CN103790618A - 一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置 - Google Patents

Abstract

一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，包括集尘箱、骨架软管、水浴式除尘箱、高压胶管等。适于在煤与瓦斯突出煤层、软煤层或含硫化氢、二氧化碳的煤层中干式钻进瓦斯抽放钻孔时使用。孔口吹（喷）出的气流在瓦斯抽采***所提供的抽气负压的作用下，由集尘箱收集后，经骨架软管被抽进水浴式除尘箱，通过气体分流、分级碎泡的方式，经过添加了除尘剂的溶液净化，将气流中所含的粉尘、硫化氢、二氧化碳沉降或吸收，净化后含有瓦斯的气流进入集水器，最终被抽入瓦斯抽采管路。其结构、工作原理简单，无需电力、防爆及密闭性好、安全可靠；噪音小、体积适中，操作、搬运方便，实用性强；可串联作业、可根据孔口出气量调节抽气量，防喷孔、除尘效果理想。

Description

一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置

技术领域

本发明涉及一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，适于煤矿瓦斯抽放钻孔干式钻进时使用，尤其适用于煤与瓦斯突出煤层、软煤层或含硫化氢、二氧化碳的煤层干式钻进瓦斯抽放钻孔时使用。

背景技术

随着国家经济的发展，对煤炭能源总量地消耗日益增加，煤矿开采的力度也随之加大，较易开采的煤层日益减少，越来越多的煤矿为了满足国家需求和自身发展的需要已经开始开采瓦斯含量高、容易突出的煤层，这些煤层开采之前必须进行瓦斯预抽措施。在这些煤层中施工瓦斯抽放钻孔时，一般使用风力排渣的方式，使得孔口附近产生大量的煤尘，会导致钻孔作业地点下风向巷道内的粉尘浓度严重超标，并且高瓦斯煤层实施瓦斯抽放钻孔过程中，常伴有“喷孔”现象的发生，煤碳颗粒伴随大量的高浓度瓦斯气体迅速速喷出，不仅容易伤害钻孔施工人员，而且瓦斯大量涌出，亦会造成局部瓦斯超限，严重危害到矿井安全生产。在一些含高硫化氢或二氧化碳煤层中干式打钻时，钻孔过程中产生的高浓度的硫化氢或二氧化碳会严重威胁到作业人员的生命安全。因此，必须采取有效的治理措施。

目前，国内现有的孔口防喷、除尘装置大多采用法兰进行管路连接，结构一般比较复杂；大多使用的制作材料防爆性能较差；装置略显笨重不易于搬运，且体积偏大，针对巷道下部所剩的狭小空间（除去钻机、皮带或轨道占据的空间后）适应性较差。个别孔口防喷除尘装置（如ZL201220537931.1）虽然结构简单，体积小，操作便捷，但其密闭性较差，也不可根据孔口出气量调节抽气量，防喷孔、除尘效果有限；尤其煤层中含有硫化氢或二氧化碳时，无法除去气流中含有的硫化氢或二氧化碳，易对作业人员的生命安全、身体健康造成威胁。

发明内容

针对现有的孔口防喷、降尘装置的不足之处，本发明公开了一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，其结构、工作原理简单，无需电力、防爆性好、安全可靠；密封性好、可串联作业、可根据孔口出气量调节抽气量；噪音小、体积适中，操作、搬运方便，实用性强，防喷孔、除尘效果理想，适于煤矿瓦斯抽放钻孔干式钻进时使用，尤其适用于煤与瓦斯突出煤层、软煤层或含硫化氢、二氧化碳的煤层中干式钻进瓦斯抽放钻孔时使用。

本发明公开一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，包括集尘箱、骨架软管、水浴式除尘箱、高压胶管等。孔口喷出的气流在瓦斯抽采***所提供的抽气负压的作用下，由集尘箱收集后，经骨架软管被抽进水浴式除尘箱，通过气体分流、分级碎泡的方式，经过添加了除尘剂的溶液净化，将气流中所含的粉尘、硫化氢、二氧化碳沉降或吸收，净化后含有瓦斯的气流进入集水器，最终被抽入瓦斯抽采管路。藉此可消除瓦斯抽放钻孔施工过程中出现的“喷孔”现象，确保钻孔施工安全；同时可避免局部瓦斯超限，促进矿井安全生产；尤其可抑制钻孔施工过程中的硫化氢、二氧化碳、瓦斯等有毒、有害气体以及粉尘逸散至巷道，有效地改善作业环境、保护作业人员的身体健康。

