CN211549572U - 一种井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，包括孔口的挤压膨胀密封装置、煤水自动排放密封装置、高压瓦斯减压缓冲装置，所述挤压膨胀密封装置与煤水自动排放装置相连，所述煤水自动排放装置与高压瓦斯减震缓冲装置相连，所述挤压膨胀密封装置包括套管，防喷腔体，本实用新型针对煤矿井下钻孔施工期间易产生喷孔隐患的位置和喷孔特点，提供一种集密闭、缓冲、自动排渣、防超限等功能为一体的钻孔施工作业防护装置，本实用新型大幅降低钻孔施工期间瓦斯超限次数，有效避免气煤冲击伤人；同时，本实用新型轻便灵活、坚固耐磨、密封可靠，具有解体性好、便于拆卸和维护的特点，与各种钻机、钻具等设备的配套和衔接十分方便。

Description

一种井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置

技术领域

本实用新型属于煤矿开采技术领域，具体属于煤矿瓦斯治理技术、钻孔施工防护、防止瓦斯超限技术。

背景技术

瓦斯灾害是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井最主要的灾害之一，也是制约其生产的主要瓶颈之一。在不具备开采保护层条件的煤层，施工钻孔预抽煤层瓦斯成为矿井瓦斯治理的必然选择。高瓦斯矿井在井下施工各类煤层钻孔期间，由于煤层瓦斯含量高、压力大，极易出现钻孔内煤屑和瓦斯短时间内连续喷出的现象，一旦控制措施不到位，会造成施工作业现场瓦斯高浓度超限，急速喷出的煤屑也会造成对作业人员的伤害，同时还有引发瓦斯事故的隐患。尤其是对于单一低透气性煤层，瓦斯抽采效率低下，矿井普遍采取穿层钻孔水力冲孔、水力割缝增透措施以加快瓦斯治理进度，由于高压水体快速剥离煤体，大量的瓦斯及煤渣在高压水流的作用下瞬间喷出钻孔，极易引起钻孔孔口附近短时间瓦斯超限、气煤冲击伤人。

因此，钻孔施工期间必须采取安全防护措施及时抽排瓦斯，并实现煤水气快速分离。然而，目前矿井普遍采取的防喷装置，仅在孔口下放套管连接防喷装置，套管与孔壁密封不严，钻孔施工期间，瓦斯从孔口间隙持续涌出；防喷装置后端与钻杆衔接部位密封体，受钻杆旋转摩擦、钻进扰动挤压，间隙容易进一步扩大，造成密封失效。且煤水气分离装置排渣口多直接敞开，当瓦斯瞬时涌出量较大时，由于煤水气分离装置空间有限，排渣口成为瓦斯逸散的主要通道，使得防止瓦斯超限效果大打折扣。同时，大量高压瓦斯解吸释放并快速涌出，对打钻作业防护装置整体造成冲击。综上，目前矿井所使用的装置作用较为单一，且体积大、质量重、密封效果差，防护效果并不理想。

实用新型内容

为了克服上述现有装置的不足，本实用新型提供一种轻便灵活、坚固耐磨、密封可靠的钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，集成孔口挤压膨胀密封装置、煤水自动排放密封装置、高压瓦斯减压缓冲装置于一体，装置全面的防止钻孔施工期间的瓦斯超限、保障作业人员施工安全。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，包括孔口的挤压膨胀密封装置、煤水自动排放密封装置、高压瓦斯减压缓冲装置，所述挤压膨胀密封装置与煤水自动排放装置相连，所述煤水自动排放装置与高压瓦斯减震缓冲装置相连，所述挤压膨胀密封装置包括套管，防喷腔体，所述套管前端设有台阶，且外壁光滑，所述套管中间一体成型有外螺纹，所述套管后端设有固定螺纹，所述套管外部依次设有高分子膨胀圈、推进缸、旋转手柄，所述旋转手柄螺纹连接在套管中部，所述套管通过固定螺纹连接在防喷腔体上，所述高分子膨胀圈、推进缸、旋转手柄依次抵接；

所述煤水自动排放密封装置包括煤水气分离箱、旋转密封腔体，所述煤水气分离箱进口与防喷腔体出口连接，所述旋转密封腔体设在煤水气分离箱下部，所述旋转密封腔体内部设有旋转轴，所述转轴上设有硬质旋转叶，所述旋转叶与旋转密封腔之间设有柔性密封胶垫，所述柔性密封胶垫包裹在旋转叶四周。

