CN110159552A - 一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置及方法，涉及瓦斯抽采技术领域，包括旋转构件、防爆动力装置、连接构件和集水箱,旋转构件包括多个分段，每个分段包括外管和内螺旋管，防爆动力装置带动内螺旋管转动，内螺旋管内设置有螺旋钻杆结构，内螺旋管与外管之间设置有深沟球轴承，内螺旋管在外管内旋转；连接构件包括套管和内螺母，旋转构件的分段之间外管通过连接套管螺纹连接，内螺旋管通过内螺母相连，集水箱和钻孔孔口位置的外管端相连，集水箱上设置排水口进行排水，以及利用该装置进行瓦斯抽采钻孔排水的方法。该装置及方法解决了下向长度较大的瓦斯抽采钻孔排水困难的技术问题，另外还具有操作方便，排水效果好等优点。

Description

一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置及方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其是一种用于长度较大的下向瓦斯抽采钻孔，进行螺旋式排水的装置，以及利用该装置进行下向瓦斯抽采钻孔排水的方法。

背景技术

随着煤层开采深度增加，煤层瓦斯压力及含量逐渐增大，瓦斯灾害愈发严重，威胁着矿井的安全高效发展；同时瓦斯作为一种清洁资源，工业化产出意义重大，为了实现高效节能减排。围绕井下瓦斯灾害，矿井制定了“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字瓦斯治理方针；目前，煤与瓦斯突出及高瓦斯矿井均在井下实施了煤层瓦斯抽采。但下向瓦斯抽采钻孔施工过程中，因水力排渣工艺或含水层的存在，使得孔内常积存大量水体，封堵了瓦斯运移通道，增加了抽采阻力，导致瓦斯抽采效果不佳。目前，针对下向瓦斯抽采钻孔积水问题，通常采用压风排水措施，但该措施排水深度有限，无法实现深孔排水。为了实现下行瓦斯抽采钻孔的长距离排水，需要对现有的瓦斯抽采钻孔排水装置及排水方法做进一步的改进。

发明内容

为了解决下向瓦斯抽采钻孔长距离排水困难的技术问题，改善排水效果和简化排水施工步骤，本发明提供了一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置及方法，具体技术方案如下：

一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，包括旋转构件、防爆动力装置、连接构件和集水箱；旋转构件包括多个分段，每个分段包括外管和内螺旋管，内螺旋管内设置有螺旋钻杆结构，内螺旋管与外管之间设置有深沟球轴承，内螺旋管在外管内旋转；防爆动力装置带动内螺旋管转动；连接构件包括套管和内螺母，旋转构件的分段之间外管通过连接套管螺纹连接，内螺旋管通过内螺母相连，集水箱和钻孔孔口位置的外管端部相连。

优选的是，防爆动力装置和钻杆接头相连，钻杆接头与孔口段的内螺旋管轴线上的螺旋钻杆通过热粘合连接固定。

优选的是，内螺旋管具体为管状结构，内部设置有螺旋钻杆结构，螺旋钻杆结构的螺纹片和内螺旋管的内管壁固定。

进一步优选的是，螺旋钻杆设置在内螺旋管的轴线上；所述内螺旋管各个分段的两端均设置有外螺纹。

进一步优选的是，螺旋钻杆的两端分别设置有凹槽和凸起，各个分段的螺旋钻杆通过凹槽和凸起插接配合安装。

进一步优选的是，凹槽和凸起单向配合，所述凸起和凹槽的截面形状沿单一方向正向相对，各段间螺旋钻杆结构的螺纹片连续。

还优选的是，集水箱上部开口穿过钻杆接头，集水箱下部与外管通过螺栓连接，集水箱的底部边缘设置有排水口，排水口上连接有排水管将水排出。

还优选的是，旋转构件的孔底段的外管端部设置有滤网；所述防爆动力装置包括防爆电机，防爆动力装置通过支架固定。

一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水方法，利用上述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，步骤包括：

步骤A.连接旋转构件的各个分段，连接构件连接后，向瓦斯抽采钻孔内逐段放入；

步骤B.孔口位置设置集水箱，并连接防爆动力装置；

步骤C.防爆动力装置带动内螺旋管高速旋转，孔底水在离心力作用下进入集水箱；

步骤D.完成排水后分段拆卸。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明提供的下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，通过设置多端内螺旋管并利用防爆动力装置带动其旋转将深孔中的水排出，有效避免了传统排水方法中成本高且排水距离有限的缺点。为下向瓦斯抽采深孔排水提供了一种新的技术思路，丰富了下向瓦斯抽采深孔排水的手段，通过排水解决了下向钻孔积水后瓦斯抽采效果较差的难题，提高了下向钻孔瓦斯抽采效率。

