2-2相对固定板4-2-1转动，从而使通口由关闭状态变为开启状态；所述机械式气压检测仪装在防喷主体4外表面，其检测端伸入正压区域4-8内，用于检测及显示正压区域4-8内的气压值；所述活动门4-2-2外沿装有强型密封条，用于增加活动门4-2-2与固定板4-2-1之间的密封效果。这样更能使负压区域4-1与正压区域4-8之间隔绝，防止在活动门4-2-2未打开时，正压区域4-8内的气体从活动门4-2-2与固定板4-2-1之间进入负压区域4-1。
所述振动平台4-3包括振动主体、气动振动机构、筛板、气动推动机构4-2-6和折叠式伪门4-3-2，所述筛板固定在振动主体上部，振动主体上开设凹槽且筛板上开设安装口，使气动转动机构和风流分压装置4-2-4通过安装口嵌入在振动主体的凹槽内；所述气动振动机构固定在振动主体上，气动振动机构工作时能带动筛板进行周期性振动，所述气动振动机构的振动频率为120次/分；所述安装口两侧的筛板上均匀设置多个镂空结构4-3-1，在安装口一侧处于负压区域4-1下方的筛板内部设有一滑槽，折叠式伪门4-3-2设置在滑槽内，且折叠式伪门4-3-2在滑槽内能折叠或展开，使伪门对负压区域4-1下方筛板上的镂空结构4-3-1进行打开或封闭；所述气动推动机构4-2-6装在振动主体内，气动推动机构4-2-6工作时通过传动杆4-2-7及传动关节4-2-8与折叠式伪门4-3-2连接，用于推动折叠式伪门4-3-2从展开状态变为折叠状态；
所述风流分压装置4-2-4的进口通过风压管4-2-5与井下压风管路连通，风压管4-2-5靠近井下压风管路的位置处装有手动阀门；风流分压装置4-2-4的出口分别与气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构4-2-6连通，风流分压装置4-2-4能控制气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构4-2-6处于工作或停止状态。
作为本发明的一种改进，所述振动平台4-3的筛板倾斜设置，其与水平方向之间的夹角为15°，且处于正压区域4-8下方的筛板高于处于负压区域4-1下方的筛板。这样倾斜设置能使负压区域4-1沉降的煤渣从其下方的振动平台4-3筛分至煤渣堆积区域4-9，并且振动筛分过程中解吸的瓦斯直接在负压区域4-1被抽采。
上述风流分压装置4-2-4、密闭阻隔门4-2、煤尘收集袋7、机械式气压检测仪、气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构4-2-6均为现有设备或部件，能通过市场直接购买获得。
上述内嵌式智能振动防喷孔系统的使用方法，具体步骤为：
A、先使用钻机将三通管一端按照瓦斯预抽钻孔3设计的角度和方向顶入煤层2中，三通管5另一端和排渣端口均处于瓦斯预抽钻孔3外部，在瓦斯预抽钻孔3外部组装内嵌式智能振动防喷孔系统，初始时，活动门4-2-2处于关闭状态，折叠式伪门4-3-2处于展开状态，此时负压区域4-1与煤渣堆积区域4-9和正压区域4-8均处于不连通状态，正压区域4-8与煤渣堆积区域4-9处于连通状态；完成后将排气端口4-7通过瓦斯抽采管6与瓦斯抽采总管路8连接，并将第一收集端口4-4与三通管5的排渣端口连通，此时负压区域4-1与瓦斯抽采总管路8之间连通处于负压状态；
B、钻机的钻杆开始进行瓦斯预抽钻孔3施工，工作人员观察机械式气压检测仪的实时气压值，在气压值低于50kPa时，说明未发生喷孔处于正常钻进过程，此时瓦斯预抽钻孔3内产生的瓦斯与煤渣混相体依次沿着瓦斯预抽钻孔3→三通管5→第一收集端口4-4→正压区域4-8→煤渣堆积区域4-9→煤渣排出端口4-6路径运移；若机械式气压检测仪的实时气压值超过50kPa时，说明此时瓦斯预抽钻孔3发生喷孔现象，工作人员及时停止钻进工作，并开启手动阀门使风流分压装置4-2-4与井下压风管路连通，风流分压装置4-2-4将风流分配给气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构4-2-6，进而使气动转动机构的转轴转动通过联动轴4-2-3带动活动门4-2-2转动打开，此时负压区域4-1与正压区域4-8通过通口连通，大量瓦斯与煤渣混相体从正压区域4-8进入负压区域4-1内，煤渣在负压区域4-1内沉降至振动平台4-3上，瓦斯及煤尘受瓦斯抽采总管路8负压作用向排气端口4-7移动，经过过滤器过滤后，煤尘留在防喷主体4内、且其中部分经过第二收集端口4-5进入煤尘收集袋7内被收集，瓦斯气体进入瓦斯抽采总管路8内，实现瓦斯、煤渣及煤尘的分离及收集；同时气动推动机构4-2-6工作后通过传动杆4-2-7及传动关节4-2-8推动折叠式伪门4-3-2从展开状态变为折叠状态，气动振动机构工作后带动筛板进行周期性振动，此时负压区域4-1与煤渣堆积区域4-9通过镂空结构4-3-1连通，处于筛板上的煤渣受到振动后，能进一步促进煤渣上的瓦斯快速解吸，并使煤渣经过镂空结构4-3-1筛分垮落至煤渣堆积区域4-9，最终经煤渣排出端口4-6排出；
C、待该瓦斯预抽钻孔3喷孔现象结束后，将负压区域4-1、正压区域4-8和煤渣堆积区域4-9内的煤渣进行清理，关闭手动阀门并断开风流分压装置4-2-4的进口与手动阀门的连接，通过对气动转动机构和气动推动机构4-2-6的排气，使活动门4-2-2及折叠式伪门4-3-2恢复初始位置，完成后再将风流分压装置4-2-4的进口与手动阀门连接，并重复步骤A至C进行下一瓦斯预抽钻孔3的钻进及防喷孔工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，包括防喷主体、风流分压装置、密闭阻隔门、振动平台和煤尘收集袋；
