专利名称：一种气动式气渣分离装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿钻孔除尘装置，具体涉及一种利用煤矿井下压风作为动力的气动式气渣分离装置。
背景技术：
随着煤矿开采深度增大，瓦斯灾害日益严重，钻孔预抽瓦斯已成为治理瓦斯灾害的重要手段。目前钻孔预抽瓦斯主要使用坑道钻机配合压风排渣施工，然而由于煤层瓦斯压力大、瓦斯压力高，经常发生施钻过程中瓦斯超限、粉尘积聚等问题。瓦斯超限严重制约矿井安全生产，空气中粉尘浓度过大不仅危害作业人员身体健康，同时也影响矿井安全生产。为解决干式钻孔过程中瓦斯超限和粉尘积聚的问题，主要做法是在施钻点采用喷雾降尘，除尘效果较好，但是降尘用水量较大，造成工作面大量积水，并且回风巷道中瓦斯浓度高，易发生瓦斯超限。目前，孔口除尘的其它工艺设备包括多级无动力孔口除尘器、钻孔除尘器、矿用湿式孔口除尘器等钻孔除尘装置都存在体积大、快速拆装困难且难以有效解决瓦斯超限问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决坑道内采用干式钻进施工钻孔过程中产生的钻渣和钻孔内涌出瓦斯在巷道中产生的安全隐患问题，提出利用压气引射原理、喷雾除尘技术实现降尘和气水渣分离，其结构简单，既能高效率除尘，又能有效防止瓦斯超限发生。本发明的技术方案如下:
一种气动式气渣分离装置，包括瓦斯粉尘捕捉器、气动引射器、降尘分离桶、连接软管、高压管道、瓦斯连接管道和瓦斯抽采管道。所述瓦斯粉尘捕捉器用于收集钻孔施钻过程中钻孔内的粉尘和瓦斯，所述连接软管连接瓦斯粉尘捕捉器与气动引射器，将瓦斯粉尘捕捉器收集到的气渣混合流输送到气动引射器。瓦斯粉尘捕捉器包括捕捉筒、封孔胶囊、充气桩头和密封端盖，所述捕捉筒为中空结构保证钻杆正常钻进和气流流动；在捕捉筒前端外周设置封孔胶囊，封孔胶囊与充气桩头连接，封孔胶囊在使用时通过充气桩头压入高压气体，使封孔胶囊膨胀固定捕捉筒，并且密封捕捉筒与钻孔孔壁，防止瓦斯粉尘泄露；在捕捉筒的后端设置密封端盖，密封端盖通过组合密封腔保持旋转钻杆与捕捉筒的良好密封。所述气动引射器安装在降尘分离桶上，包括引射喷嘴、吸入室、混合管和扩散管；所述引射喷嘴通过螺纹穿过后端盖与吸入室同心连接，吸入室前端与同轴心线的混合管和扩散管连接，吸入室的侧壁上设置吸入口，与吸入室的轴心线呈直角布置；所述引射喷嘴的喷嘴入口与高压管道连接，输入高压气体进入气动引射器使其产生吸入压力；所述吸入口与连接软管连接，增大连接软管进口与出口之间的压力差并将吸入的气渣混合流体输送到降尘分离桶，所述扩散管伸进降尘分离桶内。
所述降尘分离桶用于将气水渣混合物分离成气体、液体和固体，包括降尘水雾喷头、滑渣板、排水管接口、排渣口、排气口 ；所述降尘水雾喷头安装在降尘分离桶的顶盖上，均匀布置在顶盖中心和距离圆心三分之二半径的圆周上；桶体靠底部设有排水管接口和排渣口 ；桶体中斜向设有滑渣板，板上有微孔，滑渣板的低端接排渣口，通过板上的微孔分离水渣，水经微孔下降至桶底，渣沿滑渣板滑下经排渣口排除桶外，所述排水口通过与排水管道连接排除分离桶内的水；桶体的顶盖上设置有排气口，排气口通过瓦斯连接管连接瓦斯抽采管道，配合排除桶内气体。