一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构及设计方法技术

一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构及设计方法，包括竖向设置的筛管，筛管长度为3000mm，筛管外径为59mm，筛管内径为51mm，筛管上端口设有堵板，筛管下端口与瓦斯抽采管连接，筛管上均匀开设有若干个筛孔，每个筛孔外部或内部均设置有防堵孔结构。本发明专利技术按照《煤矿安全规程》相关技术标准和要求，原理科学，结构简单，较好地解决了冲孔后煤水堵塞筛孔、堵塞抽采管路、抽采阻力大抽采效果差等问题，能够保证瓦斯抽采系统畅通。

【技术实现步骤摘要】
一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构及设计方法
本专利技术属于瓦斯抽采
，具体涉及一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构及设计方法。
技术介绍
我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一，瓦斯治理一直是困扰突出矿井安全生产与产能提高的难题，利用钻孔预抽煤层瓦斯是防治瓦斯事故常用有效措施。目前，部分突出矿井为提高抽采效果在施工抽采钻孔基础上通过水力冲孔扩大煤层卸压范围，提高卸压范围内煤层透气性，有效降低煤层瓦斯压力和含量，实现防治煤与瓦斯突出目的。由于突出煤层绝大多数为松软破碎的严重破坏煤体，进行了中高压水力冲孔包括水力排粉钻进钻孔，高压水沿煤层孔裂隙楔入煤体中，与冲孔后煤层大范围卸压沟通煤层以及煤层顶底板的原始含水量，在封孔抽采后共同或单独引发破碎煤体片帮，形成煤泥水堆积在抽采钻孔下部的抽采钻孔中，影响抽采管路瓦斯流动通道，抽采瓦斯量上下剧烈波动，甚至完全堵塞抽采管路，造成抽采钻孔报废。为保证中高压水力冲孔与水力排粉钻孔抽采管路畅通，煤矿工程技术人员与科研院校研究人员实施了下筛管防止冲孔煤水堵塞抽采瓦斯技术。现场实测数据表明，下筛管进行瓦斯抽采时平均瓦斯浓度要比不下筛管抽放时高20%以上，而且下筛管的钻孔深度越长，钻孔预抽达标时间越短。由此可见下筛管进行瓦斯抽采能够达到很好防治瓦斯效果。但是，由于矿井地质构造复杂，突出煤层孔壁煤体稳定性差，孔壁易垮塌，如果使用目前使用的一般筛管，仍有细小煤颗粒、煤泥以及煤水通过管道筛孔进入到瓦斯管道内，对抽采系统造成堵塞损坏，影响抽采效果，对煤矿安全生产产生一定影响。目前使用的瓦斯抽采筛管由于设计筛孔开口方向和筛孔总数、总面积时没有充分考虑钻孔瓦斯流动特征和瓦斯抽采流量，可能出现以下情况：（1）细小的煤炭颗粒、煤水和煤泥容易堵塞筛孔，通过筛孔进入抽采管路内，堵塞抽采管路增大抽采阻力，损坏抽采系统，影响抽采效果。（2）冲孔半径大影响范围大，卸压煤量多，钻孔抽采初期瓦斯涌出量大，筛管内瓦斯流速远高于经济流速，增大抽采阻力，不能满足抽放需求。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、结构简单、提高瓦斯抽采效果的防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构及设计方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，包括竖向设置的筛管，筛管长度为3000mm，筛管外径为59mm，筛管内径为51mm，筛管上端口设有堵板，筛管下端口与瓦斯抽采管连接，筛管上均匀开设有若干个筛孔，每个筛孔外部或内部均设置有防堵孔结构。筛孔外部的防堵孔结构为凸出于筛管外圆的防堵帽，防堵帽为空心六面体结构，筛孔的中心线沿筛管的径向方向设置，防堵帽的内侧固定连接有外螺纹套，外螺纹套伸入并螺纹连接在筛孔内，外螺纹套外套设有橡胶圈，防堵帽的内侧通过橡胶圈压紧筛管外圆，防堵帽的内侧开设有与外螺纹套内部连通的通孔，防堵帽的下侧面开设有敞口的进气孔。筛孔的孔径和外螺纹套的外径均为13mm，沿筛管长度方向相邻两个筛孔之间的距离为200mm,外螺纹套和通孔的内径均为10mm，进气孔的边缘形状为等腰梯形，等腰梯形上底、下底和高分别为12mm、15mm和6mm。筛孔内部的防堵孔结构为倾斜结构，即筛孔的中心线与筛管中心线的夹角为锐角，筛孔内端口的最下侧高于或等于筛孔外端口的最上侧。