一种煤矿控水防喷一体化装置及其制作使用方法与流程

1.本发明涉及煤炭钻孔领域，具体涉及一种煤矿控水防喷一体化装置及其制作使用方法。


背景技术：

2.在煤矿施工探查地质构造钻孔时，地质复杂，尤其是对大断层进行探查时，由于断层落差大，容易导通底板含水层，前探钻孔施工过程中，易发生钻孔出水危险，若钻孔施工期间再见到煤层，煤层会与钻孔水一起从孔口流出，恶化了作业环境，并对施工人员的人身安全产生威胁；煤层中还可能还有大量的瓦斯，瓦斯是易燃易爆的气体，会顺着钻孔口往外喷，对煤矿安全生产有着重大的威胁。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种既能防水也能防瓦斯，且能自动密封的一种煤矿控水防喷一体化装置及其制作使用方法。
4.本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：一种煤矿控水防喷一体化装置，包括抱紧机构和分离机构，所述抱紧机构包括外套筒和内套筒，所述分离机构包括第一分离机构和第二分离机构，所述外套筒一端通过第一法兰与钻孔用的套管密封连接，另一端通过第二法兰连接有密封盖，所述密封盖与钻杆之间通过轴承连接，所述外套筒的内部套设有与其同心圆的内套筒，所述内套筒套设在所述钻杆外围，所述内套筒与所述钻杆之间设置有带有密封套的固定基座，所述外套筒上设置有第一出水口、第一出煤口和第一出气口，所述第一出水口通过第一输水管与所述第一分离机构连接，所述第一出煤口通过输煤管与所述第一分离机构连接，所述第一出气口通过输气管与所述第二分离机构连接。
5.所述外套筒与所述内套筒之间接触连接，且所述外套筒与所述内套筒之间能够相对滑动，所述外套筒上设置有贯穿所述外套筒侧壁的第一螺纹孔，所述内套筒上设置有贯穿所述内套筒侧壁的上下设置的条形槽，所述固定基座上设置有第二螺纹孔，所述第一螺纹孔、条形槽和所述第二螺纹孔均在同一水平线上，利用长杆螺栓依次穿过所述第一螺纹孔、条形槽和所述第二螺纹孔，将所述固定基座与所述外套筒连接起来。
6.所述密封套设置在所述固定基座的下端面上，且所述密封套为橡胶材质的y型密封套，其外侧与内侧分别与所述内套筒内壁和所述钻杆内壁连接。
7.所述第一分离机构包括第一分离箱，所述第一分离箱内设置有过滤煤块的第一过滤网，位于所述过滤箱的上方位置处设置有用于防尘的第一喷水口，所述第一分离箱的上端设置有用于与所述第一输水管连接的进水口、用于与所述输煤管连接的进煤口以及用于气体疏散的第二出气口，所述第一分离箱的下端设置有第二出水口，通过所述第二出水口利用第二输水管与过滤箱连接，所述第一分离箱处于所述第一过滤网最下端位置处，设置有排煤口。
8.所述第二分离机构包括第二分离箱，所述第二分离箱内设置有用于过滤气体中煤粉的第二喷水口，处于所述第二喷水口下方的位置处设置有用于过滤水中煤粉的第三过滤网，所述第二分离箱的上端设置有用于气体疏散的第三出气口，所述第二出气口和所述第三出气口均与瓦斯抽放管连接，所述第二喷水口通过第二循环管与所述第三出水口连接，所述第一喷水口与所述第二喷水口还与自来水连接，所述第二分离箱的下端设置有排水口，所述排水口通过第三输水管将水排到所述过滤箱内；所述过滤箱内设置有用于过滤煤渣或煤粉的第二过滤网，所述过滤箱侧壁底端处于所述第二过滤网下方的位置处设置有第三出水口和第四出水口，过滤后的水通过所述第三出水口利用第一循环管输送至所述第一喷水口，通过所述第四出水口利用第二循环管输送至所述第二喷水口。
9.所述外套筒为空心的圆柱形结构，所述内套筒外壁为圆柱形结构，内壁为上宽下窄的圆锥形结构，但所述内壁最窄处的直径大于所述钻杆的直径，所述内壁下半部分的直径小于所述密封圈的外径。
