一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置

1.本发明涉及煤矿瓦斯灾害治理技术领域，具体的说是一种辅助高压水射流割缝、水力扩孔、水力冲孔防突措施的防喷装置。


背景技术：

2.随着我国社会经济的不断发展，煤炭资源的需求与日俱增，浅部资源逐渐枯竭，越来越多的煤矿进入深部开采。随着煤矿开采深度的增加，瓦斯含量越来越高、瓦斯压力越来越大、煤层透气性越来越低，导致瓦斯灾害危险性越来越高，治理难度越来越大。为了能够有效治理瓦斯灾害，保证深部矿井的安全高效开采，必须严格执行“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针。其中，“先抽后采”是瓦斯防治的基础,是从源头上治理瓦斯的治本之策和关键之举。在生产实践中，为了更好地进行瓦斯抽放工作，在施工瓦斯抽放钻孔时往往会增加一系列的煤层增透措施，从而加速瓦斯抽放效率，提高瓦斯抽放效果。目前，较为普遍的措施有高压水射流割缝、水力扩孔和水力冲孔等。然而，由于深部煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高等特点，上述增透措施相当于对煤层施加了一个扰动作用，在这一扰动作用下煤层有可能失稳并出现煤渣、水和瓦斯气体混合之后急剧涌出钻孔的现象，即喷孔现象。由于喷孔时往往会伴随着大量煤渣和瓦斯气体，若不及时处理，将会引起瓦斯超限甚至是瓦斯爆炸事故，进而对施工作业人员的生命安全造成严重威胁，因此，需要一种辅助高压水射流割缝的装置，以有效防止喷孔时可能引起的瓦斯超限甚至是瓦斯爆炸事故。
3.申请号为cn201610840182.2的发明专利，公开了一种高瓦斯突出煤层钻孔与水力冲割防喷防突装置及方法。申请号为201921774879.x和申请号为的发明专利，公开了一种防瓦斯喷孔气水渣分离装置。这两个发明中所采用的封孔方式均为胶囊封孔，在现场施工时首先需要在施工完穿层钻孔之后采用大直径钻头进行扩孔，随后将胶囊封孔短套管放入钻孔中并对胶囊进行注液使其体积膨胀，最后通过胶囊的膨胀密封孔壁，实现对钻孔的快速密封并固定套管。但是，该方法存在以下不足：一是增加了施工工序，二是施工时胶囊封孔短套管与孔壁之间难免会渗入水，因而会对胶囊封孔管的稳定性造成影响，尤其是当发生较剧烈的喷孔现象时，胶囊封孔短套管需要承受水和煤渣的强大冲击力，会对胶囊封孔管的稳定性造成更大的影响，进而威胁施工作业人员的生命安全。因此，在实际运用中尚存在较大的缺陷。


