井下瓦斯抽放竖井施工方法与流程

文档序号:15578867发布日期:2018-09-29 06:18

本发明属于煤炭领域,特别涉及一种井下瓦斯抽放竖井施工方法。



背景技术:

煤炭是我国矿产资源中主要能源,也是电力、钢铁、化工等行业的重要的工业原料,在国民经济建设中具有非常重要的战略地位。据统计,煤炭占我国一次性能源消费的75%以上,伴随着全球的能源危机,煤炭作为我国的主要能源的地位,在相当长的时间难以改变。由于工况环境恶劣及采掘装备的可靠性和自动化水平低下,煤炭生产仍属于高危行业。煤矿瓦斯爆炸、岩层垮塌、突水等事故时有发生,同时井下采煤工人长期处于高温、高湿、高浓度粉尘环境中,其健康严重受损。

现有技术中,煤层开采后形成采动裂隙,采空后,采空区不同涌出源的瓦斯在浮力作用下沿采动裂隙通道上升,最后聚集在裂隙带内,形成瓦斯聚集区,为了解决高浓度瓦斯矿井中瓦斯超限问题一般采用高位巷抽放瓦斯,工程量大、费用高。目前个别地区有试点采用瓦斯抽放钻孔的方法来进行抽放作业,但瓦斯抽放钻孔内的水流和气流较大,为了防止积水堵塞抽放管路,需要在瓦斯抽放管路上安装水气分离器,及时将瓦斯抽放管路积水排出,否则将会影响抽采负压的有效发挥,甚至导致抽放管路完全堵塞,由于井下作业空间有限,对水气分离器的体积不能过大,其功率较低,分离效果不好,经常造成积水堵塞抽放管路;同时,水气分离器不间断运行,能耗巨大。



技术实现要素:

针对现有技术的缺陷,本发明提供了一种井下瓦斯抽放竖井施工方法。

一种井下瓦斯抽放竖井施工方法,在地面实施第一倾斜钻孔9.1,该孔水平段钻进至裂隙带9.6;第一倾斜钻孔9.1的水平钻孔与对接钻孔完成对接,进行水平钻进,完成水平钻孔9.2;从巷道2的综采作业面处斜向上进行第二斜钻孔9.4的钻进,直到与水平钻孔9.2打通为止;在第二斜钻孔9.4中安装风机9.5与逆止阀9.3;在地面垂直向下开钻抽放竖井9.6,抽放竖井9.6与水平钻孔9.2钻通;钻井完成后,将护管9.68下放至抽放竖井9.6中,护管9.68的外壁紧贴抽放竖井9.6的内壁,护管9.68的长度略大于水平钻孔9.2的深度;护管9.68下放完成后,通过护管9.68灌注固井水泥,固井水泥返至地面,完成对于抽放竖井9.6下部9.65的固井防水密封;固井完成后,将护管9.68抽出,之后依次安装潜水泵9.66、抽气泵9.63等设备,最后通过井盖9.61对井口进行密封。

可选的,所述护管9.68下放穿过抽放竖井9.6的上部9.64、水平钻孔9.2至抽放竖井9.6的下部9.65,护管9.68位于下部9.65中的长度为30cm-100cm;护管9.68是铁管或PVC管;固井完成后将护管9.68上提超过水平钻孔9.2,护管9.68留在抽放竖井9.6中;抽放竖井9.6包括位于水平钻孔9.2以下的下部9.65和位于水平钻孔9.2以上的上部9.64,在下部9.65中安装有潜水泵9.66,排水管9.67与潜水泵9.66相连,排水管9.67穿过密封的井盖9.61至地面,抽气管9.62位于竖井9.6的上部9.64中,抽气管9.62穿过密封的井盖9.61与抽气泵9.63相连。

