上向煤層鑽孔除塵套管及其除塵裝置的製作方法
2023-12-10 12:31:49 3
本發明涉及一種用於上向煤層鑽孔的除塵設備。
背景技術：
上向煤層鑽孔是指從煤或半煤巖層，由下向上傾斜鑽孔的施工方式。在煤層上向鑽孔過程中，鑽杆在煤體裡施工鑽進，採用水排渣會造成抱鑽，導致掉鑽、丟鑽事故，故一般採用壓風排渣；鑽孔施工時，先開風后鑽進，先停機後停風，待孔口返風正常後方可進行正常鑽進。但壓風排渣容易造成煤塵揚起，汙染巷道環境，嚴重影響了人員的施工操作環境。現有的除塵措施主要包括兩種：孔口噴霧除塵和除塵器除塵。
孔口噴霧除塵主要是指在鑽孔孔口布置多組溼式噴霧頭，噴出水霧，將噴出的煤渣、煤粉儘量霧化，以達到降塵目的。由於鑽孔內衝出的壓風容易將噴霧吹散、且將噴霧吹向鑽機方向，不能夠達到充分降塵的效果。
除塵器是目前運用的最普遍的除塵設施，除塵器除塵是指將輸塵管固定在鑽孔內，利用輸塵管將鑽孔內的粉塵導出至鑽孔外部的除塵器中，在除塵器內利用清水水霧將粉塵霧化，達到降塵目的。使用除塵器的降塵效果較好，但無法實現溼式滅塵、除塵，粉塵容易沿著輸塵管與鑽杆間的縫隙噴出，不能達到降塵、滅塵的理想效果。
技術實現要素：
本發明針對上述技術問題提出了一種上向煤層鑽孔除塵套管以及使用該除塵套管的除塵裝置，實現了溼式滅塵，使鑽屑、煤塵在除塵套管內直接變為流質化煤泥排出，避免了煤塵飛揚，效果明顯的解決了上向煤層鑽孔過程中的煤塵除塵問題。
本發明採用以下技術方案解決上述技術問題之一：包括圓筒形金屬套管本體，所述套管本體兩側沿徑向對稱設置有兩組供水水管，所述供水水管上開設有若干出水接口，所述套管本體兩側側壁上對應所述若干出水接口位置分別開設有若干水幕噴水縫，所述水幕噴水縫上設置有弧形的水幕噴管，所述水幕噴管末端封口，所述水幕噴管頭端與所述供水水管的出水接口對應聯通，所述水幕噴管內弧面貼在所述套管本體的外側壁上，所述水幕噴管內弧面管壁上沿徑向開設有噴水槽,所述噴水槽對應於所述水幕噴水縫上方，所述噴水槽至少將所述水幕噴水縫覆蓋，所述水幕噴管與所述套管本體之間相互密封固定連接。
在煤層上向鑽孔過程中，孔內產生的鑽屑及煤塵排出速度很快，鑽屑在很短時間內即通過套管(一般套管設計長度為1m左右)，若在套管內設置霧化噴頭，採用噴霧霧化粉塵的方式，短時間內無法充分霧化，溼化，流質化鑽屑，其除塵效果並不明顯，而本發明的水幕噴管能夠在套管內形成多重壓力水幕水，使鑽屑及煤塵流質化，除塵效果大大提高。
一種優化的方式，由於煤塵、煤渣主要從套管內的下部流出，為了達到更好的除塵效果，所述若干水幕噴水縫橫向等距開設於所述套管本體側壁的上半部，所述套管本體兩側的若干水幕噴水縫相互錯位排布且至少有一部分重疊，使所述若干水幕噴水縫的作業面能夠覆蓋所述套管本體內部全斷面。上述水幕噴水縫及噴水槽的設置能使套管內形成多重均勻的水幕且避免了死角，進一步優化了除塵效率。
另外一種優化的方式，所述若干水幕噴水縫斜向等距開設於所述套管本體側壁的上半部，所述若干水幕噴水縫的斜切口方向與孔口排渣方向一致，所述套管本體兩側的若干水幕噴水縫相互錯位排布且至少有一部分重疊，使所述若干水幕噴水縫的作業面能夠覆蓋所述套管本體內部全斷面。上述水幕噴水縫沿孔口排渣方向斜向排布的目的在於水幕噴水方向與排渣方向相對一致，壓力水流會對排渣產生助推作用，利於排渣；另外，能使套管內形成多重相互交錯的水幕，且水幕的整體面積增大，從而提高除塵效率；並且，在套管固孔過程中，斜向錯位固定在套管外壁上的水幕噴管也有利於套管的固定。
優化的，所述水幕噴管與所述套管本體的連接處之間均通過焊接的方式密封固定連接，以避免壓力水從水幕噴水縫的縫隙中逸出，降低有效水壓。
優化的，所述出水接口與所述水幕噴管的頭端之間通過焊接密封固定連接。
本發明採用以下技術方案解決上述技術問題之二：上向煤層鑽孔除塵裝置，設置在上向煤層鑽孔內，包括如上所述的上向煤層鑽孔除塵套管，所述套管本體部分固定設置在鑽孔內，鑽杆穿過除塵套管的套管本體，朝煤體鑽進，所述供水水管與礦井內的供水管路連接；所述套管本體的輸出端設置有孔口捕塵罩，所述孔口捕塵罩外部設置有環形噴霧器裝置，所述環形噴霧器裝置與供水管路連接。
