CN216306002U - 一种水力造穴防喷孔装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水力造穴防喷孔装置，一种水力造穴防喷孔装置，包括定位封孔套管组件、三通管和煤水气分离装置，定位封孔套管组件由左向右伸入并定位到钻孔的孔口段内部，定位封孔套管组件左端口与三通管的右端口连接，三通管的下端口与煤水气分离装置的进口连接，三通管的下端口处设有阀门，三通管的左端口、三通管的右端口、定位封孔套管组件的中心孔和钻孔的中心线重合。本实用新型原理科学，设计巧妙，采用在水力造穴孔口加装定位封孔套管组件的方式，当钻孔发生严重喷孔时；可及时关闭该钻孔，确保回风侧瓦斯不超限、避免造成喷出煤体伤人、掩埋钻机等安全问题可有效防止水力造穴过程中的喷孔问题等，确保水力造穴工作安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种水力造穴防喷孔装置。
背景技术
我国煤层大多具有“三高一低”的特点，煤层瓦斯含量普遍较高，不利于安全生产。为确保矿井安全生产，需对煤层进行增透促抽措施，进而增加煤层透气性，强化瓦斯抽采效果。
国内外学者针对煤层增透技术，进行了大量研究，提出了保护层开采、水力压裂、水力割缝、水力冲孔等水力化措施，以及深孔松动***、液态CO2相变致裂等措施。这些增透促抽技术措施中，保护层开采适用于煤层群开采条件，但我国煤层大多属于单一煤层；水力压裂、水力割缝等技术措施，虽然能有效增加煤层的透气性，但对中硬煤层较为适用；水力冲孔技术措施虽能适用于中软煤层，但需要具备岩巷的条件，需要较大的工程量；深孔松动***、液态CO2相变致裂技术等，受民爆用品管制等因素的影响，其应用范围收到了较大的限制。
针对单一低透气性煤层，水力造穴技术措施是一项非常有效的技术措施。该技术措施是在开采煤层顺槽内，利用高压水的破煤作用和水力冲刷作用，在煤体内部冲出一个较大的孔洞（造穴），周围煤体在强大地应力的作用下，向该孔洞内运移造成煤体的充分卸压，从而在孔洞周围很大的范围内的煤体内部生成大量裂隙，使得煤体透气性大大提高，实现了增透促抽的目的，得到了广泛的应用，取得了良好的效果。
正是由于水力造穴技术具有非常好的增透促抽作用，使得该技术在煤层瓦斯含量较高的区域应用时，由于强大的破煤和卸压作用，水力造穴过程中煤体内瓦斯快速解吸，导致水力造穴时喷孔严重，喷出的大量煤体和瓦斯短时间内集中进入工作面，造成工作面回风侧瓦斯浓度超限，也会造成喷出的煤体和瓦斯伤人等问题，带来了一定的安全隐患。虽然市场上有不少的防喷装置，但在瓦斯喷孔非常严重时，喷出的瓦斯无法及时、全部被抽采***处理掉，仍会造成瓦斯超限等问题；且如果喷孔持续时间长、强度大时，无法快速处理喷出的煤体，造成钻机被埋等安全问题，也在一定程度上限制了水力造穴技术的推广应用。
基于上述问题，亟需采取切实可行的措施，确保在水力造穴过程中，喷出的煤体和瓦斯能够及时得到处理，不会造成回风侧瓦斯浓度超限，更不能造成喷出的煤体伤人事故。
实用新型内容
为了解决现有技术中的不足之处，本实用新型提供一种方便操作、结构简单、安全可靠、使用效果好的水力造穴防喷孔装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种水力造穴防喷孔装置，包括定位封孔套管组件、三通管和煤水气分离装置，定位封孔套管组件由左向右伸入并定位到钻孔的孔口段内部，定位封孔套管组件左端口与三通管的右端口连接，三通管的下端口与煤水气分离装置的进口连接，三通管的下端口处设有阀门，三通管的左端口、三通管的右端口、定位封孔套管组件的中心孔和钻孔的中心线重合。
