CN209483329U - 一种射流冲孔的集煤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿瓦斯灾害防治技术领域，具体涉及一种射流冲孔的集煤装置，其中的集煤装置主要包括高压乳化液泵、防喷套管、气水煤分离箱、储煤计量柜和瓦斯抽采管，高压乳化液泵的两端分别连接泵站水箱及钻机，而防喷套管固定在钻孔孔壁，分别连接了钻机、瓦斯抽采管以及气水煤分离箱相连；气水煤分离箱内部设置两层的抽拉式过滤隔板，并且在他们下部设置储煤计量柜；可根据储煤计量柜的容积，将沉淀后粉煤的密度与储煤柜的容积相乘便可计算出单位时间内冲出粉煤的质量；本实用新型可实现颗粒煤与粉煤的及时收集，提高了出煤量的计量统计精度，缩短了收集煤样的时间，又降低了人工劳动强度。

Description

一种射流冲孔的集煤装置

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治技术领域，具体涉及一种射流冲孔出煤量的计量方法及集煤装置。

背景技术

瓦斯事故具有突发性和破坏性极强的特点，一旦发生就会造成重大人员伤亡和财产损失，威胁着煤矿生产安全；随着开采深度的增加，煤层内瓦斯含量、瓦斯压力逐渐增大，更造成瓦斯事故日益频发；为此，瓦斯治理是当前煤矿安全工作的首要任务，亟待解决。

《防治煤与瓦斯突出规定》要求对突出煤层采用保护层开采、预抽煤层瓦斯两种区域防突措施；但我国部分煤层不具备保护层开采条件，只能采取预抽煤层瓦斯的区域防突措施；预抽煤层瓦斯的方法包括地面钻孔抽采、底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯等多种方法；其中，底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的措施由于是在岩巷中施工穿层钻孔进行瓦斯抽采，安全性较高，得到了推广；但在多数透气性低的突出煤层，瓦斯抽采衰减速度快，导致预抽时间长，进而造成矿井抽、掘、采严重失调，为此需要对低透煤层先进行强化增透措施；在各种增透措施中，射流冲孔措施通常配套底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯，是一种简单有效的增透手段，在很多煤矿得到推广应用。

射流冲孔的出煤量是考察冲孔效果的重要参数；目前进行出煤量计量时，一般采用防喷装置、水仓或编织袋收集钻孔涌出的水煤浆，待冲孔结束后，再用人工将收集的水煤浆铲入矿车进行计量；这种方法劳动强度大，且只能收集到冲孔作业场所附近沉淀的大颗粒煤体，而大量的接触角较大的粉煤润湿性差，会在水流表面堆积形成浮煤流走，无法收集计量；在储煤箱的侧面设置刻度尺的计量方法依然无法克服浮煤流走这一缺点；利用离心机将水煤渣脱离甩干，再制成煤饼的方法工序繁多，且设备占用作业空间大，在断面较小的巷道并不适用；为克服上述射流冲孔出煤量计量方法上存在的缺陷，亟需寻求新的设备及方法，提高出煤量的计量精度、减轻劳动强度，以确保射流冲孔效果，提升瓦斯抽采率，保证煤矿安全生产。

发明内容

本发明所解决现有技术中存在的技术问题是接触角较大的粉煤会在水流表面堆积形成浮煤流走无法收集计量，以及射流冲孔出煤量计量方法工序繁多复杂的问题，提供了一种射流冲孔的集煤装置，主要用于计量射流冲孔作业的出煤量，同时具备将钻孔涌出的气水煤有效分离，保障连续冲孔作业和方便装煤等优点。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种射流冲孔的集煤装置，主要包括高压乳化液泵（5）、防喷套管（9）、气水煤分离箱（16）、储煤计量柜（25）和瓦斯抽采管（3），所述高压乳化液泵（5）的输入端连接泵站水箱（4），其输出端通过高压水管（8）连接钻机（1）；所述防喷套管（9）为三叉管道结构，其主管的一端固定在钻孔孔壁，其主管内穿套着高压钻杆（2），其主管的另一端密封连接钻机（1），其中一条支路管向上通过主排气管（10）与瓦斯抽采管（3）相连，另一条支路管向下通过排渣软管（11）与气水煤分离箱（16）相连；所述气水煤分离箱（16）通过排气口（13）与副排气管（14）相连，并在副排气管（14）管路中的控制阀（15）的调节作用下与瓦斯抽采管（3）的连通；所述气水煤分离箱（16）的内部设置两层的抽拉式过滤隔板，并且他们的下部设置储煤计量柜（25）。

进一步，所述气水煤分离箱（16）为方形结构箱体，进渣口（12）和所述的排气口（13）设置在箱体顶部两侧，其外径分别与排渣软管（11）和副排气管（14）的内径一致。

