CN103470297A - 一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置及其使用方法，该装置包括水射流高低压切换装置、防喷孔导流装置、气渣分离排出装置。所述水射流高低压切换装置位于钻头和钻杆之间，可以实现低压钻进和高压水射流割缝、冲孔灵活切换；所述防喷孔导流装置位于钻杆和钻孔之间，用于将钻孔中喷出的水煤渣、瓦斯导入所述气渣分离排出装置；所述气渣分离排出装置通过管路和所述防喷孔导流装置连接，用于将水煤渣、瓦斯在封闭环境中分离、排出。整套装置可以实现高低压钻进灵活切换，及时将气渣收集、分离排出，简单可靠，安装拆卸简捷，方便多次使用，尤其是同一工作地点多个钻孔作业。

Description

一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采设备领域，特别地涉及一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置及其使用方法。

背景技术

目前煤矿局部卸压增透措施中的高压水射流割缝或者冲孔等水力化措施施工过程中经常发生喷孔现象，一旦喷孔非常容易造成巷道瓦斯超限，且水煤渣随处喷射使得作业环境更加恶劣。目前矿井下常用的防喷封孔器只是一个简单的三通装置，装置与钻杆密封不严，与钻孔接触不紧，防喷孔效果差，甚者整个装置随着大规模喷孔的发生而喷出钻孔，造成危险，当喷孔过于严重时，不能达到消除瓦斯超限的作用；

同时，高压水射流割缝或冲孔作业过程中经常发生反复退钻杆、钻头堵死、高压水射流压力损失等现象，一种办法是通过升级钻头如钻割或者钻冲一体化钻头，但是上述一体化钻头结构复杂，加工精密度要求很高，导致造价昂贵且非常容易损坏；另一种办法就是简单的在钻头前端开孔保证钻进，在钻头侧面设置喷嘴实现割缝，但是这样一来会大大损失高压水射流的压力，达不到预期的割缝或冲孔要求。

此外，气渣分离时，在钻孔口大部分是通过简易挡板阻挡，防止钻孔口喷出的水煤渣到处乱喷，或者是利用简易水煤气分离装置导出，遇到喷孔时不能及时排出瓦斯，导致巷道瓦斯超限。并且水煤器分离装置需要人工清理煤渣，其连接的管路容易堵死，造成抽采***失效。

综合上述原因，实现煤层局部卸压增透作业过程中普通钻孔施工与高压水射流作业灵活切换，且不损失高压水射流压力；钻孔排出的水煤渣和瓦斯可靠导出、收集，自动分离、排出多功能一体化具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于公开一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置及其使用方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：提供一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置，包括水射流高低压切换装置（24）、防喷孔导流装置（23）、气渣分离排出装置（15）；

所述水射流高低压切换装置（24），包含连接装置、高低压切换装置、喷嘴（29），前端与钻头（1）连接，后端与钻杆（25）连接；

所述防喷孔导流装置（23），包含带导流支路的套筒（35），带注水管（4）的胶囊（3），胶囊衬垫（34），胶囊压箍（33），套装在钻杆（25）后端的钻杆密封装置（5）；

所述气渣分离排出装置（15）通过管路与所述防喷孔导流装置（23）的导流支路（39）相连，包含呼吸缓冲装置（13）、水煤渣自动排出装置。

优选地，所述连接装置为内、外螺纹接头；所述切换装置（24）包括平置漏斗状的收缩门（31）和切换钢球（28），所述切换钢球（28）直径较所述收缩门（31）最小孔径大；所述喷嘴（29）直径为2~4mm。

优选地，所述带注水管（4）的胶囊（3）通过其下的胶囊衬垫（34）和其上的胶囊压箍（33）固定在所述带导流支路的套筒（35）前端；所述钻杆密封装置（5）包括钻杆密封体（37）、钻杆密封体压盖（38）、两者中间的密封填料（36）；所述钻杆密封体（37）与所述套筒（35）内壁固定连接，所述密封填料（36）与钻杆（25）过盈配合。

优选地，所述呼吸缓冲装置（13）由柔性且具有良好伸缩性材料制成的，与所述气渣分离排除装置（15）固定连接；所述水煤渣自动排出装置由电机（12）、与电机输出轴通过连杆连接的泥浆泵（17）组成。

优选地，所述钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置的使用方法，包括如下步骤：

首先，普通打钻1~2m，退出钻头（1）及钻杆（25），在钻头（1）与钻杆（25）之间安装所述水射流高低压切换装置（24），然后把带钻头（1）的钻杆（25）从防喷孔导流装置（23）前端插进，把防喷孔导流装置（23）连同带钻头（1）的钻杆（25）一起置入钻孔（2）中；

