碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统及其作业方法技术方案

本发明专利技术公开一种碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统及其作业方法，所述系统包括孔口装置、第一水渣分离装置、第二气水渣分离装置、第三水渣分离装置和开设有多个瓦斯抽采口的负压抽采管道；所述第一气水渣分离装置上还开设有第一缓冲接口，所述第一缓冲接口经第一缓冲释压装置连通瓦斯抽采口，所述第三气水渣分离装置还开设有第二缓冲接口，所述第二缓冲接口经第二缓冲释压装置连通瓦斯抽采口。发明专利技术通过设置增阻限流、缓冲释压、气水渣分离清除等装置，实现了碎软突出煤层瓦斯抽采钻孔的“边钻边抽”和对喷孔异常的有效处理，具有处理响应速度快、钻孔喷孔强度可控、异常工况处理能力强、适用钻进工艺多、钻杆内涌出瓦斯无泄漏等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统及其作业方法


[0001]本专利技术涉及属于煤矿钻探
，具体涉及一种碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统及其作业方法。

技术介绍

[0002]高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井中约60％的煤层属于碎软突出煤层，且随煤矿开采深度的逐年增加，碎软突出煤层的占比越来越大，其瓦斯抽采治理是保障煤矿安全生产的关键。
[0003]钻孔抽采是进行瓦斯灾害防治的重要技术手段，但由于碎软突出煤层具有煤体结构破碎、机械强度低、瓦斯含量大、瓦斯压力高等特性，在钻进时极易发生钻孔喷孔现象，且喷孔时间、瓦斯和煤渣涌出量不可控，严重时可能导致钻场瓦斯浓度超限、设备被埋、瓦斯爆炸等事故。
[0004]为确保碎软突出煤层钻进安全，目前主要采用孔口防喷装置，在钻进过程中将钻孔涌出的瓦斯气体抽走，但其主要存在以下不足：
[0005](1)对钻孔瓦斯喷孔缺少监控预警，处置手段滞后；
[0006](2)当钻孔出现喷孔现象时，无法限制煤与瓦斯的喷孔强度或对钻孔进行封堵，导致大量瓦斯、煤渣和水混合物从钻孔中高速喷出，从而导致钻场瓦斯超限、人员受伤，严重时可能引发瓦斯爆炸事故。
[0007](3)孔口防喷装置主要适用于正常钻进时的随钻瓦斯抽采，但其容积有限，当钻孔瓦斯和煤渣喷出量大时，极易超出其额定处理能力，导致瓦斯气体泄漏、煤渣堵塞。
[0008](4)根据钻进冲孔介质不同，碎软突出煤层钻进工艺主要分为气体钻进和冲洗液钻进两大类，现有孔口防喷装置只适用于其中一类施工工艺，不具有通用性，导致钻探设备的重复配置。
[0009](5)瓦斯抽采钻孔施工时，瓦斯气体除了从钻杆与孔壁间的环状间隙泄漏外，还可能从钻杆内孔涌出，现有孔口防喷装置未对钻杆内孔涌出瓦斯进行防范处理。
[0010]本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期从事相关产业的经验和成果，针对目前煤矿井下碎软突出煤层瓦斯抽采钻孔孔口防喷装置存在的孔内异常处理不及时、钻孔喷孔强度不可控、异常工况处理能力弱、适用钻进工艺单一、钻杆内孔涌出瓦斯未处理等不足，设计出一种碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统及其作业方法，以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0011]为了克服现有技术的上述不足，本专利技术的目的在于，提供一种碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统及其作业方法，以解决现有技术中存在的井下钻孔喷孔强度不可控和无法及时有效处理异常工况的技术问题。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0013]一种碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统，包括孔口装置、第一水渣分离装置、第二气水渣分离装置、第三水渣分离装置和开设有多个瓦斯抽采口的负压抽采管道；
