一种煤矿倾斜大直径钻孔快速封孔及除矸装置

本实用新型涉及煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，具体涉及一种煤矿倾斜大直径钻孔快速封孔及除矸装置。

背景技术：

倾斜大直径钻孔是近几年发展起来的采空区瓦斯抽采新技术，如图1和图2所示，采煤工作面50两侧分别为进风巷49和回风巷51，即在采煤工作面50处的回风巷51旁设置一条瓦斯治理巷52，由瓦斯治理巷52向回风巷51钻进倾斜大直径钻孔53，由倾斜大直径钻孔53替代回风巷51的联络巷抽采上隅角瓦斯，图2中54为采空区，55为保护煤柱，56为煤层，57为瓦斯抽采系统。

以下文献：超大直径钻孔“以孔代巷”治理上隅角瓦斯技术(蒋璋，杨保国，山西焦煤科技，2019：47-49）、小庄矿“以孔代巷”瓦斯抽采技术可行性研究（郭林生，林建成，李可，等.中国煤炭，2020，46(9):65-70）、超大直径钻孔治理上隅角瓦斯工艺研究（汪开旺.矿业安全与环保，2020，47(2):90-93）、大直径钻孔治理综采工作面上隅角瓦斯应用（石瑞鹏，高翔，李浩.山西焦煤科技，2018：31-34）、超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究（高宏，杨宏伟.煤炭科学技术，2019，47(2):77-81）、万安煤业大直径钻孔抽采采空区瓦斯技术应用研究（王春丽.煤炭与化工，2019.42（5）：100-103）等介绍了倾斜大直径钻孔在煤矿上的应用。

倾斜大直径钻孔封孔与普通钻孔在封孔方式上具有明显的不同，主要体现在以下方面：

（1）抽采层位不同。倾斜大直径钻孔抽采的是采空区和上隅角瓦斯，普通钻孔抽采的是煤层中的瓦斯。

（2）钻孔直径不同。倾斜大直径钻孔直径一般大于350mm，普通钻孔直径一般为100mm左右，远远大于普通钻孔直径。

（3）抽采管不同。倾斜大直径钻孔瓦斯抽采管由于直径大，所以要求更大的刚度，一般要求抽采管可回收。

（4）抽采负压不同。采空区渗透率远远大于煤层中渗透率，所以倾斜大直径钻孔抽采负压远远小于普通钻孔抽采负压。

由于倾斜大直径钻孔较大的抽采直径和抽采采空区瓦斯，这导致采空区破碎矸石容易进入到瓦斯抽采管道中，影响瓦斯抽采，所以倾斜大直径钻孔抽采管路必须设置矸石暂存装置；由于倾斜大直径钻孔较小的抽采负压，可以采用更简单和可回收的封孔材料和更短的封孔长度。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术中存在倾斜大直径钻孔封孔复杂和瓦斯抽采管道中容易进入石块的问题，提供一种煤矿倾斜大直径钻孔快速封孔及除矸装置，其能够降低倾斜大直径钻孔封孔的复杂程度，避免采空区矸石进入抽采管路，保障瓦斯钻孔封孔质量，提高瓦斯抽采效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种煤矿倾斜大直径钻孔快速封孔及除矸装置，包括第一瓦斯抽采管、第二瓦斯抽采管、密封装置和矸石暂存装置，密封装置安装在第一瓦斯抽采管上，矸石暂存装置的进气端口与第一瓦斯抽采管的出气端口连接；矸石暂存装置的出气端口与第二瓦斯抽采管的抽气口连接，第一瓦斯抽采管插设在倾斜大直径钻孔中，密封装置将第一瓦斯抽采管与倾斜大直径钻孔之间的环形间隙密封。

密封装置包括两端通透且呈圆筒形的橡胶囊袋，橡胶囊袋的一端面设有进气管接头和放气管接头，进气管接头上设有进气单向阀，放气管接头上设有压力表和放气阀，进气管接头外端连接有充气软管。

矸石暂存装置包括呈长方体形状的除矸箱，除矸箱采用透明材料制成，除矸箱的三个侧面分别设有第一连接管、第二连接管和排矸口，第一连接管与第一瓦斯抽采管以及第二连接管与第二瓦斯抽采管均通过法兰连接，排矸口设置在除矸箱的下部，除矸箱在排矸口的一侧通过合页铰接有箱门，除矸箱在排矸口的另一侧与箱门之间设有插销锁，除矸箱的箱壁内在邻近插销锁的位置嵌设有用于吸附箱门的磁铁，在箱门的内壁四周设有与箱门压接密封的密封条。