本发明的有益效果是:采用抽放竖井结合水平钻孔进行瓦斯的抽放,抽放竖井的钻进在地面进行,作业场地宽阔,作业效率高;通过抽放竖井实现了水气分离,不必再安装水气分离器,大大节省了设备费用与能耗;抽放竖井可以间隔设置多个,这样当其中某个出现故障时,其瓦斯抽放作业可以由其它抽放竖井来完成,保证井下瓦斯能及时被抽出,提高了作业安全性;抽气泵设置于地面上,因此可以使用较大功率的抽气泵,大大提高了瓦斯抽采效果与效率。

附图说明

图1A是采煤系统整体结构示意图;

图1B是瓦斯抽放钻孔的结构示意图;

图2A是抽放竖井的结构示意图;

图2B是抽放竖井的施工图;

图3A是巷道支撑装置的结构示意图;

图3B是巷道支撑装置的施工图;

图4A是采煤机的结构示意图;

图4B是图4A中A部放大图;

图5是除尘装置的布置图;

图6是除尘装置的结构示意图;

图7是防爆系统示意图;

图8A是转轴密封结构的第一示意图;

图8B是转轴密封结构的第二示意图;

图8C是转轴密封结构的第三示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图,重点在于示出本发明的主旨。

首先结合图1A,对本发明的采煤系统做整体介绍。采煤是在巷道2进行的,巷道2延伸至综采作业面,采煤机6位于综采作业面处,通过采煤机实现综采作业,在综采作业面处还设置有除尘装置8以及输送皮带7。巷道2通过多个支撑装置5支撑,支撑装置5沿巷道长度方向排列,支撑装置5支撑于巷道2的顶1与底4之间,通过支撑装置5支撑顶板与底板,从而防止巷道坍塌。在巷道2中还设置有多根顶底板变形测量装置3,例如沿巷道长度方向每隔100米设置一根顶底板变形测量装置3,通过顶底板变形测量装置3可以测量顶板或底板的变形量,从而可以对巷道变形量进行测量,当变形量大于设定值时,提示该测量装置附近有塌方的可能,需要维护人员及时进行处理,在巷道2之上的裂隙带中开凿瓦斯抽放钻孔9。

本发明中,如图1B所示,采用在裂隙带中开凿瓦斯抽放钻孔9的方法来进行瓦斯抽放。钻孔9包括从地面斜向下延伸的第一倾斜钻孔9.1,在裂隙带中水平开凿的水平钻孔9.2,以及由裂隙带向下延伸至综采作业面处的第二斜钻孔9.4,第一倾斜钻孔9.1、水平钻孔9.2以及第二斜钻孔9.4依次连接,在第二斜钻孔9.4的末端安装有风机9.5,在第二斜钻孔9.4中设置逆止阀9.3;从地面向下开凿有抽放竖井9.6,抽放竖井9.6与水平钻孔9.2相通,抽放竖井9.6的深度大于水平钻孔9.2的深度,但不贯穿至巷道2。通过抽放竖井9.6将裂隙带中的水与瓦斯抽采出来,抽放竖井9.6可以设置多个,间距可以根据煤矿瓦斯浓度、矿深、气压等因素来综合决定,一般可以间隔2KM-3KM开凿一抽放竖井9.6,抽放竖井9.6直径为30cm-70cm。

如图2A所示,抽放竖井9.6包括位于水平钻孔9.2以下的下部9.65和位于水平钻孔9.2以上的上部9.64,在下部9.65中安装有潜水泵9.66,排水管9.67与潜水泵9.66相连,排水管9.67穿过密封的井盖9.61至地面,抽气管9.62位于竖井9.6的上部9.64中,抽气管9.62穿过密封的井盖9.61与抽气泵9.63相连。

