專利名稱：一種防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置及方法，尤其適用于煤礦井下穿層鉆孔或順層鉆孔鉆割過程中，所出現(xiàn)的煤或瓦斯噴出現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
我國的能源儲存現(xiàn)狀是“富煤、貧油、少氣”，煤炭開采在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位。但是我國煤礦瓦斯地質(zhì)條件十分復(fù)雜，其中高瓦斯煤層占50%-70%，而低透氣性煤層又占其中的70%左右，同時(shí)隨著淺部煤炭資源的逐漸減少甚至枯竭，礦井開采深度不斷加深，瓦斯地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，故瓦斯治理迫在眉睫。在無保護(hù)層開采條件的情況下，局部瓦斯治理是必由之路，而施工穿層鉆孔或順層鉆孔水力切割煤體，封孔并網(wǎng)抽采瓦斯是局部瓦斯治理的一種有效方法，理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)均表明其效果顯著，該技術(shù)可有效提高鉆孔的瓦斯抽采效果。但實(shí)施穿層鉆孔或順層鉆孔水力割縫措施的煤層多為高瓦斯低透氣性松軟煤層，故在此過程中，經(jīng)常出現(xiàn)煤或瓦斯噴出的現(xiàn)象，即在穿層鉆孔或順層鉆孔水力割縫施工時(shí)，由于孔內(nèi)突出、堵孔等原因，經(jīng)常發(fā)生煤、巖體以及瓦斯、高壓水等同時(shí)或其中的一種或幾種物質(zhì)突然、間歇性地從鉆孔孔口噴出的現(xiàn)象。煤或瓦斯噴出會導(dǎo)致打鉆作業(yè)地點(diǎn)及巷道瓦斯?jié)舛染植砍蓿踔吝_(dá)到爆炸濃度極限，嚴(yán)重影響現(xiàn)場作業(yè)人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。當(dāng)噴出煤體較多時(shí)，可能會掩埋鉆機(jī)等現(xiàn)場作業(yè)設(shè)備，堵塞施工巷道等。針對這一技術(shù)難題，結(jié)合理論知識和現(xiàn)場實(shí)際施工情況，提出此防治鉆割煤或瓦斯噴出裝置及方法，對穿層鉆孔或順層鉆孔水力割縫措施的成功推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是克服已有防噴方法的不足之處，提供一種操作簡單、效果顯著、實(shí)用性強(qiáng)的防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置及方法。技術(shù)方案本發(fā)明的防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置，包括扭曲帶有拐角α的氣渣分離筒，氣渣分離筒的上方設(shè)有T形套管，氣渣分離筒與T形套管之間設(shè)有柔性骨架風(fēng)筒，柔性骨架風(fēng)筒的兩端口分別固定在氣渣分離筒與T形套管上，所述的柔性骨架風(fēng)筒上設(shè)有能使鉆桿伸入穿過T形套管的關(guān)節(jié)軸承，所述的氣渣分離筒的拐角a斜段筒體上設(shè)有與抽氣管相連的半球形集氣室，氣渣分離筒的底部設(shè)有氣渣分離箱，氣渣分離箱上部設(shè)有透視窗口，下部設(shè)有排渣門，氣渣分離箱的底部設(shè)有導(dǎo)料板，氣渣分離箱的頂部設(shè)有與抽氣管相連的出氣口，抽氣管的另一端經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱與瓦斯抽采管路相連，所述的中轉(zhuǎn)凈化箱內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)擋板，中轉(zhuǎn)凈化箱上部設(shè)有透視窗口，下部設(shè)有排渣門，中轉(zhuǎn)凈化箱出口連接的抽氣管上設(shè)有流量表，與瓦斯抽采管路相連的抽氣管管口處設(shè)有球閥。所述的氣渣分離筒的上部至少設(shè)有一個(gè)降塵水霧噴頭(16);所述的拐角α為25-28。。本發(fā)明的防治鉆割煤或瓦斯噴出方法，包括如下步驟
