一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法，在未发生喷孔现象时，负压区域与正压区域及煤渣堆积区域均处于隔绝状态，仅正压区域与煤渣堆积区域进行连通，钻孔能实现正常排渣，且瓦斯抽采总管路不对钻孔抽采瓦斯，减少低浓度的瓦斯被抽采提高抽采效率；当发生喷孔现象时，瓦斯与煤渣混相体大量涌入正压区域，此时使活动门开启，正压区域与负压区域连通，能够真正做到煤气混相涌出时的瞬间响应，瓦斯与煤渣混相体在负压区域内进行气固分离，煤渣沉降至振动平台的筛板上，并且通过折叠式伪门打开使镂空结构将负压区域与煤渣堆积区域连通；大量的游离瓦斯及解吸后瓦斯通过瓦斯抽采总管路进行负压抽采，降低了其在防喷主体内的异常积聚。内的异常积聚。内的异常积聚。

【技术实现步骤摘要】
一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法，尤其适用于深部高瓦斯煤层打钻过程中的瓦斯超限及瓦斯喷孔等的防治工作。

技术介绍

[0002]随着浅部煤层资源量逐渐减小，煤矿开采逐步向深部进军。我国深部煤层普遍具有瓦斯压力高、瓦斯含量大、孔隙率低的赋存特征，通常制约着深部煤炭资源的高效开采。为了保证煤炭资源的安全开采，一般需要向高瓦斯煤层施工大量钻孔进行瓦斯抽采，待瓦斯抽采达标之后，方可进行后续的煤巷掘进和工作面回采等工作。
[0003]目前钻孔施工地点大多在底板岩巷和顺槽位置，利用风钻或水钻对目标煤层进行打钻，若煤层内瓦斯含量较低时，钻进过程中的煤渣将会沿着钻孔反向排出；若煤层中瓦斯含量较高或煤层内含有构造带时，钻孔钻进过程中会产生大量的瓦斯
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煤渣混相体，极易引发采掘空间的瓦斯突出和瓦斯超限问题，严重制约着煤矿安全生产。鉴于此，目前煤矿大多数采用常规防喷孔装置进行预防，取得了一定的进展，但经本申请的专利技术人研究发现目前的方式还存在如下问题，1)瓦斯抽采管与三通管(即钻孔内部)始终保持贯通状态，这样在没有发生喷孔时(此时钻孔内瓦斯浓度较低，空气较多)也会持续将钻孔内的气体吸入瓦斯抽采管内，这样就会导致因吸入较多的空气降低瓦斯抽采管路的抽采效率；2)现有防喷孔装备基本为手动式阀门(因为井下所需的电气防爆等级较高，为了方便安装及使用一般不采用电气设备)，在发生喷孔时需要工人手动操作进行开闭处理，效率较低，这样就导致发生喷孔时由于无法及时打开阀门，极易造成人员伤亡；3)常规防喷孔装备在发生喷孔时，大量的煤渣与瓦斯混相体易积聚在腔体内，无法有效的实现气固两相分离(即瓦斯与煤渣的分离)，进而导致执行排渣工序中易引起瓦斯超限等事故的发生；4)防喷孔装置未考虑到细微煤尘的影响，即对喷孔发生时产生的煤尘不能进行有效收集，从而易加剧工作地点煤尘含量异常现象的发生。因此，如何提供一种系统及方法，能在未发生喷孔正常钻孔过程中，进行排渣并降低瓦斯抽采管吸入钻孔内的气体量，进而减少低浓度的瓦斯被抽采，提高抽采效率；同时在钻孔发生喷孔时，能对煤渣与瓦斯混相体进行气固分离，煤渣沉降被排出，并将分离后的瓦斯快速抽采入瓦斯抽采管中，同时能对伴随的煤尘进行收集，实现煤层钻进过程中煤渣与瓦斯的协同安全排出，降低瓦斯超限事故的发生概率，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种内嵌式智能振动防喷孔系统及方法，能在未发生喷孔正常钻孔过程中，进行排渣并降低瓦斯抽采管吸入钻孔内的气体量，进而大大减少低浓度的瓦斯被抽采，提高抽采效率；同时在钻孔发生喷孔时，能对煤渣与瓦斯混相体进行气固分离，煤渣沉降被排出，并将分离后的瓦斯快速抽采入瓦斯抽采管中，同时能对伴随的煤尘进行收集，实现煤层钻进过程中煤渣与瓦斯的协同安全排出，降低瓦斯超
