一种新型煤矿井下打钻防喷装置的制作方法

1.本发明涉及煤层瓦斯治理装备技术领域，具体涉及一种新型煤矿井下打钻防喷装置。


背景技术：

2.突出矿井在实施钻孔治理瓦斯时，“喷孔”是制约瓦斯抽采钻孔安全高效施工的难题之一，并且瓦斯喷孔存在强度大、涌出量较大、喷孔时机不可控等特点，喷出的高浓度瓦斯和煤（岩）粉不仅仅影响作业人员身体健康，还容易造成钻场或巷道内瓦斯超限，影响作业环境安全和施工效率。
3.因此，煤矿井下在钻探过程中采用在钻孔处增加防喷装置进行防喷孔保护。但是由于各个矿井煤层赋存情况、开采条件存在一定差别，对钻孔施工影响较大的因素，如巷道规格尺寸、底板坡度和起伏状态、巷道内管线等设施的布置以及钻机型号结构等也存在一定区别，各个矿井在用的防喷装置样式、尺寸、安装方式也各有特点、不尽相同。
4.目前常用的防喷装置大多为钢制结构，且体积大，虽然能有效的收集打钻期间喷出的煤粉和瓦斯，但是存在防喷罩体积大、重量大，采用人力安装时间长，拆卸麻烦，使用效率低等问题。部分防喷装置密封性差，造成钻孔内瓦斯从装置内外溢出，根本不能起到防喷作用，受钻孔瓦斯喷孔突发性以及喷孔强度的随机性影响，采取人工停钻、二次防护往往具有明显的滞后效应，这样就会增大现场施工人员作业的安全风险，造成矿井出现重大隐患。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决上述问题，提供一种使煤层内的瓦斯以及煤水渣通过封孔管进入防喷箱体，瓦斯气体通过抽采管进入井下负压抽采管路，煤水渣混合物则通过排渣管进入后续煤水渣分离装置的新型煤矿井下打钻防喷装置。
6.为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种新型煤矿井下打钻防喷装置，包括安装在钻机夹持器导轨上的固定支架、安装在固定支架上的防喷收集装置、安装在防喷收集装置前端的钻杆密封装置、以及安装在防喷收集装置后端的钻孔密封装置，所述的防喷收集装置与钻机夹持器同轴心。
7.所述的固定支架包括对称设置的两个导向柱、每个导向柱上垂直向上安装的两个可调立柱、横向设置在同一根导向柱上的两个可调立柱之间的水平导杆、通过两个套杆一可转动的安装在一根水平导杆上的下卡套、以及通过两个套杆二可转动的安装在另一根水平导杆上的上卡套，所述的下卡套和所述的上卡套为半圆柱空腔结构，所述的下卡套和所述的上卡套的末端留有凸台和上下对称开设有u型槽，所述的下卡套和上卡套内部安装有同尺寸的垫片，所述的导向柱的两端均设置有与钻机夹持器导轨上的定位套相配合的安装轴，所述的下卡套和上卡套之间匹配设置有固定锁扣，所述的可调立柱通过紧定螺钉调整高低位置。
8.所述的两个套杆一之间的间距小于所述的两个套杆二之间的间距。
9.所述的防喷收集装置包括设置在下卡套和上卡套之间的防喷箱体、对称设置在防喷箱体两侧的抽采管和排渣管、通过封孔管法兰与防喷箱体的前端固定连接的封孔管、通过挡板法兰防喷箱体的末端密封固定连接的挡板，所述的抽采管内部设置有滤网。
10.所述的钻杆密封装置包括耐磨橡胶和密封垫片，所述的钻杆密封装置采用“1 2 1 2”结构，所述的耐磨橡胶为空腔半圆柱结构，两个耐磨橡胶为一组，其内径尺寸与钻杆外径一致，所述的密封垫片为圆盘结构，中心孔直径小于钻杆外径尺寸，沿中心孔径向加工有微槽，微槽的槽底所在直径大于钻杆外径尺寸，使用时两个密封垫片错位安装。
11.所述的钻孔密封装置包括孔内密封和孔口密封，所述的孔内密封为沿轴向阵列分布设置在封孔管外侧的橡胶齿，所述的孔内密封的整体外形结构为圆锥形，所述的孔内密封沿轴向分布的橡胶齿外径尺寸不断增大，所述的橡胶齿的最小尺寸介于封孔管的外径与钻孔内径之间，最大尺寸大于钻孔内径，所述的孔口密封的整体结构为“喇叭”型，并且可沿轴向压缩，所述的孔口密封的小径端通过孔口密封法兰与防喷箱体密封连接。
