一种用于煤矿自动控制防喷孔临时封孔器的制作方法

1.本发明涉及煤矿井下抽采防喷孔装置，更具体的说，涉及一种用于煤矿自动控制防喷孔临时封孔器。


背景技术：

2.煤矿生产企业在抽采作业时，抽采作业煤层瓦斯含量高且回采工作面产量高。为保证矿井安全生产，煤矿井下均采取本煤层、穿层钻孔等抽采方法治理瓦斯。但在钻孔施工过程中由于地应力变化、存在构造或瓦斯异常区等原因造成钻孔内压力增大、瓦斯浓度升高，发生喷孔等现象，并由此引起钻孔施工区域瓦斯超限等事故，威胁矿井及工人安全。同时，随着抽采作业煤层资源不断枯竭，开采水平不断向下延伸，主采煤层将逐步向下煤层转变，瓦斯压力、瓦斯含量逐渐增大，钻孔施工期间喷孔现象日益加重。而传统的防喷孔装置主要通过放置在孔口的三通及气水渣分离装置组成，该装置与孔壁、钻杆接触不严，大量的瓦斯气体通过缝隙进入钻孔施工区域造成瓦斯超限事故；而且为保证防喷效果必须保证足够抽采负压和抽采流量，造成抽采负压浪费。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤矿自动控制防喷孔临时封孔器，该发明主要用于井下抽采钻孔施工期间防止钻孔内瓦斯喷出，解决本煤层及穿层钻孔施工期间由于地应力变化、存在构造或瓦斯异常区等原因发生的喷孔问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
5.一种用于煤矿自动控制防喷孔临时封孔器，临时封孔器包括囊袋和金属骨架，囊袋套在钻杆的杆体上，囊袋的袋体设置若干袖套，金属骨架通过袖套与囊袋连接；囊袋两端分别设置一个防止囊袋旋转的调心球轴承，囊袋一端设置进气口和排气口，进气口和排气口置于钻孔的孔口处，进气口通过高压软管连接自动充气装置，排气口设置第一压力传感器和排气控制电磁阀。
6.进一步，囊袋的长度不小于1m，囊袋的袋体表面设置均匀分布的防护凸起，防护凸起的间距为2mm，防护凸起的高度为2-5mm。
7.进一步，第一压力传感器的信号输出端连接控制器的第一信号输入端，排气控制电磁阀的控制端连接控制器的第一信号输出端。
8.进一步，自动充气装置包括高压气瓶罐和充气泵，高压气瓶罐的罐口设置第二压力传感器和高压气瓶罐电磁阀，高压气瓶罐和充气泵的连接管路上设置压力表。
9.进一步，第二压力传感器的信号输出端连接控制器的第二信号输入端，高压气瓶罐电磁阀的控制端连接控制器的第二信号输出端。
10.进一步，充气泵设置充气泵电磁阀，充气泵电磁阀的控制端连接控制器的第三信号输出端。
11.进一步，袖套的数量范围为9～12个。
12.进一步，金属骨架的直径至少4mm，金属骨架长度与囊袋相匹配。
13.本发明自动控制防喷孔临时封孔器由临时封孔器及自动充气装置组合而成，其中临时封孔器由两个调心球轴承、主体囊袋、金属骨架、进气管、自动放气装置等组合而成；自动充气装置由充气泵、高压气瓶罐、高压软管、压力表、电磁阀、压力传感器等组合而成。钻孔孔口段扩孔封孔后，重新更换钻具准备钻进前，将自动控制防喷孔临时封孔器由孔口顺钻杆安装在孔口段钻孔内钻杆上，当接收到控制指令后，高压气瓶罐电磁阀打开，高压空气通过进气管进入封孔器内，封孔器在高压作用下充气与孔壁、钻杆紧密接触而起到密封效果。
14.综上所述，发明具有以下有益效果：
15.本发明的囊袋套在钻杆上，利用金属骨架支撑袋体以保证囊袋受力均匀，增加囊袋的抗压强度，囊袋两端的调心球轴承防止囊袋受钻杆旋转运动产生打结，本发明通过调心球轴承自主旋转释放径向摩擦力；本发明的各个功能电磁阀通过控制器接收的传感器信号实现充放气自动控制，在钻孔发生喷孔时，囊袋自动膨胀封堵钻孔，防止瓦斯超限事故的发生，提高生产的安全性。
附图说明
16.图1为本发明的囊袋袋体结构图；
17.图2为本发明的囊袋袋口结构图；
18.图3为本发明的自动充气装置结构示意图；
19.图4为本发明的囊袋膨胀前的结构示意图；
20.图5为本发明的囊袋膨胀后示意图。