技术实现要素：

4.本发明是为解决高压水射流割缝、高压水力冲孔、水力扩孔施工过程可能出现的瓦斯喷孔引起瓦斯超限甚至瓦斯爆炸问题而提供了一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置。本发明通过固定组件中的高强度可伸缩钢柱将本装置牢牢固定在不同条件的巷道之中，通过封孔组件中的高强度可伸缩钢柱及尼龙布在钻孔与敛集-分离组件之间构建一个稳定可靠的气水渣运移通道，通过敛集-分离组件中相间布置的挡板和强力弹簧削弱水渣涌出钻孔时产生的强大冲击力，最终借助瓦斯抽放管提供的负压从瓦斯抽放口排出瓦斯，
在水渣排放口排放水渣，从而实现气、水、渣的分离，防止钻孔出现喷孔现象引起瓦斯超限甚至是瓦斯爆炸事故，消除高压水射流割缝、水力冲孔和水力扩孔时存在的一个重大安全隐患，保障煤矿工人生命安全。
5.一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置，包括固定组件(1)，封孔组件(2)和敛集-分离组件(3)。固定组件(1)中的4根不锈钢柱牢牢焊接在敛集-分离组件(3)上。封孔组件(2)中的4根不锈钢柱连接在敛集-分离组件(3)，并可以自由旋转，封孔组件(2)中的尼龙布(9)连接在4根不锈钢柱上，其下端开口连接在敛集-分离组件(3)上，上端开口连接在封孔圈(8)上，尼龙布(9)在钻孔外到敛集-分离组件之间所形成的气水渣运移通道的形状由不锈钢柱所决定。敛集-分离组件(3)通过固定组件(1)固定在施工巷道当中，其中设置有挡板和强力弹簧，侧面开设有瓦斯抽放口(6)和水渣排放口(7)。
6.所述固定组件(1)由4根高强度可伸缩不锈钢柱(4)组成，不锈钢柱均牢牢焊接在敛集-分离装置上面，每根不锈钢柱由3段直径大小不一样的中空不锈钢棒组成，第1段和第2段之间通过螺纹连接，如图5所示，第2段中空不锈钢棒内表面与第3段中空不锈钢棒外表面平滑接触，其间安装有弹簧，如图4所示。
7.所述封孔组件(2)由4根高强度可伸缩不锈钢柱(5)、封孔圈(8)和尼龙布(9)组成，4根高强度可伸缩不锈钢柱(5)均连接在敛集-分离装置上面，并且可以自由旋转，每根不锈钢柱由3段直径大小不一样的中空不锈钢棒组成，第1段和第2段之间通过螺纹连接，如图5所示，第2段中空不锈钢棒内表面与第3段中空不锈钢棒外表面平滑接触，其间安装有弹簧，如图4所示。
8.所述敛集-分离装置(3)包括敛集箱体(10)、挡板(12)、弹簧(14)、瓦斯抽放口(6)及水渣排放口(7)。其中，挡板通过铰接的方式连接在敛集箱体(10)上面，其下安装有弹簧(14)，挡板在水渣冲击作用下可以绕铰接支点(11)沿运动轨迹(13)旋转，各挡板呈相间相向布置。
9.本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置的优点是：在深部矿井中执行高压水射流割缝、水力扩孔和水力冲孔等增透措施时，本发明能够在钻孔外构建一个稳定可靠的瓦斯、水和煤渣的运移通道，并在敛集-分离组件中消除水渣涌出钻孔时产生的强大冲击力，并借助瓦斯抽放管提供的负压从瓦斯抽放口排出瓦斯，在水渣排放口排放水渣，从而实现气、水、渣的分离，防止钻孔出现喷孔现象引起瓦斯超限甚至是瓦斯爆炸事故，消除高压水射流割缝、水力冲孔和水力扩孔时存在的一个重大安全隐患，保障煤矿工人生命安全。
附图说明
10.图1为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置正视图；图2为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置后视图；图3为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置俯视图；图4为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置a区域的局部放大图；图5为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置b区域的局部放大图；图6为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅰ‑ⅰ
剖视图；图7为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅱ‑ⅱ