12.一种新型煤矿井下打钻防喷装置的施工流程，包括以下步骤：1）首先在施工地点施工设计长度岩孔，然后将固定支架安装在钻机导轨上，然后将安装好的防喷收集装置放置在下卡套和上卡套之间，通过固定锁扣卡紧固定；2）接着通过调节紧定螺钉，使四个可调立柱保持同一高度，保证防喷收集装置与钻机夹持器同轴心3）将钻杆依次穿过钻机夹持器、钻杆密封装置、防喷箱体、封孔管，然后安装挡板固定末端；4）通过调整钻机方位角，借助导轨油缸的伸缩将封孔管送入原施工钻孔，并将孔口密封橡胶挤压与孔壁贴合密封，实现孔内外双密封；5）将箱体抽采管与井下抽采管路相连接，排渣管与后续煤水渣分离装置相连接，在打钻施工过程中，排出的气煤水渣通过封孔管进入防喷箱体，实现分离，保证安全作业；6）安装完成后，继续进行打钻施工，煤层内的瓦斯以及煤水渣通过封孔管进入防喷箱体，瓦斯气体通过抽采管进入井下负压抽采管路，煤水渣混合物则通过排渣管进入后续煤水渣分离装置。
13.本发明的增益效果是：本发明在负压作用下将打钻所产生的大量瓦斯以及煤水渣在有限的空间内进行收集和进行气、水、渣分离，对打钻过程中每一个瓦斯逸出点都进行管控，有效防止因瓦斯聚集造成巷道内瓦斯含量超限，保证施工的环境和安全。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图2为本发明的固定支架的结构示意图。
16.图3为本发明的剖面图。
17.图4为本发明的钻杆密封装置的结构示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
19.参见图1、图2、图3和图4，图中序号：1为固定支架、2为防喷收集装置、3为钻杆密封装置一、4为钻孔密封装置、11为导向杆、12为可调立柱、13为紧定螺钉、14为水平导杆、15为下卡套、16为上卡套、17为卡套垫片、151为套杆一、161为套杆二、19为固定锁扣、21为封孔管、22为垫片、23为防喷箱体、24为挡板垫片、25为挡板、31为耐磨橡胶、32为密封垫片、41为孔内密封、42为孔口密封、111为安装轴、231为封孔管法兰、232为孔口密封法兰、233为挡板法兰、234为抽采管、235为滤网和236为排渣管。
20.本发明一种新型煤矿井下打钻防喷装置，包括安装在钻机夹持器导轨上的固定支架1、安装在固定支架1上的防喷收集装置2、安装在防喷收集装置2前端的钻杆密封装置3、以及安装在防喷收集装置2后端的钻孔密封装置4，所述的防喷收集装置2与钻机夹持器同轴心。
21.所述的固定支架1包括对称设置的两个导向柱11、每个导向柱11上垂直向上安装的两个可调立柱12、横向设置在同一根导向柱11上的两个可调立柱12之间的水平导杆14、通过两个套杆一151可转动的安装在一根水平导杆14上的下卡套15、以及通过两个套杆二161可转动的安装在另一根水平导杆14上的上卡套16，所述的下卡套15和所述的上卡套16为半圆柱空腔结构，所述的下卡套15和所述的上卡套16的末端留有凸台和上下对称开设有u型槽，所述的下卡套15和上卡套16内部安装有同尺寸的垫片17，所述的导向柱11的两端均设置有与钻机夹持器导轨上的定位套相配合的安装轴111，所述的下卡套15和上卡套16之间匹配设置有固定锁扣19，所述的可调立柱12通过紧定螺钉13调整高低位置。
22.所述的两个套杆一151之间的间距小于所述的两个套杆二161之间的间距。
23.所述的防喷收集装置2包括设置在下卡套15和上卡套16之间的防喷箱体23、对称设置在防喷箱体23两侧的抽采管234和排渣管236、通过封孔管法兰231与防喷箱体23的前端固定连接的封孔管21、通过挡板法兰233与防喷箱体23的末端密封固定连接的挡板25，所述的抽采管234内部设置有滤网235。
24.所述的钻杆密封装置3包括耐磨橡胶31和密封垫片32，所述的钻杆密封装置采用“1个密封垫片32 2个耐磨橡胶31 1个密封垫片32 2个耐磨橡胶31”结构，所述的耐磨橡胶31为空腔半圆柱结构，两个耐磨橡胶31为一组，其内径尺寸与钻杆外径一致，所述的密封垫片32为圆盘结构，中心孔直径小于钻杆外径尺寸，沿中心孔径向加工有微槽，微槽的槽底所在直径大于钻杆外径尺寸，使用时两个密封垫片32错位安装。