定位封孔套管组件包括同中心线设置的外套管和内套管，内套管设置在外套管内部，内套管外径小于外套管内径，外套管外径略小于钻孔的孔口段直径，外套管左端口和右端口内部分别固定设有左内螺纹套和右内螺纹套，内套管左端和右端的外圆分别与左内螺纹套和右内螺纹套螺纹连接，外套管和内套管之间形成的环腔中沿轴线方向间隔设有若干组定位组件，每组定位组件均包括过盈装配在内套管外圆的轴承，轴承外圈沿圆周方向铰接有至少三根定位杆，外套管上在每个轴承左侧均开设有一组穿孔，每组穿孔均与每个轴承外圈上铰接的定位杆的数量相等，每根定位杆的活动端均对应穿出一个穿孔，定位杆长度方向所在的直线与内套管中心线相交且夹角为锐角，定位杆由与轴承外圆的铰接端到穿出穿孔的活动端距离钻孔孔口的距离逐渐减小，定位杆活动端扎入到钻孔的孔口段煤壁内。
外套管全部位于钻孔的孔口段内，内套管左端伸出外套管，内套管左端伸入并螺纹连接在三通管的右端口内，内套管上在三通管和外套管之间的位置设有驱动内套管旋转的驱动杆。
三通管左端口内部设有橡胶密封套，橡胶密封套内径与钻杆外径相等。
煤水气分离装置包括分离箱和橡胶囊袋，分离箱顶部右侧与三通管的下端口连接，分离箱顶部左侧通过第一高压软管与煤矿井下瓦斯抽放管路连接，分离箱下部为上大下小的四棱锥筒结构，四棱锥筒结构外侧设有支腿，分离箱内在四棱锥筒结构上端口水平设有分离网板，四棱锥筒结构下端口连接有排水管接头，分离箱左侧在分离网板上方位置通过第二高压软管与橡胶囊袋连接。
采用上述技术方案，本实用新型在工作使用时，包括以下步骤：
（1）在水力造穴钻孔位置，首先向煤层施工一个大于水力造穴钻孔直径30mm以上的钻孔，孔深不小于10m，在该段钻孔（钻孔的孔口段）内送入定位封孔套管组件；
（2）送入定位封孔套管组件后，手持驱动杆旋转内套管，由于内套管左端外圆和右端外圆分别与外套管内部设置的左内螺纹套和右内螺纹套螺纹连接，这样就使内套管向左移动（向钻孔孔口移动），内套管转动时，由于内套管外圆设置轴承，定位杆和轴承外圈不跟随内套管旋转，随着内套管向左移动，轴承与邻近的穿孔逐渐接近，这样就使得铰接在轴承外圆的驱动杆活动端伸出穿孔扎入到钻孔的孔口段内壁，这样就使定位封孔套管组件紧紧固定在钻孔的孔口段内；
（3）在内套管左端螺纹连接上三通管；
（4）三通管的右端口通过螺纹连接内套管后；将三通管的下端口通过一节耐高压管连接分离箱，在分离箱左侧部通过第二高压软管连接橡胶囊袋，橡胶囊袋用于收集突然喷出的煤体和大量瓦斯；在分离箱顶部右侧通过第一高压软管与抽放管路相连接，用于将喷出的大量瓦斯及时抽走；
（5）上述设备安装完毕后，沿三通管左端口、右端口和内套管中心方向施工顺层钻孔，一直施工至设定深度L；然后采用倒退施工方法进行水力造穴，即：先将钻孔施工至设定深度L（L≥90m），然后开始退钻，退钻过程中实施水力造穴，水力造穴长度不少于L/2；
（6）在实施水力造穴过程中，水渣、瓦斯气体通过钻杆与内套管之间的间隙、三通管流入到分离箱内，瓦斯气体由抽放管路抽走，水通过排水管接头排出，钻渣留到分离网上的分离箱内；水力造穴作业若没有发生喷孔，则正常退钻，实施水力造穴；若发生严重喷孔，则立即停钻，关闭三通管下端口的阀门，由于橡胶密封套的设置，这样就可基本完全阻断喷孔的发生；
（7）等钻孔内喷孔活动终止后，缓慢开启三通装置下端口的阀门，逐步卸除钻孔内的瓦斯压力，放出喷出的瓦斯、煤体和水到分离箱内，由于橡胶囊袋的设置，确保高压喷射缓冲的安全可靠性；
（8）等钻孔内瓦斯压力完全卸除后，恢复正常的水力造穴工作；
（9）水力造穴工作结束后，卸除钻杆，然后拆卸三通管，逆向旋转内套管后端的驱动杆，使内套管向右移动，这样就使定位杆缩回的外套管内，然后从钻孔内取出定位封孔套管组件，以备下次继续使用；
（10）将封孔管及抽采管送入水力造穴钻孔，并进行严密封孔；
（11）等封孔材料凝固后，将抽采管与抽采***连接，进行瓦斯抽采工作。
综上所述，本实用新型具有以下技术效果：
1、本实用新型原理科学，设计巧妙，采用在水力造穴孔口加装定位封孔套管组件的方式，当钻孔发生严重喷孔时；可及时关闭该钻孔，确保回风侧瓦斯不超限、避免造成喷出煤体伤人、掩埋钻机等安全问题可有效防止水力造穴过程中的喷孔问题等，确保水力造穴工作安全可靠，为煤矿安全生产保驾护航。
