专利名称：螺旋式捕捉器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤炭开采技术领域，特别涉及对顺层煤层的在施工过程中，对钻孔内喷出的瓦斯和压风排粉粉尘进行有效收集处理，防止施钻出现瓦斯超限和粉尘危害人员身体健康的煤矿专用设备。
背景技术：
煤矿瓦斯、粉尘事故是井下的重大灾害之一，若发生瓦斯、粉尘事故，不仅会严重破坏生产环境，而且会造成人员伤亡，给人民、企业、国家造成巨大的损失，因此，消除瓦斯超限和粉尘是预防瓦斯、粉尘事故的前提条件，也是矿井安全生产的重要保障之一。由于地质沉积作用，煤层中积压了大量的瓦斯等有毒有害气体，为了实现安全采掘，通常情况下，采掘前首先要布置专用瓦斯抽采坑道，采用坑道钻机施工抽采钻孔提前实施瓦斯抽采，待抽采达标后，方能开始采掘煤炭。然而在施工抽采钻孔过程中，特别是许多矿井进入深部水平后，煤层瓦斯含量、压カ都将增大，施钻喷孔、甚至钻孔延时喷孔造成的瓦斯超限不安全问题，钻孔垮孔问题也越来越突出，为了克服垮孔和瓦斯超限问题，不得不采取压风排粉施工エ艺，然而粉尘危害又成了新的难题。针对煤层开采过程中出现的上述情况，本申请人于2011年09月14日提交的申请号为CN201110271271. 7，名称为“瓦斯粉尘敛集器”的中国发明专利申请公开的技术方案即是为了解决在坑道内施工抽采钻孔过程中钻孔内喷出的瓦斯造成瓦斯超限或采用压风排粉施工エ艺粉尘危害问题，本技术方案中，由于钻杆钻探到煤层时，其工作空间被该发明申请的封孔组件、敛集组件和底座组件组成的密闭空间包裹住，特别是将加入外部的水或气压后，封孔组件的封孔组件径向膨胀进一歩的保持了钻杆工作空间的密闭性，因此钻杆エ作过程中产生的废渣、煤层中的瓦斯气体均被敛集并在外部注入大量防尘水的情况下形成水气渣充分混合体进入外部的分离装置进ー步处理和分离；因此避免了钻孔内喷出的瓦斯或钻渣、粉尘进入坑道造成瓦斯超限或工作环境持续恶化。但是，中国发明专利申请CN201110271271. 7在施工过程中，必须大量使用水作为消除粉尘的エ艺必备条件，并且由于瓦斯粉尘敛集器与钻杆之间的密封结构，只能使用平钻(钻杆的外圆周为光滑圆筒状)。对于中国发明专利申请CN201110271271.7提供的方案，一方面由于使用平钻，钻头对气渣的携帯能力不强，必须借助外部输入的水以增强气渣的携帯能力和粉尘处理能力。但是，对于煤层中的ー种特殊煤层结构如顺层煤层，如图I所示，煤层在岩层中的排列是水平向下，因此如果在钻采过程中使用水，水会浸入到煤层的底部，造成位于底层的煤层不易开采或造成透水事故，因此中国发明专利申请CN201110271271.7提供的方案不再适用；并且在生产过程中如果使用水还会增加成本和带来环境污染。在现有技术中，并没有针对这一严重问题的专用于顺层煤层的钻孔瓦斯、粉尘处理设备，因此施钻过程中大量瓦斯、粉尘仍然会被释放在巷道及回风系统中，造成严重的瓦斯超限、粉尘超标安全隐患。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决在坑道内施工抽采钻孔过程中现有的瓦斯粉尘敛集器抽采能力较弱并且生产过程中大量使用水的不足，提出了螺旋式捕捉器。