優化的，所述供水水管輸入端與三通的水平端連接，所述三通的水平另一端設置有控制閘閥，所述控制閘閥與供水管路連接，所述三通的垂直端設置有水壓壓力表，用以監測控制壓力水的供給。
優化的，所述孔口捕塵罩包括框型支架，所述框型支架的後側固定套裝在所述套管本體的輸出端上，所述框型支架的頂面及左、右側面上均設置有紗網，所述孔口捕塵罩通過所述紗網將所述套管本體的輸出端及鑽孔孔口空間包覆，所述鑽杆先後穿過所述框型支架的前、後側面以及所述套管本體，朝煤體鑽進。
優化的，所述環形噴霧器裝置包括弧形連接管，所述弧形連接管跨設在所述孔口捕塵罩的上部，所述弧形連接管的內弧面上設置有若干霧化噴頭，所述若干霧化噴頭均相對於所述弧形連接管的弧形面圓心設立且噴口朝向所述孔口捕塵罩，所述弧形連接管的一端設置有堵頭，所述弧形連接管的另一端設置有帶內螺紋的套環螺母，所述供水管路上設置有與所述套環螺母的內螺紋對應的外螺紋接口，所述弧形連接管通過套環螺母與所述供水管路螺紋連接。
捕塵罩上覆紗網，環形噴霧形成的水霧掛在紗網小眼上，以將游離於套管內上部的較輕的煤塵進行過濾，有效起到捕滅殘餘煤塵的作用，達到完全除塵的目的。
上述除塵裝置的使用過程為：先在煤壁上施工一個大於除塵套管直徑的鑽孔，此段為埋管段，深度等於除塵套管進入煤體部分長度(1m左右)，將除塵套管安裝在鑽孔內且部分向外露出，並在套管和此段鑽孔之間的空隙處注入聚氨酯封堵材料固孔，將除塵套管固定在鑽孔內；開啟鑽機，鑽杆鑽進時開啟壓力水(壓力水錶監控水壓、流量)，壓力水從供水水管進入水幕噴管，經噴水槽流入除塵套管上的水幕噴水縫，再從水幕噴水縫噴出，形成多重水幕，噴射在除塵套管的內壁上，將鑽進時產生的鑽屑、煤塵流質化，形成煤渣、煤泥，再沿除塵套管向下流出，即完成除塵過程。除塵套管管口的環形噴霧器裝置和孔口捕塵罩將游離於套管口位置殘餘少量的煤塵進行霧化、過濾，使除塵效果更加理想。
本發明的優點在於：本發明的除塵套管及相應的除塵裝置使鑽進時產生的鑽屑、煤塵在套管內即快速流質化，形成煤渣煤泥排出，有效避免了煤塵飛揚，大大優化了巷道的除塵效果；本發明結構簡單，製造、安裝方便，成本低廉，具有優良的實用性。
附圖說明
圖1為本發明實施例中除塵裝置的整體結構示意圖；
圖2為本發明實施例中除塵套管的內部結構示意圖(橫截面)；
圖3為本發明實施例中水幕噴管與套管本體連接的結構示意圖；
圖4為本發明實施例中水幕噴管的部分結構示意圖；
圖5為本發明實施例中水幕噴管斜向設置的除塵裝置的結構示意圖；
圖6為本發明實施例中環形噴霧裝置的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。
如圖1-圖4所示，上向煤層鑽孔除塵裝置，設置在上向煤層鑽孔內，包括除塵套管，所述除塵套管包括圓筒形金屬套管本體1，所述套管本體1部分固定設置在鑽孔內，鑽杆3穿過除塵套管的套管本體1，朝煤體鑽進，所述套管本體1的輸出端設置有孔口捕塵罩，所述孔口捕塵罩外部設置有環形噴霧器裝置6，所述環形噴霧器裝置與礦井內的供水管路7連接。
其中，所述套管本體1兩側沿徑向對稱設置有兩組供水水管5，所述供水水管5通過三通52與礦井內的供水管路7連接，所述供水水管輸入端與三通52的水平端連接，所述三通52的水平另一端設置有控制閘閥54，所述控制閘閥54與供水管路7連接，所述三通52的垂直端設置有水壓壓力表51，用以監測控制壓力水的供給。為了避免在施工過程中碰觸損壞，所述控制閘閥54及水壓壓力表52一般設置在套管本體1輸出端的側邊上。所述套管本體1兩側側壁的上半部對應所述若干出水接口53的位置分別橫向等距開設有若干水幕噴水縫11，所述若干水幕噴水縫11相互錯位排布且至少有一部分重疊，以保證所述若干水幕噴水縫的作業面能夠覆蓋所述套管本體內部全斷面，避免死角；所述水幕噴水縫11上設置有弧形的水幕噴管2，所述水幕噴管2沿所述水幕噴水縫槽口11位置設置並緊貼在所述套管本體1的外側壁上，所述水幕噴管2末端封口，所述水幕噴管2的頭端與所述出水接口53對應聯通並通過焊接方式密封固定；所述水幕噴管2內弧面管壁上沿徑向開設有噴水槽22,所述噴水槽22對應於所述水幕噴水縫11上方，所述噴水槽22至少將所述水幕噴水縫11覆蓋，所述水幕噴管2與所述套管本體1的連接處之間均通過焊接的方式密封固定連接，以避免壓力水從水幕噴水縫11的縫隙中逸出，造成不必要的水壓損失。
