[发明专利]一种煤层钻孔孔口除尘装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层钻孔孔口除尘装置。

背景技术

钻孔抽放瓦斯是防治煤与瓦斯突出事故的最有效方法之一，随着煤与瓦斯突出煤层开采深度及开采强度的增加，煤与瓦斯突出强度越来越大，从而使瓦斯抽放钻孔的数量急剧增加。若采用湿式钻孔，容易造成垮孔、堵孔、卡钻等故障，严重影响抽放效果。因此，煤矿瓦斯抽放钻孔施工主要采用干式钻孔风动排渣，但其产生的大量粉尘，给矿井安全生产及人员健康带来了隐患。干式钻孔过程中产生的煤尘既能在完全没有瓦斯存在的情况下单独发生爆炸，也能使小规模的瓦斯爆炸转化为瓦斯与煤尘的混合爆炸，引起连续爆炸；同时，煤尘也给矿工的身体健康造成严重危害，国内外因尘肺病引起的矿工致残和死亡人数十分惊人；另外，粉尘浓度过大会影响视觉，造成施工人员操作失误。

目前，煤矿针对干式钻孔所采取的降尘、除尘措施主要有喷雾除尘、泡沫除尘及除尘器除尘等，但在实施过程中存在以下问题:喷雾除尘装置的除尘效率随供水压力增大而提高，而较高的水压带来能耗大、装置零部件易出故障、寿命短的问题，且喷嘴直径大小对粉尘捕集效果影响较大，而直径过小又容易造成堵塞，泡沫除尘对泡沫药剂配方及添加比例要求较高，且操作工艺繁杂；除尘器体积大、所需泵压高、能耗大、井下运移不便。这些问题在一定程度上限制了其应用范围。因此，70%～80%的煤层钻孔施工现场仅使用孔口喷雾及挡尘水幕等简单的降尘装置，钻孔施工地点煤尘飞扬，其回风流中的平均粉尘浓度高达350mg/m3以上，远超出《煤矿安全规程》的规定。

发明内容

为解决干式钻孔产生的粉尘污染问题，本发明设计了一种煤层钻孔孔口除尘装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：煤层钻孔孔口除尘装置主要由水射流除尘器、孔口集尘装置及连接管路等组成。

煤层钻孔孔口除尘装置的工作原理是：瓦斯抽放钻孔施工过程中产生的粉尘在压风作用下，从孔底以高速沿钻杆与煤壁之间的孔隙向外排出，进入孔口集尘装置，其中较大颗粒的粉尘在重力作用下沉降下来，经下部出渣口排入煤渣收集桶内。同时，有压水流通过水射流除尘器的喷嘴8喷出，形成高速射流，使吸气室压力降低形成真空负压，将集尘装置中较小颗粒的煤尘抽吸至吸入室，并与水流在喉管入口段及喉管内混合后，经扩散管出口排出至水沟至水沟。

所述水射流除尘器主要由喷嘴、吸入室、喉管、扩散管及抽尘管等结构组成，在总装时要保证喷嘴、喉管和扩散管的同心度。所述喷嘴采用锥形收缩喷嘴，其几何参数主要有收缩角α、出口直径d₁及圆柱段l。收缩角α选取最大流量系数值对应的13.5。

Q₀为工作水流体积流量，m³/s；μ为流量系数，取0.95；g为重力加速度，m/s2；Δp₀为工作压力，Pa；γ为工作水流容重，kN/m³。所述喉管是工作水流与吸入的含尘气体进行混合的部件，采用单级短喉管。

d₁为喷嘴出口直径，mm；ε为收缩系数，当收缩角α=13.5°时，ε≈1；my为最优面积比，根据h=Δp_c/Δp₀，利用m_y=f(h)曲线求得，Δp_c为出口压力，Pa。所述猴嘴距L_c即喷嘴出口断面至喉管入口断面的距离，在(0.5～2)d₁范围内选取。所述扩散管采用均匀扩散角，长L_d可按(4～7)(d_c－d₂)进行选取。

所述孔口集尘装置将瓦斯抽放钻孔施工时产生的粉尘控制在相对密闭的空间内，由于采用负压抽尘，所以集尘装置不需要较高的密封要求，主要考虑与钻机的可靠连接及处理喷孔、夹钻时能方便拆卸或打开。

本发明的有益效果是：煤层钻孔孔口除尘装置可直接利用井下供水管内水压工作，因而能耗小；结构简单、体积小、拆卸方便，对钻孔施工影响小，除尘效果好。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是除尘装置结构组成及连接图。

图2是水射流除尘器结构示意图。

图3是孔口集尘装置结构图。

图中，1-水射流除尘器，2-抽尘管，3-孔口集尘装置，4-煤渣手机桶，5-吸尘管，6-吸入室，7-喷嘴，8-喉管，9-扩散管，10-集尘罩，11-封尘装置，12-下部出渣口；A接水管，B至排水沟，C接抽尘管。

具体实施方式