(2)该装置的外管通过连接套管螺纹连接，内螺旋管通过内螺母相连，保证了各个旋转构件支架的紧密连接；内螺旋管与外管之间设置有深沟球轴承，从而能够保证内螺旋管的高速旋转；螺旋钻杆的两端分别设置有凹槽和凸起从而可以快速连接各个旋转构件分段，并且通过保证凹槽和凸起沿单一方向正向相对，从而保证了螺纹的连续性。

(3)本方法通过高速旋转内螺旋管使钻孔底部的水在离心力的作用下排出孔外，本方法在降低工人劳动强度的同时，还可以满足防爆、提高排水深度、操作省力等要求，该装置及使用方法可提高煤矿井下深孔排水的效果。

附图说明

图1为下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置沿钻孔方向的剖视图；

图2为下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置截面结构示意图；

图3为：本发明深孔排水装置内管连接正视图；

图中：1-防爆动力装置，2-钻杆接头，3-支架，4-集水箱，5-螺丝，6-排水口，7-排水管，8-内螺旋管，9-外管，10-连接套管，11-外管螺母，12-螺旋钻杆，13-深沟球轴承，14-滤网，15-凸起，16-外螺纹，17-凹槽，18-内螺母，19-密封橡胶圈。

具体实施方式

结合图1至图3所示，本发明提供了一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置及方法具体实施方式如下，

一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，该装置具体包括旋转构件、防爆动力装置、连接构件和集水箱，旋转构件设置在瓦斯抽采钻孔内用于钻孔排水，防爆动力装置为旋转构件的转动提供动力，连接构件用于各个分段之间的连接，集水箱方便钻孔水的排出。其中旋转构件具体包括多个分段，每个分段包括外管9和内螺旋管8，内螺旋管8内设置有螺旋钻杆12结构，内螺旋管8与外管9之间设置有深沟球轴承13，从而方便内螺旋管8在外管9内旋转。防爆动力装置1带动内螺旋管转动，连接构件包括连接套管10和内螺母18，旋转构件的分段之间外管通过连接套管10上的螺纹连接，内螺旋管8通过内螺母18上的螺纹相连，集水箱4和钻孔孔口位置的外管端部相连。本装置通过设置多端内螺旋管并利用防爆动力装置带动其旋转将深孔中的水排出，有效避免了传统排水方法中成本高且排水距离有限的缺点。为下向瓦斯抽采深孔排水提供了一种新的技术思路，丰富了下向瓦斯抽采深孔排水的手段，通过排水解决了下向钻孔积水后瓦斯抽采效果较差的难题，提高了下向钻孔瓦斯抽采效率。

其中，防爆动力装置1和钻杆接头2相连，防爆动力装置1的主要结构为矿用防爆电机，其带动钻杆结构转动，通过钻杆接头2与孔口段的内螺旋管8轴线上的螺旋钻杆12通过热粘合连接固定，从而防爆动力装置1带动整个内螺旋管8在外管9内高速旋转。防爆动力装置1包括防爆电机，防爆动力装置1通过支架3固定。旋转构件的孔底段的外管端部可以设置有滤网14，从而可以更好的防止钻孔堵塞。集水箱4的上部开口穿过钻杆接头2，集水箱4下部与外管9通过螺栓连接，集水箱4的底部边缘设置有排水口，排水口6上连接有排水管7将水排出。

内螺旋管8具体为管状结构，管状结构的内部设置有螺旋钻杆12结构，螺旋钻杆12结构的螺纹片和内螺旋管的内管壁固定，其中螺纹片的宽度以及螺旋角度根据具体的转速和排水量进行设定。另外，螺纹片上还可以设置沿螺旋方向向上的凸起，该凸起结构可以带动内螺旋管内的水在离心力的作用下沿螺旋更好的上升。螺旋钻杆12可以设置在内螺旋管8的轴线上，也可以根据钻孔的向下倾斜角度进行相应的改进进行偏心设置，内螺旋管8各个分段的两端均设置有外螺纹16，用于固定连接。另外在外螺纹16的两端还可以设置橡胶密封圈19，从而刚好的保证连接的有效性，并保证密封性能，更好的排水。螺旋钻杆12的两端分别设置有凹槽17和凸起15，从而方便结构的插接，各个分段的螺旋钻杆通过凹槽17和凸起15插接配合安装。凹槽17和凸起15可以单向配合，即凹槽17和凸起15仅在一个方向上可以插接配合，其中凸起15和凹槽17的截面形状沿单一方向正向相对，该形状只要保证其不是中心对称的截面形状即可，从而保证了各段间螺旋钻杆12结构的螺纹片连续。

一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水方法，利用上述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，步骤包括：

