CN204851318U - 矿井救援钻孔空气保压通风设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及矿井钻孔技术领域，尤其涉及一种矿井救援钻孔空气保压通风设备。该设备包括，钻杆，所述钻杆内具有流通管路，所述流通管路可开启和关闭；膨胀胶囊，所述膨胀胶囊套装在所述钻杆上，所述膨胀胶囊可膨胀和收缩；孔口管，所述孔口管套设在所述膨胀胶囊圆周侧，膨胀后的所述膨胀胶囊与所述孔口管的内壁密封抵接；进风口，所述进风口的一端与所述流通管路连通，所述进风口的另一端连接风机的出风端；以及溢压组件，所述溢压组件预设有气压阈值，用于控制所述膨胀胶囊的沿所述钻杆轴向的两侧的气路通断。本实用新型解决了钻孔打通地下矿井时，因矿井泄压而导致受困人员的生存空间缩小或者消失的问题。

Description

矿井救援钻孔空气保压通风设备

技术领域

本实用新型涉及矿井钻孔技术领域，尤其是涉及一种矿井救援钻孔空气保压通风设备。

背景技术

我国煤矿水害频发，每年都造成数以百计的人员死亡，其中部分人员的死亡是因为救援钻孔空气外泄，避难空间二次受淹所造成的。例如2013年，山西某矿因老空突水，部分区域受淹，12人被困井下某两处带压“气泡”区域。灾害发生后政府组织力量抢险救灾，其中救援的主要方法之一就是地面向井下一处10名受困人员的上山快速打钻输送食物和空气。钻孔打通后造成空气在水压的作用下外泄，“气泡”空间二次被淹，10名人员丧生。

我国水文地质类型复杂、极复杂煤矿大于3082座，受老空水威胁的整合煤矿和私人小煤矿8500多座，都存在着突水的威胁，国家安监总局《掘进工作面老空突水事故技术原因分析与对策措施研究》报告认为，我国煤矿水害死亡势头没有得到遏制，未来突水的风险更大。老空突水等水害发生时，常有人员被困于井下“气泡”之中，但是因为“气泡”泄气的问题一直没有解决，避难空间二次受淹致人死亡的灾害经常发生。

因此，针对上述问题急需提供一种新的矿井救援钻孔空气保压通风设备，确保救援钻孔打通后空气不外泄，或短暂的泄压后能够及时增补，人员的生存空间不缩小、不消失，呼吸的空气不缺氧。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种矿井救援钻孔空气保压通风设备，用于解决钻孔打通地下矿井时，因矿井泄压而导致受困人员的生存空间缩小或者消失的问题。