所述防喷主体为圆柱形罐体，防喷主体上端和下端分别设有排气端口和煤渣排出端口，防喷主体两侧分别设有第一收集端口和第二收集端口；所述振动平台装在防喷主体内，将防喷主体内部分隔成第一空间和第二空间，其中第二空间为煤渣堆积区域，第二空间与煤渣排出端口连通；所述第一空间固定有水平放置的隔板，密闭阻隔门装在第一空间内，密闭阻隔门上端与隔板密封固定、下端与振动平台的上表面接触密封、两侧分别与第一空间的防喷主体侧壁密封固定，密闭阻隔门和隔板将第一空间分隔成负压区域和正压区域，所述负压区域与排气端口和第二收集端口连通，正压区域与第一收集端口连通；煤尘收集袋与第二收集端口连接；
所述密闭阻隔门包括固定板、活动门、联动轴、机械式气压检测仪和气动转动机构，固定板中部开设通口，通口形状与活动门适配，使活动门能放置在通口内，联动轴一端与活动门固定连接、另一端穿过固定板与下方的气动转动机构的转轴同轴连接；气动转动机构工作时能通过联动轴控制活动门相对固定板转动，从而使通口由关闭状态变为开启状态；所述机械式气压检测仪装在防喷主体外表面，其检测端伸入正压区域内，用于检测及显示正压区域内的气压值；
所述振动平台包括振动主体、气动振动机构、筛板、气动推动机构和折叠式伪门，所述筛板固定在振动主体上部，振动主体上开设凹槽且筛板上开设安装口，使气动转动机构和风流分压装置通过安装口嵌入在振动主体的凹槽内；所述气动振动机构固定在振动主体上，气动振动机构工作时能带动筛板进行周期性振动；所述安装口两侧的筛板上均匀设置多个镂空结构，在安装口一侧处于负压区域下方的筛板内部设有一滑槽，折叠式伪门设置在滑槽内，且折叠式伪门在滑槽内能折叠或展开，使伪门对负压区域下方筛板上的镂空结构进行打开或封闭；所述气动推动机构装在振动主体内，气动推动机构工作时通过传动杆及传动关节与折叠式伪门连接，用于推动折叠式伪门从展开状态变为折叠状态；
所述风流分压装置的进口通过风压管与井下压风管路连通，风压管靠近井下压风管路的位置处装有手动阀门；风流分压装置的出口分别与气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构连通，风流分压装置能控制气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构处于工作或停止状态。
2. 根据权利要求1 所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述防喷主体的内径为1m～1.2m，防喷主体的高度为1.5m，其距离地面高度为0.5m，其中第一收集端口的直径为0.4m，第二收集端口的直径为0.2m，煤渣排出端口和排气端口的直径均为0.4m。
3. 根据权利要求1 所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述活动门外沿装有强型密封条，用于增加活动门与固定板之间的密封效果。
4. 根据权利要求1 所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述振动平台的筛板倾斜设置，其与水平方向之间的夹角为15°，且处于正压区域下方的筛板高于处于负压区域下方的筛板。
5. 根据权利要求1 所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述气动振动机构的振动频率为120次/分。
6. 根据权利要求1 所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，还包括过滤器，过滤器设置在排气端口处，用于在瓦斯抽采时对上浮煤尘与瓦斯混相体进行分离。
7. 根据权利要求1 所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述煤尘收集袋采用的是矿用透气风筒布材质。
8.一种根据权利要求6所述内嵌式智能振动防喷孔系统的使用方法，其特征在于，具体步骤为：
A、先使用钻机将三通管一端按照瓦斯预抽钻孔设计的角度和方向顶入煤层中，三通管另一端和排渣端口均处于瓦斯预抽钻孔外部，在钻孔外部组装内嵌式智能振动防喷孔系统，初始时，活动门处于关闭状态，折叠式伪门处于展开状态，此时负压区域与煤渣堆积区域和正压区域均处于不连通状态，正压区域与煤渣堆积区域处于连通状态；完成后将排气端口通过瓦斯抽采管与瓦斯抽采总管路连接，并将第一收集端口与三通管的排渣端口连通，此时负压区域与瓦斯抽采总管路之间连通处于负压状态；
B、钻机的钻杆开始进行瓦斯预抽钻孔施工，工作人员观察机械式气压检测仪的实时气压值，在气压值低于50kPa时，说明未发生喷孔处于正常钻进过程，此时瓦斯预抽钻孔内产生的瓦斯与煤渣混相体依次沿着瓦斯预抽钻孔→三通管→第一收集端口→正压区域→煤渣堆积区域→煤渣排出端口路径运移； 若机械式气压检测仪的实时气压值超过50kPa时，说明此时瓦斯预抽钻孔发生喷孔现象，工作人员及时停止钻进工作，并开启手动阀门使风流分压装置与井下压风管路连通，风流分压装置将风流分配给气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构，进而使气动转动机构的转轴转动通过联动轴带动活动门转动打开，此时负压区域与正压区域通过通口连通，大量瓦斯与煤渣混相体从正压区域进入负压区域内，煤渣在负压区域内沉降至振动平台上，瓦斯及煤尘受瓦斯抽采总管路负压作用向排气端口移动，经过过滤器过滤后，煤尘留在防喷主体内、且其中部分经过第二收集端口进入煤尘收集袋内被收集，瓦斯气体进入瓦斯抽采总管路内，实现瓦斯、煤渣及煤尘的分离及收集；同时气动推动机构工作后通过传动杆及传动关节推动折叠式伪门从展开状态变为折叠状态，气动振动机构工作后带动筛板进行周期性振动，此时负压区域与煤渣堆积区域通过镂空结构连通，处于筛板上的煤渣受到振动后，能进一步促进煤渣上的瓦斯快速解吸，并使煤渣经过镂空结构筛分垮落至煤渣堆积区域，最终经煤渣排出端口排出；