10.一种煤矿控水防喷一体化装置的制作使用方法，包括以下步骤：s1：利用直径不同的圆筒制作所述内套筒、外套筒和所述固定基座，制作好的所述内套筒能够套设在所述外套筒内部，且所述内套筒与所述外套筒之间能够相对滑动，固定基座能够套设在所述内套筒内部；s2：在所述固定基座的下端面上设置y型密封套，所述y型密封套的外径大于所述固定基座的外径，在外套筒的侧壁上设置所述第一出水口、第一出煤口和第一出气口；s3：在所述内套筒上设置所述条形槽，在所述外套筒上设置有所述第一螺纹孔，在所述固定基座上设置所述第二螺纹孔，将带有密封套的固定基座设置在所述内套筒内，随后将内套筒设置在所述外套筒内，将第一螺纹孔、条形槽和第二螺纹孔从外到内依次对齐，对齐后，利用长杆螺栓将所述外套筒、内套筒和固定基座连接起来；s4：在所述外套筒的上端面上利用第一法兰连接密封盖，所述密封盖中心设置有轴承，所述钻杆能够穿过所述轴承并在所述轴承内转动；s5：钻孔定位：利用测量仪找到所需钻孔的方位，并标记需要钻孔的位置；s6：钻孔：先利用钻杆进行初步开孔，然后再利用其他钻杆进行扩孔，扩孔后将防护钻孔用的套筒设置在钻孔内；s7：将连接好的所述外套筒、内套筒、固定基座和密封盖放在所述套管外，将所述外套筒的下端面利用第二法兰与套管连接；s8：利用输煤管连接所述第一出煤口和第一分离机构；利用第一输水管连接所述第一出水口和第一分离机构；利用输气管连接所述第一出气口和第二分离机构；s9：将钻杆穿过所述轴承、外套筒、内套筒和固定基座后伸入所述套管内部进行旋转钻孔；s10：利用第一分离机构对钻孔时出来的煤块和水进行分离；利用第二分离机构对钻孔时出来的气进行分离。
11.所述第一螺纹孔设置在所述外套筒侧壁上靠近上端面的位置，正常状态固定时，所述长杆螺栓穿过所述第一螺纹孔后进入所述条形槽内，且处于所述条形槽最上方的位置处，穿过所述条形槽的所述长杆螺栓再与所述第二螺栓孔连接，此时，所述固定基座上的所
述y型密封套的外壁与所述内套筒不接触，内壁与所述钻杆不接触，所述钻杆能够正常转动；但所述内套筒的内壁为上宽下窄的圆锥形结构，处于非正常状态时，所述内套筒在底部压力的作用下会向上运动，此时所述外套筒和所述固定基座固定不动，在所述内套筒向上运动的过程中，所述y型密封套会与所述内套筒的侧壁接触，再向下运动的时候，会受到所述内套筒侧壁的挤压，使所述密封套抱紧所述钻杆，形成密封。
12.所述内套筒下端面与所述套管之间的所述外套筒位置处设置有所述第一出水口、第一出煤口和第一出气口。
13.进行初步开孔的所述钻杆的钻头尺寸小于进行扩孔的所述钻杆的钻头尺寸；所述底部压力指的是在钻孔过程中从孔内溢出的水的压力或瓦斯的气体压力或煤块的固体压力。
14.所述外套筒、内套筒、固定基座的尺寸与施工时所用钻杆的尺寸和套筒的相匹配，不同尺寸的钻杆和套筒，制作尺寸不同的本装置，但装置中的相互配合关系都是一样的本发明的积极有益效果是：本发明中设置有抱紧机构，抱紧机构中外套筒与内套筒之间接触连接，且外套筒与内套筒之间能够相对滑动，正常状态时，长杆螺栓穿过第一螺纹孔后进入条形槽内，且处于条形槽最上方的位置处，穿过条形槽的长杆螺栓再与第二螺栓孔连接，此时，所述外套筒、内套筒和固定基座三者连接起来，在钻孔内因为水或煤或瓦斯突出，进入非正常状态时，外套筒内压力过大，内套筒会在压力的作用下向上运动，固定基座不动，在内套筒上升的过程中，密封套会与内套筒的侧壁发生接触，并在内套筒侧壁的挤压作用下抱紧钻杆，形成自动密封的效果，自动封闭后，水或煤或瓦斯通过各自的出口有序的输出并利用第一分开箱、第二分离箱和过滤箱进行分离过滤，解决了既能防水还能防瓦斯的问题，且不会对工作人员产生伤害，也不会因美景的喷出而使环境恶化，起到保护环境的作用。
附图说明
15.图1是本发明一种煤矿控水防喷一体化装置及其制作使用方法中的装置的整体结构简图；图2是图1中外套筒与内套筒之间的结构示意图；图3是图1中内套筒和固定基座以及密封套的结构示意图；图4是图2中外套筒的外部结构示意图；图5是图3中内套筒的外部结构示意图；图6是图3中固定基座与密封套的结构示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，图中：1