a、在巖石段施工一個(gè)鉆孔，直至見煤點(diǎn)后退鉆；對鉆孔孔口向內(nèi)擴(kuò)孔lm，使孔的直徑增大至 100-120mm ；
b、在孔口處安裝防噴裝置，將T形套管插入擴(kuò)孔段內(nèi)，通過掛耳將T形套管固定在鉆孔孔口處，將柔性骨架風(fēng)筒上端連接在T形套管的外露圓盤上，下端固定在氣渣分離筒的上口處；通過抽氣管將半球形集氣室和氣渣分離箱分別與中轉(zhuǎn)凈化箱相連接，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱管路連接至瓦斯抽采管路；
C、根據(jù)鉆孔方位調(diào)節(jié)柔性骨架風(fēng)筒上的關(guān)節(jié)軸承，將連有鉆頭的鉆桿從關(guān)節(jié)軸承插入柔性骨架風(fēng)筒并穿過T形套管進(jìn)入鉆孔內(nèi)；
d、打開連接瓦斯抽采管路管口處的球閥，啟動鉆機(jī)，將鉆頭送至見煤點(diǎn)，通過干式鉆進(jìn)風(fēng)力排粉法施工煤層段鉆孔，鉆進(jìn)過程中吹出的煤粉和瓦斯經(jīng)T形套管、柔性骨架風(fēng)筒進(jìn)入氣渣分離筒，在氣渣分離筒入口處的降塵水霧噴頭噴霧降塵作用下，煤粉落入氣渣分離箱內(nèi)；同時(shí)吹出的瓦斯從半球形集氣室、氣渣分離箱經(jīng)抽氣管，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱凈化后進(jìn)入瓦斯抽采管路中；
e、當(dāng)煤層段鉆孔至煤層頂板后，通過高壓水對鉆孔周圍煤體實(shí)施退鉆割縫的過程中，噴出的煤渣、瓦斯經(jīng)T形套管、柔性骨架風(fēng)筒進(jìn)入氣渣分離筒，在瓦斯抽采管路的抽采負(fù)壓作用下，瓦斯從半球形集氣室、氣渣分離箱經(jīng)抽氣管，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱凈化后進(jìn)入瓦斯抽采管路中，水和煤渣從T形套管、柔性骨架風(fēng)筒以及氣渣分離筒落入氣渣分離箱中，通過透視窗口觀察到氣渣分離箱充滿噴出物時(shí)，打開排渣門，實(shí)現(xiàn)可控性排渣；
f、煤層段割縫施工完成后，退出鉆桿。有益效果本發(fā)明具有接收、降塵、吸氣、排渣四大功能，其有效、主要體現(xiàn)在如下6個(gè)方面1. T形套管上焊接有掛耳，可用鐵絲固定或用螺栓固定在鉆孔孔口處，與原有注水泥漿固定方法相比，操作簡單、更加牢固；2.柔性骨架風(fēng)筒的易變形和可伸縮兩大特性，使得該裝置適用于不同角度和高度的鉆孔，應(yīng)用范圍廣泛；3.半球形集氣室是抽取瓦斯的主要部位，瓦斯抽采效果較好，其對面設(shè)置一個(gè)25-28°拐角的排渣彎道，有效降低煤漿液流速，為瓦斯的抽取贏得足夠時(shí)間，加上半球形集氣室具有很大的容氣空間，在強(qiáng)大的負(fù)壓作用下，大量的瓦斯聚集于此，通過大直徑的抽采接口被不斷抽走；4.采用較大直徑的抽氣管，大大增強(qiáng)該裝置的瓦斯抽采能力，可以實(shí)時(shí)、有效地抽排噴出的瓦斯；5.設(shè)置中轉(zhuǎn)凈化箱，對瓦斯進(jìn)行落水降塵，提高瓦斯的純度與濃度；6.該裝置內(nèi)部至少設(shè)有一個(gè)降塵水霧噴頭，有效消除干式鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的煤塵，為現(xiàn)場作業(yè)人員提供一個(gè)安全、健康的環(huán)境。所述防噴鉆割鉆進(jìn)時(shí)采用干式鉆進(jìn)法(風(fēng)力排粉)，可以有效降低乃至消除鉆進(jìn)過程中的煤或瓦斯噴出，并用防噴裝置降塵水霧噴頭進(jìn)行降塵；退鉆割縫時(shí)改用濕式鉆進(jìn)法(水力排粉)，利用防噴裝置實(shí)時(shí)處理瓦斯、水、煤粉等噴出物，消除其對作業(yè)人員和巷道環(huán)境的不利影響，保證鉆割作業(yè)順利進(jìn)行，且其操作簡單、效果顯著、實(shí)用性強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_鉆桿；2-掛耳；3_柔性骨架風(fēng)筒；4_關(guān)節(jié)軸承；5_氣渣分離筒；6_半球形集氣室；7-透視窗口 ；8_排渣門；9_氣渣分離箱；10-抽氣管；11-濾網(wǎng)擋板；12-中轉(zhuǎn)凈化箱；13_球閥；14_瓦斯抽采管路；15-流量表；16_降塵水霧噴頭；17-T形套管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述
