【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤层钻孔施工，具体地说，涉及煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法及装置。
技术介绍
1、在煤矿井下施工瓦斯抽采等钻孔时，一般采用风力排渣的方式。所谓风力排渣，就是采用高压风形成的高速气流将钻头切削下来的微颗粒煤屑快速运移至孔外的一种方式。在风力排渣过程中，高压风形成的高速气流在将煤屑吹出孔口的同时，在巷道通风风流的共同作用下会产生大量的扬尘，严重污染作业环境，井下作业人员长期接触会造成煤矿职业病——煤肺病，如果煤尘具有爆炸性，还将形成煤矿煤尘爆炸事故的重大安全隐患。
2、目前，在钻孔施工除尘方面采取的主要措施是在孔口加装除尘装置，但受到排渣量大，孔口除尘装置使用不便等因素影响，这种被动除尘方式在现场的除尘效果很不理想。
3、此外，在煤层钻孔施工过程中，钻头切削煤体，钻头及钻杆与煤体持续摩擦，施工的钻孔越长，孔内的温升越高，正常情况下，依靠排渣风流进行孔内降温，但遇到特殊情况，如钻进速度慢时，容易造成孔内着火事故的发生。现有技术中，在防止孔内着火方面采取的主要措施是安装风水转换三通，当钻孔施工人员发现异常后，立即向孔内注水，这种方式属于被动防火，具有滞后性。另一种措施是采用制氮机，利用氮气气流排渣，抑制孔内煤体氧化，这种措施虽然能主动预防孔内着火事故，但矿井地面或井下需要配备制氮机，不仅成本高，而且同时施工的钻机数量受到制氮机能力的影响，也制约了钻孔施工效率。
4、可见，煤层钻孔施工过程中，现有技术在除尘和防止孔内着火事故方面均存在不足之处，由此，亟需加以改进。
1、本专利技术的目的就在于解决煤层钻孔施工过程中现有技术在除尘和防止孔内着火事故方面存在的不足之处。通过提出煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法及装置，在实现了煤层钻孔施工过程中主动除尘的同时便于为钻头实时降温，从而可有效防止孔内着火事故的发生。
2、基于上述专利技术构思，本专利技术提出了如下技术方案：
3、煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，包括如下步骤：
4、s1、采集钻孔处的煤样，检测煤样的含水率和密度；
5、s2、检测煤尘最佳除尘效果时的水分含量，确定钻进过程中单位重量的煤尘需要补增的水分增量；
6、s3、根据钻孔孔径、钻机的给进行程和煤样的密度，计算钻孔的产尘量；
7、s4、根据钻进过程中的产尘量和单位重量的煤尘需要补增的水分增量计算与钻进速度一致时除尘所需的供水量；
8、s5、按步骤s4中计算的除尘所需的供水量，通过空心钻杆向钻孔孔底供水，且保证钻孔钻进速度与除尘所需的供水量同步调整，使钻机每个钻进行程中的产尘量始终与除尘所需的供水量保持一致，使除尘水在高压风流作用下混合形成气水雾，直接与煤尘结合，将细微尘粒粘合成相对较大的尘粒随高压气流排出孔外。
9、该专利技术关键点是不同情况下的煤体或不同煤种的煤体如何精准控制通过气流送入钻孔内的水量，既能保证钻屑随气流排出孔外，又能有效抑制煤尘飞扬，即钻屑不能太干也不能太湿。
10、优选地，步骤s1中的煤样为无烟煤，煤样的含水率为1~4%，步骤s2中，检测无烟煤煤尘最佳除尘效果时的水分含量为10~12%，则煤尘最佳除尘效果时的含水率增量为6%~11%。
11、更优选地，步骤s5中，为了精准供应不同情况下的煤体或不同煤种在钻进时除尘所需的供水量，按以下方法对煤尘需要补增的水分增量进行精准控制：
12、以煤尘达到最佳除尘效果时的含水率增量10%时的水量体积作为水体积基数，设计8个独立腔体，每个独立腔体的容积分别为水体积基数的50%、20%、20%、10%、5%、2%、2%、1%，利用不同腔体的组合，可实现水体积基数从0~110%的范围内调节，水体积基数的调节精度为1%，则各独立腔体可调节的含水率增量分别为5%、2%、2%、1%、0.5%、0.2%、0.2%、0.1%，可实现含水率增量从0~11%的范围内调节，含水率增量的调节精度为0.1%。
13、基于本专利技术的另一个方面，为了实现上述煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，本专利技术提出了煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，包括静压供水装置、多腔体同步供水装置、多管路水汇装置、匀速喷水装置、等容积油缸、钻机给进/起拔油缸和两联手动多路阀；
14、所述静压供水装置包括箱体、浮子和设于箱体侧壁上的进水管一、气压平衡管、回水接口及供水接口，所述进水管一上设有减压阀，所述浮子设于箱体内且用于根据箱体内的水位控制进水管一的进水量（具体地的，浮子通过杠杆铰接在箱体的内壁上，且浮子的浮球端连接有进水口塞，当浮球端上浮时，所述进水口塞对应抵触在进水管一的进水口内，使进水管一停止进水，当浮球端下浮时，进水口塞松开进水管一的进水口，使进水管一开始进水），所述气压平衡管设于箱体的侧壁上端且与外部大气连通，所述气压平衡管位于箱体外的一端设有气体过滤组件，所述进水管一与井下的供水管路相连通；
15、由于井下供水管路水压较大，为了井下供水管路水压不影响多腔体同步供水装置活塞的运动，采用上述静压供水装置，其利用浮子控制供水管路，水量少时自动补水，补足水后自动关闭供水，通过气压平衡管可平衡箱体内外部的气压，通过设置气体过滤组件，可确保水箱内水质洁净。