25.所述的钻孔密封装置4包括孔内密封41和孔口密封42，所述的孔内密封41为沿轴向阵列分布设置在封孔管外侧的橡胶齿，所述的孔内密封41的整体外形结构为圆锥形，所述的孔内密封41沿轴向分布的橡胶齿外径尺寸不断增大，所述的橡胶齿的最小尺寸介于封孔管的外径与钻孔内径之间，最大尺寸大于钻孔内径，所述的孔口密封42的整体结构为“喇叭”型，并且可沿轴向压缩，所述的孔口密封42的小径端通过孔口密封法兰与防喷箱体密封连接。
26.本发明整套装置采用分体组合形式，各部分通过卡箍、螺栓、插接等方式连接，组装、拆卸、更换、维修方便，导向杆11两端对称分布有安装轴111，与钻机夹持器导轨上的定位套相配合，用于整个装置的定位，采用对称结构，使用时无需区分前后左右，安装更加方便快捷，效率更高。防喷装置使用时必须保证装置与钻机夹持器同轴心，可将四个可调立柱12调节至同一高度来实现，通过调节高度，可以使装置适用于不同型号钻机，适用范围更
广，所述的下卡套15和所述的上卡套16的末端留有凸台和上下对称开设有u型槽，并且为保证装置的轴向受力，在下卡套15和所述的上卡套16的末端采用凸台结构，为减少装置之间磨损以及减少震动，在下卡套15和所述的上卡套16与防喷箱体23之间安装有垫片17，固定支架1支撑均衡强度高、安装简单，双侧支撑，增强了装置整体的稳定性，升降灵活快捷，利用履带钻机自带推进油缸提供支撑力，操作方便。
27.防喷收集装置2的整体材质采用碳纤维材料，强度高质量小，并且阻燃抗静电，防喷箱体23整体为圆柱空腔结构，便于排渣，其上下对称分布两个管口，一个为抽采管234，另一侧为排渣管236，为防止粉尘进入抽采管路，在抽采管234内部安装有滤网235，为便于整个机构的安装使用，挡板25设计为两半圆盘结构，尺寸一致，通过挡板法兰233与防喷箱体23密封固定。
28.为加强密封效果，钻杆密封装置一3整体采用“1 2 1 2”结构，为进一步加强密封效果，使用时两密封垫片32错位安装。由于施工过程中，钻杆相对于防喷装置处于旋转运动状态，采用上述结构，能够最大限度保证密封效果。
29.孔口密封42整体结构为“喇叭”型，并且利用自身褶皱结构可沿轴向压缩，通过孔口密封法兰232与防喷箱体2密封连接，在钻机导轨油缸作用下，孔口密封42不断压缩，与巷帮或岩壁贴合，实现孔口密封。该装置采用孔内孔口双密封，可以有效减少钻孔瓦斯泄漏，配合较大的防喷箱体23，在有效增加了容纳瓦斯的能力的同时，降低了孔内瓦斯往巷道内的逸散量。
30.一种新型煤矿井下打钻防喷装置的施工流程，包括以下步骤：1）首先在施工地点施工设计长度岩孔，然后将固定支架1安装在钻机导轨上，然后将安装好的防喷收集装置2放置在下卡套15和上卡套16之间，通过固定锁扣19卡紧固定；2）接着通过调节紧定螺钉3，使四个可调立柱12保持同一高度，保证防喷收集装置2与钻机夹持器同轴心3）将钻杆依次穿过钻机夹持器、钻杆密封装置3、防喷箱体23、封孔管21，然后安装挡板固定末端；4）通过调整钻机方位角，借助导轨油缸的伸缩将封孔管送入原施工钻孔，并将孔口密封橡胶挤压与孔壁贴合密封，实现孔内外双密封；5）将箱体抽采管234与井下抽采管路相连接，排渣管236与后续煤水渣分离装置相连接，在打钻施工过程中，排出的气煤水渣通过封孔管21进入防喷箱体23，实现分离，保证安全作业；6）安装完成后，继续进行打钻施工，煤层内的瓦斯以及煤水渣通过封孔管进入防喷箱体，瓦斯气体通过抽采管进入井下负压抽采管路，煤水渣混合物则通过排渣管进入后续煤水渣分离装置；7）设备回收维护，在打钻作业完成后，退出钻具，钻孔进行封孔连抽，钻机以及防喷装置可移动到下一施工地点进行上述重复作业，在作业全部完成后，拆下防喷装置，进行清洗回收，按照要求整理存放，对于破损毁坏部分及时进行维修更换。
31.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和
改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。