本发明的有益效果是:瓦斯粉尘捕捉器具有良好的密封性，有效防止瓦斯粉尘涌入巷道中；瓦斯粉尘捕捉器与气动引射器之间的连接软管可以根据需要加长，解决了由于频繁移动分离桶的问题；气动引射器采用井下既有的压风作为动力，增大孔口与引射器入口的压力差，使混合气流在连接软管内流动顺畅；根据涌出瓦斯量和产生的粉尘量可以更换引射器喷嘴或者调节喉嘴距改变引射器的吸入压力和吸气量；降尘分离桶内采用喷雾降尘，可以根据粉尘量开启降尘水雾喷头，有效减少降尘用水；涌出瓦斯进入瓦斯抽采管道，不仅有效防止瓦斯超限，而且还可作为清洁能源加以利用。总的来说，本发明结构简单，能有效降低工作面瓦斯和粉尘浓度，同时喷雾降尘效率高且用水量少。
图1.是本发明的结构示意 图2.是本发明的气动引射器剖面 图3.是本发明的气动引射器左视 图4.是本发明的降尘分离桶示意 图5.是本发明的分离桶顶盖示意图。
具体实施例方式以下结合附图详细说明本发明的结构:
参见图1，本气动式气渣分离装置由瓦斯粉尘捕捉器(I)、气动引射器(2)、降尘分离桶
(3)、连接软管(4)、高压管道(5)、瓦斯连接管道(6)和瓦斯抽采管道(7)等组成。连接软管
(4)连接瓦斯粉尘捕捉器(I)和气动引射器(2)，长度可根据钻孔孔口距离自由调节。瓦斯连接管(6)连接降尘分离桶(3)和瓦斯抽放管道(7)，将降尘分离桶(3)分离出的气体输入瓦斯抽放管道(7)。所述瓦斯粉尘捕捉器(I)用于收集钻孔施钻过程中产生的粉尘和瓦斯，收集到的气渣混合流输送到气动引射器(2)，包括捕捉套筒(11)、封孔胶囊(12)、充气桩头(13)和密封端盖(14)。捕捉筒(11)为中空结构保证钻杆正常钻进和气流流动；在捕捉筒(11)前端外周设置封孔胶囊(12)，封孔胶囊(12)与充气桩头(13)连接，封孔胶囊(12)在使用时通过充气桩头(13)压入高压气体，使封孔胶囊(12)膨胀固定捕捉筒(11)，并且密封捕捉筒(11)与钻孔孔壁之间的空隙，防止瓦斯粉尘泄露；在捕捉筒(11)的后端设置密封端盖(14)，密封端盖(14)通过组合密封腔保持旋转钻杆与捕捉筒(11)的良好密封。参见图2和图3，所述气动引射器(2)安装在降尘分离桶(3)上，用于增大钻孔孔口与气渣分离桶之间的压力差，并将吸入的气渣混合流体输送到降尘分离桶。气动引射器(2)包括引射喷嘴(21)、吸入室(22)、混合管(23)和扩散管(24)。引射喷嘴(21)通过螺纹穿过后端盖与吸入室(22)同心连接，并深入吸入室(22)内，工作气流高速通过引射喷嘴
(21)在吸入室(22)内形成负压。引射喷嘴(21)的入口段外表面为螺纹与吸入室端盖螺纹配合调节喉嘴距。所述吸入室(22)为中空的圆柱形腔体，吸入室(22)的侧壁上设置吸入口(25)，与吸入室(22)的轴心线呈一定夹角布置。所述混合管(23)为圆柱形管道，用于混合工作气流和引射气流，并连接吸入室(22)和扩散管(24)。所述扩散管(24)为圆锥形管道，用于降低输出混合流体速度；所述引射喷嘴(21)的喷嘴入口(26)与高压管道(5)连接，输入高压气体进入气动引射器(2)使其产生吸入压力；所述吸入口(25)与连接软管(4)连接，增大连接软管(4)进口与出口之间的压力差并将吸入的气渣混合流体输送到降尘分离桶(3 )，所述扩散管(24 )伸进降尘分离桶(3 )内。