‑
外套筒，2
‑
内套筒，3
‑
第一法兰，4
‑
套管，5
‑
第二法兰，6
‑
密封盖，7
‑
密封套，8
‑
固定基座，9
‑
第一出水口，10
‑
第一出煤口，11
‑
第一出气口，12
‑
第一输水管，13
‑
输煤管，14
‑
输气管，15
‑
第一螺纹孔，16
‑
条形槽，17
‑
第二螺纹孔，18
‑
长杆螺栓，19
‑
第一分离箱，20
‑
第一过滤网， 21
‑
第一喷水口，22
‑
进水口，23
‑
进煤口，24
‑
第二出气口，25
‑
第二出水口，26
‑
第二输水管，27
‑
过滤箱，28
‑
排煤口，29
‑
第二过滤
网，30
‑
第三出水口，31
‑
第四出水口，32
‑
第二分离箱，33
‑
第二喷水口，34
‑
第三过滤网，35
‑
第三出气口，36
‑
排水口，37
‑
第三输水管，38
‑
第一循环管，39
‑
第二循环管，40
‑
钻杆。
17.实施例1：一种煤矿控水防喷一体化装置，包括抱紧机构和分离机构，抱紧机构用于密封钻孔，防止钻孔内的水、煤、气喷出，且利用抱紧机构上的第一出水口9、第一出煤口10和第一出气口11将水、煤、气有序的排出钻孔，排出钻孔的水、煤、气利用分离机构进行分离，然后单独的存储到各自的存储位置。
18.本装置可以实现既要防水，又要防瓦斯的情况，尤其针对复杂地形的钻探具有很好的使用效果。
19.抱紧机构包括外套筒1和内套筒2，外套筒1的内部套设有与其同心圆的内套筒2，内套筒2套设在钻杆40外围，内套筒2与钻杆40之间设置有带有密封套7的固定基座8，外套筒1上设置有第一出水口9、第一出煤口10和第一出气口11，内套筒2的高度不大于外套筒1高度的三分之二，以方便内套筒2能够在外套筒1内自由上下活动。
20.密封套7设置在固定基座8的下端面上，且密封套7为橡胶材质的y型密封套7，y型密封套7简单易得，成本低，使用可靠。
21.密封套7外侧与内套筒2内壁连接，内侧与钻杆40的内壁连接。
22.外套筒1的内壁与内套筒2的外壁之间接触连接，且外套筒1与内套筒2之间能够相对滑动，外套筒1上设置有贯穿外套筒1侧壁的第一螺纹孔15，内套筒2上设置有贯穿内套筒2侧壁的上下设置的条形槽16，固定基座8上设置有第二螺纹孔17，第一螺纹孔15、条形槽16和第二螺纹孔17均在同一水平线上，利用长杆螺栓18依次穿过第一螺纹孔15、条形槽16和第二螺纹孔17，将固定基座8与外套筒1连接起来。
23.第一螺纹孔15设置在外套筒1侧壁上靠近上端面的位置，正常状态时，长杆螺栓18穿过第一螺纹孔15后进入条形槽16内，且处于条形槽16最上方的位置处，穿过条形槽16的长杆螺栓18再与第二螺栓孔连接，此时，外套筒1、内套筒2和固定基座8三者连接起来，且外套筒1和固定基座8固定在一起，在内套筒2上下运动的过程中，外套筒1和固定基座8是不动的，只是长杆螺栓18在条形槽16内上下运动，在长杆螺栓18处在条形槽16最上端时，固定基座8上的y型密封套7的外壁与内套筒2不接触，内壁与钻杆40不接触，钻杆40能够正常转动；因为长杆螺栓18固定不动，所以y型密封套7也是固定不动的，在内套筒2因为底部压力的作用向上运动时，因为内套筒2的内壁为上宽下窄的圆锥形结构，y型密封套7会与内套筒2的侧壁接触，再向下运动的时候，会受到内套筒2侧壁的挤压，使密封套7抱紧钻杆40，形成密封。
24.底部压力指的是在钻孔过程中从孔内溢出的水的压力或瓦斯的气体压力或煤块的固体压力。
25.外套筒1一端通过第一法兰3与钻孔用的套管4密封连接，另一端通过第二法兰5连接有密封盖6，第一法兰3和第二法兰5上均设置有用于密封的密封圈，密封盖6的中心位置处设置有轴承，钻杆40能够穿过轴承，且能够在轴承内转动。
26.在正常状态时，正常状态指的是钻孔内没有任何压力的情况下，此时，长杆螺栓18处于条形槽16的最上端，内套筒2下端面与套管4之间的外套筒1位置处设置有第一出水口9、第一出煤口10和第一出气口11，第一出水口9设置在外套筒1上靠近套管4的位置，且开口向下的，第一出煤口10与第一出水口9并排设置，且设置在外套筒1上靠近内套筒2下端面的
