一种矿用钻进防喷孔的安全装置

1.本发明涉及一种矿用钻进防喷孔的安全装置，属于煤矿安全技术领域。


背景技术：

2.瓦斯是煤的变质过程中的衍生物，因此在煤变质过程中极易产生瓦斯堆积的现象，从而产生高压瓦斯，在煤矿钻进过程中，因为煤矿中高压瓦斯气体的存在而导致的高压瓦斯和粉煤灰由钻孔向外喷出的现象叫做喷孔，因为其喷出的粉煤灰速度快，瓦斯压力大，因此极易导致人员伤亡，设备损坏，工作环境污染等事故。
3.为防止类似事故的发生，保护人员及设备安全，急需一种安全装置来解决喷孔的发生带来的危险性，并将喷孔产生的粉煤灰和高压瓦斯气体妥善处理，以避免污染工作面。
4.中国专利cn110374542a公布了一种矿井瓦斯抽采钻孔防喷孔装置，将套筒安装在钻杆外部，在喷孔发生时，高压瓦斯和高速粉煤灰进入套筒，伸缩软管与套筒连接，瓦斯和粉煤灰通过伸缩软管进入储渣箱内收集起来，储气罐通过排气管与储渣箱连通用来收集瓦斯。
5.该防喷孔装置安装速度慢，密封效果较差，瓦斯和粉煤灰处理效果差，难以满足作业人员使用需求；因此，急需一种密封效果好、瓦斯和粉煤灰便于处理、安全性高的装置。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一个矿用钻进防喷孔的安全装置，同时将喷出的高压气体和煤岩颗粒分开处理，将高压气体过滤后排入瓦斯排放管路，将煤岩颗粒收集处理避免污染工作面，并将煤岩混合的水过滤分离出来排放进入排水槽，避免污染工作面。
7.在煤矿钻进过程中，通过此安全装置将喷出的高压瓦斯和高速粉煤灰与工作环境隔离开，并将瓦斯和粉煤灰进行妥善处理，防止污染工作面。
8.本发明提供了一种矿用钻进防喷孔的安全装置，属于煤矿安全技术领域。所述矿用钻进防喷孔的安全装置，包括矿用钻进装置，封孔装置，防喷孔装置，高压瓦斯处理装置，煤渣处理装置，煤渣与水分离装置；所述封孔装置包括煤层孔口管、橡胶密封圈和密封带，煤层孔口管安装在煤层内部；橡胶密封圈安装在煤层孔口管外侧，海带高分子吸水树脂颗粒蒙脱石颗粒混合封孔一层层包裹在橡胶密封圈外侧；所述密封带由聚丙烯酸钠盐树脂颗粒、蒙脱石颗粒、海带混合组成用于封孔，增加气密性，不漏气。
9.所述防喷孔装置包括自动封口器和孔口多通装置，孔口多通装置通过法兰盘和煤层孔口管进行连接，孔口多通装置内置自动封口器；自动封口器位于矿用钻进装置的外侧，与孔口多通装置的内壁接触；所述孔口多通装置的主体部分上部为长方体结构，下部为不规则漏斗形结构，长方体的左端设有圆柱形套管，该套管通过法兰连接煤层孔口管，长方体的上端设有出气孔；
下部即为不规则漏斗形结构的排料孔；进一步地，孔口多通装置的材质为钢质，用于承受大部分喷孔的粉煤灰和瓦斯的冲击力，主体部分长为400mm，宽200mm，高为200mm，上部出气孔内径为20mm，下部排料孔内径为200mm，孔口多通装置前端为长80mm，内径120mm的圆柱形套管，方便与煤层孔口管通过法兰盘连接，下部为倾斜式设计，方便粉煤灰向下方排料孔掉落；所述自动封口器包括钢桶法兰盘和高强度橡胶套，钢桶法兰盘通过螺栓固定在孔口多通装置内，向外倾斜的高强度橡胶套安装在钢桶法兰盘上，钢桶法兰盘直径为150mm，长度130mm，高强度橡胶套内部孔径稍大于钻杆，为80mm。在没有喷孔发生时，不会影响钻杆正常工作，且不会损伤橡胶套，在喷孔发生的时候，孔口多通装置中压力剧增，橡胶套向内收缩，闭合于钻杆，钻杆孔密封，高压气体和粉煤灰由孔口多通装置排出进行处理。喷孔处理结束之后，钻孔压力恢复正常，橡胶套恢复正常位置，减少磨损。该自动封口器结构简单、可靠性高、密封性好、成本低廉，便于维修和更换。