如圖所示，本發(fā)明的防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置，主要由柔性骨架風(fēng)筒3、氣渣分離筒5、氣渣分離箱9構(gòu)成，所述的氣渣分離筒5扭曲帶有拐角α，所述的拐角α為25_28° ；氣渣分離筒5為豎直、傾斜、再豎直三段筒構(gòu)成，氣渣分離筒5的上方設(shè)有T形套管17，氣渣分離筒5與T形套管17之間設(shè)有柔性骨架風(fēng)筒3，柔性骨架風(fēng)筒3的兩端口分別固定在氣渣分離筒5與T形套管17上，所述的氣渣分離筒5的上部至少設(shè)有一個(gè)降塵水霧噴頭16，圖中所示為2個(gè)。所述的柔性骨架風(fēng)筒3上設(shè)有能使鉆桿I伸入穿過T形套管17的關(guān)節(jié)軸承4，所述的氣渣分離筒5的拐角α斜段筒體上設(shè)有與抽氣管10相連的半球形集氣室6，氣渣分離筒5的底部設(shè)有氣渣分離箱9，氣渣分離箱9上部設(shè)有透視窗口，下部設(shè)有排渣門8，氣渣分離箱9的底部設(shè)有導(dǎo)料板，氣渣分離箱9的頂部設(shè)有與抽氣管10相連的出氣口，抽氣管10的另一端經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱12與瓦斯抽采管路14相連，所述的中轉(zhuǎn)凈化箱12內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)擋板11，中轉(zhuǎn)凈化箱12上部設(shè)有透視窗口，下部設(shè)有排渣門，中轉(zhuǎn)凈化箱12出口連接的抽氣管10上設(shè)有流量表15，與瓦斯抽采管路14相連的抽氣管10管口處設(shè)有球閥13。本發(fā)明的防治鉆割煤或瓦斯噴出的方法
a、首先在巖石段施工一個(gè)鉆孔，直至見煤點(diǎn)后退鉆；由鉆孔孔口向內(nèi)擴(kuò)孔lm，使孔的直徑增大至100-120mm ；
b、在孔口處安裝防噴裝置，將T形套管17插入 擴(kuò)孔段內(nèi)，然后將鐵絲穿入T形套管17上的掛耳2中，與巷道壁上的支護(hù)鐵絲網(wǎng)連接以固定T形套管17，通過掛耳2將T形套管17固定在鉆孔孔口處，將柔性骨架風(fēng)筒3上端連接在T形套管17的外露圓盤上，下端固定在氣渣分離筒5的上口處，氣渣分離筒5位于柔性骨架風(fēng)筒3正下方，余出Im長的柔性骨架風(fēng)筒3折疊套在氣渣分離筒5上，通過調(diào)節(jié)柔性骨架風(fēng)筒3的高度可以適應(yīng)不同高度的鉆孔；通過抽氣管10將半球形集氣室6和氣渣分離箱9分別與中轉(zhuǎn)凈化箱12相連接，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱12管路連接至瓦斯抽采管路14，即將抽氣管10分別與半球形集氣室6和氣渣分離箱9兩處的抽采接口相連，而后兩段抽氣管10經(jīng)過三通合為一段，連接至中轉(zhuǎn)凈化箱12，最后通過球閥13連接至瓦斯抽采管路14，使用大直徑的抽氣管10，可提高裝置實(shí)時(shí)抽采瓦斯的能力；
C、裝置安裝完畢后，根據(jù)鉆孔方位調(diào)節(jié)柔性骨架風(fēng)筒3上的關(guān)節(jié)軸承4調(diào)節(jié)柔性骨架風(fēng)筒3及其上的關(guān)節(jié)軸承4，得到關(guān)節(jié)軸承4的最佳高度和角度，將連有鉆頭的鉆桿I從關(guān)節(jié)軸承4插入柔性骨架風(fēng)筒3并穿過T形套管17進(jìn)入鉆孔內(nèi)；
d、打開連接瓦斯抽采管路14管口處的球閥13，啟動鉆機(jī)，將鉆頭送至見煤點(diǎn)，然后使用干式鉆進(jìn)法(風(fēng)力排粉)施工煤層段鉆孔，由于沒有水的參與，不會產(chǎn)生煤漿，排渣過程中亦不會出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，故可以有效降低乃至消除煤或瓦斯噴出，鉆進(jìn)期間吹出的大量煤粉被實(shí)時(shí)吸入所述防噴裝置內(nèi)部，通過干式鉆進(jìn)風(fēng)力排粉法施工煤層段鉆孔，鉆進(jìn)過程中吹出的煤粉和瓦斯經(jīng)T形套管17、柔性骨架風(fēng)筒3進(jìn)入氣渣分離筒5，在氣渣分離筒5入口處的降塵水霧噴頭16噴霧降塵作用下，煤粉落入氣渣分離箱9內(nèi)，達(dá)到降塵、除塵目的；同時(shí)吹出的瓦斯從半球形集氣室6、氣渣分離箱9經(jīng)抽氣管10，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱12凈化后進(jìn)入瓦斯抽采管路14中；