所述的集尘箱由混合材料制成，其中孔口插接管、后端密闭管、以及集尘箱主体采用无火花防爆型铝铜合金材料制作，集气口、排渣管采用硬质塑料材料制作；集气口上端为“笋子”式接口，连接骨架软管，下端采用螺纹结构与集尘箱主体连接；集尘箱主体上端采用广口式设计，减少集尘口集气、收尘的阻力，下端采用倒立广口式设计，便于收集钻屑，实现钻屑与粉尘自动分离；孔口插接管一端***钻孔，另一端采用卡接的方式与集尘箱主体连接；后端密闭管采用卡接方式与集尘箱主体连接，另一端安装有由橡胶材料制作的密闭胶圈，密闭钻杆与后端密闭管之间的缝隙，待孔口插接管和密闭胶圈被钻杆严重磨损后，可方便拆卸、更换；排渣管上端采用螺纹结构与集尘箱主体连接，下端装有弹簧拉盖，弹簧拉盖一端采用合页结构与排渣管底端连接，合页结构对侧挂有一根具有一定弹性系数的弹簧，弹簧的另一端挂在排渣管下部内壁的挂钩上；当弹簧拉盖上方积累了一定重量的钻屑时，盖子被顶开，钻屑从开口处落出，随着盖子上方的钻屑量的减少，当盖子上方钻屑重量和盖子的自重之和小于弹簧拉力时，弹簧拉盖关闭，减少了巷道内进入集尘箱的空气量，在一定程度上保证集尘箱的密闭性。

所述的骨架软管采用PVC材料制作，内壁粘固一层表面光滑的塑料薄膜，降低抽气阻力，减少粉尘在骨架软管内壁的滞留量，便于清洗、晾干。

所述的水浴式除尘箱体由储水箱、积尘池、外部导气管、内部导气管、进气分流管、分级碎泡网、串联接口、紧固螺栓、球阀构成；储水箱、积尘池的内、外壁采用不锈钢材料制作，内、外壁之间填充有具有一定松散度的聚酯纤维吸音材料，以降低气流与液体摩擦产生的噪音对作业环境的影响，内壁表面涂有环氧煤沥青材料，防酸、碱腐蚀；储水箱与积尘池通过合页结构连接，可便利开合，合页结构的对侧装有紧固螺栓结构，将储水箱下端与积尘池上端紧固在一起；积尘池顶端有一圈凹槽，凹槽内放置密封垫，以防止储水箱与积尘池紧固处漏液。

所述的储水箱上方有四个抽气阀，通过高压胶管与集水器进气阀连接，一般使用一至两个即可，若孔口出气量较大，可适当增加抽气阀的使用数量，以增加水浴式除尘箱的抽气量或集尘箱的集气量；储水箱上部有一个进水阀，可连接静压水管，为储水箱供水；进水阀对侧有一个“笋子”式串联接口，不需串联水浴式除尘箱时采用橡胶堵头封闭，避免漏气影响防喷或除尘效果；在负压允许的条件下，可将多个水浴式除尘箱串联一起同时工作，对含有尘、硫化氢或二氧化碳的气流进行多次净化，确保水浴式除尘箱具有更佳的环境适应性和更稳定的净化效果；器壁上有条缝式液位观察窗，采用橡胶密封材料和透明树脂材料制作，可清晰地观察到液面位置；储水箱下部有一个排水阀，用于排液、调节液位。

所述的外部导气管一端为“笋子”式进气口，连接骨架软管；另一端采用螺纹结构，与储水箱下部连通；中间有一处由快速插接头和直通接口组成的快速连接处，便于快速将外部导气管拆开进行清洗。

所述的内部导气管一端有螺纹结构可安装于储水箱内壁，以方便拆卸；另一端采用螺纹结构与进气分流管连接。

所述的进气分流管一端通过螺纹结构与内部导气管连接，可方便拆卸，清洗内壁；另一端装有卡紧于进气分流管内壁的橡胶堵头，防止气体不经分流进入液体；进气分流管上有一定数量、一定直径的小孔，用于分流进入储水箱内的气体，使气体不致过于集中进入液体内部形成较大的气泡，减小分级碎泡网的负荷。

所述的分级碎泡网由滤网、“井”字型细钢筋、“凹”字型橡胶圈组成，滤网采用不锈钢或铜质材料制成，夹在由采用不锈钢材料制成的两层“井”型细钢筋中间；“井”型细钢筋的边缘卡在“凹”字型橡胶圈的凹槽内，可方便拆卸、清洗、更换；分级碎泡网共有四层，布置于储水箱中部，卡在储水箱内壁的凹槽内，相邻两层之间间隔一定的距离，最下方一层分级碎泡网布置在进气分流管上方，并与之间隔一定的距离；四层滤网具有不同的目数，其目数按其各自所在的位置自上而下依次减小，可将当量直径较大的气泡“切割”成当量直径较小的气泡，以增加气液接触面的总面积；滤网表面附有细小的尖刺，可在“切割”气泡的过程中将气泡刺破，促使气液尽可能地充分接触。