筛管壁厚L1为4mm，筛孔外端口沿筛管长度方向的尺寸d1为10mm，筛孔内端口的最下侧与筛孔外端口的最下侧之间沿筛管长度方向的距离L2为11.2mm，筛孔的中心线与筛管中心线的夹角为等于20°。一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的设计方法，包括以下步骤：（1）实测煤矿井下钻场前期钻孔瓦斯涌出量，绘制钻场前期钻孔瓦斯涌出量衰减图；根据抽采钻孔煤层瓦斯流动理论，钻孔瓦斯涌出量随着时间的推移呈衰减趋势，钻场前期钻孔瓦斯涌出量衰减图中表征钻孔自然瓦斯涌出特征参数有2个:钻孔初始自然瓦斯流量q0和钻孔自然瓦斯流量衰减系数α，通过q0和α值可以通过测定不同时间钻孔自然瓦斯涌出量，按下式回归分析求得：式中:qt—时间为t时的钻孔自然瓦斯流量，m3/min;q0—时间t=0时的钻孔初始自然瓦斯流量，m3/min;α—钻孔自然瓦斯流量衰减系数，d－1t—钻孔自排瓦斯时间，d；e—自然底数；在钻孔刚揭露煤层时钻孔初始自然瓦斯流量q0为钻孔内最大瓦斯涌出量，受煤层瓦斯赋存与涌出非均衡性影响，钻孔垮孔影响瓦斯涌出具有波动性，有时瓦斯涌出会突然变大。（2）设计筛管的筛孔时瓦斯涌出量取初始瓦斯涌出量q0的2倍作为富余系数；同时考虑管道内流体流动阻力与管道周长呈正比，筛孔增多筛孔周长相应增大，以及气体流动局部阻力特征，为防止瓦斯流入筛孔时局部阻力变大，设计筛孔的总面积S筛孔等于筛管的横截面积S横截的2倍，筛管内瓦斯流速V满足经济流速；（3）根据上述要求并结合步骤（1）中测出的现场数据，设计针对该煤矿井下钻场冲孔的设计筛孔的总面积S筛孔等于筛管的横截面积S横截的2倍；（4）计算得出筛孔的半径和筛管上筛孔的数量；（5）在筛管上沿径向方向钻筛孔，同时制作防堵帽和外螺纹套；（6）将橡胶圈套到外螺纹套上，手持防堵帽将外螺纹套拧入筛孔中，拧紧后使进气孔朝下，这样可使煤水、煤泥通过筛孔时在重力的作用而无法进入筛管内，瓦斯在抽采负压作用下被抽入筛管内。一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的设计方法，包括以下步骤：（1）实测煤矿井下钻场前期钻孔瓦斯涌出量，绘制钻场前期钻孔瓦斯涌出量衰减图；根据抽采钻孔煤层瓦斯流动理论，钻孔瓦斯涌出量随着时间的推移呈衰减趋势，钻场前期钻孔瓦斯涌出量衰减图中表征钻孔自然瓦斯涌出特征参数有2个:钻孔初始自然瓦斯流量q0和钻孔自然瓦斯流量衰减系数α，通过q0和α值可以通过测定不同时间钻孔自然瓦斯涌出量，按下式回归分析求得：式中:qt—时间为t时的钻孔自然瓦斯流量，m3/min;q0—时间t=0时的钻孔初始自然瓦斯流量，m3/min;α—钻孔自然瓦斯流量衰减系数，d－1t—钻孔自排瓦斯时间，d；e—自然底数；在钻孔刚揭露煤层时钻孔初始自然瓦斯流量q0为钻孔内最大瓦斯涌出量，受煤层瓦斯赋存与涌出非均衡性影响，钻孔垮孔影响瓦斯涌出具有波动性，有时瓦斯涌出会突然变大。（2）设计筛管的筛孔时瓦斯涌出量取初始瓦斯涌出量q0的2倍作为富余系数；同时考虑管道内流体流动阻力与管道周长呈正比，筛孔增多筛孔周长相应增大，以及气体流动局部阻力特征，为防止瓦斯流入筛孔时局部阻力变大，设计筛孔的总面积S筛孔等于筛管的横截面积S横截的2倍，筛管内瓦斯流速V满足经济流速；（3）根据上述要求并结合步骤（1）中测出的现场数据，设计针对该煤矿井下钻场冲孔的设计筛孔的总面积S筛孔等于筛管的横截面积S横截的2倍；（4）计算得出筛孔的半径和筛管上筛孔的数量；（5）在保证筛孔内端口的最下侧高于筛孔外端口的最上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，其特征在于：包括竖向设置的筛管，筛管长度为3000mm，筛管外径为59mm，筛管内径为51mm，筛管上端口设有堵板，筛管下端口与瓦斯抽采管连接，筛管上均匀开设有若干个筛孔，每个筛孔外部或内部均设置有防堵孔结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，其特征在于：包括竖向设置的筛管，筛管长度为3000mm，筛管外径为59mm，筛管内径为51mm，筛管上端口设有堵板，筛管下端口与瓦斯抽采管连接，筛管上均匀开设有若干个筛孔，每个筛孔外部或内部均设置有防堵孔结构。