e、當(dāng)煤層段鉆孔至煤層頂板后，通過高壓水對鉆孔周圍煤體實(shí)施退鉆割縫的過程中，噴出的煤渣和瓦斯經(jīng)T形套管17、柔性骨架風(fēng)筒3進(jìn)入氣渣分離筒5，在瓦斯抽采管路14的抽采負(fù)壓作用下，瓦斯從半球形集氣室6、氣渣分離箱9經(jīng)抽氣管10，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱12凈化后進(jìn)入瓦斯抽采管路14中，水和煤渣從T形套管17、柔性骨架風(fēng)筒3以及氣渣分離筒5落入氣渣分離箱9中，通過透視窗口 7觀察到氣渣分離箱9充滿噴出物時(shí)，打開排渣門8，實(shí)現(xiàn)可控性排渣；
f、煤層段割縫施工完成后，退出鉆桿。由于使用高壓水對鉆孔周圍煤體實(shí)施割縫，極易出現(xiàn)煤或瓦斯噴出現(xiàn)象，此時(shí)防噴裝置發(fā)揮其主要作用噴出物經(jīng)由T形套管17和與之相連的柔性骨架風(fēng)筒3進(jìn)入裝置內(nèi)部，在瓦斯抽采管路14的抽采負(fù)壓作用下，瓦斯通過半球形集氣室6和氣渣分離箱9兩處的抽采接口進(jìn)入抽氣管10中，而后在中轉(zhuǎn)凈化箱12中，瓦斯經(jīng)過落水降塵得以凈化，純度、濃度更高的瓦斯繼續(xù)經(jīng)由抽氣管10被抽入瓦斯抽采管路14中；水、煤粉等非氣態(tài)噴出物經(jīng)由T形套管17、柔性骨架風(fēng)筒3以及氣渣分離筒5，最終落入氣渣分離箱9中，氣渣分離箱9上設(shè)有透視窗口 7和排渣門8，當(dāng)通過透視窗口 7觀察到箱內(nèi)充滿噴出物時(shí)，則拉開排渣門8，實(shí)現(xiàn)可控性排渣，可及時(shí)處理噴出的瓦斯、水、煤粉，確保鉆孔通暢，同時(shí)消除噴出物對作業(yè)人員和巷道環(huán)境的不利影響，保證鉆孔施工及割縫作業(yè)的順利完成。最后，拆卸、清洗各設(shè)備，整理施工現(xiàn)場。
權(quán)利要求
1.一種防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置，其特征在于它包括扭曲帶有拐角α的氣渣分離筒(5)，氣渣分離筒(5)的上方設(shè)有T形套管(17)，氣渣分離筒(5)與T形套管(17)之間設(shè)有柔性骨架風(fēng)筒(3)，柔性骨架風(fēng)筒(3)的兩端口分別固定在氣渣分離筒(5)與T形套管(17)上，所述的柔性骨架風(fēng)筒(3)上設(shè)有能使鉆桿(I)伸入穿過T形套管(17)的關(guān)節(jié)軸承(4)，所述的氣渣分離筒(5)的拐角α斜段筒體上設(shè)有與抽氣管(10)相連的半球形集氣室(6)，氣渣分離筒(5)的底部設(shè)有氣渣分離箱(9)，氣渣分離箱(9)上部設(shè)有透視窗口， 下部設(shè)有排渣門(8)，氣渣分離箱(9)的底部設(shè)有導(dǎo)料板，氣渣分離箱(9)的頂部設(shè)有與抽氣管(10)相連的出氣口，抽氣管(10)的另一端經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱(12)與瓦斯抽采管路(14) 相連，所述的中轉(zhuǎn)凈化箱(12)內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)擋板(11)，中轉(zhuǎn)凈化箱(12)上部設(shè)有透視窗口， 下部設(shè)有排渣門，中轉(zhuǎn)凈化箱(12)出口連接的抽氣管(10)上設(shè)有流量表(15)，與瓦斯抽采管路(14)相連的抽氣管(10)管口處設(shè)有球閥(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置，其特征在于所述的氣渣分離筒(5)的上部至少設(shè)有一個(gè)降塵水霧噴頭(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置，其特征在于所述的拐角α 為 25-28。