[0014]所述孔口装置上设置有孔口装置瓦斯输出口和孔口装置水渣出口，所述孔口装置瓦斯输出口连接设置在第一气水渣分离装置上的第一气水渣分离装置瓦斯进气口，孔口装置水渣出口连接开设在第一水渣分离装置上的第一水渣分离装置水渣进口，所述第一气水渣分离装置上还设置有第一气水渣分离装置水渣出口，所述第一气水渣分离装置水渣出口与开设在第二气水渣分离装置上的第二气水渣分离装置水渣进口相连，所述第二气水渣分离装置上还开设有第二气水渣分离装置水渣出口，所述第二气水渣分离装置水渣出口与开设置第三水渣分离装置上的第三气水渣分离装置水渣进口相连，所述第三气水渣分离装置上还开设有第三水渣分离装置水渣出口；所述第一气水渣分离装置上还设置有第一输气口、第二气水渣分离装置上设置有第二输气口、第三气水渣分离装置上设置有第三输气口，所述第一输气口、第二输气口和第三输气口分别连接瓦斯抽采口；
[0015]所述第一气水渣分离装置上还开设有第一缓冲接口，所述第一缓冲接口经第一缓冲释压装置连通瓦斯抽采口，所述第三气水渣分离装置还开设有第二缓冲接口，所述第二缓冲接口经第二缓冲释压装置连通瓦斯抽采口。
[0016]本专利技术还具有以下技术特征：
[0017]具体的，所述孔口装置包括顺序连接套设在钻杆上的孔口套管、增阻限流装置和密封分流装置；所述增阻限流装置包括两端开放的增阻限流壳体和同轴套设在所述增阻限流壳体内的限流橡胶筒；所述限流橡胶筒内设置有流道，且限流橡胶筒外壁上沿轴向间隔布设多条橡胶筒筋板；所述增阻限流壳体上开设有液压油进油口和液压油卸油口，所述限流橡胶筒可在液压油的压力作用下沿增阻限流壳体的径向收缩或膨胀，以使限流橡胶筒内流道的径向面积增大或减小；
[0018]所述密封分流装置包括内部中空且两端开放的密封分流壳体，所述密封分流壳体上部设置有孔口装置瓦斯输出口和瓦斯浓度传感器安装口，下部设置孔口装置水渣出口；所述密封分流壳体远离增阻限流壳体的一端还设置有密封垫和密封压盖。
[0019]更进一步的，所述第一缓冲释压装置包括两端开放的第一中空安装杆和同轴套装在所述第一中空安装杆上的第一气囊，所述第一中空安装杆经第一气囊两端开设的安装口穿出第一气囊；所述第一中空安装杆的一端连通第一缓冲接口，另一端连通瓦斯抽采口；所述第二缓冲释压装置包括两端开放的第二中空安装杆和同轴套装在所述第二中空安装杆上的第二气囊，所述第二中空安装杆经第二气囊两端开设的安装口穿出第二气囊；所述第二中空安装杆的一端连通第二缓冲接口，另一端连通瓦斯抽采口；
[0020]所述第一中空安装杆和第二中空安装杆的外壁上均开设有若干透气孔，且所述第一中空安装杆和第二中空安装杆的后端均设置有气体单向阀；所述第一气囊和第二气囊均能随着气囊内部气体压力变化而产生膨胀或收缩。
[0021]更进一步的，所述第一气水渣分离装置包括第一壳体，所述第一水渣分离装置水渣进口设置在第一壳体前侧壁上部，所述第一气水渣分离装置水渣出口设置在第一壳体后侧壁下部，所述第一缓冲接口设置在第一壳体后侧壁上部，所述第一输气口和第一气水渣分离装置瓦斯进气口均设置在第一壳体顶板上；
[0022]所述第二气水渣分离装置包括第二壳体，所述第二气水渣分离装置水渣进口设置
在第二壳体前侧壁上部，所述第二气水渣分离装置水渣出口设置在第二壳体后侧壁下部，所述第二壳体顶板上设置第二输气口和第二壳体瓦斯气体进口，所述第二壳体瓦斯气体进口经管道连通钻杆；
[0023]所述第三气水渣分离装置包括第三壳体，所述第三水渣分离装置水渣进口设置在第三壳体前侧壁上部，所述第三气水渣分离装置水渣出口设置在第三壳体后侧壁下部，所述第二缓冲接口设置在第三壳体后侧壁上部，所述第三壳体顶板上设置第三输气口；
[0024]所述第一壳体、第二壳体和第三壳体内均设置有结构相同的自感应排渣组件；所述第一壳体内还设置有喷雾降尘组件。
[0025]更进一步的，所述设置在第一壳体内的喷雾降尘组件包括水平设置在第一壳体内的喷雾机构、竖直设置在第一壳体顶板下方的瓦斯通过挡板，以及倾斜设置在喷雾机构与瓦斯通过挡板之间的隔离挡板；所述隔离挡板与所述瓦斯通过挡板之间呈～
°