进一步的，所述防喷腔体上侧和下侧分别一体成型有分源抽采口和水渣输送口，所述防喷腔体后端设有钻杆密封旋转密封部，所述钻杆密封旋转密封部包括密封胶垫、环形毛刷密封件、固定卡盘，所述密封胶垫、环形毛刷密封件、固定卡盘在防喷腔体后端依次连接。

进一步的，所述分源抽采口出口连接有第一分源抽采管，所述第一分源抽采管出口与井下临时抽采管路连接，所述水渣输送口出口连接有水渣输送管，所述水渣输送管出口与煤水自动排放密封装置进口连接。

进一步的，所述煤水气分离箱顶部一体成型有分源抽放口，所述分源抽放口出口连接有第二分源抽采管，所述第二分源抽采管出口与井下抽采管路连接，所述煤水气分离箱底部一体成型有锥型水渣输送箱，所述锥型水渣输送箱底部设有法兰，所述锥型水渣输送箱通过法兰连接在旋转密封腔体进口上。

进一步的，所述煤水气分离箱一侧出口上连接在高压瓦斯减压缓冲装置进口上，所述高压瓦斯减压缓冲装置包括柔性缓冲包、若干硬质骨架，所述硬质骨架均匀排布在缓冲包内，所述柔性缓冲包进口处呈锥型，且柔性缓冲包由防静电、可折叠材料构成。

进一步的，所述旋转叶至少有3片，且相互之间形成的夹角一致，所述旋转密封腔体底部设有煤水排放口，所述煤水排放口的直径不大于相邻旋转叶顶端之间直线距离。

进一步的，所述旋转叶片上设有固定螺母，所述柔性密封胶垫通过固定螺母固定连接在旋转叶上。

采用上述技术方案，本实用新型的有益效果：本实用新型针对煤矿井下钻孔施工期间易产生喷孔隐患的位置和喷孔特点，提供一种集密闭、缓冲、自动排渣、防超限等功能为一体的钻孔施工作业防护装置。孔口挤压膨胀密封装置通过转动旋转手柄挤压高分子膨胀圈确保孔内密封，消除孔口瓦斯漏气源，操作简便、密封效果好，采用可更换的环形毛刷密封件，实现与钻杆间的紧密结合，钻孔内的煤屑与毛刷形成一体，提高密封性；煤水自动排放密封装置采用旋转排渣装置，确保煤水集气箱内的煤、水、瓦斯不会直接涌入巷道，在保证煤水气分离密闭效果的基础上，实现连续自动将煤屑、水等排到外部巷道内；高压瓦斯减压缓冲装置可以根据打钻期间钻孔内涌出的瓦斯量伸缩，在打钻期间一旦孔内大量喷出瓦斯，该装置通过体积变化起到暂时缓冲作用，硬质骨架则可以防止因连接抽放管路，负压将该装置抽变形，影响使用的问题；本实用新型大幅降低钻孔施工期间瓦斯超限次数，有效避免气煤冲击伤人；同时，本实用新型轻便灵活、坚固耐磨、密封可靠，具有解体性好、便于拆卸和维护的特点，与各种钻机、钻具等设备的配套和衔接十分方便。

附图说明

图1为本实用新型的安装连接示意图；

图2为本实用新型的孔口挤压膨胀密封装置示意剖面图；

图3为本实用新型的煤水自动排放密封装置示意剖面图；

图4为本实用新型的柔性密封胶垫固定示意图；

图中：1、钻头；2、钻杆；3、钻机；4、套管；5、高分子膨胀圈；6、推进缸；7、旋转手柄；8、固定螺纹；9、防喷腔体；10、分源抽采口；11、水渣输送口；12、密封胶垫；13、环形毛刷密封件；14、固定卡盘；15、第一分源抽采管；16、井下临时抽采管；17、水渣输送管；18、煤水气分离箱；19、水渣输送管连接口；20、分源抽放口；21、高压瓦斯减压缓冲装置连接口；22、水渣输送箱；23、法兰；24、旋转密封腔体；25、煤水排放口；26、旋转轴；27、旋转叶；28、柔性密封胶垫；29、固定螺母；30、柔性锥形连接；31、高压瓦斯减压缓冲装置；32、硬质骨架；33、第二分源抽采管；34井下抽采管路。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型：

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，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，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