基于上述目的，本实用新型提供了一种矿井救援钻孔空气保压通风设备，包括：

钻杆，所述钻杆内具有流通管路，所述流通管路可开启和关闭；

膨胀胶囊，所述膨胀胶囊套装在所述钻杆上，所述膨胀胶囊可膨胀和收缩；

孔口管，所述孔口管套设在所述膨胀胶囊圆周侧，膨胀后的所述膨胀胶囊与所述孔口管的内壁密封抵接；

进风口，所述进风口的一端与所述流通管路连通，所述进风口的另一端连接风机的出风端；

以及溢压组件，所述溢压组件预设有气压阈值，用于控制所述膨胀胶囊的沿所述钻杆轴向的两侧的气路通断。

进一步地，所述流通管路上设置有第一阀门，用于控制所述流通管路的通断。

进一步地，所述流通管路上设置有第二阀门，用于控制所述流通管路的通断；所述进风口位于所述第一阀门和所述第二阀门之间。

进一步地，所述进风口的另一端还连接水泵的出水端。

进一步地，所述流通管路上设置有第三阀门，用于控制所述流通管路的通断；所述第三阀门、所述第二阀门和所述第一阀门依次排布。

进一步地，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门分别采用闸阀。

进一步地，所述溢压组件包括溢压管和控制所述溢压管通断的溢压阀门，所述溢压管贯穿所述膨胀胶囊，所述溢压阀门预设有气压阈值。

进一步地，所述溢压管相对靠近所述进风口的一端设置有所述溢压阀门，另一端设置有单向阀。

进一步地，所述膨胀胶囊具有连接孔，所述连接孔用于填充或者释放所述膨胀胶囊。

进一步地，所述膨胀胶囊沿所述钻杆的轴向的两侧分别设置有护囊金属圆环，所述护囊金属圆环的外径小于所述孔口管的内径。

综上所述，本实用新型提供的矿井救援钻孔空气保压通风设备，采用所述钻杆钻孔并打通所述矿井，通过阻断所述钻杆内部、钻杆外部的气体流通，来保证所述矿井的空气基本不外泄，压强基本不减少；具体而言，阻断所述钻杆外部的气体流通是通过所述孔口管和所述膨胀胶囊配合作用；所述风机通过钻杆内部的所述流通管路，给所述矿井内的受困人员提供新鲜空气；当所述矿井内的压强高于预设的气压阈值时，所述矿井内的空气通过溢压组件排出地面；从而实现了钻孔打通地下矿井后，所述矿井的空气基本不外泄，压强基本不减少，并能及时向所述矿井提供新鲜空气，以保证受困人员的生存空间不缩小、不消失，呼吸的空气不缺氧。从而解决了钻孔打通地下矿井时，因矿井泄压而导致受困人员的生存空间缩小或者消失的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的矿井救援钻孔空气保压通风设备的结构示意图；

图2为图1所示的矿井救援钻孔空气保压通风设备的膨胀胶囊收缩状态的结构示意图；

图3为图1所示的矿井救援钻孔空气保压通风设备的膨胀胶囊膨胀状态的结构示意图；

附图标记：

1-钻杆；11-流通管路；12-第一阀门；

13-第二阀门；14-第三阀门；

2-膨胀胶囊；21-连接孔；22-护囊金属圆环；

3-孔口管；4-进风口；41-水泵的出水端；

5-溢压组件；51-溢压管；52-溢压阀门；

53-单向阀；6-矿井。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

本实施例提供了一种矿井救援钻孔空气保压通风方法，该方法包括，

步骤100、确定对应于地下矿井的地面钻孔位置；以便救援人员开始钻孔作业，实施救援；

步骤200、在所述钻孔位置实施钻探作业，钻出作业井，在所述作业井的圆周井壁浇筑孔口管；通过注浆使所述圆周井壁与所述孔口管的外壁牢固结合；注浆结束后针对所述孔口管扫孔，做压水试验，注水压力不小于3MPa；所述孔口管的漏水量满足设计漏水量方可继续钻进，否则继续注浆，直到满足设计漏水量为止；优选地，所述设计漏水量小于20L/min。

步骤300、在所述作业井的井底变径钻进，令钻杆延伸至所述矿井内；通过所述钻杆打通所述矿井，令所述矿井与地面存在空气流通通路；

步骤400、阻断所述钻杆内部的流通管路；一般情况下，所述矿井的气压大于地面大气压，所述钻杆打通所述矿井后，通过阻断所述钻杆内部的流通管路，以保证所述矿井的气压，从而防止所述矿井的空气通过所述钻杆内部的流通管路流入地面，进而防止所述矿井内的水位上升淹死受困人员、或者所述矿井内的受困人员因缺氧而死；

步骤500、阻断所述钻杆外部的气体流通：所述钻杆外壁与所述孔口管内壁采用膨胀胶囊实施密封；通过所述膨胀胶囊以进一步阻断所述矿井与地面的空气流通通路；上述步骤200中，扫孔要干净，所述孔口管的内壁不可残留固体突出物，以免扎破所述膨胀胶囊，影响所述膨胀胶囊的作用；

步骤600、通风：采用风机通过所述流通管路供风于所述矿井，所述矿井内气压超出预设气压阈值时，开启贯穿所述膨胀胶囊的溢压组件，排出气体至地面。通过所述风机供风于所述矿井，给所述矿井内的受困人员提供氧气，通过所述溢压组件，以确保适合受困人员的生存环境，即受困人员的生存空间不因水位等上升而缩小、所述矿井内的压强不会太大或者太小而影响人们生存。

具体而言，所述步骤400包括：关闭所述流通管路上设置的第一阀门。通过所述第一阀门方便快捷的启闭所述流通管路。

所述步骤600中，所述溢压组件包括溢压管和控制所述溢压管通断的溢压阀门，所述溢压管贯穿所述膨胀胶囊，所述溢压阀门预设有气压阈值。所述溢压管用于连通所述矿井与地面的空气流通通路；通过所述溢压阀门设置适合受困人员的生存环境的压强，即预设的气压阈值，来确保受困人员的生存环境不缩小、不消失。

本实施例中所述矿井特指老空突水等水害发生时，人员被困于地下的密闭空间或者缺氧空间等避难空间，所述避难空间的气压不小于地面大气压；所述避难空间包括但不限于井下“气泡”、巷道、矿井、掘进工作面等。