箱门内壁在第二连接管的进口端通过螺钉连接有过滤网，过滤网的网孔大小为20mm×20mm。

采用上述技术方案，本实用新型进行快速封孔及除矸的方法，包括以下步骤：

（1）将密封装置安装到第一瓦斯抽采管上；

（2）将第一瓦斯抽采管插入到倾斜大直径钻孔中；

（3）启动密封装置将第一瓦斯抽采管与倾斜大直径钻孔之间的环形间隙密封；

（4）将矸石暂存装置的进气端口与第一瓦斯抽采管的出口端连接；

（5）将矸石暂存装置的出气端口连接上第二瓦斯抽采管，再将第二瓦斯抽采管连接到煤矿井下瓦斯抽采系统；

（6）启动煤矿井下瓦斯抽采系统的抽采泵，对倾斜大直径钻孔进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过程中，矸石暂存到矸石暂存装置内；

（7）矸石在矸石暂存装置内存储一定高度后，关闭抽采泵，打开矸石暂存装置，取出矸石；

（8）启动抽采泵，继续瓦斯抽采作业；

（9）多次重复步骤（7）和（8），直到抽采完毕后，将第一瓦斯抽采管、第二瓦斯抽采管和矸石暂存装置拆除。

步骤（1）中将密封装置安装到第一瓦斯抽采管上是将橡胶囊袋的中心孔套到第一瓦斯抽采管上，橡胶囊袋在第一瓦斯抽采管上的安装位置为距离抽采管口1m位置。

步骤（2）中将第一瓦斯抽采管插入到倾斜大直径钻孔中的长度为1.5-1.6m。

步骤（3）的具体过程为，将充气泵与充气软管连接，启动充气泵，充气泵向橡胶气囊中充气，橡胶气囊膨胀，当压力表读数为0.3mpa时，关闭充气泵，橡胶气囊的外圆和内圈分别与倾斜大直径钻孔的孔壁和第一瓦斯抽采管的内壁压接，从而实现对环形间隙的密封。

步骤（6）中在瓦斯抽采过程中，在负压的作用下，矸石通过第一瓦斯抽采管被抽入到除矸箱内，矸石落到除矸箱内，在过滤网的阻挡下，大于20mm×20mm的矸石不能随着瓦斯从第二瓦斯抽采管抽走。

步骤（7）中通过观察透明的除矸箱内的矸石高度，若矸石高度较高，影响到瓦斯的抽采，就打开箱门，取出矸石，具体过程为：先关闭抽采泵，打开插销锁，拉动箱门克服磁铁的吸附力，箱门被打开后，将除矸箱内的矸石取出，然后再关闭箱门，关闭插销锁。

步骤（9）中将第一瓦斯抽采管、第二瓦斯抽采管和矸石暂存装置拆除的具体过程为：先打开箱门取走除矸箱里的矸石；拆除第一连接管和第一瓦斯抽采管之间的连接螺栓；拆除第二连接管和第二瓦斯抽采管之间的连接螺栓；打开放气阀门，开始放气，当放气完毕后，将第一抽采管从倾斜大直径钻孔中抽出，最后将橡胶囊袋从第一瓦斯抽出管上取下。

本实用新型先将第一瓦斯抽采管外圆与倾斜大直径钻孔内壁之间进行封孔，在第一瓦斯抽采管和第二瓦斯抽采管之间设置矸石暂存装置，在瓦斯抽采过程中，被抽出的矸石进入到除矸箱内，先进行一级重力惯性除矸，然后在过滤网的阻挡下二级过滤除矸。本实用新型利用倾斜大直径钻孔的特点，采用密封圈封孔，封孔设备可重复利用；对矸石进行全面和有效拦截，解决矸石容易进入抽采管道的问题。本实用新型原理科学、结构简单、操作简便，在瓦斯抽采过程中去除了矸石，大大提高了瓦斯抽采的效果，具有重要的推广价值。

附图说明

图1为煤矿井下倾斜大直径钻孔的平面布置示意图；

图2为图1中a-a剖视示意图；

图3为本实用新型中密封装置和矸石暂存装置的结构示意图；

图4为图3中密封装置的立体结构示意图；

图5为图3中矸石暂存装置的立体结构示意图

图6为过滤网的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型防护的范围。

如图1-图6所示，本实用新型的一种煤矿倾斜大直径钻孔快速封孔及除矸装置，包括第一瓦斯抽采管2、第二瓦斯抽采管3、密封装置1和矸石暂存装置，密封装置1安装在第一瓦斯抽采管2上，矸石暂存装置的进气端口与第一瓦斯抽采管2的出气端口连接；矸石暂存装置的出气端口与第二瓦斯抽采管3的抽气口连接，第一瓦斯抽采管2插设在倾斜大直径钻孔53中，密封装置1将第一瓦斯抽采管2与倾斜大直径钻孔53之间的环形间隙密封。