10.所述矿用钻进装置包括钻头、钻杆和钻机。钻头和钻杆通过煤层孔口管和孔口多通装置内部进行工作，钻机在孔口多通装置外进行工作；所述煤渣处理装置包括可伸缩高强度导管、钢质90度弯曲水管、透明高强度储渣器和阀门，可伸缩高强度导管的上端通过法兰盘与孔口多通装置下方连接，钢质90度弯曲水管通过法兰盘连接在可伸缩高强度导管下方，透明高强度储渣器通过法兰盘连接在钢质90度弯曲水管出口处；所述高压瓦斯处理装置包括煤气分离器、第一高强度瓦斯排放管、第二高强度瓦斯排放管和第三高强度瓦斯排放管；第一高强度瓦斯排放管连接煤气分离器和瓦斯抽采管路；第二高强度瓦斯排放管连接孔口多通装置和煤气分离器，第三高强度瓦斯排放管连接透明高强度储渣器和煤气分离器，第二高强度瓦斯排放管通过法兰盘连接在孔口多通装置上端出气孔，另一端通过法兰盘连接煤气分离器第一进气口，第三高强度瓦斯排放管通过法兰盘连接透明高强度储渣器上端，另一端连接着煤气分离器第二进气口，第一高强度瓦斯排放管的一端通过法兰盘连接煤气分离器出气口，另一端通过法兰盘连接瓦斯抽采管路，处理瓦斯；所述煤渣与水分离装置包括水煤渣排出管路、矿用自动排渣放水器和排水管，水煤渣排出管路连接矿用自动排渣放水器和透明高强度储渣器，其一端通过法兰盘连接在透明高强度储渣器下方出渣口，另一端通过法兰盘连接着矿用自动排渣放水器进水口；排水管通过法兰盘连接在矿用自动排渣放水器的出水口，另一端连接着排水槽；所述煤层孔口管长度大于8米，内径120mm；所述密封带是由聚丙烯酸钠盐树脂颗粒、蒙脱石颗粒、海带混合组成用于封孔，首先在煤层孔口管外侧安装的倾斜排列的层层包裹的橡胶带，橡胶带倾斜部分长度为10mm，倾斜角度为30
°
，间隔为10mm，橡胶圈外侧围绕海带，同时加入体积比1:1混合的聚丙烯酸钠盐树脂颗粒和蒙脱石颗粒，海带吸水膨胀会将套筒固定在煤壁中，聚丙烯酸钠盐树脂和蒙脱石吸水膨胀，固定套筒，填补缝隙，增加密封性；所述高强度可伸缩导管为渐扩管，上部直径为200mm，下部直径为400mm，最低强度为2mpa；
所述钢质90度弯曲水管内径为400mm；所述透明储渣器内径为400mm，出气孔内径为20mm，出煤孔内径为50mm；所述水煤渣排出管路内径为50mm；所述排水管内径为50mm；所述第一高强度瓦斯排放管、第二高强度瓦斯排放管和第三高强度瓦斯排放管内径为20mm，最低强度为2mpa；所述钻杆直径为75mm。
11.所述煤气分离器是长、宽、高分别为700mm的箱体，箱体内部设有倾斜式过滤网，箱体底部侧面设有第一进气口和第二进气口，另一端的上方设有出气口，箱体由左箱体和右箱体组成；气体从左箱体进入，从右箱体排出，左右箱体通过橡胶密封，方便拆卸；进气口和出气口的内径为20mm，边侧开合，开合处设置橡胶增加密封性，内设倾斜的过滤网，因为瓦斯分子质量小，向上聚集，倾斜式过滤网能更均匀的进行过滤，减少过滤网堵塞，提高过滤效果，且部分煤粉在过滤网聚集，会自动脱落过滤网掉入底部，减少过滤网的清理更换频率，从侧边拆卸的设置，便于粉煤灰的处理和过滤网的清洗和更换。
12.本发明还提供了上述矿用钻进防喷孔的安全装置的使用方法，包括以下步骤：（1）将橡胶密封圈安装于煤层孔口管外侧增加摩擦力和密封性，再将海带高分子吸水树脂颗粒蒙脱石颗粒混合封孔包裹在橡胶密封圈外侧，海带吸水膨胀，增大密封性和摩擦力，同时高分子吸水树脂颗粒和蒙脱石颗粒按一比一的比例混合，吸水膨胀之后，减少孔洞的存在，降低透气性，增大摩擦力；（2）当喷孔发生时，高速粉煤灰和高压瓦斯气体从工作面进入煤层孔口管再进入孔口多通装置中，由钢质孔口多通装置抵消大部分冲击