本实施例中所述钻杆包括钻头，所述流通管路包括所述钻杆内部的空腔和所述钻头的水眼；所述钻杆打通所述矿井时，所述矿井内的空气通过所述流通管路，即钻杆内空腔和钻头的水眼，与地面交换。

本实施例的一可选方案中，所述矿井救援钻孔空气保压通风方法还包括，

步骤700、通液体：采用水泵通过所述流通管路供液体于所述矿井。通过所述水泵提供液体于所述矿井，以便给受困人员提供应急饮水和能量。

所述液体可以为饮用水，也可以为牛奶、稀饭等营养液、流食。

本实施例的矿井救援钻孔空气保压通风方法，采用所述钻杆钻孔并打通所述矿井，通过阻断所述钻杆内部、钻杆外部的气体流通，来保证所述矿井的空气基本不外泄，压强基本不减少；具体而言，阻断所述钻杆外部的气体流通是通过所述孔口管和所述膨胀胶囊配合作用；所述风机通过钻杆内部的所述流通管路，给所述矿井内的受困人员提供新鲜空气；当所述矿井内的压强高于预设的气压阈值时，所述矿井内的空气通过溢压组件排出地面；从而实现了钻孔打通地下矿井后，所述矿井的空气基本不外泄，压强基本不减少，并能及时向所述矿井提供新鲜空气，以保证受困人员的生存空间不缩小、不消失，呼吸的空气不缺氧。

实施例二

为了更好的实施本实用新型实施例一的所述矿井救援钻孔空气保压通风方法，本实用新型还提供了一种用于实现本实用新型的矿井救援钻孔空气保压通风设备，下面结合附图对本实用新型的矿井救援钻孔空气保压通风设备的实施方式进行进一步的详细说明。

参见图1-图3所示，本实施例提供了一种矿井救援钻孔空气保压通风设备。图1为本实用新型实施例提供的矿井救援钻孔空气保压通风设备的结构示意图，图中所示箭头为空气流通方向；图2为图1所示的膨胀胶囊收缩状态的结构示意图，图3为图1所示的膨胀胶囊膨胀状态的结构示意图，为了更加清楚的显示结构，图2、图3仅显示出膨胀胶囊、护囊金属圆环、溢压组件及部分钻杆、孔口管等；图1-图3中的孔口管为剖视图；为了更加清楚的显示膨胀胶囊的结构，图1-图3中的膨胀胶囊采用图案填充。

参见图1-图3所示，本实施例提供的矿井救援钻孔空气保压通风设备，包括：

钻杆1，所述钻杆1内具有流通管路11，所述流通管路11可开启和关闭；以便通过所述钻杆1打通矿井6，令所述矿井6与地面存在可开启和关闭的空气流通通路；

膨胀胶囊2，所述膨胀胶囊2套装在所述钻杆1上，所述膨胀胶囊2可膨胀和收缩；所述膨胀胶囊2随所述钻杆1同步转动；

孔口管3，所述孔口管3套设在所述膨胀胶囊2圆周侧，膨胀后的所述膨胀胶囊2与所述孔口管3的内壁密封抵接；以便通过膨胀后的所述膨胀胶囊2和所述孔口管3共同配合，阻断所述钻杆1外部的气体流通；

优选地，收缩状态的所述膨胀胶囊2的直径小于所述孔口管3的内径，以便所述钻杆1转动钻孔时，处于收缩状态的所述膨胀胶囊2随所述钻杆1同步转动，避免损坏所述膨胀胶囊2，而导致所述膨胀胶囊2无法膨胀密封抵接所述孔口管3；

进风口4，所述进风口4的一端与所述流通管路11连通，所述进风口4的另一端连接风机(属于现有技术，图中未显示)的出风端；以便通过所述风机向所述矿井6提供新鲜空气，进而保障受困人员的生存空间和氧气；

以及溢压组件5，所述溢压组件5预设有气压阈值，用于控制所述膨胀胶囊2的沿所述钻杆1轴向的两侧的气路通断；也即用于控制所述矿井6与地面的气路通断；具体而言，所述矿井6内气压超出预设气压阈值时，开启所述溢压组件5，排出气体至地面；所述矿井6内气压小于预设气压阈值时，关闭所述溢压组件5，阻断通过所述溢压组件5连通所述矿井6与地面的空气通路。

本实施例中所述矿井救援钻孔空气保压通风设备，具有实施例一所述矿井救援钻孔空气保压通风方法的优点，实施例一所公开的所述矿井救援钻孔空气保压通风方法的优点在此不再重复描述。

