[发明专利]内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置

说明书

技术领域

本发明属于松软煤层钻孔技术领域，特别涉及一种在松软煤层瓦斯治理过程中钻孔使用的阻燃装置。

背景技术

煤炭是一种重要的能源，但煤层瓦斯含量普遍较高，煤炭开采过程中瓦斯事故的致死率长期居高不下，随着煤矿开采深度的增加，大量浅部低瓦斯矿井逐渐转变为高瓦斯矿井，高瓦斯矿井数量逐年增加。

当前瓦斯治理的措施较多，但最终都需要煤层钻孔后进行瓦斯抽采，施工过程中钻孔是关键环节。钻孔深度、钻孔直径、钻孔质量直接影响瓦斯治理效果。特别在松软煤层，塌孔严重，钻孔成孔效率低，水钻会进一步降低成孔质量，因此风钻成为松软煤层钻孔的唯一选择。然而，在风钻过程中，钻杆与煤壁高速摩擦，随着钻进深度的增加，煤岩体温度亦相应增加，钻杆温度升高极快。加之，风钻过程会给孔内不间断送入空气，孔内氧气充足，瓦斯含量大，当钻杆温度达到煤炭燃点时，极易引起煤炭燃烧，造成极大的矿井安全灾难。现有的钻孔工具由钻机和钻杆组成，不能有效防止钻孔过程中孔内煤炭的燃烧，因而开发一种自动阻燃钻孔工具对于矿井安全具有重要作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置，以解决松软煤层风钻过程中煤炭孔内燃烧问题，提高瓦斯治理的安全性。

本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置，由一节标准钻杆和安装在该节标准钻杆内腔中的温控自动闭风组件构成，所述温控自动闭风组件包括缸体、活塞和阻风套，活塞为圆柱体和圆锥体的组合体，缸体为一端封闭、另一端开口的圆筒体，其内径与组成活塞的圆柱体外径相匹配，阻风套的内孔为与活塞形状和尺寸相匹配的圆锥台形孔（活塞的圆锥体部段进入阻风套内孔可与其孔壁紧密接触，封闭钻杆內的风路）；所述缸体通过具有良好导热性和耐高温性的链接条固定在所述标准钻杆的内腔，其封闭端朝向所述标准钻杆的外螺纹端，缸体内充有对金属材料无腐蚀性且热膨胀性良好的气体，活塞与缸体组合，其圆柱体部段装入缸体，其圆锥体部段位于缸体之外，阻风套固定在所述标准钻杆的内腔并位于缸体的开口端一侧，且其圆锥台形孔的大端朝向所述缸体的开口端。

本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置，其缸体内气体的充入量以缸体的温度接近煤的燃点（500~600℃）时，缸体内的气体可膨胀至将活塞的圆锥体部段推入阻风套内孔与其孔壁紧密接触、但不损坏缸体为限。所述缸体内所充的对金属材料无腐蚀性且热膨胀性良好的气体优选氦气、氖气、氮气、二氧化碳气体中的一种。

本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置，其活塞的圆柱体部段的长度大于阻风套的长度，以便既能保证活塞的圆锥体部段与阻风套内孔孔壁紧密接触，又能满足钻孔过程中所需的通风量。

本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置，其用于固定缸体的链接条为三条，三条链接条环绕缸体外壁分布，相互间为120o夹角，保证了缸体安装的稳定性。

本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置，其用于固定缸体的链接条优选铜、铜合金、铝或铝合金制作的链接条，它们不仅具有良好的导热性和耐高温性，而且来源广，价格相对便宜。

本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置的工作原理：

当缸体中的气体受热膨胀时，推动活塞向阻风套方向运动，在气体的温度接近煤的燃点（500~600℃）时，将活塞的圆锥体部段推入阻风套内孔与其孔壁紧密接触，封闭钻杆內的风路，切断孔内氧气的供给（见图3）；待孔内温度冷却或退出钻杆人工降温后，随着气体温度的下降，在大气压力的作用下，缸体中的气体体积收缩，活塞向缸体封闭端运动，与阻风套的内孔壁分离，开启钻杆內的风路，恢复孔内空气的供给。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明为高突低透气性松软煤层瓦斯治理钻孔技术提供了一种安全钻孔的新装置，由于本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置中的气体随着温度的升高体积可以膨胀，从而推动活塞封闭钻杆內风路，切断孔内氧气的供给，阻止孔内煤炭燃烧，因而有效解决了钻孔过程中的潜在风险，提高了瓦斯治理的安全性。

2、由于本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置中的气体化学活动性稳定，不会腐蚀钻杆其它部件，因而使用安全。

3、由于本发明所述内置式钻杆温控自动闭风阻燃装置中的链接条具有良好导热性和耐高温性，因而能使缸体的温度与钻杆外温度变化同步，并在煤的燃点具有足够的强度。

4、本发明所述温控自动闭风阻燃钻杆为纯机械结构，不涉及电路系统，因而不需要相关“煤安证”的申请，特别适合高突低透气性松软煤层瓦斯治理过程的钻孔。