一侧，出口向下，第一出气口11设置在第一出水口9和第一出煤口10的相对侧，且开口向上。
27.第一出水口9通过第一输水管12与第一分离机构连接，第一出煤口10通过输煤管13与第一分离机构连接，第一出气口11通过输气管14与第二分离机构连接。
28.第一出水口9、第一出煤口10和第一出气口11上均设置有单向阀，防止发生倒灌的情况，第一出水口9上还设置有控制水流量的第一开关阀，第一出煤口10上设置有控制出煤量的第二开关阀，第一出气口11上设置有控制气体流量的第三开关阀。
29.第一分离机构包括第一分离箱19，第一分离箱19内设置有过滤煤块的第一过滤网20，第一过滤网20为斜网和平网的组合体，位于排煤口28的位置设置的是平网，用于储存过滤后的煤块，其他位置是斜网，方便过滤后的煤块自动滚落到平网上，平网与斜网为一体化设计。
30.第一分离箱19的上端设置有用于与输煤管13连接的进煤口23，第一分离箱19上处于平网位置处，设置有排煤口28，位于过滤箱27的上方位置处设置有用于防尘的第一喷水口21，第一喷水口21处设置有多个喷嘴，能够对进入第一分离箱19内的煤块进行喷洒，防止煤粉粉尘。
31.第一分离箱19的上端设置有用于与第一输水管12连接的进水口22，以及用于气体疏散的第二出气口24，第一输水管12内的水可能含有小煤块或瓦斯气体，利用第一过滤网20对小煤块进行过滤，利用气体上升的特征通过第二出气口24使瓦斯气体进入瓦斯抽放管内，瓦斯抽放管与负压系统连接。
32.第一分离箱19的下端设置有第二出水口25，通过第二出水口25利用第二输水管26与过滤箱27连接，过滤箱27内设置有用于过滤煤渣或煤粉的第二过滤网29，第二过滤网29的网格密度大于第一过滤网20的网格密度，因为第一过滤网20过滤的只是煤块，对于煤粉过滤不掉，利用第二过滤网29对第一分离箱19内的过滤水进一步进行过滤，得到能够使用的水，过滤箱27侧壁底端处于第二过滤网29下方的位置处设置有第三出水口30，过滤后的水通过第三出水口30利用第一循环管38输送至第一喷水口21，以达到循环利用的目的，节约资源。
33.第二分离机构包括第二分离箱32，第二分离箱32内设置有用于过滤气体中煤粉的第二喷水口33，第二喷水口33处也设置有多个喷嘴，能够对瓦斯中的煤粉粉尘进行过滤，过滤后的气体通过第三出气口35到达瓦斯抽放管内。
34.处于第二喷水口33下方的位置处设置有用于过滤水中煤粉的第三过滤网34，过滤过的水通过排水口36利用第三输水管37输送到过滤箱27，由排水箱进一步进行过滤，过滤箱27内的水通过第四出水口31利用第二循环管39输送至第二喷水口33，以达到循环利用的目的，节约资源，第一喷水口21与第二喷水口33还可与自来水连接，过滤箱27内有水的情况下，优先使用过滤箱27内的水，过滤箱27内没有水的情况下，使用自来水。
35.一种煤矿控水防喷一体化装置的制作使用方法，包括以下步骤：s1：利用直径不同的圆筒制作内套筒2、外套筒1和固定基座8，内套筒2的尺寸小于外套筒1的尺寸，固定基座8的尺寸小于内套筒2的尺寸，制作好的内套筒2能够套设在外套筒1内部，且内套筒2与外套筒1之间能够相对滑动，固定基座8能够套设在内套筒2内部；s2：在固定基座8的下端面上设置y型密封套7，y型密封套7的上端与固定基座8的下端连接，使固定基座8的侧壁正好能够紧紧包裹在y型密封套7上端的凹槽内，防止y型密
封套7掉离固定基座8，在外套筒1的侧壁上设置第一出水口9、第一出煤口10和第一出气口11；第一出水口9设置在外套筒1上靠近套管4的位置，且开口向下的，第一出煤口10与第一出水口9并排设置，且设置在外套筒1上靠近内套筒2下端面的一侧，出口向下，第一出气口11设置在第一出水口9和第一出煤口10的相对侧，且开口向上。