2.根据权利要求1所述的一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，其特征在于：筛孔外部的防堵孔结构为凸出于筛管外圆的防堵帽，防堵帽为空心六面体结构，筛孔的中心线沿筛管的径向方向设置，防堵帽的内侧固定连接有外螺纹套，外螺纹套伸入并螺纹连接在筛孔内，外螺纹套外套设有橡胶圈，防堵帽的内侧通过橡胶圈压紧筛管外圆，防堵帽的内侧开设有与外螺纹套内部连通的通孔，防堵帽的下侧面开设有敞口的进气孔。


3.根据权利要求2所述的一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，其特征在于：筛孔的孔径和外螺纹套的外径均为13mm，沿筛管长度方向相邻两个筛孔之间的距离为200mm,外螺纹套和通孔的内径均为10mm，进气孔的边缘形状为等腰梯形，等腰梯形上底、下底和高分别为12mm、15mm和6mm。


4.根据权利要求1所述的一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，其特征在于：筛孔内部的防堵孔结构为倾斜结构，即筛孔的中心线与筛管中心线的夹角为锐角，筛孔内端口的最下侧高于或等于筛孔外端口的最上侧。


5.根据权利要求4所述的一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的结构，其特征在于：筛管壁厚L1为4mm，筛孔外端口沿筛管长度方向的尺寸d1为10mm，筛孔内端口的最下侧与筛孔外端口的最下侧之间沿筛管长度方向的距离L2为11.2mm，筛孔的中心线与筛管中心线的夹角为等于20°。


6.根据权利要求3所述的一种防止冲孔煤水堵塞瓦斯抽采筛管的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）实测煤矿井下钻场前期钻孔瓦斯涌出量，绘制钻场前期钻孔瓦斯涌出量衰减图；
根据抽采钻孔煤层瓦斯流动理论，钻孔瓦斯涌出量随着时间的推移呈衰减趋势，钻场前期钻孔瓦斯涌出量衰减图中表征钻孔自然瓦斯涌出特征参数有2个:钻孔初始自然瓦斯流量q0和钻孔自然瓦斯流量衰减系数α，通过q0和α值可以通过测定不同时间钻孔自然瓦斯涌出量，按下式回归分析求得：



式中:qt—时间为t时的钻孔自然瓦斯流量，m3/min;
q0—时间t=0时的钻孔初始自然瓦斯流量，m3/min;
α—钻孔自然瓦斯流量衰减系数，d－1
t—钻孔自排瓦斯时间，d；
e—自然底数；
在钻孔刚揭露煤层时钻孔初始自然瓦斯流量q0为钻孔内最大瓦斯涌出量，受煤层瓦斯赋存与涌出非均衡性影响，钻孔垮孔影响瓦斯涌出具有波动性...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明杰，闫江伟，贾天让，田加加，张洪雨，王永法，张永明，刘宽小，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41