煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置及其使用方法与流程

本发明涉及矿井除尘领域，尤其涉及一种煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置及其使用方法。

背景技术：

煤层瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯的根本技术手段，同时瓦斯抽采也是开采煤层气的重要技术措施。实行瓦斯抽采，必须要对煤层进行打钻。煤层钻孔长度一般较长，产渣量较大。煤层钻进的排渣主要依靠机械排渣以及流体排渣，目前的钻进技术大多同时采用机械-流体双动力排渣。流体排渣的方法是在钻杆中通入压缩空气或者水来排除钻渣，采用水排渣的方式称作湿式排渣，采用压缩空气排渣称之为干式排渣。采用湿式排渣的钻孔，其产尘量较小，但是在水流的冲击下，易塌孔，且排出钻孔的水流进巷道会造成巷道底板积水，难以排出。部分矿井选择干式排渣，即采用机械-压缩空气双动力排渣，但是排出的小颗粒钻渣会随着压缩空气的排出迅速进入巷道，形成大量煤尘。

煤层双动力排渣钻进作为一种高效的钻进手段，具有广阔的市场前景以及应用价值，但是其产尘量大，因此需要对排出钻孔的钻渣进行处理；同时，钻进过程中，在多种因素作用下钻孔中溢出的瓦斯量较大，若不加处理的直接排进巷道，则可能会造成巷道顶板瓦斯集聚，造成瓦斯超限报警事故。

针对钻进中采用机械-压缩空气双动力排渣产尘量大的问题，部分矿井在巷道回风侧悬挂透风纱网，以阻止煤尘进入下行巷道，而对于钻进施工地点产尘量依然很大；针对进施工地点产尘量大的现象，部分矿井对钻孔口产尘处进行喷淋，但是效果不甚理想。针对钻进过程中钻孔瓦斯的问题，目前尚无较好的解决办法。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置及其使用方法，结构简单，便于安装操作，能够对排出钻孔的钻渣进行收集处理，能够对钻进施工地点喷淋除尘，同时可以在钻进过程中抽采瓦斯。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置，包括钻屑采集及喷淋雾化器、钻屑收集箱、钻屑收集连接软管和负压连接软管，

以煤层所在方位为左向，钻屑采集及喷淋雾化器包括连接筒、孔内固定钢管和若干个雾化喷嘴，连接筒的轴线沿左右水平方向设置，孔内固定钢管与连接筒同轴向设置，连接筒的左端部和右端部同轴向分别设置有一块环形板，孔内固定钢管的右端与左侧的环形板固定连接并连通，各个雾化喷嘴均沿周向安装在连接筒的外圆周的上部，雾化喷嘴的喷射方向朝向连接筒内部，雾化喷嘴与外部设置的井下喷淋供液管路连通，连接筒的底部固定连通有薄壁钢管，薄壁钢管的下端与钻屑收集连接软管的进口端固定连通；

钻屑收集箱设置在钻屑采集及喷淋雾化器的下方，钻屑收集箱的内部固定设置有前高后低的倾斜隔板，倾斜隔板将钻屑收集箱的内部分隔为相互连通的收集腔和负压腔，负压腔位于收集腔后侧；

钻屑收集箱的收集腔顶部设置有钻屑采集开口，钻屑收集箱的负压腔顶部设置有负压开口，钻屑采集开口与钻屑收集连接软管的出口端固定连通，负压连接软管的一端安装在负压开口处，负压连接软管的另一端与外部设置的井下负压管路固定连通。

倾斜隔板的上侧边固定连接在钻屑收集箱的顶板内壁上，倾斜隔板的左侧边固定连接在钻屑收集箱的左板内壁上，倾斜隔板的右侧边固定连接在钻屑收集箱的右板内壁上，倾斜隔板的下侧边位于钻屑收集箱的底板的上方，倾斜隔板的下侧边与钻屑收集箱的后板内壁之间具有气流连通间隙，收集腔和负压腔之间通过气流连通间隙连通。

钻屑收集箱的前板下部开设有钻屑出口，钻屑出口处设有可人工启闭的侧开门，所述侧开门的上侧边通过两个铰接构件铰接在钻屑收集箱的前板上，侧开门的下侧边通过插销组件与钻屑收集箱的底板连接。

连接筒的下部与薄壁钢管的上端之间固定连通有上大下小的连接漏斗。

所述倾斜隔板焊接在钻屑收集箱内。

倾斜隔板上表面与钻屑收集箱的顶板内壁之间固定连接有支撑杆。

所述雾化喷嘴设置有三个。

煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）、连接煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置，

（2）、将钻屑采集及喷淋雾化器安装在煤层钻孔扩孔段，将孔内固定钢管的左端安装到煤层的钻孔内，并将井下喷淋供液管路与各个雾化喷嘴连通，将负压连接软管与外部设置的井下负压管路连接；

