煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法，包括冰顆粒儲存箱、冰顆粒噴射器、氣固耦合箱、鉆桿、旋流鉆頭，冰顆粒噴射器安裝在冰顆粒儲存箱與氣固耦合箱之間，氣固耦合箱通過鉆尾供風器與鉆桿連接，旋流鉆頭安裝在鉆桿的前端。其使用方法：啟動鉆進系統(tǒng)和冰顆粒噴射器，風流沿風管進入氣固耦合箱，與冰顆粒噴射器噴射出的冰顆?；旌希諝馀c冰顆粒形成的氣固二相流通過鉆尾供風器進入鉆桿到達鉆孔底部，經(jīng)旋流鉆頭沿鉆桿與鉆孔之間的排渣通道返出。本發(fā)明設計新穎，冰顆粒在運動過程中，因接觸表面溫度上升的鉆桿、與鉆屑顆粒相互摩擦作用，冰顆粒持續(xù)熔化，實現(xiàn)對鉆桿降溫，同時，捕捉細小煤塵。
【專利說明】煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦突出煤層瓦斯抽采鉆孔安全施工、除塵環(huán)?！炯夹g領域】，具體涉及煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]瓦斯抽采是突出煤層安全開采的前提，瓦斯抽采一般包括鉆孔、封孔和聯(lián)孔等技術環(huán)節(jié)，其中以鉆孔施工最為關鍵，鉆孔深度決定了瓦斯抽采的范圍和效率，突出煤層鉆孔施工量巨大，每生產(chǎn)I噸煤需施工0.1nT0.4m鉆孔。對于突出煤層鉆進，通常采取氣力輸送方式輸渣，相對于水力排渣方式，排渣效率高，壓風對孔壁的沖擊力小，不易破壞孔壁。對于氣力輸送方式鉆進工藝，施工現(xiàn)場粉塵嚴重，且當鉆孔內(nèi)出現(xiàn)堵塞時，鉆頭、鉆桿易發(fā)熱，摩擦熱量聚集，容易出現(xiàn)鉆孔瓦斯燃燒，當煤不完全燃燒時，產(chǎn)生CO，易出現(xiàn)CO事故。鉆頭、鉆桿降溫和除塵是突出煤層鉆孔施工的兩大技術難題，目前，工程技術人員通常在供風管與鉆機之間設置霧化裝置，風流攜帶霧化液滴沿鉆孔腔體進入鉆孔底部，實現(xiàn)降溫捕塵，受液滴大小及傳輸距離限制，霧化液滴降溫捕塵效果并不理想。因此，對于軟煤層鉆進降溫、除塵問題，急需一種新的工藝方法克服常規(guī)霧化液滴濕式鉆進工藝存在的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中的不足之處，提供了一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法，該工藝系統(tǒng)將捕塵媒介由常規(guī)的液態(tài)輸送轉(zhuǎn)換為固體冰顆粒輸送方式，增大了傳輸距離，解決了常規(guī)霧化液滴濕式鉆進工藝中因液滴輸送距離短且難以控制的技術問題，同時，冰顆粒的熔化為吸熱過程，對處于高溫狀態(tài)的孔內(nèi)鉆具起到降溫作用，減少了孔內(nèi)鉆具持續(xù)高溫引起強度降低而破壞的概率，有利于突出煤層鉆孔施工的安全聞效鉆進。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:一種軟煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置，包括冰顆粒儲存箱、冰顆粒噴射器、氣固耦合箱、鉆桿、旋流鉆頭，其特征在于:所述冰顆粒噴射器設置在冰顆粒儲存箱與氣固耦合箱之間，氣固耦合箱通過鉆尾供風器與鉆桿連接，旋流鉆頭安裝在鉆桿的前端。
[0005]所述冰顆粒噴射器由風動馬達、攪拌箱、冰顆粒儲存箱接口、螺旋輸送裝置、中間管、錐形噴射器和調(diào)節(jié)閥門組成，冰顆粒噴射器經(jīng)冰顆粒儲存箱接口與冰顆粒儲存箱連接。
[0006]所述氣固f禹合箱由風管接頭、顆粒嗔射器接頭、混合箱、鉆尾接頭組成，風管接頭通過膠管與供風管連接，冰顆粒噴射器接頭與冰顆粒噴射器連接，鉆尾接頭通過剛性連接管與鉆尾供風器連接。
[0007]所述旋流鉆頭由接頭、弧形旋流腔、刀架、硬質(zhì)合金刀片組成，旋流鉆頭通過接頭與鉆桿連接并安裝在鉆桿的前端。
[0008]一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法，包括以下步驟:
①.完成供風管、冰顆粒儲存箱、冰顆粒噴射器、氣固耦合箱、鉆機、鉆桿及鉆頭安裝與連接，鉆孔施工初期，僅啟動供風系統(tǒng)，風流沿氣固耦合箱、剛性連接管、鉆尾供風器及鉆桿腔體送入鉆孔底部，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進；