在煤層上向鑽孔過程中，孔內產生的鑽屑及煤塵排出速度很快，鑽屑在很短時間內即通過套管(一般套管設計長度為1m左右)，若在套管內設置霧化噴頭，採用噴霧霧化粉塵的方式，短時間內無法充分霧化，溼化，流質化鑽屑，其除塵效果並不明顯，而本發明的水幕噴管能夠在套管內形成多重壓力水幕水，使鑽屑及煤塵流質化，除塵效果大大提高。
另外，如圖5所示，所述若干水幕噴水縫還可沿孔口排渣方向斜向排布(排渣方向如圖5中箭頭方向所示)，一方面水幕噴水方向與排渣方向相對一致，壓力水流會對排渣產生助推作用，利於排渣；另一方面可以使套管內形成多重相互交錯的水幕，且水幕的面積增大，從而提高除塵效率；並且，在套管固孔過程中，斜向錯位固定在套管外壁上的水幕噴管也有利於套管的固定。
其中，所述孔口捕塵罩包括框型支架41，所述框型支架41的後側固定套裝在所述套管本體1的輸出端上，所述框型支架41的頂面及左、右側面上均設置有紗網42，所述孔口捕塵罩通過所述紗網42將所述套管本體1的輸出端及鑽孔孔口空間包覆，所述鑽杆3先後穿過所述框型支架41的前、後側面以及所述套管本體1，朝煤體鑽進。
如圖6所示，所述環形噴霧器裝置6包括弧形連接管61，所述弧形連接管61跨設在所述孔口捕塵罩的上部，所述弧形連接管61的內弧面上設置有若干霧化噴頭62，所述若干霧化噴頭62均相對於所述弧形連接管61的弧形面圓心設立且噴口朝向所述孔口捕塵罩，所述弧形連接管61的一端設置有堵頭63，所述弧形連接管61的另一端設置有帶內螺紋的套環螺母64，所述供水管路7上設置有與所述套環螺母64的內螺紋對應的外螺紋接口，所述弧形連接管61通過套環螺母64與所述供水管路7螺紋連接。
捕塵罩上覆紗網，環形噴霧形成的水霧掛在紗網小眼上，以將游離於套管內上部的較輕的煤塵進行過濾，有效起到捕滅殘餘煤塵的作用，達到完全除塵的目的。
上述除塵裝置的使用過程為：先在煤壁上施工一個大於除塵套管直徑的鑽孔，此段為埋管段，深度等於除塵套管進入煤體部分長度(1m左右)，將除塵套管安裝在鑽孔內且部分向外露出，並在套管本體1和該段鑽孔之間的空隙處注入聚氨酯封堵材料固孔，將除塵套管固定在鑽孔內；開啟鑽機鑽孔施工，先開壓風，鑽杆3鑽進時，大量煤渣由鑽頭位置剝離出來，由壓風將煤渣從孔底排出來，開啟壓力水(壓力水錶52及控制閘閥54監控水壓、流量)，壓力水從供水水管5進入水幕噴管2，經噴水槽22流入套管本體1上的水幕噴水縫11，再從水幕噴水縫11噴出，噴射在除塵套管的內壁上，形成多重水幕，將鑽進時產生的鑽屑、煤塵流質化，形成煤泥，再沿除塵套管向下排出，即完成除塵過程，壓力水的壓力以高於5MPa為好。
除塵套管管口的環形噴霧器裝置6和孔口捕塵罩將游離於套管口位置殘餘少量煤塵進行霧化、過濾，使除塵效果更加理想。
在煤層上向鑽孔過程中，鑽孔孔口的概念通常指的是鑽孔口的徑向斷面面積，現有的孔口除塵作業是指在孔口範圍裡進行控制粉塵飛揚、達到除塵效果目的。
本發明的除塵套管及其孔口除塵裝置，將孔口概念重新詮釋，將孔口延伸到孔口以內的煤壁中1m深度內，延展了孔口深度，擴大了滅塵空間，並突破傳統，採取溼式除塵技術，使煤粉在孔口除塵裝置內流質化為煤泥排出鑽孔口，使上向煤鑽孔鑽屑除塵達到理想效果。
以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，並不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明創造的保護範圍之內。