结合图1-4所示：一种井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，包括孔口的挤压膨胀密封装置、煤水自动排放密封装置、高压瓦斯减压缓冲装置31，所述挤压膨胀密封装置与煤水自动排放装置相连，所述煤水自动排放装置与高压瓦斯减震缓冲装置相连，所述挤压膨胀密封装置包括套管4，防喷腔体9，所述套管4前端设有台阶，且外壁光滑，所述套管4中间一体成型有外螺纹，所述套管4后端设有固定螺纹8，所述套管4外部依次设有高分子膨胀圈、推进缸6、旋转手柄7，所述旋转手柄7螺纹连接在套管4中部，所述套管4通过固定螺纹8连接在防喷腔体9上，所述高分子膨胀圈5、推进缸6、旋转手柄7依次抵接；

所述煤水自动排放密封装置包括煤水气分离箱18、旋转密封腔体24，所述煤水气分离箱18进口与防喷腔体出口连接，所述旋转密封腔体设在煤水气分离箱18下部，所述旋转密封腔体24内部设有旋转轴26，所述转轴上设有硬质旋转叶27，所述旋转叶27与旋转密封腔之间设有柔性密封胶垫28，所述柔性密封胶垫28包裹在旋转叶27四周。

本实施例中，所述防喷腔体9上侧和下侧分别一体成型有分源抽采口10和水渣输送口11，所述防喷腔体9后端设有钻杆密封旋转密封部，所述钻杆密封旋转密封部包括密封胶垫12、环形毛刷密封件13、固定卡盘14，所述密封胶垫12、环形毛刷密封件13、固定卡盘14在防喷腔体9后端依次连接。

本实施例中，所述分源抽采口10出口连接有第一分源抽采管15，所述第一分源抽采管15出口与井下临时抽采管16路连接，所述水渣输送口11出口连接有水渣输送管17，所述水渣输送管17出口与煤水自动排放密封装置进口连接。

本实施例中，所述煤水气分离箱18顶部一体成型有分源抽放口20，所述分源抽放口20出口连接有第二分源抽采管33，所述第二分源抽采管33出口与井下抽采管34路连接，所述煤水气分离箱18底部一体成型有锥型水渣输送箱22，所述锥型水渣输送箱22底部设有法兰23，所述锥型水渣输送箱22通过法兰23连接在旋转密封腔体24进口上。

本实施例中，所述煤水气分离箱18一侧出口上连接在高压瓦斯减压缓冲装置31进口上，所述高压瓦斯减压缓冲装置31包括柔性缓冲包、若干硬质骨架32，所述硬质骨架32均匀排布在缓冲包内，所述柔性缓冲包进口处呈锥型，且柔性缓冲包由防静电、可折叠材料构成。

本实施例中，所述旋转叶27至少有3片，且相互之间形成的夹角一致，所述旋转密封腔体24底部设有煤水排放口25，所述煤水排放口25的直径不大于相邻旋转叶27顶端之间直线距离。

本实施例中，所述旋转叶27片上设有固定螺母29，所述柔性密封胶垫28通过固定螺母29固定连接在旋转叶27上。

本实用新型实施例中，井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置具体实施步骤如下：

钻孔施工前，将孔口挤压膨胀密封装置送入预先开孔的钻孔内，转动旋转手柄7向前推动推进缸6，使推进缸6抵接、挤压高分子膨胀圈5，使其膨胀并与孔壁紧密接触。通过分源抽采管15将第一分源抽放口10与井下临时抽采管路16连接，通过水渣输送管17将水渣输送口11与煤水自动排放密封装置连接，通过水渣输送管17将水渣输送管连接口19与孔口挤压膨胀密封装置水渣输送口11连接，通过分源抽采管33将第二分源抽放口20与井下抽采管路34连接，通过柔性锥形连接30将高压瓦斯减压缓冲装置31与煤水自动排放密封装置连接口21连通；