本实用新型的技术方案是螺旋式捕捉器，包括依次连接的封孔组件、敛集组件和底座组件，所述封孔组件、敛集组件和底座组件为中空结构用以容纳钻杆；其特征在干，所述底座组件包括底座、六角螺栓、密封圈、六角螺母、螺旋钻杆、所述底座和底座安装板之间夹着ー圈密封圈，所述底座和固定在敛集组件的变径钢筒端部的底座安装板通过六角螺栓和六角螺母螺栓连接在一起；所述螺旋钻杆的外圆周上包裹有ー筒状的钻杆密封套，所述钻杆密封套粘接在成 圆筒状的密封套壳的内壁中，所述密封套壳的外壁呈阶梯状的圆柱形，所述密封套壳的较小口径的圆柱段穿过底座进入底座的内侧，所述密封套壳的较大口径的圆柱段在阶梯处卡接在底座的外侧，所述密封套壳的较大口径的圆柱段的外壁包裹有呈圆筒状的固定安装筒、所述固定安装筒的侧壁具有顶丝安装孔用以安装顶丝；所述固定安装筒的端部螺栓连接安装有呈圆环状并可供螺旋钻杆通过的端盖；所述钻杆密封套的内壁具有周期性分布并与螺旋钻杆上螺纹的螺距相同的螺旋状顶凸起和螺旋状底凸起，所述螺旋状顶凸起与螺旋钻杆上螺纹的牙顶呈过盈配合，所述螺旋状底凸起与螺旋钻杆上螺纹的牙底呈过盈配合。本实用新型的有益效果是由于螺旋钻杆的外圆周具有螺旋，故而在螺旋钻杆钻孔时对于施钻过程中产生的气渣具有增强的携帯能力，并且由于本实用新型的钻杆密封套内壁具有与螺旋钻杆的螺纹相匹配的螺纹，因此可以实现对螺旋钻杆良好的密封，因此在螺旋钻杆增强后的携帯能力下，可以不需要注入外部的水源即可实现较强的煤层气、水、渣的捕捉；因此避免了钻孔内喷出的瓦斯或钻渣、粉尘进入坑道造成瓦斯超限或工作环境持续恶化。
图I是本实用新型的顺层煤层的开采示意图。图2是本实用新型的螺旋式捕捉器径向上的剖视图。图3是本实用新型的螺旋式捕捉器端部的安装结构示意图。附图标记说明底座I、底座安装板11、六角螺栓2、密封圈3、六角螺母4、开关板
5、六角螺栓6、限位板7、挡圈8、备用输出管9、变径钢筒10、限位圈11、捕捉器法兰盘12、封孔组件13、第一输出管14、限位圈15、钻杆密封套16、密封套壳161、顶丝17、顶丝安装孔171、端盖18、端盖安装筒181、六角螺栓19、弹簧垫圈20、平垫圈21、岩层91、顺层煤层92、螺旋钻杆93。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施实例对本实用新型做进ー步的说明。如图I和图2所示，螺旋式捕捉器，包括依次连接的封孔组件、敛集组件和底座组件，所述封孔组件、敛集组件和底座组件为中空结构用以容纳钻杆；本实施例的封孔组件13的结构与本申请人之前提出的中国发明专利申请CN201110271271. 7中对应的“封孔组件”结构相同，作为现有技术，因此不再详细描述。替换的，本实施例中的封孔组件13也可以采用其他公知结构的“封孔组件”，只要能够保证该公知结构的“封孔组件”能够起到与本实施例中的封孔组件13相同的作用并且能够与敛集组件稳固的连接即可，这ー实施过程对于本领域的普通技术人员来说也是公知的，因此不再详细描述。本实施例的敛集组件包括内部中空圆柱形外径呈阶梯状变化的变径钢筒10、底座安装板11、开关板5、六角螺栓6、限位板7、挡圈8、备用输出管9、限位圈11和捕捉器法兰盘12 ;所述变径钢筒10的一端固定安装有一呈圆环状的底座安装板11，所述底座安装板
11上具有螺栓孔；所述变径钢筒10的另一端固定安装有一呈圆环状的捕捉器法兰盘12，所 述敛集组件通过捕捉器法兰盘12与封孔组件13螺栓连接在一起；所述敛集组件的变径钢筒10的侧壁具有一第一输出管14用于及时输出收集好的废渣、粉尘和瓦斯气体，所述第一输出管14的出ロ处具有一限位圈15 ;所述敛集组件的变径钢筒10的侧壁还具有一备用输出管9用于在第一输出管14不能充分满足输出量的要求时开启备用输出管9，所述备用输出管9的侧壁上安装有开关板5、六角螺栓6、限位板7和挡圈8，所述开关板5活动插入备用输出管9的侧壁并可开启或关闭备用输出管9，所述限位板7固定安装于备用输出管9的外壁用于限制开关板5的活动位置，所述挡圈8呈圆环状并固定安装于备用输出管9的内壁用于配合开关板5的关闭备用输出管9，所述六角螺栓6穿过限位板7与开关板5接触，用于松开或固定开关板5。