C、待该瓦斯预抽钻孔喷孔现象结束后，将负压区域、正压区域和煤渣堆积区域内的煤渣进行清理，关闭手动阀门并断开风流分压装置的进口与手动阀门的连接，通过对气动转动机构和气动推动机构的排气，使活动门及折叠式伪门恢复初始位置，完成后再将风流分压装置的进口与手动阀门连接，并重复步骤A至C进行下一瓦斯预抽钻孔的钻进及防喷孔工作。
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Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4566539A (en) * | 1984-07-17 | 1986-01-28 | William Perlman | Coal seam fracing method |
| SU1216368A1 (ru) * | 1983-12-28 | 1986-03-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт | Устройство дл очистки газа при дегазации угольных пластов |
| US4651836A (en) * | 1986-04-01 | 1987-03-24 | Methane Drainage Ventures | Process for recovering methane gas from subterranean coalseams |
| CA1228024A (en) * | 1984-05-11 | 1987-10-13 | Walter L. Richards | Multiple level methane drainage method |
| SU1657658A1 (ru) * | 1989-04-24 | 1991-06-23 | А.В.Бакулин | Способ дегазации угольных пластов |
| CN101122236A (zh) * | 2007-06-12 | 2008-02-13 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 应用在突出煤层安全钻进防喷系统中的气煤分离设备 |
| CN102128044A (zh) * | 2010-01-15 | 2011-07-20 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 除尘装置及系统 |
| CN102953752A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-03-06 | 中国矿业大学 | 一种含水瓦斯抽采钻孔密封方法 |
| CN202882991U (zh) * | 2012-11-12 | 2013-04-17 | 西山煤电(集团)有限责任公司 | 防喷孔瓦斯接收器 |
| CN103643988A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-19 | 河南能源化工集团研究院有限公司 | 气水渣分离缓冲式防瓦斯喷孔装置 |
| RU2526962C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук, ИУ СО РАН | Способ определения газокинетических характеристик угольного пласта |
| CN107191153A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-09-22 | 辽宁工程技术大学 | 一种矿用钻孔打钻防喷系统 |
| CN107882586A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-04-06 | 贵州盘江精煤股份有限公司 | 一种煤矿井下瓦斯抽放吹水结构及其施工方法 |
| CN110344758A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-10-18 | 湖南科技大学 | 一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法 |
| CN110374665A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-25 | 湖南科技大学 | 一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置及使用方法 |
| CN210105805U (zh) * | 2019-04-11 | 2020-02-21 | 永贵能源开发有限责任公司新田煤矿 | 一种定向钻孔瓦斯综合防喷装置 |
| CN114483161A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种煤矿钻孔防瓦斯喷孔装置及施工方法 |
| CN216767457U (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-17 | 中国矿业大学 | 用于突出煤层瓦斯抽采钻孔的防喷孔装置 |
-
2022