力，此时孔口多通装置中压强剧增，自动封口器自动进入工作状态，高强度橡胶套闭合于钻杆，增大密封性，避免漏气和漏渣；（3）高压气体和少量粉尘由孔口多通装置上方进入第二高强度瓦斯排放管；（4）粉煤灰、水和部分高压气体由孔口多通装置下方落入可伸缩高强度导管中，再进入钢质90度弯曲水管中，再进入透明高强度储渣器中，其中的高压瓦斯气体和少量粉尘由透明高强度储渣器上方出气口进入第三高强度瓦斯排放管；（5）当透明高强度储渣器中的水和粉煤灰过多时，打开阀门，打开矿用自动排渣放水器，水和煤岩经过水煤渣排放管路进入矿用自动排渣放水器中，水被分离出来经过排水管进入排水槽；（6）第二高强度瓦斯排放管和第三高强度瓦斯排放管中的气体分别由煤气分离器第一进气口和煤气分离器第二进气口进入煤气分离器中，经过过滤的瓦斯气体通过第一高强度瓦斯排放管进入瓦斯排放管路。本发明的有益效果：（1）封孔装置运用新型密封材料：聚丙烯酸钠盐树脂和蒙脱石颗粒混合再加上海带，密封性好，可靠性高，成本低，封孔效果好；（2）孔口多通装置能有效避免喷孔事故的发生，且能分离高压气体和粉煤灰，避免污染工作面；（3）自动封口器结构简单、可靠性高、密封性好、成本低廉，便于维修和更换；（4）钢质90度弯曲水管和透明高强度储渣器的组合，能便捷高效的收集高强度可
伸缩导管进入的粉煤灰，且便于拆卸和安装，节省材料和空间；（5）透明高强度储渣器便于看清水煤渣的堆积情况，便于及时发现和处理；（6）矿用自动排渣放水器能够高效的处理煤岩颗粒和水的混合物，并将水分离排入排水槽，避免污染工作面；（7）煤气分离器能高效的分离高压气体中混合的煤粉岩粉，高效的处理高压瓦斯气体。
附图说明
13.图1是本发明提供的矿用钻进防喷孔的安全装置的结构示意图；图2是封孔的结构示意图；图3是自动封口器的结构示意图；图4是图3的右视图；图5是图3的左视图；图6是孔口多通装置与可伸缩高强度导管的连接关系示意图；图7是钢质90度弯曲水管和透明高强度储渣器的结构示意图（图1中左视）；图8是煤气分离器的结构示意图；图9为图8的左视图。
14.图中，1、煤层孔口管；2、钻头；3、橡胶密封圈；4、密封带；5、钻杆；6、法兰盘一；7、自动封口器；7-1、钢桶法兰盘；7-2、螺栓；7-3、高强度橡胶套；8、孔口多通装置；9、法兰盘二；10、法兰盘三；11、可伸缩高强度导管；12、法兰盘四；13、钢质90度弯曲水管； 14法兰盘五；15、法兰盘六；16、法兰盘七；17、透明高强度储渣器；18、阀门；19、水煤渣排出管路；20、钻机；21、法兰盘八；22、矿用自动排渣放水器；23、法兰盘九；24、法兰盘十；25、法兰盘十一；26、煤气分离器；26-1、倾斜式过滤网；26-2、过滤网卡扣；26-3、箱体卡扣；26-4、左箱体；26-5、右箱体；26-6、橡胶密封中缝；26-7、煤气分离器第一进气口；26-8、煤气分离器第二进气口；26-9、煤气分离器出气口；27、法兰盘十二；28、第一高强度瓦斯排放管；29、法兰盘十三；30、第二高强度瓦斯排放管；31、第三高强度瓦斯排放管；32、排水管；33、煤层；34、瓦斯抽采管；35、排水槽。
具体实施方式
15.下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
16.实施例1：如图1~9所示，一种矿用钻进防喷孔的安全装置，包括煤矿钻进装置，封孔装置，防喷孔装置，高压瓦斯处理装置，煤渣处理装置，煤渣与水分离装置；煤矿钻进装置包括钻头2、钻杆5和钻机20，钻头2和钻杆5通过煤层孔口管1进行工作，钻机20在孔口多通装置8外进行工作；具体地，所述钻杆直径为75mm。