在工作面采掘过程中,工作面处涌出的瓦斯气体通过风机9.5经第二斜钻孔9.4进入水平钻孔9.2内,同时,从裂隙带中涌出的瓦斯气体及地下水也进入水平钻孔9.2,由于逆止阀9.3的存在,水平钻孔9.2中的水与瓦斯不会倒灌入综采作业面。由于抽放竖井9.6的存在,水平钻孔9.2中的地下水会汇流至抽放竖井9.6的下部9.65中,而瓦斯气体会在抽放竖井9.6的上部汇集,这样通过抽放竖井9.6便实现了水气分离,通过安装于下部9.65中的潜水泵9.66将抽放竖井9.6中的地下水抽采出来,通过抽气泵9.63可以将上部9.64中的瓦斯气体抽出,由于井盖9.61密封,随着抽气泵9.63的抽取,抽放竖井9.6中形成低压区,水平钻孔9.2中的瓦斯气体不断向抽放竖井9.6方向流动,从而可以通过抽放竖井9.6将水平钻孔9.2中的瓦斯气体抽出,由于抽气泵9.63设置于地面上,因此可以使用较大功率的抽气泵9.63,大大提高了瓦斯抽采效果与效率。

下面结合图2B对施工过程做详细介绍,施工中,首先在地面实施第一倾斜钻孔9.1井,该井水平段钻进至裂隙带9.6;第一倾斜钻孔9.1井水平钻孔与对接钻孔完成对接,进行水平钻进,完成水平钻孔9.2,大约至综采作业面处停止;从巷道2的综采作业面处斜向上进行第二斜钻孔9.4的钻进,直到与水平钻孔9.2打通为止;安装风机9.5与逆止阀9.3;在地面垂直向下开钻抽放竖井9.6,抽放竖井9.6与水平钻孔9.2钻通;钻井完成后,将护管9.68下放至抽放竖井9.6中,护管9.68的外壁紧贴抽放竖井9.6的内壁,护管9.68的长度略大于水平钻孔9.2的深度,即护管9.68穿过抽放竖井9.6的上部9.64、水平钻孔9.2至抽放竖井9.6的下部9.65,护管9.68位于下部9.65中的长度约为30cm-100cm,护管9.68可以是铁管或PVC管;护管9.68下放完成后,通过护管9.68灌注固井水泥,固井水泥返至地面,完成对于抽放竖井9.6下部9.65的防水密封,这样可以防止下部9.65中所汇集的地下水渗漏至巷道2中,由于护管9.68的存在,灌注进去的固井水泥不会涌进水平钻孔9.2中,可以防止下部9.65的防水密封施工过程中造成水平钻孔9.2的堵塞;固井完成后,可以将护管9.68抽出,之后依次安装潜水泵9.66、抽气泵9.63等设备,最后通过井盖9.61对井口进行密封即可。护管9.68也可以留在抽放竖井9.6中,固井完成后只需要将护管9.68上提超过水平钻孔9.2即可,护管9.68留在抽放竖井9.6中可以对井壁起到支撑作用,防止井壁崩塌,延长抽放竖井9.6的使用寿命。

整个施工过程第一倾斜钻孔9.1与水平钻孔9.2由地面钻孔设备完成,第二斜钻孔9.4从井下巷道内开钻,这种施工方式可以井下与井上同时进行,工期短,同时,由于第二斜钻孔9.4不必从地面开钻,地面钻孔设备(钻头)不必多次改变钻进方向,大大降低了施工难度;在采煤作业中,水平钻孔9.2与第二斜钻孔9.4可以随着综采作业面的推进,一起推进,作业效率高;由于井下巷道2与裂隙带9.6的垂直距离较短,这样第二斜钻孔9.4的长度可以大大减少,成本低。

采用抽放竖井9.6结合水平钻孔进行瓦斯的抽放,抽放竖井9.6的钻进在地面进行,作业场地宽阔,作业效率高;通过抽放竖井9.6实现了水气分离,不必再安装水气分离器,大大节省了设备费用与能耗;抽放竖井9.6可以间隔设置多个,这样当其中某个出现故障时,其瓦斯抽放作业可以由其它抽放竖井9.6来完成,保证井下瓦斯能及时被抽出,提高了作业安全性;抽气泵9.63设置于地面上,因此可以使用较大功率的抽气泵9.63,大大提高了瓦斯抽采效果与效率。