进一步，所述气水煤分离箱（16）上表面内焊接挡板（17）防止水煤渣飞溅。

进一步，所述气水煤分离箱（16）的箱体两侧分别设有U形放水器（18），可将箱体内的污水排出，并能阻止箱体内的瓦斯随水排进巷道。

进一步，所述U形放水器（18）的高度大于瓦斯抽采管（3）的负压水头高度，以免将大气吸入气水煤分离箱（16），降低瓦斯抽采浓度。

进一步，所述U形放水器（18）的管口安放塑料材质的密封球（20），而且管口处还配套设置有四脚支撑的伞型结构的防尘罩（19）。

进一步，所述气水煤分离箱（16）分别为上层过滤隔板（21）、下层过滤隔板（22），他们表面均镂空镌刻多排圆形过滤孔，每个过滤孔间排距大于圆形过滤孔的直径。

进一步，所述上层过滤隔板（21）、下层过滤隔板（22）均为一侧带有方形突出板块的方形平板，他们分别嵌插在箱体表面的上卡槽（23）、下卡槽（24）内。

一种射流冲孔出煤量的计量方法，利用上述的一种射流冲孔的集煤装置，按照如下步骤进行：

步骤一，射流冲孔作业前，在泵站水箱（4）中调配表面活性剂溶液；射流作业过程中，含有表面活性剂的高压水经高压水管（8）进入钻孔对煤层冲孔增透，表面活性剂可使钻孔内冲出的接触角大、润湿性差的粉煤在水中快速沉淀，避免其在气水煤分离箱上层堆积，形成浮煤；

步骤二，冲出煤粉收集工作，使用本发明中的气水煤分离箱（16）收集煤渣，将防喷套管（9）的一端固定在钻孔孔壁上，钻孔内涌出的瓦斯在负压作用下经主排气管进入瓦斯抽采管（3）排出，钻孔内涌出的水煤渣则通过排渣软管（11）流入气水煤分离箱（16）中；进入箱体内的瓦斯还可流经副排气管（14）进入瓦斯抽采管（3）排出；气水煤分离箱（16）通过其内部中部靠下位置上设置的两层相同的抽拉式过滤隔板进行排放煤渣，并进入到过滤隔板下方的储煤计量柜（25）进行收集；

步骤三，扩煤量计量，所述储煤计量柜（25）为规则的矩形结构，容积为V；待储煤计量柜装满粉煤后，其中的粉煤密度为ρ，将满粉煤的储煤计量柜拉出，并及时将里面的粉煤倒入矿车或皮带清理出，可计算出单位时间内冲出粉煤的质量m=ρ*V。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：与现有技术相比，采用本发明在射流冲孔过程中，含有表面活性剂的高压水经高压水管进入钻孔对煤层冲孔增透，可使钻孔内冲出的接触角大、润湿性差的粉煤在水中快速沉淀，避免其在气水煤分离箱上层堆积，形成浮煤，钻孔内涌出的水煤渣流入气水煤分离箱后，经排水、排气过滤，沉淀下来的粉煤则通过过滤孔自动落入储煤计量柜中收集，可实现颗粒煤与粉煤的及时收集，提高了出煤量的计量统计精度；确保清煤和射流冲孔同时进行，当储煤计量柜装满粉煤将其拉出清理，根据储煤计量柜的容积和清出粉煤的密度计算出单位时间内冲出粉煤的质量，缩短了收集煤样的时间，又降低了人工劳动强度；有利于提升矿井瓦斯治理水平，确保煤矿安全生产。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中气水煤分离箱整体示意图；

图3为本发明中气水煤分离箱正视示意图；

图4为本发明中过滤隔板的结构图；

图中，1为钻机；2为高压钻杆；3为瓦斯抽采管；4为泵站水箱；5为高压乳化液泵；6为搅拌器；7为压力表；8为高压水管；9为防喷套管；10为主排气管；11为排渣软管；12为进渣口；13为排气口；14为副排气管；15为控制阀；16为气水煤分离箱；17为挡板；18为U形放水器；19为防尘罩；20为密封球；21为上层过滤隔板；22为下层过滤隔板；23为上卡槽；24为下卡槽；25为储煤计量柜；26为滑轨；27为把手。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种射流冲孔的集煤装置，包括高压乳化液泵5、防喷套管9、气水煤分离箱16、储煤计量柜25和瓦斯抽采管3，所述高压乳化液泵5上设置有压力表7，其输入端连通泵站水箱4，其输出端通过高压水管8与钻机1的后端相连接，所述钻机1的前端设置高压钻杆2，并且高压钻杆2穿过所述的防喷套管9的主管而钻进到煤层中进行射流冲孔作业，所述的泵站水箱4中盛放表面活性剂溶液，而表面活性剂溶液的浓度是根据高压乳化液泵的压力表所示的压力进行浓度比的调配，并可通过搅拌器6进行均质，其中的搅拌器6为手动搅拌杆或者电动搅拌叶片装置；在射流冲孔作业中，含有表面活性剂的高压水经高压水管进入钻孔对煤层冲孔增透，在表面活性剂作用下，使钻孔内冲出的接触角大、润湿性差的粉煤在水中快速沉淀，可避免其在气水煤分离箱上层堆积，形成浮煤。