2、定位封孔套管组件采用内套管沿外套管轴向移动，进而带动定位杆的倾斜角度变化，使定位杆扎入到钻孔封孔段的煤壁内，将外套管牢牢固定在钻孔内；等水力造穴措施实施完成后，可卸掉该套管，实现定位封孔套管组件的反复利用；
3、煤水气分离装置可实现正常水力造穴时的瓦斯抽采、煤水分离，也可实现喷孔时缓冲喷出的大量煤体和瓦斯，有效防止瓦斯超限等问题。
附图说明
图1是本实用新型在工作状态的结构示意图；
图2是图1中定位封孔套管组件和三通管的连接结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的一种水力造穴防喷孔装置，包括定位封孔套管组件1、三通管2和煤水气分离装置，定位封孔套管组件1由左向右伸入并定位到钻孔的孔口段内部，定位封孔套管组件1左端口与三通管2的右端口连接，三通管2的下端口与煤水气分离装置的进口连接，三通管2的下端口处设有阀门3，三通管2的左端口、三通管2的右端口、定位封孔套管组件1的中心孔和钻孔的中心线重合。
定位封孔套管组件1包括同中心线设置的外套管4和内套管5，内套管5设置在外套管4内部，内套管5外径小于外套管4内径，外套管4外径略小于钻孔的孔口段直径0.5-2cm，外套管4左端口和右端口内部分别固定设有左内螺纹套6和右内螺纹套7，内套管5左端和右端的外圆分别与左内螺纹套6和右内螺纹套7螺纹连接，外套管4和内套管5之间形成的环腔中沿轴线方向间隔设有若干组定位组件，每组定位组件均包括过盈装配在内套管5外圆的轴承8，轴承8外圈沿圆周方向铰接有至少三根定位杆9，外套管4上在每个轴承8左侧均开设有一组穿孔，每组穿孔均与每个轴承8外圈上铰接的定位杆9的数量相等，每根定位杆9的活动端均对应穿出一个穿孔，定位杆9长度方向所在的直线与内套管5中心线相交且夹角为锐角，定位杆9由与轴承8外圆的铰接端到穿出穿孔的活动端距离钻孔孔口的距离逐渐减小，定位杆9活动端扎入到钻孔的孔口段煤壁内。
外套管4全部位于钻孔的孔口段内，内套管5左端伸出外套管4，内套管5左端伸入并螺纹连接在三通管2的右端口内，内套管5上在三通管2和外套管4之间的位置设有驱动内套管5旋转的驱动杆10。
三通管2左端口内部设有橡胶密封套11，橡胶密封套11内径与钻杆外径相等。
煤水气分离装置包括分离箱12和橡胶囊袋13，分离箱12顶部右侧与三通管2的下端口连接，分离箱12顶部左侧通过第一高压软管14与煤矿井下瓦斯抽放管路15连接，分离箱12下部为上大下小的四棱锥筒结构，四棱锥筒结构外侧设有支腿16，分离箱12内在四棱锥筒结构上端口水平设有分离网板17，四棱锥筒结构下端口连接有排水管接头18，分离箱12左侧在分离网板17上方位置通过第二高压软管19与橡胶囊袋13连接。
本实用新型在工作使用时，包括以下步骤：
（1）在水力造穴钻孔位置，首先向煤层施工一个大于水力造穴钻孔直径30mm以上的钻孔，孔深不小于10m，在该段钻孔（钻孔的孔口段）内送入定位封孔套管组件1；
（2）送入定位封孔套管组件1后，手持驱动杆10旋转内套管5，由于内套管5左端外圆和右端外圆分别与外套管4内部设置的左内螺纹套6和右内螺纹套7螺纹连接，这样就使内套管5向左移动（向钻孔孔口移动），内套管5转动时，由于内套管5外圆设置轴承8，定位杆9和轴承8外圈不跟随内套管5旋转，随着内套管5向左移动，轴承8与邻近的穿孔逐渐接近，这样就使得铰接在轴承8外圆的驱动杆10活动端伸出穿孔扎入到钻孔的孔口段内壁，这样就使定位封孔套管组件1紧紧固定在钻孔的孔口段内；
（3）在内套管5左端螺纹连接上三通管2；
（4）三通管2的右端口通过螺纹连接内套管5后；将三通管2的下端口通过一节耐高压管连接分离箱12，在分离箱12左侧部通过第二高压软管19连接橡胶囊袋13，橡胶囊袋13用于收集突然喷出的煤体和大量瓦斯；在分离箱12顶部右侧通过第一高压软管14与抽放管路15相连接，用于将喷出的大量瓦斯及时抽走；
（5）上述设备安装完毕后，沿三通管2左端口、右端口和内套管5中心方向施工顺层钻孔，钻机21驱动钻杆20一直施工至设定深度L；然后采用倒退施工方法进行水力造穴，即：先将钻孔施工至设定深度L（L≥90m），然后开始退钻，退钻过程中实施水力造穴，水力造穴长度不少于L/2；