步骤A.在孔底分段的外管端部设置滤网14，然后依次连接旋转构件的各个分段，其中内螺旋管8，通过内螺母18上的螺纹进行连接，外管9通过套管上的螺纹进行连接固定，连接构件连接后，向瓦斯抽采钻孔内逐段放入；由于可以逐段向钻孔内放入，所以简化了之前使用长管时的复杂步骤，并且运输安装更加方便。

步骤B.孔口位置设置集水箱4，其中孔口和集水箱4之间可以通过螺丝5连接，并根据具体的孔口分段长度进行调整，并连接防爆动力装置1，启动电机进行调试。

步骤C.防爆动力装置1带动内螺旋管8高速旋转，孔底水在离心力作用下进入集水箱4，集水箱4通过排水将水从排水管排至巷道排水沟中。

步骤D.完成排水后，将装置从瓦斯抽采钻孔中取出，分段拆卸。

本深孔排水装置，其内螺旋管端部设置外丝16，可以设置除等边三角形外的三角形凹槽17，内螺旋管螺母18，密封圈19保证密封，在装置内部垂直设置有钻杆接头2和内螺旋管8，钻杆接头2与孔口段的内螺旋管8热粘合固定，在防爆动力装置1的转动下带动内螺旋管8内螺旋钻杆12高速旋转，使内螺旋管8底部的水在离心力的作用下通过螺旋通道向上提升。将每节段装置进行连接时，先将钻杆的凸起15***下一段钻杆的凹槽17内，确保螺旋钻杆12的螺纹实现连续性，将内螺旋管螺母18通过密封圈19与内螺旋管端部外丝16进行丝连，内螺旋管端部外丝16与内螺旋管螺母18内丝的旋向与内螺旋管8的转向相反，以使其连接更为紧密，外管9通过外管外丝10与外管螺母11进行丝连，实现外管9的段与段连接。每段管件都设有用于内螺旋管8与外管9连接的深沟球轴承13，以减少内螺旋管8高速转动时与固定外管9的摩擦。集水箱4上端开口穿过钻杆接头2，下端与外管9通过螺纹连接，集水箱4收集内螺旋管8旋转而出的深孔水，通过设置于集水箱4底部边缘的排水口6和排水管7将水排至巷道底脚部的排水沟中。上下端开口处打磨光滑，减少与钻杆接头2和内螺旋管8的摩擦，外管9底部有铁丝滤网14，过滤深孔内煤炭颗粒。

本方法通过高速旋转内螺旋管使钻孔底部的水在离心力的作用下排出孔外，本方法在降低工人劳动强度的同时，还可以满足防爆、提高排水深度、操作省力等要求，该装置及使用方法可提高煤矿井下深孔排水的效果。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，包括旋转构件、防爆动力装置、连接构件和集水箱；所述旋转构件包括多个分段，每个分段包括外管和内螺旋管，内螺旋管内设置有螺旋钻杆结构，内螺旋管与外管之间设置有深沟球轴承，内螺旋管在外管内旋转；所述防爆动力装置带动内螺旋管转动；所述连接构件包括套管和内螺母，旋转构件的分段之间外管通过连接套管螺纹连接，内螺旋管通过内螺母相连，所述集水箱和钻孔孔口位置的外管端部相连。

2.根据权利要求1所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述防爆动力装置和钻杆接头相连，钻杆接头与孔口段的内螺旋管轴线上的螺旋钻杆通过热粘合连接固定。

3.根据权利要求1所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述内螺旋管具体为管状结构，内部设置有螺旋钻杆结构，螺旋钻杆结构的螺纹片和内螺旋管的内管壁固定。

4.根据权利要求3所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述螺旋钻杆设置在内螺旋管的轴线上；所述内螺旋管各个分段的两端均设置有外螺纹。

5.根据权利要求3所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述螺旋钻杆的两端分别设置有凹槽和凸起，各个分段的螺旋钻杆通过凹槽和凸起插接配合安装。

6.根据权利要求5所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述凹槽和凸起单向配合，所述凸起和凹槽的截面形状沿单一方向正向相对，各段间螺旋钻杆结构的螺纹片连续。

7.根据权利要求1所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述集水箱上部开口穿过钻杆接头，集水箱下部与外管通过螺栓连接，集水箱的底部边缘设置有排水口，排水口上连接有排水管将水排出。

8.根据权利要求1所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，所述旋转构件的孔底段的外管端部设置有滤网；所述防爆动力装置包括防爆电机，防爆动力装置通过支架固定。

9.一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水方法，利用权利要求1至8任一项所述的一种下向瓦斯抽采钻孔螺旋式排水装置，其特征在于，步骤包括：

步骤A.连接旋转构件的各个分段，连接构件连接后，向瓦斯抽采钻孔内逐段放入；

步骤B.孔口位置设置集水箱，并连接防爆动力装置；

步骤C.防爆动力装置带动内螺旋管高速旋转，孔底水在离心力作用下进入集水箱；

步骤D.完成排水后分段拆卸。