锐角；所述瓦斯通过挡板上呈阵列式布设有多个瓦斯通孔；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统，其特征在于，包括孔口装置(1)、第一水渣分离装置(2)、第二气水渣分离装置(3)、第三水渣分离装置(4)和开设有多个瓦斯抽采口(51)的负压抽采管道(5)；所述孔口装置(1)上设置有孔口装置瓦斯输出口(1311)和孔口装置水渣出口(1312)，所述孔口装置瓦斯输出口(1311)连接设置在第一气水渣分离装置(2)上的第一气水渣分离装置瓦斯进气口(21)，孔口装置水渣出口(1312)连接开设在第一水渣分离装置(2)上的第一水渣分离装置水渣进口(22)，所述第一气水渣分离装置(2)上还设置有第一气水渣分离装置水渣出口(23)，所述第一气水渣分离装置水渣出口(23)与开设在第二气水渣分离装置(3)上的第二气水渣分离装置水渣进口(31)相连，所述第二气水渣分离装置(3)上还开设有第二气水渣分离装置水渣出口(32)，所述第二气水渣分离装置水渣出口(32)与开设置第三水渣分离装置(4)上的第三气水渣分离装置水渣进口(41)相连，所述第三气水渣分离装置(4)上还开设有第三水渣分离装置水渣出口(42)；所述第一气水渣分离装置(2)上还设置有第一输气口(24)、第二气水渣分离装置(3)上设置有第二输气口(33)、第三气水渣分离装置(4)上设置有第三输气口(43)，所述第一输气口(24)、第二输气口(33)和第三输气口(43)分别连接瓦斯抽采口；所述第一气水渣分离装置(2)上还开设有第一缓冲接口(25)，所述第一缓冲接口(25)经第一缓冲释压装置(6)连通瓦斯抽采口(51)，所述第三气水渣分离装置(4)还开设有第二缓冲接口(44)，所述第二缓冲接口(44)经第二缓冲释压装置(7)连通瓦斯抽采口(51)。2.如权利要求1所述的碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统，其特征在于，所述孔口装置(1)包括顺序连接套设在钻杆上的孔口套管(11)、增阻限流装置(12)和密封分流装置(13)；所述增阻限流装置(12)包括两端开放的增阻限流壳体(121)和同轴套设在所述增阻限流壳体内的限流橡胶筒(122)；所述限流橡胶筒(122)内设置有流道，且限流橡胶筒(122)外壁上沿轴向间隔布设多条橡胶筒筋板(1221)；所述增阻限流壳体上(121)开设有液压油进油口(1211)和液压油卸油口(1222)，所述限流橡胶筒(122)可在液压油的压力作用下沿增阻限流壳体(121)的径向收缩或膨胀，以使限流橡胶筒(122)内流道的径向面积增大或减小；所述密封分流装置(13)包括内部中空且两端开放的密封分流壳体(133)，所述密封分流壳体(133)上部设置有孔口装置瓦斯输出口(1311)和瓦斯浓度传感器安装口(1313)，下部设置孔口装置(1)水渣出口；所述密封分流壳体(131)远离增阻限流壳体(121)的一端还设置有密封垫(1314)和密封压盖(1315)。3.如权利要求2所述的碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统，其特征在于，所述第一缓冲释压装置(6)包括两端开放的第一中空安装杆(61)和同轴套装在所述第一中空安装杆上(61)的第一气囊(62)，所述第一中空安装杆(61)经第一气囊(62)两端开设的安装口穿出第一气囊(62)；所述第一中空安装杆(61)的一端连通第一缓冲接口(25)，另一端连通瓦斯抽采口(51)；所述第二缓冲释压装置(7)包括两端开放的第二中空安装杆(71)和同轴套装在所述第二中空安装杆(71)上的第二气囊(72)，所述第二中空安装杆(71)经第二气囊(72)两端开设的安装口穿出第二气囊(72)；所述第二中空安装杆(71)的一端连通第二缓冲接口(44)，另一端连通瓦斯抽采口(51)；所述第一中空安装杆(61)和第二中空安装杆(71)的外壁上均开设有若干透气孔，且所
述第一中空安装杆(61)和第二中空安装杆(71)的后端均设置有气体单向阀(8)；所述第一气囊(62)和第二气囊(72)均能随着气囊内部气体压力变化而产生膨胀或收缩。4.如权利要求1所述的碎软突出煤层随钻瓦斯抽采用防喷系统，其特征在于，所述第一气水渣分离装置(2)包括第一壳体(26)，所述第一水渣分离装置水渣进口(22)设置在第一壳体(26)前侧壁上部，所述第一气水渣分离装置水渣出口(23)设置在第一壳体(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭涛，方俊，李泉新，刘建林，许超，褚志伟，刘飞，姜磊，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：