本实施例中所述矿井、所述钻杆在实施例一已有详细描述，在此不再重复。

本实施例一可选方案中，所述流通管路11上设置有第一阀门12，用于控制所述流通管路11的通断。采用所述第一阀门12，以便方便快捷的启闭所述流通管路11。

本实施例的又一可选方案中，所述流通管路11上设置有第二阀门13，用于控制所述流通管路11的通断；所述进风口4位于所述第一阀门12和所述第二阀门13之间；采用所述第二阀门13，以便方便快捷的启闭所述流通管路11；

本实施例中，所述第一阀门12，相对于所述第二阀门13，靠近所述矿井6；同理，反之亦可。通过设置两个阀门，以便所述矿井6实现保压、通风；具体而言，所述钻杆1打通所述矿井6后，迅速关闭靠近所述矿井6的第一阀门12，阻断通过所述钻杆1内部流通所述矿井6与地面的空气通路,同时膨胀所述膨胀胶囊2，阻断所述钻杆1外部的气体流通，以实现所述矿井6保压；通过关闭所述第二阀门13，打开所述第一阀门12，实现所述风机通过所述进风口4给所述矿井6提供新鲜空气，当所述矿井6内气压超出预设气压阈值时，所述矿井6的空气通过所述溢压组件5排至地面，以实现所述矿井6通风以及空气循环。

进一步的，所述进风口4的另一端还连接水泵的出水端41；所述水泵的出水端41也就是液体的入口，即饮用水、牛奶等营养液、稀饭等流食的入口；通过所述水泵提供供给液体于所述矿井6，以便给受困人员应急提供饮水和能量；所述水泵连接所述进风口4的另一端，一方面减少在所述钻杆1上开孔，简化钻杆1的工艺和结构，另一方面连接在所述进风口4的另一端的所述风机，进一步提供作用力于所述供给液体，加速所述供给液体流入所述矿井6。

本实施例的又一可选方案中，所述流通管路11上设置有第三阀门14，用于控制所述流通管路11的通断；所述第三阀门14、所述第二阀门13和所述第一阀门12依次排布。

本实施例中，所述第一阀门12，相对于所述第二阀门13、第三阀门14，靠近所述矿井6；同理，反之亦可。所述矿井6实现保压通风后，即所述第二阀门13为关闭状态，所述第一阀门12为开启状态，开启所述第三阀门14，将所述第三阀门14与所述第二阀门13之间装入固体食品，然后关闭所述第三阀门14，开启所述第二阀门13，固体食品滑入所述矿井6。以便给受困人员提供应急能量。

所述固体食品最大直径小于滑入所述矿井通过的最小直径，优选地，所述固体食品选用小颗粒圆滑食品。

所述第一阀门12、所述第二阀门13、所述第三阀门14可以分别采用截止阀、闸阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔膜阀等，或者其他阀门；优选地，所述第一阀门12、所述第二阀门13、所述第三阀门14分别采用闸阀。

本实施例中，所述溢压组件5包括溢压管51和控制所述溢压管51通断的溢压阀门52，所述溢压管51贯穿所述膨胀胶囊2，所述溢压阀门52预设有气压阈值。通过所述溢压阀门52设置适合受困人员的生存环境的压强，即预设的气压阈值，来确保受困人员的生存环境不缩小、不消失；所述气压阈值由矿井6内的压强、人们生理承受压强等综合因素考虑而成；所述溢压管51用于连通所述矿井6与地面的空气流通通路。

所述溢压阀门52可以设置在所述溢压管51的一端，也可以设置在所述溢压管51的中间；优选地，所述溢压管51相对靠近所述进风口4的一端设置有所述溢压阀门52，另一端设置有单向阀53；也即，所述溢压阀门52相对于所述单向阀53靠近地面；所述单向阀53用于单向排出所述矿井6的空气，同时避免钻孔过程中，杂物进入所述溢压管51。

所述溢压管51可以为塑料管、铁管、钢管等，也可以为其他管，优选地，所述溢压管51为无缝钢管。

本实施例中所述膨胀胶囊2具有连接孔21，所述连接孔21用于填充或者释放所述膨胀胶囊2。气压泵(属于现有技术，图中未显示)或者液压泵(属于现有技术，图中未显示)通过所述连接孔21连接所述膨胀胶囊2，给所述膨胀胶囊2填充气体或者液体，使其膨胀；优选地，选择高压泵给所述膨胀胶囊填充液体。