现有技术中,巷道支撑装置一般采用单立柱或多立柱支撑顶板或底板,以双立柱支撑相对立于巷道为例,一般在巷道两侧相对设置两根立柱,顶板铺于立柱顶上,底板铺于立柱下方,两个立柱组成一组支撑结构,多组支撑结构并排沿巷道长度方向延伸,从而实现对巷道的支撑。现有技术中的这种支撑结构,各组支撑结构间相互独立,多组支撑结构没有形成一个整体,稳固性差,该支撑结构中,立柱位于巷道两侧,而实际巷道内顶板或底板受力最大的部位为顶板或底板的中部,这种支撑结构,顶板易从中间折断,从而发生巷道坍塌。图3A为本发明所采用的支撑装置5的结构示意图。支撑装置5包括左支撑臂5.2、右支撑臂5.7、左液压支柱5.3和右液压支柱5.5。左支撑臂5.2与右支撑臂5.7的底部通过下销轴5.4铰接在一起,左液压支柱5.3支撑于左支撑臂5.2的外侧,右液压支柱5.5支撑于右支撑臂5.7的外侧,左支撑臂5.2与右支撑臂5.7呈V形,顶板5.1铺于左支撑臂5.2与右支撑臂5.7上。多组支撑装置5沿巷道长度方向设置,在左支撑臂5.2与右支撑臂5.7的顶端开有孔,上销轴5.6穿过该孔,将两组支撑装置5连接到一起,使得各组支撑装置成为一个整体。

如图3B所示,在巷道中可以依据巷道的宽度设置多排支撑装置5,在图3B中即设置了两排支撑装置5,各排支撑装置5间的间距与各排与巷道侧壁间的距离大致相等,在图3B所示实施例中,左排支撑装置5至左侧壁5.8的距离大约为1.5米,右排支撑装置5至右侧壁5.9的距离大约为1.5米,左排支撑装置与右排支撑装置的间距也为1.5米。进一步的,在左侧壁5.8上开凿有向内的左凹槽5.10,在右侧壁5.9上开设有向内的右凹槽5.11,顶板5.1的左、右两端分别插入左凹槽5.10与右凹槽5.11中,通过左凹槽5.10与右凹槽5.11实现对顶板5.1左、右两端的支撑,这样顶板5.1的左、右两端可以不必再设置额外的液压立柱,大大减少了立柱的使用量。

下面对图3A、3B所示支撑装置5的施工过程做介绍。在巷道2开挖过程中,分别在左侧壁5.8与右侧壁5.9上开凿出左凹槽5.10与右凹槽5.11,将顶板5.1插入左凹槽5.10与右凹槽5.11中,之后将一组支撑装置5的左支撑臂5.2与右支撑臂5.7展开成V字形,分别调整左液压支柱5.3与右液压支柱5.5,使得左支撑臂5.2与右支撑臂5.7抵紧顶板5.1,之后将上销轴5.6穿过该组支撑装置5左支撑臂5.2或右支撑臂5.7上的孔,并与上一组支撑装置5连接起来,该排支撑装置5设置完成后,可以用相同的方法安装下一排支撑装置5。本发明中,支撑装置5的左支撑臂5.2、右支撑臂5.7以及顶板5.1组成了一个稳定的三角形,左支撑臂5.2、左液压支柱5.3以及底板(或底座)组成一稳固的三角形,同样,右液压支柱5.5、右支撑臂5.7以及底板(或底座)也组成一稳固的三角形,同时通过上销轴5.6使得各组支撑装置5连接成了一个整体,支撑装置5不易发生倾倒,稳定性好,相对于单立柱支撑结构,支撑装置5的结构强度大大加强,不易变形,抗压力强;施工过程中,将支撑装置5沿顶板5.1均匀分布,加强了对顶板5.1中间部位的支撑,可以有效防止顶板5.1从中间折断,巧妙开挖了左凹槽5.10与右凹槽5.11,这样可以不必再设置额外的侧边液压立柱,大大减少了立柱的使用量。