17.封孔装置包括煤层孔口管1、橡胶密封圈3、密封带4；橡胶密封圈3位于煤层孔口管1外侧，密封带4一层层包裹在橡胶密封圈3外侧；煤层孔口管安装在煤层内部；所述密封带由聚丙烯酸钠盐树脂颗粒、蒙脱石颗粒、海带混合组成用于封孔，增加气密性，不漏气。
18.防喷孔装置包括法兰片一6、自动封口器7和孔口多通装置8，孔口多通装置8通过
法兰片一6和煤层孔口管1进行连接，孔口多通装置8内置自动封口器7；自动封口器位于矿用钻进装置的外侧，与孔口多通装置的内壁接触；所述孔口多通装置的主体部分上部为长方体结构，下部为不规则漏斗形结构，长方体的左端设有圆柱形套管，该套管通过法兰连接煤层孔口管，长方体的上端设有出气孔；下部即为不规则漏斗形结构的排料孔；孔口多通装置的材质为钢质，用于承受大部分喷孔的粉煤灰和瓦斯的冲击力，主体部分长为400mm，宽200mm，高为200mm，上部出气孔内径为20mm，下部排料孔内径为200mm，孔口多通装置前端为长80mm，内径120mm的圆柱形套管，方便与煤层孔口管通过法兰盘连接，下部为倾斜式设计，方便粉煤灰向下方排料孔掉落；所述自动封口器包括钢桶法兰盘和高强度橡胶套，钢桶法兰盘通过螺栓固定在孔口多通装置内，向外倾斜的高强度橡胶套安装在钢桶法兰盘上，钢桶法兰盘直径为150mm，长度130mm，高强度橡胶套内部孔径稍大于钻杆，为80mm。在没有喷孔发生时，不会影响钻杆正常工作，且不会损伤橡胶套，在喷孔发生的时候，孔口多通装置中压力剧增，橡胶套向内收缩，闭合于钻杆，钻杆孔密封，高压气体和粉煤灰由孔口多通装置排出进行处理。喷孔处理结束之后，钻孔压力恢复正常，橡胶套恢复正常位置，减少磨损。该自动封口器结构简单、可靠性高、密封性好、成本低廉，便于维修和更换。
19.高压瓦斯处理装置有法兰盘二9、法兰盘五14、法兰盘十24、法兰盘十一25、煤气分离器26、法兰盘十二27、第一高强度瓦斯排放管28、法兰盘十三29、第二高强度瓦斯排放管30和第三高强度瓦斯排放管31，第二高强度瓦斯排放管路30通过法兰盘二9连接在孔口多通装置8上端，另一端通过法兰盘十一25连接煤气分离器第一进气口26-7，第三高强度瓦斯排放管31通过法兰盘五14连接透明高强度储渣器17上端排气孔，另一端通过法兰盘三10连接煤气分离器第二进气口26-8，第一高强度瓦斯排放管28通过法兰盘十二27连接着煤气分离器出气口26-9，另一端通过法兰盘十三29连接瓦斯抽采管34处理瓦斯；煤渣处理装置包括法兰盘三10、可伸缩高强度导管11、法兰盘四12、钢质90度弯曲水管13，法兰盘七16、透明高强度储渣器17和阀门18，可伸缩高强度导管11通过法兰盘三10与孔口多通装置8下方连接，钢质90度弯曲水管13通过法兰盘四12连接在可伸缩高强度导管11下方，透明高强度储渣器17通过法兰盘七16连接在钢质90度弯曲水管13下方；煤渣与水分离装置包括法兰盘六15、水煤渣排出管路19、法兰盘八21、矿用自动排渣放水器22、法兰盘九23和排水管32，水煤渣排出管路19通过法兰盘六15连接在透明高强度储渣器17下方出渣口，另一端通过法兰盘八21连接着矿用自动排渣放水器22进水口，排水管路32通过法兰盘九23连接在矿用自动排渣放水器22出水口，另一端连接着排水槽35。
20.如图2所示，橡胶密封圈3位于煤层孔口管1外侧，密封带4包裹在橡胶密封圈3外侧；所述煤层孔口管长度大于8米，内径120mm；所述密封带是由聚丙烯酸钠盐树脂颗粒、蒙脱石颗粒、海带混合组成用于封孔，首先在煤层孔口管外侧安装的倾斜排列的层层包裹的橡胶带，橡胶带倾斜部分长度为10mm，倾斜角度为30