- 2022-07-15 CN CN202210829409.9A patent/CN115199234B/zh active Active
Patent Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1216368A1 (ru) * | 1983-12-28 | 1986-03-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт | Устройство дл очистки газа при дегазации угольных пластов |
| CA1228024A (en) * | 1984-05-11 | 1987-10-13 | Walter L. Richards | Multiple level methane drainage method |
| US4566539A (en) * | 1984-07-17 | 1986-01-28 | William Perlman | Coal seam fracing method |
| US4651836A (en) * | 1986-04-01 | 1987-03-24 | Methane Drainage Ventures | Process for recovering methane gas from subterranean coalseams |
| SU1657658A1 (ru) * | 1989-04-24 | 1991-06-23 | А.В.Бакулин | Способ дегазации угольных пластов |
| CN101122236A (zh) * | 2007-06-12 | 2008-02-13 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 应用在突出煤层安全钻进防喷系统中的气煤分离设备 |
| CN102128044A (zh) * | 2010-01-15 | 2011-07-20 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 除尘装置及系统 |
| CN102953752A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-03-06 | 中国矿业大学 | 一种含水瓦斯抽采钻孔密封方法 |
| CN202882991U (zh) * | 2012-11-12 | 2013-04-17 | 西山煤电(集团)有限责任公司 | 防喷孔瓦斯接收器 |
| RU2526962C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук, ИУ СО РАН | Способ определения газокинетических характеристик угольного пласта |
| CN103643988A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-19 | 河南能源化工集团研究院有限公司 | 气水渣分离缓冲式防瓦斯喷孔装置 |
| CN107191153A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-09-22 | 辽宁工程技术大学 | 一种矿用钻孔打钻防喷系统 |
| CN107882586A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-04-06 | 贵州盘江精煤股份有限公司 | 一种煤矿井下瓦斯抽放吹水结构及其施工方法 |
| CN210105805U (zh) * | 2019-04-11 | 2020-02-21 | 永贵能源开发有限责任公司新田煤矿 | 一种定向钻孔瓦斯综合防喷装置 |
| CN110374665A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-25 | 湖南科技大学 | 一种用于极松软煤层抽采钻孔的瓦斯收集装置及使用方法 |
| CN110344758A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-10-18 | 湖南科技大学 | 一种高瓦斯极松软煤层瓦斯抽采钻孔的施工方法 |
| CN114483161A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-05-13 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种煤矿钻孔防瓦斯喷孔装置及施工方法 |
| CN216767457U (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-17 | 中国矿业大学 | 用于突出煤层瓦斯抽采钻孔的防喷孔装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 大倾角下行防突钻孔钻进成套装备研发;郑伟;;煤矿机械(04);全文 * |
| 高瓦斯低透气性突出煤巷快速掘进技术;翟成;林柏泉;;煤炭科学技术(06);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115199234A (zh) | 2022-10-18 |
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