②.鉆孔施工超過5m后，啟動風動馬達，冰顆粒噴射器的螺旋輸送裝置將冰顆粒經(jīng)中間管輸送至錐形噴射器，進入氣固耦合箱，氣體與冰顆粒在氣固耦合箱進行初次混合，沿剛性連接管經(jīng)鉆尾供風器進入鉆桿內(nèi)腔，氣固耦合體到達旋流鉆頭處，在弧形旋流腔內(nèi)進行二次混合，由旋流鉆頭排出到達孔底；
③.氣體、冰顆粒與鉆屑混合體沿鉆孔壁與鉆桿之間的排渣通道向外排出，受旋流鉆頭、鉆桿溫度影響，冰顆粒吸熱融化、蒸發(fā)，在排渣通道內(nèi)形成氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三相狀態(tài)，在高速風流作用下，由冰顆粒液化形成的水滴進一步破碎，在輸送過程中，實現(xiàn)鉆桿的降溫和捕捉鉆屑微塵。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明冰顆粒噴射器結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明氣固耦合箱的結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明漩流鉆頭的結(jié)構(gòu)圖；
圖5是本發(fā)明實施時降溫捕塵原理示意圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1?圖4所示，本發(fā)明一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法，冰顆粒儲存箱3、冰顆粒噴射器4、氣固耦合箱5、鉆桿8、旋流鉆頭11，所述冰顆粒噴射器4設置在冰顆粒儲存箱3與氣固耦合箱5之間，氣固耦合箱5通過鉆尾供風器7與鉆桿8連接，旋流鉆頭11安裝在鉆桿8的前端。冰顆粒噴射器4由風動馬達401、攪拌箱402、冰顆粒儲存箱接口 403、旋輸送裝置404、中間管405、錐形噴射器406和調(diào)節(jié)閥門407組成，冰顆粒噴射器4經(jīng)冰顆粒儲存箱接口 403與冰顆粒儲存箱3連接。氣固耦合箱5由風管接頭501、冰顆粒噴射器接頭502、混合箱503、鉆尾接頭504組成，風管接頭501通過膠管2與供風管I連接，冰顆粒噴射器接頭502與冰顆粒噴射器4連接，鉆尾接頭504通過剛性連接管6與鉆尾供風器7連接。旋流鉆頭11由接頭1101、弧形旋流腔1102、刀架1103、硬質(zhì)合金刀1104片組成，旋流鉆頭11通過接頭1101與鉆桿8連接并安裝在鉆桿8的前端。
[0011]一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法，使用方法包括以下步驟:
完成供風管1、冰顆粒儲存箱3、冰顆粒噴射器4、氣固耦合箱5、鉆機9、鉆桿8及鉆頭11安裝與連接，鉆孔施工初期，僅啟動供風系統(tǒng)，風流沿氣固耦合箱5、剛性連接管6、鉆尾供風器7及鉆桿8腔體13送入鉆孔底部，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進；
鉆孔施工超過5m后，啟動風動馬達401，冰顆粒噴射器4的螺旋輸送裝置404將冰顆粒經(jīng)中間管405輸送至錐形噴射器406，進入氣固耦合箱5，氣體與冰顆粒在氣固耦合箱5進行初次混合，沿剛性連接管6經(jīng)鉆尾供風器7進入鉆桿8內(nèi)腔，氣固耦合體到達旋流鉆頭11處，在弧形旋流腔1102內(nèi)進行二次混合，由旋流鉆頭11排出到達孔底；
氣體、冰顆粒與鉆屑混合體沿鉆孔壁12與鉆桿8之間的排渣通道14向外排出，受旋流鉆頭11、鉆桿8溫度影響，冰顆粒吸熱融化、蒸發(fā)，在排渣通道14內(nèi)形成氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三相狀態(tài)，在高速風流作用下，由冰顆粒液化形成的水滴進一步破碎，在輸送過程中，實現(xiàn)鉆桿的降溫和捕捉鉆屑微塵。
[0012]下面介紹一下本發(fā)明遠距離輸送降溫捕塵原理:
參照圖5，氣體與冰顆粒在氣固耦合箱5進行初次混合，形成的氣固耦合體由鉆桿8腔體13進入，到達旋流鉆頭處時，在弧形旋流腔1102內(nèi)進行二次混合，在弧形旋流腔內(nèi)，氣體與冰顆粒形成渦流現(xiàn)象，冰顆粒渦動現(xiàn)象明顯，從而降低冰顆粒在鉆頭處堆積，有利于氣體、冰顆粒與鉆屑在孔底更均勻的混合。氣體、冰顆粒與鉆屑混合體沿鉆孔壁12與鉆桿8之間的排渣通道14向外排出，從孔底到孔外可分為三個階段:
