CN215632881U - 一种瓦斯减压防喷预控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种瓦斯减压防喷预控系统，包括孔内套管、孔口防喷装置、喷孔预警装置、瓦斯收集装置和气水分离装置；气水分离装置包括下部连通的高位箱体和低位箱体，高位箱体内设有减压挡板和输送通道，输送通道与高位箱体连通，高位箱体上开设有煤水进口、进气口和出气口，减压挡板位于输送通道上方并与煤水进口相对；喷孔预警装置包括支撑骨架和套设在支撑骨架上的预警囊袋；瓦斯收集装置包括缓冲收集风筒；预警囊袋分别与缓冲收集风筒和高位箱体的进气口连通；孔口防喷装置包括具有空腔的防喷本体，孔内套管与防喷本体固接并与其空腔连通，钻杆从防喷本体的空腔穿过进入孔内套管，防喷本体的空腔分别与高位箱体的煤水进口和预警囊袋连通。

Description

一种瓦斯减压防喷预控系统

技术领域

本实用新型属于瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种瓦斯减压防喷预控系统。

背景技术

喷孔是煤矿高压瓦斯、集中应力、煤质较软以及打钻施工操作等因素共同作用的结果，时长一般为几分钟到几十分钟不等。严重的喷孔，容易造成风流瓦斯超限不可控制，施工设备损坏，喷出钻渣还可能导致人员受伤，使现场施工人员没有安全保证。喷出的大量瓦斯还能造成采区总回风超限，严重制约了人员的正常施工和设备的正常运行。造成钻孔喷孔的原因有两种：一种是煤层具有突出危险性，钻孔施工过程中产生动力现象；另一种是煤层本身无突出危险性，由于施工人员操作不当，导致钻孔施工过程中排渣不畅、造成堵孔，压力积聚到一定程度后突然释放而形成喷孔。

为防止打钻着火事故发生，瓦斯治理钻孔施工全部采用水力排渣，排渣不畅造成的钻孔喷孔时有发生，如何防控钻孔施工期间喷孔超限成为矿井亟需解决的问题。钻孔施工期间可采用以下措施预防打钻排渣不畅：一是增大钻头直径，增加钻孔通径，提高钻孔排渣能力；二是在进行退钻作业前，应先排净孔内残余钻屑，每退钻一定长度后，需要重复一次钻孔排渣工艺，避免孔内煤屑积聚而封堵钻孔，依此类推，直至退钻结束。以上措施执行对施工人员素质要求较高，不能过度依赖。防范钻孔喷孔仍需从提高技术装备水平出发。

国内多个矿井及科研机构对于钻孔防喷装置研究已积累了较多经验，形成了以孔口防喷装置、气水分离器、瓦斯收集器等多个部件构成的防喷预控系统。目前常见的防喷预控系统都存在或多或少的问题，如：瓦斯收集装置没有与孔口防喷装置直接相连，喷孔时起不到缓冲作用；没有设置喷孔预警装置，操作人员无法预知喷孔以采取后续动作；气水分离器没有密封，喷孔瓦斯可能外泄等，传统防喷对于高强度高压力(大于1.5mpa瓦斯压力)喷孔防治效果不佳，打钻超限经常发生。

实用新型内容

为解决现有技术存在的钻孔防喷装置，钻孔喷孔时起不到缓冲和预警作用的问题，本实用新型提供一种瓦斯减压防喷预控系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下，一种瓦斯减压防喷预控系统，包括孔内套管、孔口防喷装置、喷孔预警装置、瓦斯收集装置和气水分离装置；

所述气水分离装置包括高位箱体和低位箱体，所述高位箱体和低位箱体的下部连通，所述高位箱体内设置有减压挡板和输送通道，所述减压挡板位于输送通道的上方，所述输送通道与高位箱体连通，所述高位箱体的侧壁上开设有煤水进口，所述高位箱体的上部开设有进气口和出气口，所述减压挡板与煤水进口相对设置；