剖视图；图8为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅲ‑ⅲ
剖视图；
图9为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅳ‑ⅳ
剖视图；图10为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅴ‑ⅴ
剖视图；图11为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅵ‑ⅵ
剖视图；图12为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置
ⅶ‑ⅶ
剖视图；图13为本发明一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置现场实施图；图中：1为固定组件，2为封孔组件，3为敛集-分离组件，4为固定组件的高强度可伸缩不锈钢柱，5为封孔组件的高强度可伸缩不锈钢柱，6为瓦斯抽放口，7为水渣排放口，8为封孔圈，9为尼龙布，10为敛集箱体，11为挡板铰接支点，12为不锈钢挡板，13为挡板运动轨迹，14为圆柱形螺旋弹簧。
具体实施方式
11.本下面结合附图1，对本发明作进一步说明：一种用于上向钻孔的防喷敛集分离装置，包括固定组件(1)，封孔组件(2)和敛集-分离组件(3)。固定组件(1)中的4根不锈钢柱牢牢焊接在敛集-分离组件(3)上。封孔组件(2)中的4根不锈钢柱连接在敛集-分离组件(3)，并可以自由旋转，封孔组件(2)中的尼龙布(9)连接在4根不锈钢柱上，其下端开口连接在敛集-分离组件(3)上，上端开口连接在封孔圈(8)上，尼龙布(9)在钻孔外到敛集-分离组件之间所形成的气水渣运移通道的形状由不锈钢柱所决定。敛集-分离组件(3)通过固定组件(1)固定在施工巷道当中，其中设置有挡板和强力弹簧，侧面开设有瓦斯抽放口(6)和水渣排放口(7)。
12.所述固定组件(1)由4根高强度可伸缩不锈钢柱(4)组成，不锈钢柱均牢牢焊接在敛集-分离装置上面，每根不锈钢柱由3段直径大小不一样的中空不锈钢棒组成，第1段和第2段之间通过螺纹连接，如图5所示，第2段中空不锈钢棒内表面与第3段中空不锈钢棒外表面平滑接触，其间安装有弹簧，如图4所示。
13.所述封孔组件(2)由4根高强度可伸缩不锈钢柱(5)、封孔圈(8)和尼龙布(9)组成，4根高强度可伸缩不锈钢柱(5)均连接在敛集-分离装置上面，并且可以自由旋转，每根不锈钢柱由3段直径大小不一样的中空不锈钢棒组成，第1段和第2段之间通过螺纹连接，如图5所示，第2段中空不锈钢棒内表面与第3段中空不锈钢棒外表面平滑接触，其间安装有弹簧，如图4所示。
14.所述敛集-分离装置(3)包括敛集箱体(10)、挡板(12)、弹簧(14)、瓦斯抽放口(6)及水渣排放口(7)。其中，挡板通过铰接的方式连接在敛集箱体(10)上面，其下安装有弹簧(14)，挡板在水渣冲击作用下可以绕铰接支点(11)沿运动轨迹(13)旋转，各挡板之间呈相间相向布置。
15.本发明是这样实现的：
①ꢀ
根据现场条件及钻机安放位置安放好本装备，调节不锈钢柱(4)上的螺纹使其伸长至巷道顶板并向其中的弹簧施加一定的预应力，使敛集-分离装置完全固定；
②ꢀ
根据施工钻孔位置调节不锈钢柱(5)上的螺纹使封孔圈(8)紧紧贴住巷道顶板并保证钻孔大致位于封孔圈圆心位置，同时向不锈钢柱(5)上弹簧施加一定的预应力，保证封孔组件稳定可靠；
③ꢀ
安放好钻机，将钻头和钻杆通过钻杆口(10)伸入封孔组件直到钻孔之中；
④ꢀ
将瓦斯抽放口(6)连接至瓦斯抽放管并打开抽放开关，在整个装置内形成抽放负压，在瓦斯抽放管的作用下设备正式运行，随后实施高压水射流割缝或水力冲孔等防突措施；
⑤ꢀ
措施执行完毕之后抽出钻头和钻杆，调整封孔组件的位置，再按照步骤
①
~
④
继续实施下一钻孔的防突措施。
16.本发明辅助高压水射流割缝、水力冲孔等防突措施，可有效防止喷孔现象所引起的瓦斯超限甚至是瓦斯爆炸等事故。本发明在河南某矿一大采长回采工作面中间底位巷进行了现场试验，通过对比试验结果可以发现，未使用本发明之前，在执行防突措施过程中由喷孔现象引起的瓦斯超限现象发生率为60%~70%，使用本发明装置后，在执行高压水射流割缝防突拉透措施过程中由喷孔现象引起的瓦斯超限现象发生率为5%~8%，瓦斯超限现象发生率大大降低，施工现场作业安全性大大提高。