21.图中：1-防护凸起；2-囊袋；3-金属骨架；4-进气口；5-调心球轴承；6-排气口；7-第一压力传感器；8-排气控制电磁阀；9-球阀；10-压力表；11-第二压力传感器；12-高压气瓶罐电磁阀；13-高压软管；14-充气泵电磁阀；15-充气泵；16-吸气口；17-高压气瓶罐；18-钻杆。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
23.如图1～5所示，本发明公开了一种用于煤矿自动控制防喷孔临时封孔器，打钻期间自动膨胀密封钻孔防止喷孔，所述临时封孔器包括囊袋2和金属骨架3，囊袋2套在钻杆18的杆体上，囊袋2的长度不小于1m，为满足本发明使用过程中不会被孔口巷帮上支护材料、孔内煤块及岩块等划伤，提高其重复使用率目的，囊袋2的袋体表面设置均匀分布的防护凸起1，如图1所示，囊袋2与孔口、钻杆18接触的表面均有防护凸起1，囊袋2和防护凸起1可采用高弹性的高分子化合物，减少囊袋2反复使用造成的破损，防护凸起1的间距为2mm，防护凸起1的高度为2-5mm，在实际使用时根据钻孔孔径进行调整；囊袋2的袋体设置若干袖套，囊袋2为一个整体，抽采管直接穿过囊袋2后在囊袋两端固定即可，袖套的数量范围为9-12个，金属骨架3通过袖套与囊袋2连接，为确保囊袋2受力均匀并具有一定的抗压强度，金属骨架3的直径至少4mm，金属骨架3长度与囊袋2相匹配，金属骨架3采用高强度合金钢材料制作，在图1所示实施例中，套袖和金属骨架3为12个，；囊袋2两端分别设置一个防止囊袋2旋
转的调心球轴承5，调心球轴承5与囊袋2焊接固定，防止封孔器主体囊袋受钻杆旋转扰动而打结，本发明利用调心球轴承5自主旋转释放径向摩擦力，调心球轴承可以自由旋转，主要作用是释放囊袋2受钻杆摩擦的旋转扭应力，防止囊袋旋转后扭转变形，造成喷孔时囊袋充气膨胀受影响不能与钻孔壁充分接触，囊袋2一端设置进气口4和排气口6，进气口4和排气口6置于钻孔的孔口处，进气口4通过高压软管13连接自动充气装置，自动充气装置包括高压气瓶罐17和充气泵15，高压气瓶罐17的罐口设置第二压力传感器11和高压气瓶罐电磁阀12，第二压力传感器11的信号输出端连接控制器的第二信号输入端，高压气瓶罐电磁阀12的控制端连接控制器的第二信号输出端，高压气瓶罐17和充气泵15的连接管路上设置压力表10，压力表10的作用是方便工人平时检修，充气泵15设置充气泵电磁阀14，充气泵电磁阀14的控制端连接控制器的第三信号输出端；排气口6设置第一压力传感器7和排气控制电磁阀8，第一压力传感器7的信号输出端连接控制器的第一信号输入端，排气控制电磁阀8的控制端连接控制器的第一信号输出端。
24.本发明在使用时，将囊袋2沿钻杆18轴线方向套在孔口处的钻杆18上，同时将进气口4与充气装置通过高压软管13用变径接头连接牢固，传感器的信号输出端和各个功能电磁阀的控制端连接在控制器上，高压气瓶罐17的球阀9保持开启状态，第二压力传感器11监测高压气瓶罐1内的压力，当压力小于设定值时第二压力传感器11发出充气信号至控制器，控制器发出开关信号启动充气泵电磁阀14，充气泵15开启向高压气瓶罐1充气；当压力大于设定值时，第二压力传感器11发出停止充气信号至控制器，控制器关闭充气泵电磁阀14，充气泵15停机；钻孔施工过程中出现喷孔等现象造成孔内压力增大、浓度升高时，孔内设置的压力传感器和瓦斯浓度传感器采集孔内压力、浓度数据，当孔内压力或瓦斯浓度大于设定值时发送反馈信号至控制器，控制器触发报警，同时开启闭锁装置，关闭钻机和泥浆泵，开启自动充气装置，高压气瓶罐17打开，通过高压软,13向囊袋2内充气，封堵钻孔；当囊袋2内压力大于设定值时，第一压力传感器7发送信号至控制器，控制器关闭高压气瓶罐电磁阀12，控制器关闭报警；当钻孔内压力或瓦斯浓度小于设定值时，控制器接收钻孔孔内压力传感器和瓦斯浓度传感器的信号，开启排气控制电磁阀8，囊袋2内的气体从排气口6排出，囊袋2内的压力为0时，第一压力传感器发送信号至控制器，控制器关闭排气控制电磁阀8，控制器关闭闭锁装置，人工启动钻机和泥浆泵，继续施工。
25.本发明的各个功能电磁阀通过控制器接收的传感器信号实现充放气自动控制，在钻孔发生喷孔时，囊袋自动膨胀封堵钻孔，防止瓦斯超限事故的发生，提高生产的安全性。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。