本实施例的敛集组件的结构与本申请人之前提出的中国发明专利申请CN201110271271. 7中对应的“敛集组件”结构类似，因此可以參考现有技术做出对该“敛集组件”的改进，因此不再详细描述。替换的，本实施例中的敛集组件也可以采用其他公知结构的“敛集组件”，只要能够保证该公知结构的“敛集组件”能够起到与本实施例中的敛集组件相同的作用并且能够与封孔组件13和底座组件稳固的连接即可，这ー实施过程对于本领域的普通技术人员来说也是公知的，因此不再详细描述。本实施例的底座组件包括底座I、六角螺栓2、密封圈3、六角螺母4、螺旋钻杆93、所述底座I和底座安装板11之间夹着ー圈密封圈3，所述底座I和底座安装板11通过六角螺栓2和六角螺母4螺栓连接在一起；所述螺旋钻杆93的外圆周上包裹有ー筒状的钻杆密封套16，所述钻杆密封套16粘接在成圆筒状的密封套壳161的内壁中，所述密封套壳161的外壁呈阶梯状的圆柱形，所述密封套壳161的较小口径的圆柱段穿过底座I进入底座I的内侧，所述密封套壳161的较大口径的圆柱段在阶梯处卡接在底座I的外侧，所述密封套壳161的较大口径的圆柱段的外壁包裹有呈圆筒状的固定安装筒181、所述固定安装筒181的侧壁具有顶丝安装孔171用以安装顶丝17 ;顶丝17用以调整钻杆密封套16与螺旋钻杆93配合的松紧程度；所述固定安装筒181的端部螺栓连接安装有呈圆环状可供螺旋钻杆93通过的端盖18 ；所述固定安装筒181和端盖18通过六角螺栓19、弹簧垫圈20、平垫圈21组成的螺栓连接结构实现两者之间具体的螺栓连接结构。所述钻杆密封套16的内壁具有周期性分布并与螺旋钻杆93上螺纹的螺距相同的螺旋状顶凸起161和螺旋状底凸起162，所述螺旋状顶凸起161与螺旋钻杆93上螺纹的牙顶931呈过盈配合，所述螺旋状底凸起与螺旋钻杆93上螺纹的牙底932呈过盈配合；所述钻杆密封套16与螺旋钻杆93良好配合既保证了螺旋钻杆93旋转时的密封性，又防止了螺旋钻杆93的带有刃ロ的螺纹切割坏钻杆密封套16 ；上述底座I、底座安装板11、开关板5、限位板7、挡圈8、端盖18、端盖安装筒181采用可采用Q235普通碳素结构钢；六角螺栓2采用M8X30型号的螺栓；密封圏3采用橡胶材料；六角螺母4采用M8型号的螺母；备用输出管9、变径钢筒10采用相应孔径的钢管；限位圈11和限位圈15采用小8的钢筋；钻杆密封套16采用橡胶材料，优选氟橡胶材料；密封套壳161采用钢套材料；顶丝17采用M8X25型号；六角螺栓19采用M8X25型号。上述个部件的具体材料只是为了证明本实施例的可实施性，并不能理解为对本实用新型方案的限制，只要是能够实现本实用新型的连接关系并能维持一定时间正常运行的材料，均可以采用。本实施实例中，封孔组件、敛集组件和底座组件连接部位处还可以嵌入密封圈以保持连接部位的密封性。本实施例中，封孔组件、敛集组件和底座组件之间通过螺栓连接方式固定连接，当然，也可以采用其他如焊接或铆接的方式将三者连接，为了轻便安装，螺栓连接方式为优选方案。本实施例的螺旋式捕捉器的工作过程和原理是工作开始吋，首先将螺旋式捕捉器的封孔组件放入提前施工好的钻孔中，从螺旋钻杆的中心输入外部的高压气体到螺旋钻杆的钻头处，所述封孔组件在水或气压的作用下径向膨胀后与钻孔紧密配合，一方面使得钻孔内部形成密闭空间，防止钻孔时瓦斯和粉尘的外泄；另一方面可以将螺旋式捕捉器悬置固定在钻孔内，其原理类似膨胀螺栓。然后，放入螺旋钻杆，螺旋钻杆工作工程中，不断产生的钻渣、煤层中的瓦斯气体以及少量水均被封孔器组件收集到敛集组件中，在敛集组件通过螺旋钻杆中心的孔注入大量的高压气体后在钻头处气流反转形成水气渣充分混合体后物体，通过第一输出管14进入外部的分离装置进ー步处理和分离，因此避免了瓦斯或钻渣、粉尘进入坑道造成瓦斯超限或工作环境的恶化。