如图1所示，所述的防喷套管9为三叉形管体，并且通过其主管的一端固定在钻孔孔壁上，另外的两个支路管分别向上和向下设置，其主管道内穿套着所述的高压钻杆2，其向上支路管的端口与主排气管10连接，所述主排气管10的另一端与瓦斯抽采管3连接，使得钻孔内涌出的瓦斯在负压作用下经主排气管10进入瓦斯抽采管3，其向下支路管的端口与排渣软管11相连，钻孔内涌出的水煤渣则通过排渣软管11流入所述气水煤分离箱16中。

如图1和图2所示，所述的气水煤分离箱16为方形结构箱体，其箱体上方设置进渣口12和排气口13，其外径分别与所述的排渣软管11和副排气管14的内径一致，从而使得所述的排渣软管11相适应的安装在所述的排渣口12上，同样的，也可使得所述的副排气管14相适应的安装在所述的所述的排气口13上，所述的副排气管14的另一端与所述的瓦斯抽采管3进行连接，并且连接处还设置有控制阀15；当钻孔内涌出的瓦斯较多，所述的主排气管10不能及时将其排出时，进入箱体的瓦斯就会在负压作用下，流经所述副排气管14，进入瓦斯抽采管3排出；所述气水煤分离箱内部顶面上还焊接有挡板17，所述挡板17设置在进渣口12和排气口13之间，用于防止水煤渣飞溅。

如图2和3所示，所述气水煤分离箱16外部的两侧分别设有U形放水器18，用于将箱体内的污水排出，并能阻止箱体内的瓦斯随水排进巷道；所述U形放水器18的高度h大于瓦斯抽采管的负压水头H，当流入U形放水器18的积水高度超过h时，积水就可靠自重自动从管口排出；所述U形放水器18的管口安放塑料材质的密封球20，而且管口处还设置有防尘罩19，所述防尘罩19为四脚支撑的伞型结构，并且将密封球20包裹在其中并预留出供其上下浮动的空间，在不放水的状态下密封球20可阻止箱体内部与大气连通，而防尘罩既可防止巷道内粉尘落入并堵塞U形管，又可将密封球限制在管口之上。

如图2~4所示，所述气水煤分离箱16内中部靠下的位置上设置有两层的相同的抽拉式过滤隔板，分别为上层过滤隔板21和下层过滤隔板22，他们的厚度均为3mm，其表面均镂空镌刻多排直径为d的圆形过滤孔，每个过滤孔间排距D大于d，所述圆形过滤孔的直径d是根据粉煤粒径大小进行设置的，其范围为6~13mm；所述上层过滤隔板21、下层过滤隔板22各自对应的嵌插在箱体表面的上卡槽23、下卡槽24内，并且他们的下方设置储煤计量柜25，所述上卡槽23和下卡槽24上下照应的成对设置，并且凸出在所述气水煤分离箱16外侧；在将上层过滤隔板、下层过滤隔板插入同一深度时，他们上下两层的过滤孔保持重叠，箱体内沉淀过滤后的粉煤通过所述过滤孔自动落入储煤计量柜25中，所述的储煤计量柜25为抽屉式结构，其柜体两侧安装滑轨26可减少摩擦，其柜体外侧设有把手27方便推拉；在经过时间t后，当储煤计量柜装满粉煤后将其拉出，并及时将里面的粉煤倒入矿车或皮带中清理，所述储煤计量柜容积为V，清出粉煤的密度为ρ，储煤计量柜装满粉煤将其拉出，并及时将里面的粉煤倒入矿车或皮带清理出；如此，可计算出单位时间内冲出粉煤的质量；待所述储煤计量柜装满煤后，将下层过滤隔板向外抽出一段距离，使下层过滤孔间的空隙完全遮挡住上层的过滤孔，即可阻挡箱体内的粉煤继续落入储煤计量柜中，而此时所述U形放水器18内有积水，并发挥其阻止瓦斯流溢的作用，而当气水煤分离箱16内的积水过多时，又可以发挥其自动排水的功能；当清理完储煤计量柜中的粉煤后，再次将下层过滤隔板向内推进，保持上下两层的过滤孔重叠又可继续装煤，如此循环作业。