（3）、调整钻机，让钻机的钻杆穿过钻屑采集及喷淋雾化器中连接筒的中心孔和孔内固定钢管后进入煤层；

（4）、开启井下喷淋供液管路以及井下负压管路，对雾化喷嘴进行供液喷淋，以及在钻屑收集箱、钻屑收集连接软管、连接筒和孔内固定钢管内形成负压；

（5）、开动钻机，进行煤层钻进，钻屑和煤尘在自身重力及负压的作用下落入到钻屑收集箱内，雾化喷嘴对进入连接筒内的煤尘进行喷淋除尘；

（6）、煤层钻进一段距离后，钻屑收集箱中沉积的钻屑增多，此时，在换钻杆的间隙，及时关闭井下负压管路，开启侧开门将钻屑排出，随后关闭侧开门，重新开启井下负压管路，继续进行煤层钻进；

（7）、随着钻进持续，多次重复步骤（6）；

（8）、煤层钻进完成后，关闭井下喷淋供液管路以及井下负压管路，并拆卸及整理煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置，以备下次使用。

步骤（1）具体为：将钻屑收集连接软管的进口端连接在钻屑采集及喷淋雾化器中薄壁钢管的下端，将钻屑收集连接软管的出口端连接在钻屑收集箱的钻屑采集开口处，将负压连接软管的一端与负压开口连接。

步骤（5）具体为：开动钻机进行煤层钻进后，钻进过程中产生的钻屑和煤尘沿着孔内固定钢管内壁与钻杆之间的环形间隙进入连接筒后，雾化喷嘴对进入连接筒内的煤尘进行喷淋除尘，钻屑和煤尘在自身重力及负压的作用下依次通过连接漏斗、薄壁钢管、钻屑收集连接软管和钻屑采集开口进入到钻屑收集箱内，大颗粒钻屑以及喷淋后的小颗粒煤尘在钻屑收集箱内沉积，钻孔中溢出的瓦斯和未除尽的煤尘从收集腔进入到负压腔内，再通过负压开口和负压连接软管被抽走至井下负压管路。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

钻机的钻杆穿过钻屑采集及喷淋雾化器中连接筒的中心孔和孔内固定钢管后进入煤层，钻进中采用机械-压缩空气双动力排渣时，钻进过程中产生的钻渣沿着孔内固定钢管内壁与钻杆之间的环形间隙向外排出，钻渣经过连接筒及钻屑收集连接软管进入钻屑收集箱的收集腔内，达到收集钻屑的目的。

安装在连接筒上并与井下喷淋供液管路连通的雾化喷嘴可朝向连接筒的内部喷淋，避免煤尘溢出扩散，达到对钻进施工地点除尘的目的。

钻屑收集箱通过负压连接软管与井下负压管路连接，使整个装置处于负压状态，进而抽出溢出钻孔的瓦斯以及未除尽的煤尘。

钻屑收集箱内部焊接的倾斜隔板，可防止大颗粒钻屑进入井下负压管路；倾斜隔板与钻屑收集箱之间固定连接有支撑杆，能够防止负压使较薄的倾斜隔板变形，同时可增强倾斜隔板与钻屑收集箱的连接强度。

在煤层钻进一段距离后，钻屑收集箱中沉积的钻屑增多，可通过人工启闭钻屑收集箱上设置的侧开门及时移除堆积在钻屑收集箱内的钻屑。

综上，本发明结构简单，易于安装，便于井下施工，在瓦斯抽采煤层钻进过程中，能够对排出钻孔的钻渣进行收集处理，能够对钻进施工地点喷淋除尘，积尘、除尘效率高，缓解钻进工作面粉尘污染严重及危害钻进工人身体健康的问题，同时可以在钻进过程中抽采瓦斯，以降低孔内压力，缓解钻进喷孔危害。

附图说明

图1是本发明的使用状态示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明中钻屑采集及喷淋雾化器的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，以煤层19所在方位为左向，本发明的煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置，包括钻屑采集及喷淋雾化器、钻屑收集箱2、钻屑收集连接软管3和负压连接软管4，

钻屑采集及喷淋雾化器包括连接筒1、孔内固定钢管5和若干个雾化喷嘴6，连接筒1的轴线沿左右水平方向设置，孔内固定钢管5与连接筒1同轴向设置，连接筒1的左端部和右端部同轴向分别设置有一块环形板21，孔内固定钢管5的右端与左侧的环形板21固定连接并连通，各个雾化喷嘴6均沿周向安装在连接筒1的外圆周的上部，雾化喷嘴6的喷射方向朝向连接筒1内部，雾化喷嘴6与外部设置的井下喷淋供液管路连通，连接筒1的底部固定连通有薄壁钢管8，薄壁钢管8的下端与钻屑收集连接软管3的进口端固定连通；环形板21的内孔直径稍大于钻杆直径。