本实施例中所述膨胀胶囊2沿所述钻杆1的轴向的两侧分别设置有护囊金属圆环22，以便保护所述膨胀胶囊2；所述护囊金属圆环22的外径小于所述孔口管3的内径；以便所述护囊金属圆环22不影响所述钻杆1转动钻孔。

所述护囊金属圆环22的材质可以为但不限于铁、不锈钢、铝合金等。

所述护囊金属圆环22的外径不小于所述膨胀胶囊2的直径，优选地，所述护囊金属圆环22的外径大于所述膨胀胶囊2的直径，以便所述护囊金属圆环22更好的保护所述膨胀胶囊2。

为了便于理解本实施例，以下举例说明本实用新型的工作流程：

①根据矿井承受的水压，调整溢压阀门的气压阈值，确保矿井内适宜受困人员生存的气压和空间；

②在钻孔施工至距离矿井顶板3m时(现有技术中，矿井、巷道松动圈最大距离为3m)，使用带有液压膨胀胶囊的钻杆，并使之保持在孔口管内。其中，孔口管的长度应大于10m，并注浆使圆周井壁与孔口管的外壁牢固结合；注浆结束后针对孔口管扫孔，做压水试验，注水压力不小于3MPa；所述孔口管的漏水量小于20L/min，方可继续钻进，否则继续注浆，直到满足漏水量要求为止；扫孔要干净，所述孔口管的内壁不可残留固体突出物，以免扎破所述膨胀胶囊，影响所述膨胀胶囊的作用。所述膨胀胶囊在放入孔口管内之前，要向溢压阀门及溢压管内注满水，防止溢压阀门及溢压管被泥浆堵塞出风口。膨胀胶囊位于距孔口管底上方5m～10m之间，确保封孔保压效果。

③当钻孔打通所述矿井后，保持钻杆的钻头于所述矿井的顶、底板之间，以使所述矿井与地面存在空气流通通路；

④立即关闭第一阀门和第二阀门，同时连接高压泵和液压膨胀胶囊，立即开动高压水泵，使膨胀胶囊膨胀，阻断所述矿井与地面的气体流通，并记录压力表的数值。

⑤开启第一阀门，开动风机，向所述矿井补充气压，使气压达到预设的气压阈值；达到气压阈值后，保持风机运转，对所述矿井通风送氧。

⑥定时开启水泵，向所述矿井供应食物。其中所述水泵通过三通管和风机共用一个进口。

⑦在第二阀门之上安装大空腔钻杆，内装小颗粒圆滑的固体食品，关闭第三阀门，开启第二阀门和第一阀门，固体食品漏到所述矿井下。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，包括：

钻杆，所述钻杆内具有流通管路，所述流通管路可开启和关闭；

膨胀胶囊，所述膨胀胶囊套装在所述钻杆上，所述膨胀胶囊可膨胀和收缩；

孔口管，所述孔口管套设在所述膨胀胶囊圆周侧，膨胀后的所述膨胀胶囊与所述孔口管的内壁密封抵接；

进风口，所述进风口的一端与所述流通管路连通，所述进风口的另一端连接风机的出风端；

以及溢压组件，所述溢压组件预设有气压阈值，用于控制所述膨胀胶囊的沿所述钻杆轴向的两侧的气路通断。

2.根据权利要求1所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述流通管路上设置有第一阀门，用于控制所述流通管路的通断。

3.根据权利要求2所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述流通管路上设置有第二阀门，用于控制所述流通管路的通断；所述进风口位于所述第一阀门和所述第二阀门之间。

4.根据权利要求3所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述进风口的另一端还连接水泵的出水端。

5.根据权利要求4所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述流通管路上设置有第三阀门，用于控制所述流通管路的通断；所述第三阀门、所述第二阀门和所述第一阀门依次排布。

6.根据权利要求5所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门分别采用闸阀。

7.根据权利要求1-6任一项所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述溢压组件包括溢压管和控制所述溢压管通断的溢压阀门，所述溢压管贯穿所述膨胀胶囊，所述溢压阀门预设有气压阈值。

8.根据权利要求7所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述溢压管相对靠近所述进风口的一端设置有所述溢压阀门，另一端设置有单向阀。

9.根据权利要求7所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述膨胀胶囊具有连接孔，所述连接孔用于填充或者释放所述膨胀胶囊。

10.根据权利要求7所述的矿井救援钻孔空气保压通风设备，其特征在于，所述膨胀胶囊沿所述钻杆的轴向的两侧分别设置有护囊金属圆环，所述护囊金属圆环的外径小于所述孔口管的内径。