然后，把防喷孔导流装置（23）上的胶囊（3）全部塞进钻孔，从注水（气）管（4）中注水（气），压力至2MPa时停止，胶囊（3）膨胀与钻孔（2）孔壁紧密接触，然后调节钻杆密封装置（5）使钻杆（25）能自由钻进，防喷孔导流装置（23）的导流支路与所述气渣分离排出装置（15）用管路连接；

最后，把气渣分离排出装置（15）的抽采管（10）通过快速接头（11）连接到矿井瓦斯抽采主管路（8）上，手动压出呼吸缓冲装置（13）中的气体，使之处于收缩状态，排渣管（14）出口接矿车。

有益效果

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

由于采用了上述技术方案，本发明能实现低压钻进与高压水射流割缝或者冲孔的灵活切换，不会因为钻头的出水孔导致高压水压力损失影响水射流割缝或冲孔的效果；把从钻孔喷出的水煤渣及瓦斯经过导流到相应的接收装置进行分离、收集和排出，防止喷孔造成的瓦斯超限事故，瓦斯自动抽入矿井主抽采管，水煤渣自动排出进入矿车，有效防止污染工作面环境；通过透明观察室来确定泥浆泵的开启与否，避免了盲目作业；呼吸缓冲装置的使用有效防止了大型喷孔喷出的瓦斯不能及时抽出而涌入巷道导致瓦斯超限。整套装置处理过程在完全密封的环境中进行，可有效防止巷道瓦斯超限，保证施工安全；钻进或割缝释放出的大量高浓度瓦斯进入主抽采管路，可供发电或民用，节约能源、保护环境；避免了喷孔造成的工作环境破坏；减少清理巷道水煤渣的劳动强度，提高工作效率。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图

附图2为高低压切换装置的结构示意图

附图3为防喷孔导流装置的结构示意图

如附图所示，其中：钻头-1，钻孔-2，胶囊-3，注水（气）管-4，钻杆密封装置-5，钻杆夹持器-6，水辫-7，抽采主管路-8，钻机-9，抽采管-10，快速接头-11，电机-12，呼吸缓冲装置-13，排渣管-14，气渣分离排出装置-15，观察孔-16，泥浆泵-17，挡板-18，清渣门-19，进渣管-20，连接管路-21，钻机支架-22，防喷孔导流装置-23，水射流高低压切换装置-24，钻杆-25，外螺纹接头-26，钻杆空间-27，切换钢球-28，喷嘴-29，内螺纹接头-30，收缩门-31，胶囊压箍-32，胶囊衬垫-33，套筒-34，密封填料-35，钻杆密封体-36，钻杆密封体压盖-37，导流支路-38，疏通管-39，采样管-40。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。具体实施过程如下：

将整套装置按照下述方法进行连接、装配，

首先，普通打钻1~2m，退出钻头1及钻杆（25），在钻头1与钻杆25之间安装所述水射流高低压切换装置24，然后把带钻头1的钻杆25从防喷孔导流装置23前端插进，把防喷孔导流装置23连同带钻头1的钻杆25一起置入钻孔2中；

然后，把防喷孔导流装置23上的胶囊3全部塞进钻孔，从注水（气）管4中注水（气），压力至2MPa时停止，胶囊3膨胀与钻孔2孔壁紧密接触，然后调节钻杆密封装置5使钻杆25能自由钻进，防喷孔导流装置23的导流支路与所述气渣分离排出装置15用管路连接；

最后，把气渣分离排出装置15的抽采管10通过快速接头11连接到矿井瓦斯抽采主管路8上，手动压出呼吸缓冲装置13中的气体，使之处于收缩状态，排渣管14出口接矿车。

整套装置全部连接好后，从排渣管14中抽出的水煤渣成色分辨钻头深入钻孔的位置，当钻头达到目的位置时，从水辫7处换成高压水进行水力割缝或者冲孔，从钻杆2和水辫7轴连接处塞进切换钢球28，切换钢球28随水流沿钻杆空间27流到收缩门31处，堵死该门，高压水只能从喷嘴29喷出，在相同功率高压泵作业下水流量降低使得水射流压力上升，实现高低压水切换，继而进行高压水射流割缝或者冲孔卸压增透作业。