利用上述一种射流冲孔的集煤装置可进行一种射流冲孔出煤量的计量方法，具体按照如下步骤进行：

步骤一，射流冲孔作业前，在泵站水箱4中调配表面活性剂溶液；射流作业过程中，含有表面活性剂的高压水经高压水管8进入钻孔对煤层冲孔增透，表面活性剂可使钻孔内冲出的接触角大、润湿性差的粉煤在水中快速沉淀，避免其在气水煤分离箱上层堆积，形成浮煤；

步骤二，冲出煤粉收集工作，使用本发明中的气水煤分离箱16收集煤渣，将防喷套管9的一端固定在钻孔孔壁上，钻孔内涌出的瓦斯在负压作用下经主排气管进入瓦斯抽采管3排出，钻孔内涌出的水煤渣则通过排渣软管11流入气水煤分离箱16中；进入箱体内的瓦斯还可流经副排气管14进入瓦斯抽采管3排出；气水煤分离箱16通过其内部中部靠下位置上设置的两层相同的抽拉式过滤隔板进行排放煤渣，并进入到过滤隔板下方的储煤计量柜25进行收集；

步骤三，扩煤量计量，所述储煤计量柜25为规则的矩形结构，容积为v；待储煤计量柜装满粉煤后，其中的粉煤密度为ρ，将满粉煤的储煤计量柜拉出，并及时将里面的粉煤倒入矿车或皮带清理出，记录单位时间t内,有n框粉煤从储煤计量柜内倾倒出，并计算其总体体积V=nv，可计算出单位时间内冲出粉煤的质量。

本发明的工艺原理是：首先根据射流冲孔所需的水量，将适量表面活性剂投入水箱，进行冲孔作业，活性剂分子能充分与接触角大而润湿性差的粉煤接触，在活性分子作用下，润湿性差的粉煤快速在水中沉淀，在源头上避免了堆积形成浮煤的现象；气水煤分离箱两侧设置U形放水器排水，为避免受抽采负压影响造成水流倒吸，U形放水器高度h应大于瓦斯抽采管的负压水头H，保证U形放水器内的压力大于抽采负压，即，其中P=ρgH为抽采负压，当放水器的积水高度超过h时，靠自重自动从管口排出；由于储煤计量柜容积一定，将沉淀后粉煤的密度与储煤柜的容积相乘便可计算出单位时间内冲出粉煤的质量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出更动或修饰等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，主要包括高压乳化液泵（5）、防喷套管（9）、气水煤分离箱（16）、储煤计量柜（25）和瓦斯抽采管（3），所述高压乳化液泵（5）的输入端连接泵站水箱（4），其输出端通过高压水管（8）连接钻机（1）；所述防喷套管（9）为三叉管道结构，其主管的一端固定在钻孔孔壁，其主管内穿套着高压钻杆（2），其主管的另一端密封连接钻机（1），其中一条支路管向上通过主排气管（10）与瓦斯抽采管（3）相连，另一条支路管向下通过排渣软管（11）与气水煤分离箱（16）相连；所述气水煤分离箱（16）通过排气口（13）与副排气管（14）相连，并在副排气管（14）管路中的控制阀（15）的调节作用下与瓦斯抽采管（3）的连通；所述气水煤分离箱（16）的内部设置两层的抽拉式过滤隔板，并且他们的下部设置储煤计量柜（25）。

2.根据权利要求1所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述气水煤分离箱（16）为方形结构箱体，进渣口（12）和所述的排气口（13）设置在箱体顶部两侧，其外径分别与排渣软管（11）和副排气管（14）的内径一致。

3.根据权利要求2所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述气水煤分离箱（16）上表面内焊接挡板（17）防止水煤渣飞溅。

4.根据权利要求1所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述气水煤分离箱（16）的箱体两侧分别设有U形放水器（18），可将箱体内的污水排出，并能阻止箱体内的瓦斯随水排进巷道。

5.根据权利要求4所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述U形放水器（18）的高度大于瓦斯抽采管（3）的负压水头高度，以免将大气吸入气水煤分离箱（16），降低瓦斯抽采浓度。

6.根据权利要求4所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述U形放水器（18）的管口安放塑料材质的密封球（20），而且管口处还配套设置有四脚支撑的伞型结构的防尘罩（19）。

7.根据权利要求1所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述气水煤分离箱（16）分别为上层过滤隔板（21）、下层过滤隔板（22），他们表面均镂空镌刻多排圆形过滤孔，每个过滤孔间排距大于圆形过滤孔的直径。

8.根据权利要求7所述的一种射流冲孔的集煤装置，其特征在于，所述上层过滤隔板（21）、下层过滤隔板（22）均为一侧带有方形突出板块的方形平板，他们分别嵌插在箱体表面的上卡槽（23）、下卡槽（24）内。