一种水射流煤层割缝喷孔处理装置

摘要

本发明公开了一种水射流煤层割缝喷孔处理装置，包括封孔器、包覆在封孔器外围的封孔胶囊和内部为空腔结构的缓冲密封器，封孔胶囊与封孔器外壁之间设有可以充水的空隙，缓冲密封器一端与封孔器相连，另一端设有可以向两边打开的密封块，密封块内设有与钻杆配合的密封橡胶，缓冲密封器上端设有排放瓦斯的瓦斯软管一，缓冲密封器下端设有通过粗软管相连的气水渣分离罐，其优点是，在高压水射流割缝增透施工中，该发明能够在喷孔发生时，将钻孔喷出的煤渣、瓦斯、废水有效的收集，并通过分离装置进行分离，从而减少巷道中瓦斯浓度，保障了工人的生命安全和煤矿开采的顺利进行；本发明结构简单、重量轻便、操作简洁，具有广泛的实用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层瓦斯抽放及控制领域，具体涉及一种水射流煤层割缝喷孔处理装置。

背景技术

长期以来，煤矿瓦斯事故的致死率居高不下，瓦斯始终是影响煤矿安全生产的主要因素。且随着开采深度的增加，瓦斯压力和瓦斯含量不断增加，瓦斯灾害将以更加明显的方式表现出来。因此，在煤矿开采之前，利用高压水射流在煤层中割缝以形成缝隙网络强化瓦斯抽采方法得到了广泛的应用。在高压水射流割缝过程中，煤层的不稳定性及可能发生的卡钻、抱钻等因素会使得割缝内煤渣与水的混合物、高压瓦斯等沿着钻孔间断的喷涌而出。喷孔导致巷道内瓦斯浓度急剧升高，当超过限度时，极易引发瓦斯爆炸等重大灾害；此外，喷孔产生的巨大冲击压力会导致水和煤渣覆盖在钻机上，缩短钻机工作寿命，影响工作效率；且水和煤渣洒落在巷道内，不仅影响工人作业条件而且对生命安全构成了极大的威胁。

在进行高压水射流煤层割缝时，所用钻头外径为113mm，所用钻杆外径为73mm，钻孔内径约为115mm。为了保证装置可以顺利插入钻孔中，并确保可以顺畅的排水排渣，所设计的装置需外径小于115mm，且内径大于90mm。因此装置的管壁厚度不能超过12mm，且能紧固在孔内并能承受喷孔时的巨大冲击，这是喷孔治理技术的重点和难点所在。

申请号为CN201210546985的发明专利公开了一种用于水射流割缝增透的安全防护装置及方法。该装置能够在较小压力下对喷孔进行防治，但并没有说明封孔器及缓冲装置的具体结构，此外，在发生喷孔时，从钻孔喷出的煤渣、水、瓦斯具有很大的冲击压力，该装置的固定方法不具备在这种环境下正常工作的条件。申请号为CN201110271198的发明专利“气水渣分离一体化装置”公开了一种抽采钻孔施工中防止瓦斯超限、粉尘危害的气水渣分离一体化装置。这套装置应用于抽采钻孔施工过程中，主要用于对气水渣的分离，且此装置原用于抽采钻孔施工，对于高压水射流割缝施工此装置存在许多问题：封孔器管壁较厚，外径达160mm，需要二次钻孔等多道工艺；缓冲装置密封部分为一整体，导致安装钻杆钻头过程中步骤繁多，手续复杂；且封孔器与缓冲装置重量较大，约30公斤，劳动工人搬运安装过程十分费力。该装置在使用过程中存在许多问题。

目前还没有一种结构简单、方便轻巧、便于操作和移动且能够在高压水射流割缝增透作业过程中产生的喷孔现象进行有效治理的装置。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术所存在的技术问题；从而提供了一种适用于高压水射流煤层割缝增透过程中，对喷孔治理的一种装置。

本发明的技术方案是：一种水射流煤层割缝喷孔处理装置，包括内部中空以容纳钻杆的封孔器、包覆在封孔器外围的封孔胶囊和内部为空腔结构的缓冲密封器，所述封孔胶囊与封孔器外壁之间设有可以充水的空隙，所述空隙设有充水的管道，所述缓冲密封器一端与封孔器相连，另一端设有可以向两边打开的密封块，所述密封块内设有与钻杆配合的密封橡胶，保证钻孔喷出的煤渣、瓦斯及废水不会随着钻杆泄漏到巷道中，所述缓冲密封器上端设有排放瓦斯的瓦斯软管一，缓冲密封器下端设有通过粗软管相连的气水渣分离罐。

作为优选，所述一种水射流煤层割缝喷孔处理装置的封孔器的管壁厚度范围为10~12mm，封孔器外径范围为112~115mm，封孔器的内径范围为90~92mm。

作为优选，所述一种水射流煤层割缝喷孔处理装置的密封块分为左密封块和右密封块，所述左密封块固定连接在缓冲密封器上，所述右密封块下端通过活动关节与左密封块下端相连，上端利用螺栓与左密封块上端固定。