密封装置1包括两端通透且呈圆筒形的橡胶囊袋8，橡胶囊袋8的一端面设有进气管接头9和放气管接头10，进气管接头9上设有进气单向阀11，放气管接头10上设有压力表12和放气阀13，进气管接头9外端连接有充气软管。

矸石暂存装置包括呈长方体形状的除矸箱15，除矸箱15采用透明材料制成，除矸箱15的三个侧面分别设有第一连接管16、第二连接管17和排矸口，第一连接管16与第一瓦斯抽采管2以及第二连接管17与第二瓦斯抽采管3均通过法兰连接，排矸口设置在除矸箱15的下部，除矸箱15在排矸口的一侧通过合页铰接有箱门18，除矸箱15在排矸口的另一侧与箱门18之间设有插销锁19，除矸箱15的箱壁内在邻近插销锁19的位置嵌设有用于吸附箱门18的磁铁20，在箱门18的内壁四周设有与箱门18压接密封的密封条21。

箱门18内壁在第二连接管17的进口端通过螺钉连接有过滤网22，过滤网22的网孔大小为20mm×20mm。

本实用新型进行快速封孔及除矸的方法，包括以下步骤：

（1）将密封装置1安装到第一瓦斯抽采管2上；

（2）将第一瓦斯抽采管2插入到倾斜大直径钻孔53中；

（3）启动密封装置1将第一瓦斯抽采管2与倾斜大直径钻孔53之间的环形间隙密封；

（4）将矸石暂存装置的进气端口与第一瓦斯抽采管2的出口端连接；

（5）将矸石暂存装置的出气端口连接上第二瓦斯抽采管3，再将第二瓦斯抽采管3连接到煤矿井下瓦斯抽采系统57；

（6）启动煤矿井下瓦斯抽采系统57的抽采泵，对倾斜大直径钻孔53进行瓦斯抽采，在瓦斯抽采过程中，矸石暂存到矸石暂存装置内；

（7）矸石在矸石暂存装置内存储一定高度后，关闭抽采泵，打开矸石暂存装置，取出矸石；

（8）启动抽采泵，继续瓦斯抽采作业；

（9）多次重复步骤（7）和（8），直到抽采完毕后，将第一瓦斯抽采管2、第二瓦斯抽采管3和矸石暂存装置拆除。

步骤（1）中将密封装置1安装到第一瓦斯抽采管2上是将橡胶囊袋8的中心孔套到第一瓦斯抽采管2上，橡胶囊袋8在第一瓦斯抽采管2上的安装位置为距离抽采管口1m位置。

步骤（2）中将第一瓦斯抽采管2插入到倾斜大直径钻孔53中的长度为1.5-1.6m。

步骤（3）的具体过程为，将充气泵与充气软管连接，启动充气泵，充气泵向橡胶气囊中充气，橡胶气囊膨胀，当压力表12读数为0.3mpa时，关闭充气泵，橡胶气囊的外圆和内圈分别与倾斜大直径钻孔53的孔壁和第一瓦斯抽采管2的内壁压接，从而实现对环形间隙的密封。

步骤（6）中在瓦斯抽采过程中，在负压的作用下，矸石通过第一瓦斯抽采管2被抽入到除矸箱15内，矸石落到除矸箱15内，在过滤网22的阻挡下，大于20mm×20mm的矸石不能随着瓦斯从第二瓦斯抽采管3抽走。

步骤（7）中通过观察透明的除矸箱15内的矸石高度，若矸石高度较高，影响到瓦斯的抽采，就打开箱门18，取出矸石，具体过程为：先关闭抽采泵，打开插销锁19，拉动箱门18克服磁铁20的吸附力，箱门18被打开后，将除矸箱15内的矸石取出，然后再关闭箱门18，关闭插销锁19。

步骤（9）中将第一瓦斯抽采管2、第二瓦斯抽采管3和矸石暂存装置拆除的具体过程为：先打开箱门18取走除矸箱15里的矸石；拆除第一连接管16和第一瓦斯抽采管2之间的连接螺栓；拆除第二连接管17和第二瓦斯抽采管3之间的连接螺栓；打开放气阀13门，开始放气，当放气完毕后，将第一抽采管从倾斜大直径钻孔53中抽出，最后将橡胶囊袋8从第一瓦斯抽出管上取下。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。