高压管道(5 )通过单向阀(51)连接气动引射器(2)的喷嘴入口(26)，输送高压风流进入引射器喷嘴(21)。所述参见图4和图5，所述气动引射器用于增大连接软管进口与出口之间的压力差，所述降尘分离桶(3)用于沉降输入气固混合流中的粉尘，同时将气、水、渣分离后分别排出，包括降尘水雾喷头(31)、滑渣板(32)、排水管接口(33)、排渣口(34)、排气口(35)。降尘水雾喷头(31)安装在降尘分离桶(3)的顶盖(37)上，均匀布置在顶盖中心和距离中心三分之二半径的圆周上，与压水管连接，使用时喷出水雾沉降扩散管(24)输入混合气流中的粉尘。桶体靠底部设有排水管接口(33)和排渣口(34)。桶体中斜向设有滑渣板(32)，板上有微孔，滑渣板(32)的低端接排渣口(34)，通过板上的微孔分离水渣，水经微孔下降至桶底，渣沿滑渣板滑下经排渣口(34)排除桶外，所述排水口(33)通过与排水管道连接排除分离桶内的水。桶体的顶盖上设置有排气口( 35 )，排气口( 35 )通过瓦斯连接管(6 )连接瓦斯抽采管道(7)，配合排除桶内气体。降尘分离桶(3)上设置有支座(36)，固定气动引射器(2)。降尘分离桶顶盖(37)上的排气口(35)里面布置有过滤网(38)，防止沉降不完全的粉尘随气体流进瓦斯抽放管道(7);顶盖(37)通过扣件(39)与降尘分离桶(3)固定，顶盖(37)与桶体之间设有密封垫圈。本装置中，密封端盖(14)采用聚四氟乙烯制成；所述滑渣板(32)采用聚四氟乙烯材料制成；所述气动引射器(2)整体采用聚四氟乙烯棒材加工。本发明具体使用方法如下:
(1)钻孔施工过程中，钻孔钻进一定距离后退出钻头，套上瓦斯粉尘捕捉器(I)，利用井下压风通过充气桩头(13)使封孔胶囊膨胀(12)膨胀将瓦斯粉尘捕捉器(I)固定在钻孔孔Π ；
(2)依次连接各管道，包括连接软管(4)、高压管道(5)、瓦斯连接管道(6)，并保证各接头处密封性良好；
(3)钻机继续钻进，开启单向阀(51)让高压气流进入气动引射器(2)，引射器吸入室
(22)产生负压，将连接软管(4)中的气流吸入引射器，经混合管(23)混合和扩散管(24)降压，混合流进入降尘分离桶(3)；
(4)同时，打开降尘分离桶上的降尘水雾喷头(31)和排气口(35)阀门，降尘水雾喷头
(31)喷雾降尘，瓦斯气体由于密度较轻经排气口(35)进入瓦斯抽采管道(7)，沉降后的粉尘沿滑渣板(32 )滑下经排渣口( 34 )排除分离桶，水经滑渣板(34 )过滤沿排水口( 33 )进入排水管道，排入巷道水沟； (5)根据井下压风系统风压、风量和瓦斯粉尘量，旋动喷嘴入口段(26)螺纹，改变喉嘴距，调节吸入压力、风量和出口压力；
(6)钻孔施工完成后，退出钻杆及瓦斯粉尘捕捉器(1)，打开分离桶顶盖(37)，对降尘分离桶(3)内进行清洗，防止下次使用过程中出现堵塞。
权利要求