16、所述多腔体同步供水装置包括圆柱形筒体、配水器和8个三通连接管，所述圆柱形筒体内设有8个独立的圆柱形腔体，每个圆柱形腔体内均设置有等行程的活塞，各活塞延伸至圆柱形筒体外的一端通过连接盘固定连接，每个圆柱形腔体远离连接盘的一端设有进排水接口，所述配水器的进水端与静压供水装置的供水接口相连通，且配水器上设有8个配水支管，8个配水支管分别与8个三通连接管的第一端口一一对应连接，8个三通连接管的第二端口分别与8个圆柱形腔体的进排水接口一一对应连接，且各配水支管上分别设有配水单向阀，8个三通连接管的第三端口分别对应连接有一个排水管，8个排水管上分别对应设置有排水单向阀；各圆柱形腔体的直径分别以水体积基数的50%、20%、20%、10%、5%、2%、2%、1%一一对应确定；各圆柱形腔体的进水和排水依靠对应活塞的往返运动来实现，通过设置配水单向阀和排水单向阀，保证水流只能向一个方向流动。
17、上述多腔体同步供水装置在应用过程中，8个独立的圆柱形腔体同步进水、同步排水，各圆柱形腔体的长度相同，活塞的有效行程相同，各活塞的有效行程主要考虑两个因素：一是考虑多腔体同步供水装置每个圆柱形腔体制造工艺的难度，容积最小的腔体直径不能太小，因此在供水量一定的情况下，应尽量减少活塞的行程；二是考虑装置整体的强度和几何形体大小在现场使用过程中的便利性，也应尽量缩少活塞的行程。在确定了活塞的有效行程后，各圆柱形腔体的直径分别以水体积基数的50%、20%、20%、10%、5%、2%、2%、1%确定。
18、所述多管路水汇装置包括供水母管、余水母管、8个进水管二和8个三通转向阀，8个进水管二的两端分别与8个排水管的排水端和8个三通转向阀的第一阀口一一对应连接，8个三通转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，步骤S1中的煤样为无烟煤，煤样的含水率为1~4%，步骤S2中，检测无烟煤煤尘最佳除尘效果时的水分含量为10~12%，则煤尘最佳除尘效果时的含水率增量为6%~11%。
3.根据权利要求1或2所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，步骤S5中，为了精准供应不同情况下的煤体或不同煤种在钻进时除尘所需的供水量，按以下方法对煤尘需要补增的水分增量进行精准控制：
4.煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，用于实现如权利要求3所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述等容积油缸和钻机给进/起拔油缸为单杆双作用油缸或双杆双作用油缸。
6.根据权利要求4或5所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述钻机给进/起拔油缸包括给进油管接口A、起拔油管接口A、给进油腔和起拔油腔，所述给进油管接口A与给进油腔连通设置，所述起拔油管
7.根据权利要求6所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述两联手动多路阀包括阀体、钻机给进/起拔操纵杆和除尘给水操纵杆，所述阀体内密封滑动连接有阀杆一和阀杆二，且阀体内设有内部油路，所述钻机给进/起拔操纵杆和除尘给水操纵杆均设于阀体外侧，且钻机给进/起拔操纵杆通过向前、居中和向后移动可驱动阀杆一向右、居中和向左移动，除尘给水操纵杆向前、居中和向后移动可驱动阀杆二向右、居中和向左移动；
8.根据权利要求4所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述气体过滤组件为防尘滤棉。
9.根据权利要求4所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述盲端呈尖锥状。
...【技术特征摘要】
1.煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，步骤s1中的煤样为无烟煤，煤样的含水率为1~4%，步骤s2中，检测无烟煤煤尘最佳除尘效果时的水分含量为10~12%，则煤尘最佳除尘效果时的含水率增量为6%~11%。
3.根据权利要求1或2所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，步骤s5中，为了精准供应不同情况下的煤体或不同煤种在钻进时除尘所需的供水量，按以下方法对煤尘需要补增的水分增量进行精准控制：
4.煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，用于实现如权利要求3所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述等容积油缸和钻机给进/起拔油缸为单杆双作用油缸或双杆双作用油缸。
6.根据权利要求4或5所述的煤层钻孔风力排渣孔底除尘装置，其特征在于，所述钻机给进/起拔油缸包括给进油管接口a、起拔油管接口a、给进油腔和起拔油腔，所述给进油管接...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国栋，王飞，陈攀，宋俊杰，李艳飞，王雨生，宋宝君，张恒运，杨博涵，高磊，李辉，陈龙，孙海朋，
申请(专利权)人：焦作煤业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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