采煤机6位于综采作业面处,是主要的采煤机械。如图4A所示,采煤机6包括顶部的防护板6.1和底部的行走底座6.3,底座6.3上安装有机体6.2,防护板6.1由位于底座6.3上的支撑装置6.4支撑,支撑装置6.4与支撑装置5具有相同的结构,区别仅在于支撑装置6.4安装于底座6.3上用于支撑防护板6.1,而支撑装置5安装于巷道2中,用于支撑顶板5.1,对于支撑装置6.4的结构将在下述支撑装置5中做进一步的详细介绍。在机体6.2中设置有驱动电机、中央处理器、通信装置等,机体6.2的前端装有前惯导6.15,后端装有后惯导6.14,底座6.3上安装有速度传感器6.16。机体6.2通过截割臂6.5与滚筒6.7相连,在滚筒6.7上安装有截齿,滚筒6.7通过转轴6.6安装于截割臂6.5上。主水管6.8与主进气管6.9穿过防护板6.1至滚筒6.7上方。

前惯导6.15、、后惯导6.14以及速度传感器6.16均与中央处理器相连,中央处理器根据前惯导6.15、、后惯导6.14以及速度传感器6.16的检测值,完成采煤机姿态解算。由于前、后两个惯导的相对距离为固定值,因此,可以此作为约束条件,提高双惯导定位精度。

S10:前惯导6.15和后惯导6.14将其位置坐标输入到中央处理器,中央处理器根据航位推算法计算前、后惯导的位置坐标;

其中下标k-1、k分别表示k-1时刻和k时刻;N,E,U分别为惯导北、东、天方向位置坐标;V为速度传感器6.16输出的速度值;T为采样周期:θ分别为惯导输出的航向角和俯仰角。

S20:根据航位推算法,定位方程可简写为:

其中,状态量X=[N1 El U1 N2 E2 U2]T,N1 El U1分别为前惯导6.15北、东、天方向位置坐标,N2、E2、U2分别为后惯导6.14北、东、天方向位置坐标;W为状态噪声;以此定位方程作为扩展卡尔曼滤波器的状态方程。

S30:以两个惯导安装后相对距离为固定值的约束条件推导扩展卡尔曼滤波器量测方程;记固定值为r,其满足如下关系式:

上式可简写为Zk=h(Xk)+Vk,其中下标k表示k时刻;量测量Z=[r];V为量测噪声;以此方程作为扩展卡尔曼滤波器的量测方程。

S40:扩展卡尔曼滤波器输出为前惯导6.15和后惯导6.14北、东、天的位置坐标,将前惯导6.15的位置坐标作为采煤机的定位结果。

本发明提供的采煤机多惯导定位方法,利用前惯导6.15和后惯导6.14两个惯导安装后相对距离为固定值的约束条件,用低成本的后惯导6.14校准高成本的前惯导6.15,达到高精度定位,使其满足煤矿井下对于采煤机定位精度的要求,为实现综采工作面智能化奠定了基础。