1.一种气动式气渣分离装置，其特征在于:包括瓦斯粉尘捕捉器(I)、气动引射器(2)、降尘分离桶(3)、连接软管(4)、高压管道(5)、瓦斯连接管道(6)和瓦斯抽采管道(7)； 所述瓦斯粉尘捕捉器(I)用于收集钻孔内的粉尘和瓦斯，所述连接软管(4)连接瓦斯粉尘捕捉器(I)与气动引射器(2 )，将瓦斯粉尘捕捉器(I)收集到的气渣混合流输送到气动引射器(2); 所述气动引射器(2)安装在降尘分离桶(3)侧壁上，包括引射喷嘴(21)、吸入室(22)、混合管(23)和扩散管(24);所述引射喷嘴(21)通过螺纹穿过后端盖与吸入室(22)同心连接，并深入吸入室(22)内，工作气流高速通过引射喷嘴(21)在吸入室(22)内形成负压；所述吸入室(22 )为中空的圆柱形腔体，吸入室(22 )的侧壁上设置吸入口( 25 )，与吸入室(22 )的轴心线呈夹角布置；所述混合管(23)为圆柱形管道，用于混合工作气流和引射气流，并连接吸入室(22)和扩散管(24);所述扩散管(24)为圆锥形管道，用于降低输出混合流体速度；所述引射喷嘴(21)的喷嘴入口(26)与高压管道(5)连接，输入高压气体进入气动引射器(2)使其产生吸入压力；所述吸入口(25)与连接软管(4)连接，增大连接软管(4)进口与出口之间的压力差并将吸入的气渣混合流体输送到降尘分离桶(3)，所述扩散管(24)伸进降尘分离桶(3)内； 所述降尘分离桶(3)用于沉降混合气流中的粉尘，并将渣混合物分离成气体、液体和固体，包括降尘水雾喷头(31)、滑渣板(32)、排水管接口(33)、排渣口(34)、排气口(35);所述降尘水雾喷头(31)安装在降尘分离桶(3)的顶盖(37)上，均匀布置在顶盖中心和距离中心三分之二半径的圆周上，与压水管连接，使用时喷出水雾沉降扩散管(24)输入混合气流中的粉尘；桶体靠底部设有排水管接口(33)和排渣口(34);桶体中斜向设有滑渣板(32)，板上有微孔，滑渣板(32)的低端接排渣口(34)，通过板上的微孔分离水渣，水经微孔下降至桶底，渣沿滑渣板滑下经排渣口(34)排除桶外，所述排水口(33)通过与排水管道连接排除分离桶内的水；桶体的顶盖上设置有排气口(35)，排气口(35)通过瓦斯连接管(6)连接瓦斯抽采管道(7 )，配合排除桶内气体。
2.根据权利要求1所述的瓦斯粉尘捕捉器，其特征在于:所述瓦斯粉尘捕捉器(I)包括捕捉筒(11)、封孔胶囊(12)、充气桩头(13)和密封端盖(14)，所述捕捉筒(11)为中空结构保证钻杆正常钻进和气流流动；在捕捉筒(11)前端外周设置封孔胶囊(12)，封孔胶囊(12)与充气桩头(13)连接，封孔胶囊(12)在使用时通过充气桩头(13)压入高压气体，使封孔胶囊(12)膨胀固定捕捉筒(11)，并且密封捕捉筒(11)与钻孔孔壁之间的空隙，防止瓦斯粉尘泄露；在捕捉筒(11)的后端设置密封端盖(14)，密封端盖(14)通过组合密封腔保持旋转钻杆与捕捉筒(11)的良好密封。
3.根据权利要求1所述的气动式气渣分离装置，其特征在于:所述气动引射器(2)的吸入室(22)为一圆柱形空间，前端是具有螺纹中心孔的端盖，所述引射喷嘴(21)的喷嘴入口(26)外表面加工有螺纹，所述引射喷嘴(2)穿置在吸入室(22)的中心，与吸入室(22)的端盖连接，方便更换喷嘴或者调节喉嘴距，使引射喷嘴(21)位置可前后调节，优化气动引射器(2)的吸入压力和吸气量。
4.根据权利要求1、2或3 所述的气动式气渣分离装置，其特征在于:所述降尘分离桶顶盖(37)上的排气口(35)里面布置有过滤网(38)，防止沉降不完全的粉尘随气体流进瓦斯抽放管道(7);顶盖(37)通过扣件(39)与降尘分离桶(3)固定，顶盖(37)与桶体之间设有密封垫圈。