所述喷孔预警装置包括预警囊袋和支撑骨架，所述预警囊袋套设在支撑骨架上；所述瓦斯收集装置包括缓冲收集风筒；所述预警囊袋通过三通管分别与缓冲收集风筒和高位箱体的进气口连通；

所述孔口防喷装置包括具有空腔的防喷本体，所述孔内套管与防喷本体固定连接，所述孔内套管与防喷本体的空腔连通，钻杆从防喷本体的空腔穿过并进入孔内套管，所述防喷本体的空腔还分别与高位箱体的煤水进口和预警囊袋连通。

作为优选，所述防喷本体的前端开设有第一钻口，所述防喷本体的后端开设有第二钻口，所述防喷本体的上端开设有抽采口，所述防喷本体的下端开设有排渣口，所述防喷本体的空腔呈圆柱形，所述第一钻口、第二钻口、抽采口和排渣口均与防喷本体的空腔连通；所述钻杆依次穿过第二钻口、空腔、第一钻口和孔内套管；所述孔内套管通过法兰盘与第一钻口密封连接；所述抽采口与预警囊袋连通；所述排渣口与高位箱体的煤水进口连通。防喷本体圆柱形的空腔，增加了空腔容积，防喷本体上同时设有抽采口和排渣口，增加排放孔径，当因喷孔造成大量煤与瓦斯喷出时，瓦斯从上部的抽采口排出，煤水从下部的排渣口排出，进行初步煤水、瓦斯分离，实现快速消除瓦斯影响，提高减压作用。

作为优选，所述第二钻口处设置有密封胶垫，所述钻杆穿过密封胶垫设置。密封胶垫能够将防喷本体与外界空气进行密封隔绝，防止瓦斯溢出，具有全密封作用，保证防喷本体良好的密封性能

作为优选，所述高位箱体的煤水进口、进气口和出气口处均焊接有带法兰盘的焊管。便于高位箱体的安装，且安装后密封性能良好。

作为优选，所述支撑骨架为可伸缩的钢筋骨架，所述支撑骨架包括两组钢筋子骨架，两组所述钢筋子骨架之间通过螺栓连接。可根据施工现场大小和瓦斯喷孔强度，调整预警囊袋的体积，当喷孔时，预警囊袋先鼓起预警，便于操作人员进行后续动作，如加大气水分离装置的排气量等，同时预警囊袋也具有一定的缓冲作用，提高减压效果。

作为优选，所述输送通道从高位箱体的煤水进口向下倾斜至低位水箱的下部；所述输送通道的截面成向上开口的U形。煤水从高位箱体的煤水进口进入高位箱体后，先冲击减压挡板减压后，再经输送通道依次进入高位箱体和低位箱体，高位箱体密封储存、抽采瓦斯，低位箱体储水，利用水体自重形成水封，密封高位箱体内瓦斯不外溢，高位箱体内部增加了减压挡板和输送通道，当发生喷孔时，能有效阻挡、减弱带压气体，使过多的带压气体经高位箱体的进气口进入缓冲收集风筒和预警囊袋，有充分时间利用负压抽走高位箱体的瓦斯，具有减压作用。

进一步地，所述高位箱体的出气口与低负压瓦斯抽采管路连接，所述高位箱体的出气口处设置有控制阀门。控制阀门日常保持孔口预抽状态，当预警囊袋鼓起，发出喷孔预警时，控制阀门全部打开预抽喷孔瓦斯。

进一步地，所述高位箱体和低位箱体采用钢板焊接，为一体式双箱体结构。便于加工制造，密封效果好，有效防止瓦斯溢出。

进一步地，所述低位箱体上开设有排水口。便于高位箱体和低位箱体内的煤水排出。

进一步地，所述孔内套管包括多根钢管，多根所述钢管依次丝扣固定连接，所述孔内套管周围使用封孔水泥充填封堵。使用钢管代替PVC管作为孔内套管，增加了套管强度，解决了因喷孔、塌孔、堵孔的大量煤渣淤积造成孔内套管变形，导致钻孔报废问题。