階段1:在鉆孔底部，鉆頭破煤、鉆桿旋轉(zhuǎn)與鉆孔的摩擦，致使鉆頭處的溫度最高，當冰顆粒到達孔底時，在旋流鉆頭及鉆桿高溫條件下，一部分冰顆粒吸熱融化、蒸發(fā)，鉆孔底部空間媒介為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三相狀態(tài)，其中固態(tài)包括鉆屑和未融化的冰顆粒，冰顆粒融化起到降低鉆頭及鉆桿溫度作用，同時，蒸發(fā)狀態(tài)的水滴能夠捕捉鉆屑微塵作用，在孔底完成了煤塵源頭處的第一階段降塵作用；
階段II:沿鉆頭向外，鉆桿溫度有降低趨勢，氣流攜帶未融化的冰顆粒、鉆屑及液滴向孔外輸送，冰顆粒在運移過程中，部分冰顆粒繼續(xù)融化，同時，在高速風流作用下，由冰顆粒液化形成的液滴進一步破碎，在該階段，鉆屑微塵進一步被液滴顆粒捕捉；
階段II1:進入階段III，鉆桿表面溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時，冰顆粒、鉆屑及液滴混合體在氣流作用下以穩(wěn)定的狀態(tài)向外輸送，單位長鉆孔冰顆粒融化的比例穩(wěn)定，鉆屑微塵在運移過程中逐漸被捕捉。
【權(quán)利要求】
1.一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置，包括冰顆粒儲存箱、冰顆粒噴射器、氣固耦合箱、鉆桿、旋流鉆頭，其特征在于:所述冰顆粒噴射器設置在冰顆粒儲存箱與氣固耦合箱之間，氣固耦合箱通過鉆尾供風器與鉆桿連接，旋流鉆頭安裝在鉆桿的前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置，其特征在于:所述冰顆粒噴射器由風動馬達、攪拌箱、冰顆粒儲存箱接口、螺旋輸送裝置、中間管、錐形噴射器和調(diào)節(jié)閥門組成，冰顆粒噴射器經(jīng)冰顆粒儲存箱接口與冰顆粒儲存箱連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置，其特征在于:所述氣固耦合箱由風管接頭、冰顆粒噴射器接頭、混合箱、鉆尾接頭組成，風管接頭通過膠管與供風管連接，顆粒噴射器接頭與冰顆粒噴射器連接，鉆尾接頭通過剛性連接管與鉆尾供風器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置，其特征在于:所述旋流鉆頭由接頭、弧形旋流腔、刀架、硬質(zhì)合金刀片組成，旋流鉆頭通過接頭與鉆桿連接并安裝在鉆桿的前端。
5.一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置及其使用方法，采用如權(quán)利要求1所述的一種煤層鉆進冰顆粒遠距離輸送降溫捕塵裝置，其特征在于:包括以下步驟: ①.供風管、冰顆粒儲存箱、冰顆粒噴射器、氣固耦合箱、鉆機、鉆桿及鉆頭安裝與連接，鉆孔施工初期，僅啟動供風系統(tǒng)，風流沿氣固耦合箱、剛性連接管、鉆尾供風器及鉆桿腔體送入鉆孔底部，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進； ②.鉆孔施工超過5m后，啟動風動馬達，冰顆粒噴射器的螺旋輸送裝置將冰顆粒經(jīng)中間管輸送至錐形噴射器，進入氣固耦合箱，氣體與冰顆粒在氣固耦合箱進行初次混合，沿剛性連接管經(jīng)鉆尾供風器進入鉆桿內(nèi)腔，氣固耦合體到達旋流鉆頭處，在弧形旋流腔內(nèi)進行二次混合，由旋流鉆頭排出到達孔底； ③.氣體、冰顆粒與鉆屑混合體沿鉆孔壁與鉆桿之間的排渣通道向外排出，受旋流鉆頭、鉆桿溫度影響，冰顆粒吸熱融化、蒸發(fā)，在排渣通道內(nèi)形成氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三相狀態(tài)，在高速風流作用下，由冰顆粒液化形成的水滴進一步破碎，在輸送過程中，實現(xiàn)鉆桿的降溫和捕捉鉆屑微塵。
【文檔編號】E21B10/60GK104018784SQ201410244051
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】王永龍, 王振鋒, 孫玉寧 申請人:河南理工大學