5.根据权利要求1、2或3所述的气动式气渣分离装置，其特征在于:所述高压管道(5)通过单向阀(51)连接气动引射器(2)的喷嘴入口(26)，输送高压风流进入引射器喷嘴(21)。
6.根据权利要求1、2或3所述的气动式气渣分离装置，其特征在于:所述降尘分离桶(3 )上设置有支座(36 )，固定气动引射器(2 )。
7.根据权利要求1、2或3所述的气动式气渣分离装置，其特征在于:所述密封端盖(14)采用聚四氟乙烯制成；所述滑渣板(32)采用聚四氟乙烯材料制成；所述气动引射器(2)整体采用聚四氟乙烯棒材加工。
8.使用权利要求1-7所述的气动式气渣分离装置进行煤矿钻孔气水渣分离的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)钻孔施工过程中，钻孔钻进一定距离后退出钻头，套上瓦斯粉尘捕捉器(I)，利用井下压风通过充气桩头(13)使封孔胶囊膨胀(12)膨胀将瓦斯粉尘捕捉器(I)固定在钻孔孔Π ； (2)依次连接各管道，包括连接软管(4)、高压管道(5)、瓦斯连接管道(6)，并保证各接头处密封性良好； (3)钻机继续钻进，开启单向阀(51)让高压气流进入气动引射器(2)，引射器吸入室(22)产生负压，通过连接软管(4)将瓦斯粉尘捕捉器(I)中的气固混合流吸入引射器，经混合管(23)混合和扩散管(24)降压，混合流进入降尘分离桶(3)； (4 )同时，打开降尘分离桶(3 )上的降尘水雾喷头(31)和排气口( 35 )的阀门，降尘水雾喷头(31)喷雾降尘，瓦斯气体由于密度较轻经排气口(35)进入瓦斯抽采管道(7)，沉降后的粉尘沿滑渣板(32)滑下经排渣口(34)排除分离桶，水经滑渣板(34)过滤沿排水口(33)进入排水管道，排入巷道水沟； (5)根据井下压风系统风压、风量和瓦斯粉尘量，旋动喷嘴入口(26)的螺纹，改变喉嘴距，调节吸入压力、风量和出口压力； (6)钻孔施工完成后，退出钻杆及瓦斯粉尘捕捉器(1)，打开分离桶顶盖(37)，对降尘分离桶(3)内进行清洗，防止下次使用过程中出现堵塞。
全文摘要
本发明公开一种气动式气渣分离装置及方法，包括瓦斯粉尘捕捉器、连接软管、高压管道、气动引射器、降尘喷头、降尘分离桶、瓦斯连接管道、瓦斯抽采管道，所述瓦斯粉尘捕捉器用于收集钻孔施工过程中钻孔内的粉尘及涌出的瓦斯，所述连接软管用于连接瓦斯粉尘捕捉器与气动引射器，所述高压管道用于输送高压气体进入气动引射器使引射器吸入室产生负压，所述气动引射器用于增大连接软管进口与出口之间的压力差并将吸入的气渣混合流体输送到降尘分离桶，所述降尘分离桶通过降尘水雾喷头沉降粉尘并将气水渣混合物分离成气体、液体和固体。本发明结构简单，能有效降低工作面瓦斯和粉尘浓度，同时喷雾降尘效率高且用水量少。
文档编号E21F7/00GK103195469SQ20131012096
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者葛兆龙, 程亮, 卢义玉, 夏彬伟, 孙大发, 陈久福, 龙建明, 李文树, 丁红, 杨枫 申请人:重庆大学