有益效果：

(1)首先当因喷孔造成煤水与瓦斯从孔内套管喷出后，经第一钻口进入防喷本体的空腔内，密封胶垫将防喷本体与外界空气进行密封隔绝，防止瓦斯溢出，具有全密封作用，保证防喷本体良好的密封性能；

(2)防喷本体内的瓦斯从防喷本体上部的抽采口排出，煤水从防喷本体下部的排渣口排出，进行初步煤水、瓦斯分离，实现快速消除瓦斯影响，提高减压作用；

(3)瓦斯从防喷本体上部的抽采口排出后，先进入预警囊袋，预警囊袋瞬间鼓起起到预警和缓冲作用，然后瓦斯经三通管分别进入缓冲收集风筒和高位箱体内，起到收集和进一步缓冲作用；

(4)同时，夹带瓦斯的煤水从防喷本体下部的排渣口进入高位箱体后，先冲击减压挡板减压后，再经输送通道依次进入高位箱体和低位箱体，高位箱体密封储存、抽采瓦斯，低位箱体储水，利用水体自重形成水封，密封高位箱体内瓦斯不外溢，高位箱体内部增加了减压挡板和输送通道，当发生喷孔时，能有效阻挡、减弱带压气体，使过多的带压气体经高位箱体的进气口再进入缓冲收集风筒和预警囊袋，有充分时间利用负压抽走高位箱体的瓦斯，具有减压作用；

(5)同时预警囊袋鼓起预警后，将控制阀门全开，并由低负压瓦斯抽采管路快速抽采喷出的瓦斯。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它附图。

图1是本实用新型瓦斯减压防喷预控系统的结构原理示意图；

图2是本实用新型瓦斯减压防喷预控系统的防喷本体的主视示意图；

图3是本实用新型瓦斯减压防喷预控系统的气水分离装置的立体结构示意图；

图中：1、孔内套管，2、孔口防喷装置，21、防喷本体，211、第一钻口，212、第二钻口，213、抽采口，214、排渣口，22、密封胶垫，3、喷孔预警装置，31、预警囊袋，32、支撑骨架，4、瓦斯收集装置，41、缓冲收集风筒，42、支撑管，5、三通管，6、气水分离装置，61、高位箱体，611、煤水进口，612、进气口，613、出气口，614、减压挡板，615、输送通道，62、低位箱体，621排水口，63、控制阀门，7、钻杆，8、焊管，9、低负压瓦斯抽采管路，10、泵车高压水管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1～3所示，一种瓦斯减压防喷预控系统，包括孔内套管1、孔口防喷装置2、喷孔预警装置3、瓦斯收集装置4和气水分离装置6；所述气水分离装置6包括高位箱体61和低位箱体62，所述高位箱体61和低位箱体62的下部连通，所述高位箱体61内设置有减压挡板614和输送通道615，所述减压挡板614位于输送通道615的上方，所述输送通道615与高位箱体61连通，所述高位箱体61的侧壁上开设有煤水进口611，所述高位箱体61的上部开设有进气口612和出气口613，所述减压挡板614与煤水进口611相对设置；所述喷孔预警装置3包括预警囊袋31和支撑骨架32，所述预警囊袋31套设在支撑骨架32上；所述瓦斯收集装置4包括缓冲收集风筒41；所述预警囊袋31通过三通管5分别与缓冲收集风筒41和高位箱体61的进气口612连通，本实施例的三通管5上设置有支撑管42用于固定缓冲收集风筒41，缓冲收集风筒41最好吊挂保持高、平、直状态；所述孔口防喷装置2包括具有空腔的防喷本体21，所述孔内套管1与防喷本体21固定连接，所述孔内套管1与防喷本体21的空腔连通，钻杆7从防喷本体21的空腔穿过并进入孔内套管1，钻杆7与泵车高压水管10连通，所述防喷本体21的空腔还分别与高位箱体61的煤水进口611和预警囊袋31连通。