参阅图4B,在防护板6.1的顶端设置有检测装置6.10,检测装置6.10例如可以包括瓦斯浓度检测器、氧浓度检测器、温度传感器、二氧化碳浓度检测器等等。防护板6.1的顶端具有伸出的盖板6.11,在盖板6.11与主水管6.8之间形成了容纳检测装置6.10的容纳空间,检测装置6.10的背部紧贴主水管6.8,这样可以利用主水管6.8为检测装置降温,不必再为其设置额外的降温设备,盖板6.11对检测装置起到防护作用,可以防止掉落的煤屑损坏检测装置。主进气管6.9位于主水管6.8的下方,主进气管6.9与主水管6.8的末端均伸出于防护板6.1之外,主进气管6.9与主水管6.8的末端大致延伸至滚筒6.7的上方。主水管6.8所喷出的水雾笼罩于滚筒6.7上,从而减少了综采作业面的煤尘。主进气管6.9的末端设置有多个喷嘴6.12,喷嘴6.12的开口向下,从主进气管6.9进入的新风由喷嘴6.12向下喷出,由于喷嘴6.12大致位于滚筒6.7的上方这样,可以将滚筒6.7处所产生的煤尘向下吹,可以进一步的抑制综采作业面处的煤尘污染。进一步的,在主进气管6.9内靠近喷嘴6.12处设置有第一负离子发生器6.13,通过第一负离子发生器6.13使得新风中含有大量的负离子,负离子经喷嘴6.12被吹入综采作业面。由于新风中含有大量负离子,这样综采作业面处设备上的静电可以被负离子中和,从而可以大大减少综采作业面处静电的发生,减少由静电所引发的火灾或爆炸事故。

如图1、5所示,除尘装置8位于采煤机6的前方,除尘装置8用于抽走采煤作业面处的煤尘、瓦斯、废旧空气等。除尘装置8安放于巷道2的底4上,可以在放置多台除尘装置8,图5中放置了两台除尘装置8,输送皮带7位于两台除尘装置8之间,输送皮带7大致位于滚筒6.7的下方,输送皮带7由托辊7.1承托,这样由滚筒6.7所截割下的煤炭会落入输送皮带7上,由输送皮带7运走。除尘装置8与输送皮带7之间的间距大约为50cm-150cm,参阅图6,除尘装置8的开口8.1位于输送皮带7的侧下方,这种布置方式的优点在于,在采煤过程中,输送皮带7与滚筒6.7处的灰尘最大,通过将开口8.1设置于输送皮带7的侧下方,一方面可以避免截割下的煤炭落入开口8.1中,另一方面,由于开口8.1位于输送皮带7的下方靠近皮带,输送皮带7上的煤尘可以经除尘装置8从开口8.1抽走,有效减少煤尘。

下面结合图6对除尘装置8的具体结构做进一步的详细介绍。除尘装置8具有喇叭形的开口8.1,开口8.1向下逐渐收缩,通过管道与筒体8.2的一端相连,筒体8.2的另一端连接排风管道,排风管道中设置有排风机8.6,在排风机8.6与筒体8.2之间设置有第二负离子发生器8.7。筒体8.2的顶部安装有喷淋盘8.8,喷淋盘8.8与主水管6.8相连,在筒体8.2的底部安装有滤网8.3,在滤网8.3下部的筒体8.2中形成污水收集池,污水收集池经过滤器8.4与循环泵8.5相连,循环泵8.5连接主水管6.8。

开启排风机8.6,综采作业面处的煤尘、瓦斯、废旧空气等经开口8.1进入筒体8.2中,喷淋盘8.8进行喷淋除尘,除尘所产生的煤泥被滤网8.3过滤,留在筒体8.2中,污水经滤网8.3进入污水收集池,污水收集池中的污水通过过滤器8.4过滤后,由循环泵8.5送回主水管6.8,实现了水的循环利用,大大降低了井下除尘用水量。由于井下煤尘较大,排风机8.6在高速旋转时,风叶与煤尘会产生摩擦,造成风叶上集聚静电,发生火灾或引燃瓦斯气体。为此本发明在排风机8.6之前设置了第二负离子发生器8.7,第二负离子发生器8.7所产生的负离子可以中和排风机8.6风叶上的静电,避免了事故发生。