钻孔2喷出来的水煤渣、瓦斯从钻孔2与钻杆25之间的空隙进入防喷孔导流装置23，由于胶囊3注水（气）后膨胀，胶囊3与钻孔2孔壁紧密接触，胶囊3本身为柔性材料在一定压力作用下产生变形与孔壁壁面充分贴合，一方面可有效防止瓦斯气体溢出，另一方面与壁面产生摩擦作用力，防止发生大规模喷孔时被喷出。套筒34后端钻杆密封装置5中的密封填料35与钻杆25过盈配合，可进一步防止瓦斯气体从钻杆25和套筒34之间的间隙溢出；钻杆密封体36嵌入套筒34内壁，固定连接，预留有保证钻杆25正常转进的间隙，水煤渣运动至钻杆密封体37前端面停止，少部分通过钻杆密封体37与钻杆25之间间隙的水煤渣运动至密封填料35前端面停止。这部分未及时从导流支路38流出的水煤渣一定程度上可作为密封层起密封作用。水煤渣、瓦斯从防喷孔导流装置23的导流支路38流出，经连接管路21流入进渣管20，进入气渣分离排出装置15。喷出的瓦斯气体从抽采管路10进入抽采主管路20，水煤渣则通过电机12带动泥浆泵17通过排渣管14排出到外面的矿车。可通过气渣分离排出装置的观察孔16观察水煤渣量，控制电机12的启停。

当发生大规模喷孔时，挡板18阻挡喷出的大量水煤渣防止其损毁气渣分离排渣装置15中的其他构件。瓦斯抽采管10不能及时抽出的瓦斯进入呼吸缓冲装置13，经膨胀吸气起到缓冲作用，然后慢慢呼出收集的气体，从瓦斯抽采管10抽出。整个流程处于密封状态，因此可有效防止巷道或者局部瓦斯超限事故，避免喷孔时水煤渣乱喷污染工作环境。

整套装置在一个钻孔施工完毕后，钻机停止转动，先从疏通管清洗防喷孔导流装置，然后用水从清渣门中清洗水煤渣分离排出装置，以防水煤渣堆积堵塞相关管路。

本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，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、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置，包括水射流高低压切换装置（24）、防喷孔导流装置（23）、气渣分离排出装置（15），其特征在于：

所述水射流高低压切换装置（24），包含连接装置、高低压切换装置、喷嘴（29），前端与钻头（1）连接，后端与钻杆（25）连接；

所述防喷孔导流装置（23），包含带导流支路的套筒（35），带注水管（4）的胶囊（3），胶囊衬垫（34），胶囊压箍（33），套装在钻杆（25）后端的钻杆密封装置（5）；

所述气渣分离排出装置（15）通过管路与所述防喷孔导流装置（23）的导流支路（39）相连，包含呼吸缓冲装置（13）、水煤渣自动排出装置。

2.根据权利要求1所述的一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置，其特征在于：所述连接装置为内、外螺纹接头；所述切换装置（24）包括平置漏斗状的收缩门（31）和切换钢球（28），所述切换钢球（28）直径较所述收缩门（31）最小孔径大；所述喷嘴（29）直径为2~4mm。

3.根据权利要求1所述的一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置，其特征在于：所述带注水管（4）的胶囊（3）通过其下的胶囊衬垫（34）和其上的胶囊压箍（33）固定在所述带导流支路的套筒（35）前端；所述钻杆密封装置（5）包括钻杆密封体（37）、钻杆密封体压盖（38）、两者中间的密封填料（36）；所述钻杆密封体（37）与所述套筒（35）内壁固定连接，所述密封填料（36）为叠层橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置，其特征在于：所述呼吸缓冲装置（13）由柔性且具有良好伸缩性材料制成的，与所述气渣分离排除装置（15）固定连接；所述水煤渣自动排出装置由电机（12）、与电机输出轴通过连杆连接的泥浆泵（17）组成。

5.根据权利要求1-4任一项所述钻、抽、排一体化煤层卸压增透装置的使用方法，包括如下步骤：

首先，普通打钻1~2m，退出钻头（1）及钻杆（25），在钻头（1）与钻杆（25）之间安装所述水射流高低压切换装置（24），然后把带钻头（1）的钻杆（25）从防喷孔导流装置（23）前端插进，把防喷孔导流装置（23）连同带钻头（1）的钻杆（25）一起置入钻孔（2）中；

然后，把防喷孔导流装置（23）上的胶囊（3）全部塞进钻孔，从注水（气）管（4）中注水（气），压力至2MPa时停止，胶囊（3）膨胀与钻孔（2）孔壁紧密接触，然后调节钻杆密封装置（5）使钻杆（25）能自由钻进，防喷孔导流装置（23）的导流支路与所述气渣分离排出装置（15）用管路连接；

最后，把气渣分离排出装置（15）的抽采管（10）通过快速接头（11）连接到矿井瓦斯抽采主管路（8）上，手动压出呼吸缓冲装置（13）中的气体，使之处于收缩状态，排渣管（14）出口接矿车。

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