36.第一出水口9通过第一输水管12与第一分离机构连接，第一出煤口10通过输煤管13与第一分离机构连接，第一出气口11通过输气管14与第二分离机构连接。
37.第一出水口9、第一出煤口10和第一出气口11上均设置有单向阀，防止发生倒灌的情况，第一出水口9上还设置有控制水流量的第一开关阀，第一出煤口10上设置有控制出煤量的第二开关阀，第一出气口11上设置有控制气体流量的第三开关阀。
38.s3：在内套筒2上设置条形槽16，在外套筒1上设置有第一螺纹孔15，在固定基座8上设置第二螺纹孔17，将带有密封套7的固定基座8设置在内套筒2内，随后将内套筒2设置在外套筒1内，将第一螺纹孔15、条形槽16和第二螺纹孔17从外到内依次对齐，对齐后，利用长杆螺栓18将外套筒1、内套筒2和固定基座8连接起来；s4：在外套筒1的上端面上利用第一法兰3连接密封盖6，密封盖6中心设置有轴承，钻杆40能够穿过轴承并在轴承内转动；s5：钻孔定位：利用测量仪找到所需钻孔的方位，并标记需要钻孔的位置；s6：钻孔：先利用钻杆40进行初步开孔，然后再利用其他钻杆40进行扩孔，扩孔后将防护钻孔用的套管4设置在钻孔内；进行初步开孔的钻杆40的钻头尺寸小于进行扩孔的钻杆40的钻头尺寸。
39.s7：将连接好的外套筒1、内套筒2、固定基座8和密封盖6放在套管4外，将外套筒1的下端面利用第二法兰5与套管4连接；s8：利用输煤管13连接第一出煤口10和第一分离机构；利用第一输水管12连接第一出水口9和第一分离机构；利用输气管14连接第一出气口11和第二分离机构；s9：将钻杆40穿过轴承、外套筒1、内套筒2和固定基座8后伸入套管4内部进行旋转钻孔；s10：利用第一分离机构对钻孔时出来的煤块和水进行分离；利用第二分离机构对钻孔时出来的瓦斯气进行分离。
40.外套筒1、内套筒2和固定基座8均采用钢制材料制成。
41.钻杆的直径为73mm，正常钻进使用的钻头为94mm，扩孔时，使用钻头为133mm，使用的套管内径为108mm；外套筒的内径为108mm，内套筒的外径为107mm，内套筒的内径最宽处为100mm，最窄处为85mm,固定基座的内径为80mm，外径为90mm。
42.使用的时候，根据钻孔的位置放置套管4，将套管4安装在钻孔内，利用第一法兰3将组装好的外套筒1连接在套管4上，钻杆40穿过轴承，外套筒1、固定基座8和内套筒2后进入套管4内进行继续钻孔，如果钻杆40在钻的过程中遇到含水量大的煤层或者导通底板含水层，大量的水或者煤浆或者瓦斯会从钻孔内涌出，此时，套管4内压力过大，内套筒2会在压力的作用下向上运动，此时，长杆螺栓18在条形槽16内向下运动，固定基座8不动，在内套筒2上升的过程中，密封套7会与内套筒2的侧壁发生接触，并在内套筒2侧壁的挤压作用下抱紧钻杆40，形成自动密封的效果，密封后，钻孔内如果是水或煤浆，打开出水口上的第一
开关阀和第一出煤口10上的第二开关阀，将水或煤浆通过第一输水管12和输煤管13通入第一分离箱19内进行分离，如果是干煤块，打开第一出煤口10上的第二开关阀，将干煤块通过输煤管13通入第一分离箱19内进行分离，并要打开第一喷水口21进行喷水，且不论是水或者煤浆或者瓦斯，第一出气口11上的第三开关阀均打开，防止水或者煤里夹带瓦斯，经瓦斯通过输气管14通入第二分离箱32进行分离，且第二分离箱32内设置有第二喷水口33，防止煤粉随瓦斯气体飞走，且不论是第一分离箱19或者是第二分离箱32内的过滤后的水，均需要通过过滤箱27进行进一步的煤粉过滤，过滤后的水还能用于第一喷水口21和第二喷水口33，循环利用，节约资源。
43.实施例2：与实施例1不同的地方在于：在外套筒1内壁与内套筒2不接触的位置放置压力表，压力表上连接有无线发送器，通过无线发送器将压力表上的数据穿到地面，能够清楚的知道外套筒1内的压力，以方便工作人员早作准备。
44.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。