本发明的优点在于：结构、工作原理简单，无需电力、防爆性好、安全可靠；密封性好、可串联作业、可根据孔口出气量调节抽气量；体积适中，操作、搬运方便，实用性强；防喷孔、除尘效果理想，可有效地吸入并沉降煤矿瓦斯抽放钻孔干式钻进过程产生的高浓度粉尘，消除煤与瓦斯突出煤层或软煤层干式钻进瓦斯抽放钻孔易出现的“喷孔”现象；尤其针对含有高浓度的硫化氢或二氧化碳等有毒、有害气体的煤层，在水浴式除尘箱体内加入一定浓度的除尘剂（含有一定量的碱性成分），即可有效地将硫化氢或二氧化碳气体吸收，保护钻孔作业人员的身体健康。

附图说明

图1是本发明水浴式除尘箱体的结构图；

图2是本发明的整体结构图；

图3是本发明分级碎泡网的结构图；

图4是本发明集尘箱的结构图。

图中，1.储水箱，2.积尘池，3.进气口，4.抽气阀，5.进水阀，6.排水阀，7.串联接口，8.外部导气管，9.内部导气管，10.快速接口，11.螺纹，12.进气分流管，13.分级碎泡网，14.橡胶圈，15.细钢筋，16.液位观察窗，17.橡胶堵头，18.密封垫，19.合页，20.紧固螺栓，21.吸音材料，22.集尘箱，23.集气口，24.孔口插接管，25.后端密闭管，26.密闭胶圈，27.排渣管，28.弹簧拉盖，29.集尘箱主体，30.骨架软管，31.管箍，32.煤壁，33.钻机，34.钻杆，35.钻头，36.压风管路，37.煤渣，38.水浴式除尘箱，39.高压胶管，40.集水器，41.集水器进气阀，42.集水器放水阀，43.瓦斯抽采管路。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：开始钻孔前，先用骨架软管30将集尘箱的集气口23与水浴式除尘箱的进气口3连接，并用管箍31将连接处压紧；然后用高压胶管39连接抽气阀4和集水器进气阀41，并确认集水器40是否已与瓦斯抽采管路43连接。

在向水浴式除尘箱38内加水之前，松掉紧固螺栓20，打开水浴式除尘箱38，将除尘剂放入积尘池2后，再将紧固螺栓20旋紧；然后再将静压水管与水浴式除尘箱的进水阀5连接。打开进水阀5，放水进入水浴式除尘箱38，通过液位观察窗16观察液位变化，待液位刚好没过最上层分级碎泡网13时，关闭进水阀5。

施工钻孔时，先采用大号钻头（其直径与孔口插接管24外径相同）开孔，钻进0.5m后，退出钻杆34，取下大号钻头。将集尘箱22套在钻杆34上，钻杆34从后端密闭管25穿入，从孔口插接管24穿出，然后在钻杆34前端安装小号钻头35（其直径与钻孔设计直径相同），将钻头35和孔口插接管24***孔内。确认孔口插接管24与煤壁32紧密接触后，用铁丝和支撑杆将集尘箱主体29进行固定。依次打开集水器进气阀41、水浴式除尘箱的抽气阀4后，即可开始钻孔的正常钻进工作。

若孔口出气量较大，可适当增加抽气阀4的使用数量，用高压胶管连接水浴式除尘箱抽气阀与对应的集水器进气阀，以增加水浴式除尘箱38的抽气量或集尘箱22的集气量；另外，在负压允许的条件下，若需要多个水浴式除尘箱38串联一起同时工作，可串联接口7处的橡胶堵头17取下，通过骨架软管30将串联接口7与相邻的水浴式除尘箱的进气口3依次进行连接。

待打钻完毕，退出钻头35，依次关闭抽气阀4、集水器进气阀41，将集尘箱22取下，打开排水阀6，将水浴式除尘箱38内的废水排入排水沟后，拆下骨架软管30、高压胶管39。用静压水清洗集尘箱22，打开水浴式除尘箱38，清洗积尘池2，并将进气分流管12、内部导气管9、分级碎泡网13、外部导气管8依次拆下清洗。清洗完毕后，将分级碎泡网13、内部导气管9、进气分流管12、外部导气管8依次装上，清空积尘池2内的积水，合上储水箱1，用紧固螺栓20紧固。