由于地质沉积作用，煤层中积压了大量的瓦斯等有毒有害气体，为了实现安全采掘，通常情况下，采掘前首先在采煤工作面运输或回风巷采用坑道钻机施工顺层抽采钻孔提前实施瓦斯抽采，待抽采达标后，方能开始采掘煤炭。然而在施工顺层抽采钻孔过程中，特别是许多矿井进入深部水平后，煤层瓦斯含量、压カ都将增大，施钻喷孔、甚至钻孔延时喷孔造成的瓦斯超限不安全问题，钻孔垮孔问题也越来越突出，为了克服垮孔和瓦斯超限问题，不得不采取螺旋螺旋钻杆加压风排粉施工エ艺，然而粉尘危害、螺旋钻杆的有效密封问题又成了新的技术难题，本实用新型申请的主要创新点就是有效解决了螺旋钻杆的有效密封问题。本实施例中采用螺旋钻杆主要是为了増加螺旋钻杆钻孔时对于产生的气渣可以具有增强的携帯能力，但是螺旋钻杆的密封处理比较困难，因此采用了本实施例的特殊的密封结构，由于增加了粉尘和煤渣的携帯能力，因此可以不必注入水体就可充分的实现。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.螺旋式捕捉器，包括依次连接的封孔组件、敛集组件和底座组件，所述封孔组件、敛集组件和底座组件为中空结构用以容纳钻杆；其特征在于， 所述底座组件包括底座(I)、六角螺栓(2)、密封圈(3)、六角螺母(4)、螺旋钻杆(93)、所述底座(I)和底座安装板(11)之间夹着ー圈密封圈(3),所述底座(I)和固定在敛集组件的变径钢筒(10)端部的底座安装板(11)通过六角螺栓(2)和六角螺母(4)螺栓连接在一起; 所述螺旋钻杆(93)的外圆周上包裹有ー筒状的钻杆密封套(16)，所述钻杆密封套(16)粘接在成圆筒状的密封套壳(161)的内壁中，所述密封套壳(161)的外壁呈阶梯状的圆柱形，所述密封套壳(161)的较小口径的圆柱段穿过底座(I)进入底座(I)的内侧，所述密封套壳(161)的较大口径的圆柱段在阶梯处卡接在底座(I)的外侧，所述密封套壳(161)的较大口径的圆柱段的外壁包裹有呈圆筒状的固定安装筒(181)、所述固定安装筒(181)的侧壁具有顶丝安装孔(171)用以安装顶丝(17);所述固定安装筒(181)的端部螺栓连接安装有呈圆环状并可供螺旋钻杆(93)通过的端盖(18)。
2.根据权利要求I所述的螺旋式捕捉器，其特征在于，所述钻杆密封套(16)的内壁具有周期性分布并与螺旋钻杆(93)上螺纹的螺距相同的螺旋状顶凸起(161)和螺旋状底凸起(162)，所述螺旋状顶凸起(161)与螺旋钻杆(93)上螺纹的牙顶(931)呈过盈配合，所述螺旋状底凸起与螺旋钻杆(93)上螺纹的牙底(932)呈过盈配合。
专利摘要本实用新型涉及螺旋式捕捉器，包括依次连接的封孔组件、敛集组件和底座组件，所述封孔组件、敛集组件和底座组件为中空结构用以容纳钻杆；所述钻杆密封套的内壁具有周期性分布并与螺旋钻杆上螺纹的螺距相同的螺旋状顶凸起和螺旋状底凸起，所述螺旋状顶凸起与螺旋钻杆上螺纹的牙顶呈过盈配合，所述螺旋状底凸起与螺旋钻杆上螺纹的牙底呈过盈配合。本实用新型的有益效果是由于螺旋钻杆的外圆周具有螺旋，故而在螺旋钻杆钻孔时对于施钻过程中产生的气渣具有增强的携带能力，并且由于本实用新型的钻杆密封套内壁具有与螺旋钻杆的螺纹相匹配的螺纹，因此可以实现对螺旋钻杆良好的密封。
文档编号E21B21/00GK202560297SQ20122017584
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者赵林, 蒋和财, 郑伟, 胡光东 申请人:成都晟鑫机电设备有限公司