限事故的发生概率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种内嵌式智能振动防喷孔系统，包括防喷主体、风流分压装置、密闭阻隔门、振动平台和煤尘收集袋；
[0006]所述防喷主体为圆柱形罐体，防喷主体上端和下端分别设有排气端口和煤渣排出端口，防喷主体两侧分别设有第一收集端口和第二收集端口；所述振动平台装在防喷主体内，将防喷主体内部分隔成第一空间和第二空间，其中第二空间为煤渣堆积区域，其与煤渣排出端口连通；所述第一空间固定有水平放置的隔板，密闭阻隔门装在第一空间内，密闭阻隔门上端与隔板密封固定、下端与振动平台的上表面接触密封、两侧分别与第一空间的防喷主体侧壁密封固定，密闭阻隔门和隔板将第一空间分隔成负压区域和正压区域，所述负压区域与排气端口和第二收集端口连通，正压区域与第一收集端口连通；煤尘收集袋与第二收集端口连接；
[0007]所述密闭阻隔门包括固定板、活动门、联动轴、机械式气压检测仪和气动转动机构，固定板中部开设通口，通口形状与活动门适配，使活动门能放置在通口内，联动轴一端与活动门固定连接、另一端穿过固定板与下方的气动转动机构的转轴同轴连接；气动转动机构工作时能通过联动轴控制活动门相对固定板转动，从而使通口由关闭状态变为开启状态；所述机械式气压检测仪装在防喷主体外表面，其检测端伸入正压区域内，用于检测及显示正压区域内的气压值；
[0008]所述振动平台包括振动主体、气动振动机构、筛板、气动推动机构和折叠式伪门，所述筛板固定在振动主体上部，振动主体上开始凹槽且筛板上开设安装口，使气动转动机构和风流分压装置通过安装口嵌入在振动主体的凹槽内；所述气动振动机构固定在振动主体上，气动振动机构工作时能带动筛板进行周期性振动；所述安装口两侧的筛板上均匀设置多个镂空结构，在安装口一侧处于负压区域下方的筛板内部设有一滑槽，折叠式伪门设置在滑槽内，且折叠式伪门在滑槽内能折叠或展开，使伪门对负压区域下方筛板上的镂空结构进行打开或封闭；所述气动推动机构装在振动主体内，气动推动机构工作时通过传动杆及传动关节与折叠式伪门连接，用于推动折叠式伪门从展开状态变为折叠状态；
[0009]所述风流分压装置的进口通过风压管与井下压风管路连通，风压管靠近井下压风管路的位置处装有手动阀门；风流分压装置的出口分别与气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构连通，风流分压装置能控制气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构处于工作或停止状态。
[0010]进一步，所述防喷主体的内径为1m～1.2m，防喷主体的高度为1.5m，其距离地面高度为0.5m，其中第一收集端口的直径为0.4m，第二收集端口的直径为0.2m，煤渣排出端口和排气端口的直径均为0.4m。采用上述这些参数能有效满足防喷主体对钻孔排渣及防喷孔的作用。
[0011]进一步，所述活动门外沿装有强型密封条，用于增加活动门与固定板之间的密封效果。这样更能使负压区域与正压区域之间隔绝，防止在活动门未打开时，正压区域内的气体从活动门与固定板之间进入负压区域。
[0012]进一步，所述振动平台的筛板倾斜设置，其与水平方向之间的夹角为15
°
，且处于正压区域下方的筛板高于处于负压区域下方的筛板。这样倾斜设置能使负压区域沉降的煤渣从其下方的振动平台筛分至煤渣堆积区域，并且振动筛分过程中解吸的瓦斯直接在负压
区域被抽采。
[0013]进一步，所述气动振动机构的振动频率为120次/分。
[0014]进一步，还包括过滤器，过滤器设置在排气端口处，用于在瓦斯抽采时对上浮煤尘与瓦斯混相体进行分离。过滤器的作用就是防止煤尘随着瓦斯被抽采至瓦斯抽采总管路内。
[0015]进一步，所述煤尘收集袋采用的是矿用透气风筒布材质。