除尘装置8所排出的气体一般会从主排气管10排出至地面,由于除尘装置8工作时会从综采作业面处吸入大量易燃瓦斯气体和空气,而主排气管10由于设置于井下,直径一般不能过大(一般不超100cm),这样极易造成了主排气管10内瓦斯浓度超标,造成管内瓦斯爆炸(发生爆管事故),继而引发大范围的进下火灾。为此,如图7所示,本发明对井下主排气管10做如下处理,在主排气管10上间隔设置多个防火门10.2,通过多个防火门10.2将主排气管10分隔成多段,每段长度大约为150m左右,图7为其中任意一段的配置,其包括位于防火门10.2右侧(即气流进入侧)的瓦斯浓度传感器10.1和位于防火门10.2左侧的温度传感器10.4与压力传感器10.5,在防火门10.2左侧靠近防火门10.2处设置有喷粉器10.7,位于防火门10.2右侧的排风管10通过支管10.9与主进气管6.9相连,在支管10.9上设置有用于控制支管开/闭的电动阀门10.8。除此之外,还可以在每段设置多个喷淋头10.6。

瓦斯浓度传感器10.1、防火门10.2、温度传感器10.4、压力传感器10.5、喷淋头10.6、喷粉器10.7、以及电动阀门10.8均与控制器10.3相连,瓦斯浓度传感器10.1、温度传感器10.4、压力传感器10.5将检测到的瓦斯浓度、管道温度、压力发送给控制器10.3,控制器根据检测结果控制防火门10.2、喷淋头10.6、喷粉器10.7、以及电动阀门10.8。具体而言,正常情况下,防火门10.2处于打开状态,电动阀门10.8关闭,主进气管6.9与排气管10之间不连通,当瓦斯浓度传感器10.1检测到主排气管10中瓦斯浓度过高时,控制器10.3驱动电动阀门10.8打开,主进气管6.9与主排气管10连通,主进气管6.9中的新风进入主排气管10中,从而降低主排气管10中瓦斯浓度;若温度传感器10.4或压力传感器10.5检测到管内温度、压力异常,例如管道中温度高于正常工作最高温度的2倍或压力高于正常工作最大压力的2-4倍,则控制器10.3判定发生瓦斯爆炸,则发出信号控制电动阀门10.8、防火门10.2关闭,开启喷淋头10.6与喷粉器10.7,由于喷粉器10.7的设置靠近防火门10.2,这样可以有效防止火焰向防火门10.2处传播,从而有效完成整个阻爆的过程;通过防火门10.2的隔段设计,可以将事故限制于较小范围内,防止大范围瓦斯爆炸的发生。

参阅图4A,采煤机6通过截割臂6.5与滚筒6.7相连,在滚筒6.7上安装有截齿,滚筒6.7通过转轴6.6安装于截割臂6.5上。转轴6.6伸出于截割臂6.5之外,滚筒6.7与截割臂6.5之外的转轴6.6固定连接,即滚筒6.7相对于转轴6.6不发生转动,通过转轴6.6的转动带动滚筒6.7转动,滚筒6.7上的截齿对煤层进行切割,从而完成采煤作业。转轴6.6相对于截割臂6.5的壳体高速旋转,在截割臂6.5壳体中安装有减速齿轮,由于井下作业时煤尘很大,煤尘会从转轴6.6与壳体间的缝隙进入壳体内部,对内部齿轮与转轴6.6造成损坏,在维修时,需要将截割臂6.5的壳体全部拆开,才能完成对密封结构的更换,维修时间长,工作量大;为此,现有技术中设计了多种转轴密封结构,这些密封结构通常设置于壳体中,密封结构通过润滑油润滑,润滑油会从从转轴与壳体间的缝隙渗出,吸附煤尘,造成转轴密封处煤尘堆积,转轴密封结构使用寿命缩短。

本发明的转轴密封结构如图8A、8B、8C所示,密封结构由内、外两部分组成,外部的密封套6.61位于截割臂6.5的壳体6.62之外,在壳体6.62内部设置有两个锯齿压板6.65,锯齿压板6.65整体呈半圆形,两个锯齿压板6.65相对扣合于转轴6.6上,在两个相邻的齿6.67间填充密封填料6.63,进一步的,密封填料6.63可以经过油浸处理,在齿6.67的顶部开设有容纳静密封环6.69的凹槽,可以在每个齿6.67的顶部均开设凹槽,这样可以设置多个静密封环6.69,从而形成多道密封,使得密封效果更好。为了减少内部密封结构对转轴6.6的的磨损可以在转轴6.68外套设轴套6.68,静密封环6.69套于轴套6.68上,通过盖板6.64将锯齿压板6.65压紧,盖板6.64可以通过例如螺栓等固定于壳体6.62与支撑板6.66之间。