作为优选，所述一种水射流煤层割缝喷孔处理装置的气水渣分离罐上部设有用于排放瓦斯的瓦斯软管二，气水渣分离罐内设有两级筛孔过滤器，底部设有排水管道。

作为优选，所述一种水射流煤层割缝喷孔处理装置的封孔胶囊为无钢丝脱硫橡胶软管，使得封孔胶囊的密封效果更好。

作为优选，所述一种水射流煤层割缝喷孔处理装置的封孔胶囊左右两端与封孔器外壁之间均设有密封件以及固定密封件位置的限位台阶，防止封孔胶囊中的水因为压力过大而泄漏。

其原理为：在煤层高压水射流割缝增透施工中，煤层中高浓度瓦斯、高压水及煤渣会通过钻杆外壁环空大量涌出，混合物会以较大的速度沿着封孔器内孔到达缓冲密封器，此时封孔胶囊在水的压力下处于膨胀状态，将封孔器与缓冲密封器紧固在孔口处。密封块内的密封橡胶与钻杆紧密接触，防止混合物涌出到达巷道。在缓冲密封器内，混合物进行初步分离，一部分的瓦斯随着上部管道进入瓦斯抽放管，剩余瓦斯及水与煤渣混合物进入气水渣分离罐，气水渣分离罐内瓦斯通过上部软管进行二次分离进入瓦斯抽放管，水和煤渣通过两级筛孔过滤器进行分离，水通过底部进入排水管道，煤渣通过晒网从出口进入煤渣车。从而完成对喷孔的防治和气水渣的分离。

本发明具有的有益效果为：在高压水射流割缝增透施工中，该发明能够在喷孔发生时，将钻孔喷出的煤渣、瓦斯、废水有效的收集，并通过后续的分离装置进行分离，从而有效避免了喷孔所带来的一系列危害，减少巷道中瓦斯、粉尘浓度，保障了工人的生命安全和煤矿开采的顺利进行。经实践验证，瓦斯收集率达90%以上，大大消除了安全隐患，废水、废渣收集率为95%以上，对工作面施工安全提供了可靠保障。封孔器采用埋入管式通道，使封孔器的管壁厚度降低到10mm，整个装置外径为112mm，内径为92mm，成功的解决了上述的尺寸难题；缓冲密封器采用活动密封方式，减少了钻头穿入时所需步骤；采用手动水压方式使封孔胶管膨胀，在大量瓦斯、水与煤渣的冲击下能够保持紧固；胶管采用限位密封方式，可使胶管膨胀直径变大，有利于封孔器的稳定紧固，切实有效的对喷孔进行良好的治理；本发明重量极轻，约为5公斤，结构简单，操作方便，维修方便，制造成本低，能够广泛的应用到水射流割缝增透施工中。

附图说明

附图1是本发明实施例的整体结构图。

附图2是本发明实施例的封孔器部分结构图。

附图3是本发明实施例的封孔器A-A断面结构图。

附图4是本发明实施例的缓冲密封器结构图及右视图。

图中，缓冲密封器1，封孔器2、通过软管3，手动阀4，瓦斯软管一5，巷道瓦斯抽放管6，瓦斯软管二7，气水渣分离罐8，排水管道9，粗软管10，中空结构11，管壁12，限位台阶13，密封件14，空隙15，封孔胶囊16，密封件17，管道18，水接头19，法兰20，凹槽21，细钢管22，膨胀管23，固定孔24，密封橡胶25，活动关节26，左密封块28，右密封块27。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步说明。

一种水射流煤层割缝喷孔治理装置包括封孔器2、通过软管3与位于封孔器2上水接头20相连的手动阀4、一端与封孔器2以螺栓连接的缓冲密封器1；所述缓冲密封器1上端设有瓦斯软管一5与巷道瓦斯抽放管6连通，下端设有粗软管10与气水渣分离罐8连通；所述气水渣分离罐8上部设有瓦斯软管二7与巷道瓦斯抽放管6连通，气水渣分离罐8内设有两级筛孔过滤器，底部与排水管道9连通。

封孔器2内设有中空结构11，以容纳钻杆进出，包括管壁12、包覆在管壁12上的封孔胶囊16；所述封孔胶囊16左右两端分别设有密封件14和密封件17，所述密封件14和密封件17均有限制和固定其位置的限位台阶13，封孔胶囊16与管壁12之间有空隙15用以容纳水，进而使封孔胶囊16膨胀；所述限位台阶13底部设有连接空隙15和水接头19的管道18；所述水接头19焊接在管壁12上；所述封孔器2右端设有法兰20与缓冲密封器1连接；所述的管道18是细钢管22放置在凹槽21中，并以焊接固定；细钢管22一端连接空隙15另一端连通水接头19底部，焊接密封；所述的缓冲密封器1中部设有膨胀管23、右端设有可以向两边打开的密封块，所述密封块分为左密封块28和右密封块27，所述密封块内设有与钻杆紧密接触的密封橡胶25，防止水与瓦斯泄漏；所述左密封块28焊接在缓冲密封器1上，右密封块27一端通过活动关节26与左密封块28相连，并利用螺栓于固定孔24固定。

封孔胶囊16为无钢丝脱硫橡胶软管。

凹槽21底部与管内径距离在3-5mm之间。

缓冲密封器1右壁开孔大小应略小于密封块，既能使密封块28焊接于右壁上，能便于钻头通过。

作为优选，所述封孔器2的管壁厚度范围为10~12mm，封孔器2外径范围为112~115mm，封孔器2的内径范围为90~92mm。

本实施实例一种水射流煤层割缝喷孔治理装置的使用方法为：

a、将本发明按照图示方法依次连接，将缓冲密封器1后部密封块分开；

b、将封孔器2置入预先打好的钻孔内，使封孔胶囊16全部没入孔中，向封孔胶囊16内通入水，加压，使之紧固在孔内；

c、通过钻机将切割器和钻杆通过缓冲密封器1深入孔内，使切割器到达预定割缝位置，锁紧密封块，进行高压水射流割缝增透作业；

d、作业完毕，打开密封块，抽出钻杆与切割器，释放封孔胶囊16内水压，抽出封孔器2进行下一步作业。

本领域普通技术人员将会意识到，这里所述的实施实例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。