本发明一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置的构思在于：干式钻孔钻进过程中，孔口吹（喷）出的气流在瓦斯抽采***所提供的抽气负压的作用下，经集尘箱收集，进入水浴式除尘箱体内，经进气分流管分流，在含有除尘剂的液体内部形成的分散的气泡，再经分级碎泡网将这些气泡分级破碎后，使之与溶液充分接触，从而除去气流中的粉尘以及硫化氢、二氧化碳等高浓度的有毒、有害气体。本发明可以根据材料、规格、结构形式等制成不同材料、规格和结构形式的除尘装置，在不脱离本发明构思的前提下，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，由集尘箱、骨架软管、水浴式除尘箱、高压胶管等组成，其特征在于：孔口吹（喷）出的气流在瓦斯抽采***所提供的抽气负压的作用下，由集尘箱收集后，经骨架软管被抽进水浴式除尘箱，通过气体分流、分级碎泡的方式，经过添加了除尘剂的溶液净化，将气流中所含的粉尘、硫化氢、二氧化碳沉降或吸收，净化后含有瓦斯的气流进入集水器，最终被抽入瓦斯抽采管路。

2.根据权利要求1所述的矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，其特征在于：所述的集尘箱由混合材料制成，其中孔口插接管、后端密闭管、以及集尘箱主体采用无火花防爆型铝铜合金材料制作，集气口、排渣管采用硬质塑料材料制作；集气口上端为“笋子”式接口，连接骨架软管，下端采用螺纹结构与集尘箱主体连接；集尘箱主体上端采用广口式设计，下端采用倒立广口式设计；孔口插接管一端***钻孔，另一端采用卡接的方式与集尘箱主体连接；后端密闭管采用卡接方式与集尘箱主体连接，另一端安装有由橡胶材料制作的密闭胶圈；排渣管上端采用螺纹结构与集尘箱主体连接，下端装有弹簧拉盖，弹簧拉盖一端采用合页结构与排渣管底端连接，合页结构对侧挂有一根弹簧，弹簧的另一端挂在排渣管下部内壁的挂钩上。

3.根据权利要求1所述的矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，其特征在于：所述的骨架软管采用PVC材料制作，内壁粘固一层表面光滑的塑料薄膜。

4.根据权利要求1所述的矿用水浴式孔口防喷及除尘装置，其特征在于：所述的水浴式除尘箱体由储水箱、积尘池、外部导气管、内部导气管、进气分流管、分级碎泡网、串联接口、紧固螺栓、球阀构成；储水箱、积尘池的内、外壁采用不锈钢材料制作，内、外壁之间填充有聚酯纤维吸音材料，内壁表面涂有环氧煤沥青防腐材料；

储水箱与积尘池通过合页结构连接，合页结构的对侧装有紧固螺栓结构；积尘池顶端有一圈凹槽，凹槽内放置密封垫。

5.根据权利要求4所述的水浴式除尘箱，其特征在于：所述的储水箱上方有四个抽气球阀，下部有一个排水阀，上部有一个进水阀，进水阀对侧有一个“笋子”式串联接口；器壁上有条缝式液位观察窗，采用橡胶密封材料和透明树脂材料制作。

6.根据权利要求4所述的水浴式除尘箱体，其特征在于：所述的外部导气管一端为“笋子”式进气口，另一端有螺纹结构，与储水箱下部连通；中间有一处由快速插接头和直通接口组成的快速拆接处。

7.根据权利要求4所述的水浴式除尘箱体，其特征在于：所述的内部导气管一端有螺纹结构可安装于储水箱内壁；另一端采用螺纹结构与进气分流管连接。

8.根据权利要求4所述的水浴式除尘箱体，其特征在于：所述的进气分流管一端通过螺纹结构与内部导气管连接，可方便拆卸，清洗内壁；另一端装有卡紧于进气分流管内壁的橡胶堵头，防止气体不经分流进入液体；进气分流管上有一定数量、一定直径的小孔，用于分流进入储水箱内的气体，使气体不致过于集中进入液体内部形成较大的气泡，减小分级碎泡网的负荷。

9.根据权利要求4所述的水浴式除尘箱体，其特征在于：所述的分级碎泡网由滤网、“井”字型细钢筋、“凹”字型橡胶圈组成，滤网采用不锈钢或铜质材料制成，表面附有细小的尖刺，夹在由采用不锈钢材料制成的两层“井”型细钢筋中间；“井”型细钢筋的边缘卡在“凹”字型橡胶圈的凹槽内；分级碎泡网共有四层，布置于储水箱中部，卡在储水箱内壁的凹槽内，相邻两层之间间隔一定的距离，最下方一层分级碎泡网布置在进气分流管上方，并与之间隔一定的距离；四层滤网具有不同的目数，其目数按其各自所在的位置自上而下依次减小。

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