[0016]一种内嵌式智能振动防喷孔系统的使用方法，具体步骤为：
[0017]A、先使用钻机将三通管一端按照瓦斯预抽钻孔设计的角度和方向顶入煤层中，三通管另一端和排渣端口均处于钻孔外部，在钻孔外部组装内嵌式智能振动防喷孔系统，初始时，活动门处于关闭状态，折叠式伪门处于展开状态，此时负压区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，包括防喷主体、风流分压装置、密闭阻隔门、振动平台和煤尘收集袋；所述防喷主体为圆柱形罐体，防喷主体上端和下端分别设有排气端口和煤渣排出端口，防喷主体两侧分别设有第一收集端口和第二收集端口；所述振动平台装在防喷主体内，将防喷主体内部分隔成第一空间和第二空间，其中第二空间为煤渣堆积区域，其与煤渣排出端口连通；所述第一空间固定有水平放置的隔板，密闭阻隔门装在第一空间内，密闭阻隔门上端与隔板密封固定、下端与振动平台的上表面接触密封、两侧分别与第一空间的防喷主体侧壁密封固定，密闭阻隔门和隔板将第一空间分隔成负压区域和正压区域，所述负压区域与排气端口和第二收集端口连通，正压区域与第一收集端口连通；煤尘收集袋与第二收集端口连接；所述密闭阻隔门包括固定板、活动门、联动轴、机械式气压检测仪和气动转动机构，固定板中部开设通口，通口形状与活动门适配，使活动门能放置在通口内，联动轴一端与活动门固定连接、另一端穿过固定板与下方的气动转动机构的转轴同轴连接；气动转动机构工作时能通过联动轴控制活动门相对固定板转动，从而使通口由关闭状态变为开启状态；所述机械式气压检测仪装在防喷主体外表面，其检测端伸入正压区域内，用于检测及显示正压区域内的气压值；所述振动平台包括振动主体、气动振动机构、筛板、气动推动机构和折叠式伪门，所述筛板固定在振动主体上部，振动主体上开始凹槽且筛板上开设安装口，使气动转动机构和风流分压装置通过安装口嵌入在振动主体的凹槽内；所述气动振动机构固定在振动主体上，气动振动机构工作时能带动筛板进行周期性振动；所述安装口两侧的筛板上均匀设置多个镂空结构，在安装口一侧处于负压区域下方的筛板内部设有一滑槽，折叠式伪门设置在滑槽内，且折叠式伪门在滑槽内能折叠或展开，使伪门对负压区域下方筛板上的镂空结构进行打开或封闭；所述气动推动机构装在振动主体内，气动推动机构工作时通过传动杆及传动关节与折叠式伪门连接，用于推动折叠式伪门从展开状态变为折叠状态；所述风流分压装置的进口通过风压管与井下压风管路连通，风压管靠近井下压风管路的位置处装有手动阀门；风流分压装置的出口分别与气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构连通，风流分压装置能控制气动转动机构、气动振动机构和气动推动机构处于工作或停止状态。2.根据权利要求1所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述防喷主体的内径为1m～1.2m，防喷主体的高度为1.5m，其距离地面高度为0.5m，其中第一收集端口的直径为0.4m，第二收集端口的直径为0.2m，煤渣排出端口和排气端口的直径均为0.4m。3.根据权利要求1所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述活动门外沿装有强型密封条，用于增加活动门与固定板之间的密封效果。4.根据权利要求1所述的内嵌式智能振动防喷孔系统，其特征在于，所述振动平台的筛板倾斜设置，其与水平方向之间的夹角为15
°
，且处于正压区域下方的筛板高于处...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐吉钊，翟成，郑仰峰，陈爱坤，丛钰洲，唐伟，李宇杰，朱薪宇，王宇，黄婷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：