钻屑收集箱2设置在钻屑采集及喷淋雾化器的下方，钻屑收集箱2的内部固定设置有前高后低的倾斜隔板9，倾斜隔板9将钻屑收集箱2的内部分隔为相互连通的收集腔10和负压腔11，负压腔11位于收集腔10后侧；

钻屑收集箱2的收集腔10顶部设置有钻屑采集开口12，钻屑收集箱2的负压腔11顶部设置有负压开口13，钻屑采集开口12与钻屑收集连接软管3的出口端固定连通，负压连接软管4的一端安装在负压开口13处，负压连接软管4的另一端与外部设置的井下负压管路固定连通。

倾斜隔板9的上侧边固定连接在钻屑收集箱2的顶板内壁上，倾斜隔板9的左侧边固定连接在钻屑收集箱2的左板内壁上，倾斜隔板9的右侧边固定连接在钻屑收集箱2的右板内壁上，倾斜隔板9的下侧边位于钻屑收集箱2的底板的上方，倾斜隔板9的下侧边与钻屑收集箱2的后板内壁之间具有气流连通间隙14，收集腔10和负压腔11之间通过气流连通间隙14连通。

钻屑收集箱2的前板下部开设有钻屑出口，钻屑出口处设有可人工启闭的侧开门16，所述侧开门16的上侧边通过两个铰接构件17铰接在钻屑收集箱2的前板上，侧开门16的下侧边通过插销组件22与钻屑收集箱2的底板连接。铰接构件17使用合页。

连接筒1的下部与薄壁钢管8的上端之间固定连通有上大下小的连接漏斗18。

所述倾斜隔板9焊接在钻屑收集箱2内。

倾斜隔板9上表面与钻屑收集箱2的顶板内壁之间固定连接有支撑杆15。由于倾斜隔板较薄，设置支撑杆可防止负压使倾斜隔板变形，同时可增强倾斜隔板与钻屑收集箱的连接强度。

所述雾化喷嘴6设置有三个。

煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）、连接煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置，

（2）、将钻屑采集及喷淋雾化器安装在煤层19钻孔扩孔段，将孔内固定钢管5的左端安装到煤层19的钻孔20内，并将井下喷淋供液管路与各个雾化喷嘴6连通，将负压连接软管4与外部设置的井下负压管路连接；

（3）、调整钻机，让钻机的钻杆穿过钻屑采集及喷淋雾化器中连接筒1的中心孔7和孔内固定钢管5后进入煤层19；

（4）、开启井下喷淋供液管路以及井下负压管路，对雾化喷嘴6进行供液喷淋，以及在钻屑收集箱2、钻屑收集连接软管3、连接筒1和孔内固定钢管5内形成负压；

（5）、开动钻机，进行煤层钻进，钻屑和煤尘在自身重力及负压的作用下落入到钻屑收集箱2内，雾化喷嘴6对进入连接筒1内的煤尘进行喷淋除尘；

（6）、煤层钻进一段距离后，钻屑收集箱2中沉积的钻屑增多，此时，在换钻杆的间隙，及时关闭井下负压管路，开启侧开门16将钻屑排出，随后关闭侧开门16，重新开启井下负压管路，继续进行煤层钻进；

（7）、随着钻进持续，多次重复步骤（6）；

（8）、煤层钻进完成后，关闭井下喷淋供液管路以及井下负压管路，并拆卸及整理煤层钻进封闭式除尘抽采一体装置，以备下次使用。

步骤（1）具体为：将钻屑收集连接软管3的进口端连接在钻屑采集及喷淋雾化器中薄壁钢管8的下端，将钻屑收集连接软管3的出口端连接在钻屑收集箱2的钻屑采集开口12处，将负压连接软管4的一端与负压开口13连接。

步骤（5）具体为：开动钻机进行煤层钻进后，钻进过程中产生的钻屑和煤尘沿着孔内固定钢管5内壁与钻杆之间的环形间隙进入连接筒1后，雾化喷嘴6对进入连接筒1内的煤尘进行喷淋除尘，钻屑和煤尘在自身重力及负压的作用下依次通过连接漏斗18、薄壁钢管8、钻屑收集连接软管3和钻屑采集开口12进入到钻屑收集箱2内，大颗粒钻屑以及喷淋后的小颗粒煤尘在钻屑收集箱2内沉积，钻孔中溢出的瓦斯和未除尽的煤尘从收集腔10进入到负压腔11内，再通过负压开口13和负压连接软管4被抽走至井下负压管路。

所述雾化喷嘴6、井下喷淋供液管路、薄壁钢管8、井下负压管路和插销组件22均为现有常规装置，具体结构不再详述。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明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，均属于本发明技术方案的保护范围。