（6）在实施水力造穴过程中，水渣、瓦斯气体通过钻杆20与内套管5之间的间隙、三通管2流入到分离箱12内，瓦斯气体由抽放管路15抽走，水通过排水管接头18排出，钻渣留到分离网上的分离箱12内；水力造穴作业若没有发生喷孔，则正常退钻，实施水力造穴；若发生严重喷孔，则立即停钻，关闭三通管2下端口的阀门3，由于橡胶密封套11的设置，这样就可基本完全阻断喷孔的发生；
（7）等钻孔内喷孔活动终止后，缓慢开启三通装置下端口的阀门3，逐步卸除钻孔内的瓦斯压力，放出喷出的瓦斯、煤体和水到分离箱12内，由于橡胶囊袋13的设置，确保高压喷射缓冲的安全可靠性；
（8）等钻孔内瓦斯压力完全卸除后，恢复正常的水力造穴工作；
（9）水力造穴工作结束后，卸除钻杆20，然后拆卸三通管2，逆向旋转内套管5后端的驱动杆10，使内套管5向右移动，这样就使定位杆9缩回的外套管4内，然后从钻孔内取出定位封孔套管组件1，以备下次继续使用；
（10）将封孔管及抽采管送入水力造穴钻孔，并进行严密封孔；
（11）等封孔材料凝固后，将抽采管与抽采***连接，进行瓦斯抽采工作。
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。同时实施例中描述的“前、后、左、右、上、下”等方向也仅仅是便于本领域的普通技术人员理解技术方案，并不限定本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种水力造穴防喷孔装置，其特征在于：包括定位封孔套管组件、三通管和煤水气分离装置，定位封孔套管组件由左向右伸入并定位到钻孔的孔口段内部，定位封孔套管组件左端口与三通管的右端口连接，三通管的下端口与煤水气分离装置的进口连接，三通管的下端口处设有阀门，三通管的左端口、三通管的右端口、定位封孔套管组件的中心孔和钻孔的中心线重合。
2.根据权利要求1所述的一种水力造穴防喷孔装置，其特征在于：定位封孔套管组件包括同中心线设置的外套管和内套管，内套管设置在外套管内部，内套管外径小于外套管内径，外套管外径略小于钻孔的孔口段直径，外套管左端口和右端口内部分别固定设有左内螺纹套和右内螺纹套，内套管左端和右端的外圆分别与左内螺纹套和右内螺纹套螺纹连接，外套管和内套管之间形成的环腔中沿轴线方向间隔设有若干组定位组件，每组定位组件均包括过盈装配在内套管外圆的轴承，轴承外圈沿圆周方向铰接有至少三根定位杆，外套管上在每个轴承左侧均开设有一组穿孔，每组穿孔均与每个轴承外圈上铰接的定位杆的数量相等，每根定位杆的活动端均对应穿出一个穿孔，定位杆长度方向所在的直线与内套管中心线相交且夹角为锐角，定位杆由与轴承外圆的铰接端到穿出穿孔的活动端距离钻孔孔口的距离逐渐减小，定位杆活动端扎入到钻孔的孔口段煤壁内。
3.根据权利要求2所述的一种水力造穴防喷孔装置，其特征在于：外套管全部位于钻孔的孔口段内，内套管左端伸出外套管，内套管左端伸入并螺纹连接在三通管的右端口内，内套管上在三通管和外套管之间的位置设有驱动内套管旋转的驱动杆。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种水力造穴防喷孔装置，其特征在于：三通管左端口内部设有橡胶密封套，橡胶密封套内径与钻杆外径相等。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种水力造穴防喷孔装置，其特征在于：煤水气分离装置包括分离箱和橡胶囊袋，分离箱顶部右侧与三通管的下端口连接，分离箱顶部左侧通过第一高压软管与煤矿井下瓦斯抽放管路连接，分离箱下部为上大下小的四棱锥筒结构，四棱锥筒结构外侧设有支腿，分离箱内在四棱锥筒结构上端口水平设有分离网板，四棱锥筒结构下端口连接有排水管接头，分离箱左侧在分离网板上方位置通过第二高压软管与橡胶囊袋连接。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20220415 |