通过以上步骤，固定安装完毕，操作钻机3将钻头1、钻杆2穿过孔口挤压膨胀密封装置进行钻进施工；钻孔施工、水力冲孔增透期间，孔口挤压膨胀密封装置前段挤压膨胀密封部位高分子膨胀圈5与孔壁紧密接触，封堵钻孔孔口间隙，防止瓦斯涌入巷道，后端钻杆旋转密封部位密封胶垫12、环形毛刷密封件13组合密封，实现钻杆旋转钻进期间与钻杆间的紧密结合，钻孔内的煤屑与毛刷形成一体，提高密封性；钻孔内部分瓦斯通过第一分源抽放口10抽入井下临时抽采管路16，孔内煤、水及部分瓦斯通过水渣输送口11进入煤水自动排放密封装置；煤水自动排放密封装置内瓦斯气体经由第二分源抽放口20被抽入井下抽采管路34，当钻孔瞬时瓦斯涌出量较大时，瓦斯气体通过连接口21进入高压瓦斯减压缓冲装置31，高压瓦斯减压缓冲装置31可以根据打钻期间钻孔内涌出的瓦斯量伸缩，通过体积变化起到暂时缓冲作用，硬质骨架32则防止因连接抽放管路，负压将该装置抽变形，影响使用的问题；煤、水混合物经由锥形水渣输送箱22进入旋转密封腔体24，在重力作用带动硬质旋转叶27旋转至下部煤水排放口25，排出该装置；旋转密封装置内部由硬质旋转叶27、柔性密封胶垫28将旋转密封腔体24等分成三个相对独立的空间，硬质旋转叶27旋转期间，始终保证有至少1块刮板将上部入口与下部煤水排放口25之间腔体隔开，以保持煤水气分离装置始终处于密闭状态

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，包括孔口的挤压膨胀密封装置、煤水自动排放密封装置、高压瓦斯减压缓冲装置，所述挤压膨胀密封装置与煤水自动排放装置相连，所述煤水自动排放装置与高压瓦斯减震缓冲装置相连，其特征在于：所述挤压膨胀密封装置包括套管，防喷腔体，所述套管前端设有台阶，且外壁光滑，所述套管中间一体成型有外螺纹，所述套管后端设有固定螺纹，所述套管外部依次设有高分子膨胀圈、推进缸、旋转手柄，所述旋转手柄螺纹连接在套管中部，所述套管通过固定螺纹连接在防喷腔体上，所述高分子膨胀圈、推进缸、旋转手柄依次抵接；所述煤水自动排放密封装置包括煤水气分离箱、旋转密封腔体，所述煤水气分离箱进口与防喷腔体出口连接，所述旋转密封腔体设在煤水气分离箱下部，所述旋转密封腔体内部设有旋转轴，所述转轴上设有硬质旋转叶，所述旋转叶与旋转密封腔之间设有柔性密封胶垫，所述柔性密封胶垫包裹在旋转叶四周。

2.根据权利要求1所述的井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，其特征在于：所述防喷腔体上侧和下侧分别一体成型有分源抽采口和水渣输送口，所述防喷腔体后端设有钻杆密封旋转密封部，所述钻杆密封旋转密封部包括密封胶垫、环形毛刷密封件、固定卡盘，所述密封胶垫、环形毛刷密封件、固定卡盘在防喷腔体后端依次连接。

3.根据权利要求2所述的井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，其特征在于：所述分源抽采口出口连接有第一分源抽采管，所述第一分源抽采管出口与井下临时抽采管路连接，所述水渣输送口出口连接有水渣输送管，所述水渣输送管出口与煤水自动排放密封装置进口连接。

4.根据权利要求1所述的井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，其特征在于：所述煤水气分离箱顶部一体成型有分源抽放口，所述分源抽放口出口连接有第二分源抽采管，所述第二分源抽采管出口与井下抽采管路连接，所述煤水气分离箱底部一体成型有锥型水渣输送箱，所述锥型水渣输送箱底部设有法兰，所述锥型水渣输送箱通过法兰连接在旋转密封腔体进口上。

5.根据权利要求1所述的井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，其特征在于：所述煤水气分离箱一侧出口上连接在高压瓦斯减压缓冲装置进口上，所述高压瓦斯减压缓冲装置包括柔性缓冲包、若干硬质骨架，所述硬质骨架均匀排布在缓冲包内，所述柔性缓冲包进口处呈锥型，且柔性缓冲包由防静电、可折叠材料构成。

6.根据权利要求1所述的井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，其特征在于：所述旋转叶至少有3片，且相互之间形成的夹角一致，所述旋转密封腔体底部设有煤水排放口，所述煤水排放口的直径不大于相邻旋转叶顶端之间直线距离。

7.根据权利要求1所述的井下钻孔施工作业密封缓冲防超限防护装置，其特征在于：所述旋转叶片上设有固定螺母，所述柔性密封胶垫通过固定螺母固定连接在旋转叶上。

Images