°
，间隔为10mm，橡胶圈外侧围绕海带，同时加入体积比1:1混合的聚丙烯酸钠盐树脂颗粒和蒙脱石颗粒，海带吸水膨胀会将套筒固定在煤壁中，聚丙烯酸钠盐树脂和蒙脱石吸水膨胀，固定套筒，填补缝隙，增加密封性；如图6所示，孔口多通装置8通过法兰片一6和煤层孔口管1进行连接，孔口多通装置8内置自动封口器7，钻机20在自动封口器7外进行工作，钻杆5通过孔口多通装置8内部，第二高强度瓦斯排放管30通过法兰盘二9连接在孔口多通装置8上端，另一端通过法兰盘十一25连接煤气分离器第一进气口26-7，第三强度瓦斯排放管31通过法兰盘五14连接透明高
强度储渣器17上端，另一端通过法兰盘三10连接煤气分离器第二进气口26-8，第一高强度瓦斯排放管28通过法兰盘十二27连接着煤气分离器出气口26-9，另一端通过法兰盘十三29连接瓦斯抽采管34处理瓦斯。
21.进一步地，煤渣处理装置中，所述高强度可伸缩导管为渐扩管，上部直径为200mm，下部直径为400mm，最低强度为2mpa；所述钢质90度弯曲水管内径为400mm；所述透明储渣器内径为400mm，出气孔内径为20mm，出煤孔内径为50mm。如图6~7所示。
22.进一步地，煤渣与水分离装置中，所述水煤渣排出管路内径为50mm；所述排水管内径为50mm。
23.进一步地，高压瓦斯处理装置中，所述第一高强度瓦斯排放管、第二高强度瓦斯排放管和第三高强度瓦斯排放管内径为20mm，最低强度为2mpa；如图8-9所示，所述煤气分离器是长、宽、高分别为700mm的箱体，箱体内部设有倾斜式过滤网，箱体底部侧面设有第一进气口和第二进气口，另一端的上方设有出气口，箱体由左箱体和右箱体组成；气体从左箱体进入，从右箱体排出，左右箱体通过橡胶密封，方便拆卸；进气口和出气口的内径为20mm，边侧开合，开合处设置橡胶增加密封性，内设倾斜的过滤网，因为瓦斯分子质量小，向上聚集，倾斜式过滤网能更均匀的进行过滤，减少过滤网堵塞，提高过滤效果，且部分煤粉在过滤网聚集，会自动脱落过滤网掉入底部，减少过滤网的清理更换频率，从侧边拆卸的设置，便于粉煤灰的处理和过滤网的清洗和更换。
24.本发明中的矿用钻进防喷孔的安全装置的使用过程，包括以下步骤：（1）将橡胶密封圈3安装于煤层孔口管1外侧增加摩擦力和密封性，再将密封带4包裹在橡胶密封圈3外侧，海带吸水膨胀，增大密封性和摩擦力，同时高分子吸水树脂颗粒和蒙脱石颗粒按一比一的比例混合，吸水膨胀之后，减少孔洞的存在，降低透气性，增大摩擦力；（2）当喷孔发生时，高速粉煤灰和高压瓦斯气体从工作面进入煤层孔口管1再进入孔口多通装置8中，由钢质孔口多通装置8抵消大部分冲击力，此时孔口多通装置8中压强剧增，自动封口器7自动进入工作状态，高强度橡胶套7-3闭合于钻杆，增大密封性，避免漏气和漏渣；（3）高压气体和少量粉尘由孔口多通装置8上方进入第二高强度瓦斯排放管30；（4）粉煤灰、水和部分高压气体由孔口多通装置8下方落入可伸缩高强度导管11中，再进入钢质90度弯曲水管11中，再进入透明高强度储渣器17中，其中的高压瓦斯气体和少量粉尘由透明高强度储渣器上方出气口进入高压瓦斯排放管三31；（5）当透明高强度储渣器17中的水和粉煤灰过多时，打开阀门18，打开矿用自动排渣放水器22，水和煤岩经过水煤渣排放管路19进入矿用自动排渣放水器22中，水被分离出来经过排水管32进入排水槽35；（6）第二高强度瓦斯排放管30和第三高强度瓦斯排放管31中的气体分别由煤气分离器第一进气口26-7和煤气分离器第二进气口26-8进入煤气分离器26中，经过过滤的瓦斯气体通过第一高强度瓦斯排放管28进入瓦斯抽采管34。