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述裝置的防治鉆割煤或瓦斯噴出的方法，其特征在于，包括如下步驟a、在巖石段施工一個(gè)鉆孔，直至見煤點(diǎn)后退鉆；對鉆孔孔口向內(nèi)擴(kuò)孔lm，使孔的直徑增大至 100-120mm ；b、在孔口處安裝防噴裝置，將T形套管(17)插入擴(kuò)孔段內(nèi)，通過掛耳(2)將T形套管 (17)固定在鉆孔孔口處，將柔性骨架風(fēng)筒(3)上端連接在T形套管(17)的外露圓盤上，下端固定在氣渣分離筒(5)的上口處；通過抽氣管(10)將半球形集氣室(6)和氣渣分離箱(9) 分別與中轉(zhuǎn)凈化箱(12)相連接，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱(12)管路連接至瓦斯抽采管路(14);C、根據(jù)鉆孔方位調(diào)節(jié)柔性骨架風(fēng)筒(3)上的關(guān)節(jié)軸承(4)，將連有鉆頭的鉆桿(I)從關(guān)節(jié)軸承(4)插入柔性骨架風(fēng)筒(3)并穿過T形套管(17)進(jìn)入鉆孔內(nèi)；d、打開連接瓦斯抽采管路(14)管口處的球閥(13)，啟動鉆機(jī)，將鉆頭送至見煤點(diǎn)，通過干式鉆進(jìn)風(fēng)力排粉法施工煤層段鉆孔，鉆進(jìn)過程中吹出的煤粉和瓦斯經(jīng)T形套管(17)、 柔性骨架風(fēng)筒(3)進(jìn)入氣渣分離筒(5)，在氣渣分離筒(5)入口處的降塵水霧噴頭(16)噴霧降塵作用下，煤粉落入氣渣分離箱(9)內(nèi)；同時(shí)吹出的瓦斯從半球形集氣室(6)、氣渣分離箱(9)經(jīng)抽氣管(10)，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱(12)凈化后進(jìn)入瓦斯抽采管路(14)中；e、當(dāng)煤層段鉆孔至煤層頂板后，通過高壓水對鉆孔周圍煤體實(shí)施退鉆割縫的過程中， 噴出的煤渣、瓦斯經(jīng)T形套管(17)、柔性骨架風(fēng)筒(3)進(jìn)入氣渣分離筒(5)，在瓦斯抽采管路(14)的抽采負(fù)壓作用下，瓦斯從半球形集氣室(6)、氣渣分離箱(9)經(jīng)抽氣管(10)，再經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱(12)凈化后進(jìn)入瓦斯抽采管路(14)中，水和煤渣從T形套管(17)、柔性骨架風(fēng)筒 (3)以及氣渣分離筒(5)落入氣渣分離箱(9)中，通過透視窗口(7)觀察到氣渣分離箱(9) 充滿噴出物時(shí)，打開排渣門(8)，實(shí)現(xiàn)可控性排渣；f、煤層段割縫施工完成后，退出鉆桿。
全文摘要
一種防治鉆割煤或瓦斯噴出的裝置及方法，裝置包括氣渣分離筒、T形套管、柔性骨架風(fēng)筒，所述的氣渣分離筒上設(shè)有半球形集氣室，氣渣分離筒的底部設(shè)有氣渣分離箱，下部設(shè)有排渣門，氣渣分離箱的底部設(shè)有導(dǎo)料板，氣渣分離箱的頂部設(shè)有與抽氣管相連的出氣口，抽氣管的另一端經(jīng)中轉(zhuǎn)凈化箱與瓦斯抽采管路相連，中轉(zhuǎn)凈化箱出口連接的抽氣管上設(shè)有流量表；利用防噴裝置實(shí)時(shí)處理瓦斯、水、煤粉等噴出物，具有接收、降塵、吸氣、排渣四大功能；可以有效降低噴出發(fā)生可能性，發(fā)生噴出時(shí)，又能夠?qū)崟r(shí)處理各種噴出物，消除對作業(yè)人員和巷道環(huán)境的不利影響，保證鉆割作業(yè)順利進(jìn)行，且操作簡單、效果顯著、實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號E21B43/34GK103046948SQ20131001396
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者林柏泉, 鄭春山, 楊威 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)