为了提高孔口防喷装置2的初步煤水、瓦斯分离效果，实现快速消除瓦斯影响，提高减压作用，在本实施例中，如图1和图2所示，所述防喷本体21的前端开设有第一钻口211，所述防喷本体21的后端开设有第二钻口212，所述防喷本体21的上端开设有抽采口213，所述防喷本体21的下端开设有排渣口214，所述防喷本体21的空腔呈圆柱形，所述第一钻口211、第二钻口212、抽采口213和排渣口214均与防喷本体21的空腔连通；所述钻杆7依次穿过第二钻口212、空腔、第一钻口211和孔内套管1；所述孔内套管1通过法兰盘与第一钻口211密封连接；所述抽采口213与预警囊袋31连通；所述排渣口214与高位箱体61的煤水进口611连通；所述第二钻口212处设置有密封胶垫22，所述钻杆7穿过密封胶垫22设置。

为了便于可根据施工现场大小和瓦斯喷孔强度，调整预警囊袋31的体积，在本实施例中，所述支撑骨架32为可伸缩的钢筋骨架，所述支撑骨架32包括两组钢筋子骨架，两组所述钢筋子骨架之间通过螺栓(图中未示意)连接；也可根据煤层瓦斯含量和喷孔强度，调整缓冲收集风筒41的长度和容积，减少因缓冲收集空间不足造成瓦斯外溢引发瓦斯超限，具有减压作用。

具体地，在本实施例中，如图1和图3所示，所述高位箱体61和低位箱体62采用钢板焊接，为一体式双箱体结构；所述高位箱体61的煤水进口611、进气口612和出气口613处均焊接有带法兰盘的焊管8；所述低位箱体62上开设有排水口621；所述高位箱体61的出气口613与低负压瓦斯抽采管路9连接，所述高位箱体61的出气口613处设置有控制阀门63；所述输送通道615从高位箱体61的煤水进口611向下倾斜至低位水箱的下部；所述输送通道615的截面成向上开口的U形。

为了增加套管强度，在本实施例中，所述孔内套管1包括多根钢管，多根所述钢管依次丝扣固定连接，所述孔内套管1周围使用封孔水泥充填封堵。

当钻孔发生喷孔时，该瓦斯减压防喷预控系统的工作过程如下：

(1)首先当因喷孔造成煤水与瓦斯从孔内套管1喷出后，经第一钻口211进入防喷本体21的空腔内，密封胶垫22将防喷本体21与外界空气进行密封隔绝，防止瓦斯溢出，具有全密封作用，保证防喷本体21良好的密封性能；

(2)防喷本体21内的瓦斯从防喷本体21上部的抽采口213排出，煤水从防喷本体21下部的排渣口214排出，进行初步煤水、瓦斯分离，实现快速消除瓦斯影响，提高减压作用；

(3)瓦斯从防喷本体21上部的抽采口213排出后，先进入预警囊袋31，预警囊袋31瞬间鼓起起到预警和缓冲作用，然后瓦斯经三通管5分别进入缓冲收集风筒41和高位箱体61内，起到收集和进一步缓冲作用；

(4)同时，夹带瓦斯的煤水从防喷本体21下部的排渣口214进入高位箱体61后，先冲击减压挡板614减压后，再经输送通道615依次进入高位箱体61和低位箱体62，高位箱体61密封储存、抽采瓦斯，低位箱体62储水，利用水体自重形成水封，密封高位箱体61内瓦斯不外溢，高位箱体61内部增加了减压挡板614和输送通道615，当发生喷孔时，能有效阻挡、减弱带压气体，使过多的带压气体经高位箱体61的进气口612再进入缓冲收集风筒41和预警囊袋31，有充分时间利用负压抽走高位箱体61的瓦斯，具有减压作用；