安装内部密封结构时,将轴套6.68套于转轴6.6上,之后将静密封环6.69套于轴套6.68上,静密封环6.69的位置与齿6.67顶凹槽相对应,之后将油浸过的密封填料6.63紧实填充于各齿6.67间,之后通过盖板6.64将锯齿压板6.65压紧,将盖板6.64固定于支撑板6.66上,内部密封结构便安装完成。本发明的内部密封结构,通过锯齿状压板的设计使得,密封填料被相互分隔固定,从而避免了密封填料之间发生缠绕与结块;通过齿顶的凹槽对静密封环进行限位压紧,可有效防止静密封环移动、变形、损坏,同时各个齿顶处均可方便的设置静密封环,从而便于实现多道密封,锯齿压板6.65由两个扣合的半圆形组成,拆装方便,便于更换内部的密封填料,易于维护。

外部的密封套6.61由橡胶或塑料制成,其也是由两个半圆形扣合在一起形成,图8C为其中一个半圆结构的俯视图,密封套6.61大致呈漏斗形,具有外翻的边6.614,外翻的边上设置有可供螺杆穿过的孔,利用螺杆通过该孔可以将密封套6.61固定于壳体6.62上,密封套6.61的本体6.613相对于边6.614垂直设置,本体内部形成容纳转轴6.6的容纳空间6.612,在容纳空间6.612的内壁上设置有多排可变形的唇边6.615,唇边6.615之间间距d2略小于转轴6.6的直径,优选的,相对于转轴6.6的直径小1mm-3mm,这样当密封套6.61套于转轴6.6上后,唇边6.615略产生变形,唇边6.615可紧贴于转轴6.6外表面,本体6.613的前端6.611逐渐收缩形成转轴6.6穿出的开口,该开口的直径d1与转轴6.6的直径相同。进一步的,为了便于制造与更换密封套6.61,边6.614、本体6.613、前端6.611以及唇边6.615通过模塑一体成型。使用时,将两个半圆的密封套6.61扣合于转轴6.6上,通过螺杆将边6.614固定于壳体6.62上即可。

本发明设置了内、外两个密封结构,通过外部的密封结构对转轴6.6与壳体6.62间的缝隙进行覆盖,唇边6.615为转轴6.6提供了多道防护,唇边6.615的变形结构使得唇边6.615可以在转轴6.6转动时也保持与转轴6.6的紧密接触,密封性好,外部的密封结构可以防止大部分的煤尘进入或堆积于缝隙处,同时外部密封结构设计成易更换结构,可以在外部密封结构损坏时(如本体6.613穿孔或唇边6.615密封不严时),及时将外部的密封套6.61更换,而不必拆开壳体6.62对内部密封结构进行更换。内部密封结构,具有较长的使用寿命,锯齿压板、凹槽、密封环的设计使得煤尘无法进入壳体6.62内部。

在井下实际生产中,当利用传统的轴承密封环进行密封时,密封结构的维修间隔大约为4-6个月;当仅使用本发明的内部密封结构时,密封结构的维修间隔大约为12-15个月;利用本发明的内部密封与外部密封相结合的密封结构时,内部密封结构的维修周期大约为3-5年,外部密封结构的更换周期大约为6个月左右。由此可以发现,通过内外密封结构的使用,可以大大延长转轴的维修周期,避免转轴密封结构的损坏,在采煤机使用过程中,仅需更换外部密封结构即可而不必拆开壳体,大大降低了维修工作量,缩短了维修时间。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已,本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

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