(5)同时预警囊袋31鼓起预警后，将控制阀门63全开，并由低负压瓦斯抽采管路9快速抽采喷出的瓦斯。

该瓦斯减压防喷预控系统不仅适用于定向钻机，也可匹配普通钻机使用，对井下钻孔施工期间出现的多起喷孔均起到了有效控制。该瓦斯减压防喷预控系统投入使用以来，施工工期较以前明显缩短，施工过程中虽然有喷孔现象，但未造成瓦斯超限事故。对采用水力排渣的其它类似矿井钻孔瓦斯防喷防超限具有一定的指导意义和使用价值，同时也对其提供理论和技术借鉴。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：包括孔内套管(1)、孔口防喷装置(2)、喷孔预警装置(3)、瓦斯收集装置(4)和气水分离装置(6)；

所述气水分离装置(6)包括高位箱体(61)和低位箱体(62)，所述高位箱体(61)和低位箱体(62)的下部连通，所述高位箱体(61)内设置有减压挡板(614)和输送通道(615)，所述减压挡板(614)位于输送通道(615)的上方，所述输送通道(615)与高位箱体(61)连通，所述高位箱体(61)的侧壁上开设有煤水进口(611)，所述高位箱体(61)的上部开设有进气口(612)和出气口(613)，所述减压挡板(614)与煤水进口(611)相对设置；

所述喷孔预警装置(3)包括预警囊袋(31)和支撑骨架(32)，所述预警囊袋(31)套设在支撑骨架(32)上；所述瓦斯收集装置(4)包括缓冲收集风筒(41)；所述预警囊袋(31)通过三通管(5)分别与缓冲收集风筒(41)和高位箱体(61)的进气口(612)连通；

所述孔口防喷装置(2)包括具有空腔的防喷本体(21)，所述孔内套管(1)与防喷本体(21)固定连接，所述孔内套管(1)与防喷本体(21)的空腔连通，钻杆(7)从防喷本体(21)的空腔穿过并进入孔内套管(1)，所述防喷本体(21)的空腔还分别与高位箱体(61)的煤水进口(611)和预警囊袋(31)连通。

2.根据权利要求1所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述防喷本体(21)的前端开设有第一钻口(211)，所述防喷本体(21)的后端开设有第二钻口(212)，所述防喷本体(21)的上端开设有抽采口(213)，所述防喷本体(21)的下端开设有排渣口(214)，所述防喷本体(21)的空腔呈圆柱形，所述第一钻口(211)、第二钻口(212)、抽采口(213)和排渣口(214)均与防喷本体(21)的空腔连通；所述钻杆(7)依次穿过第二钻口(212)、空腔、第一钻口(211)和孔内套管(1)；所述孔内套管(1)通过法兰盘与第一钻口(211)密封连接；所述抽采口(213)与预警囊袋(31)连通；所述排渣口(214)与高位箱体(61)的煤水进口(611)连通。

3.根据权利要求2所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述第二钻口(212)处设置有密封胶垫(22)，所述钻杆(7)穿过密封胶垫(22)设置。

4.根据权利要求2所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述高位箱体(61)的煤水进口(611)、进气口(612)和出气口(613)处均焊接有带法兰盘的焊管(8)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述支撑骨架(32)为可伸缩的钢筋骨架，所述支撑骨架(32)包括两组钢筋子骨架，两组所述钢筋子骨架之间通过螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述输送通道(615)从高位箱体(61)的煤水进口(611)向下倾斜至低位水箱的下部；所述输送通道(615)的截面成向上开口的U形。

7.根据权利要求1所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述高位箱体(61)的出气口(613)与低负压瓦斯抽采管路(9)连接，所述高位箱体(61)的出气口(613)处设置有控制阀门(63)。

8.根据权利要求1所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述高位箱体(61)和低位箱体(62)采用钢板焊接，为一体式双箱体结构。

9.根据权利要求1所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述低位箱体(62)上开设有排水口(621)。

10.根据权利要求1所述的瓦斯减压防喷预控系统，其特征在于：所述孔内套管(1)包括多根钢管，多根所述钢管依次丝扣固定连接，所述孔内套管(1)周围使用封孔水泥充填封堵。

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