[发明专利]一种定向钻机多参数联动孔口自动止喷装置及其止喷方法

说明书

本发明涉及一种定向钻机多参数联动孔口自动止喷装置及其止喷方法，包括用于插入煤体的中空固定套管和穿设在固定套管内的定向钻机，固定套管前端内壁安装有甲烷探头和流量探头，固定套管的中后段套装有止喷阀，定向钻机外侧设置有与定向钻机、甲烷探头和流量探头信号连接的微处理器，微处理器与止喷阀信号连接，固定套管上安装连接有气渣分离装置的泄压管；解决现有技术中瓦斯抽采钻孔施工时喷孔使巷道瓦斯超限，煤与瓦斯和水从正面喷出极易伤害到作业人员的问题。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种定向钻机多参数联动孔口自动止喷装置及其止喷方法。

背景技术

煤矿瓦斯事故是高瓦斯和突出矿井中经常发生的一种工程事故，目前治理瓦斯主要通过施工抽采钻孔进行。因瓦斯抽采钻孔中压力大、地应力高以及煤质松软等因素，容易造成钻孔突出事故，常见的钻孔突出有2种情况：①钻孔喷孔。指在煤层抽采钻孔的施工中或者钻孔施工结束后，瓦斯和煤粉在很短的时间内连续不断地从钻孔中喷出。突出发生的部位在施工钻孔前面的煤头中，突出发生后，钻孔的形体基本上保持完好，此类突出可以称为“钻孔喷孔”。这类突出事故虽然强度不太大，但持续时间比较长，一般情况下不会造成多么严重后果。②打钻诱导工作面突出。是指由于钻孔施工过程中产生的震动作用，或者是由于钻孔喷孔的诱导，使打钻部位工作面煤壁产生破坏时而发生的突出事故。此种突出事故中，突出发生点已经不能准确地判定，其突出强度比较大，且具有突发性。根据相关统计数据，90％多的钻孔突出事件属于钻孔喷孔，在钻孔施工过程中会多次喷孔，致使作业地点附近瓦斯体积分数超限，不仅影响施工进度，更可能会危及现场作业人员的人身安全(郝秀明，李忠。瓦斯抽采钻孔施工用防喷孔口装置。能源技术与管理，2017年第42卷第五期32-33)。

为了提升抽采钻孔施工效率，防止打钻期间瓦斯异常，保证钻孔施工安全作业，孔口必须安装防喷孔装置。目前煤矿瓦斯抽采钻孔施工设备主要分普钻和定向钻机，普钻的施工钻孔深度一般为100～180m，定向钻机施工钻孔深度一般为300m以上。

对于普钻施工的钻孔防喷孔装置目前国内已有多种设计，基本都是由孔口收集器、气渣分离装置和瓦斯抽采装置组成，例如龚大银和张振彬制作的新型防喷孔装置，经过三期更新最终形成“环形双回路双负压”带抽，利用两个独立箱体分别控制“气水煤”，不管是作业现场，还是作业地点下风侧的巷道回风流瓦斯波动变化范围都不大，一般在0.12％～0.24％波动，说明防喷孔装置起到了作用(龚大银，张振彬。新型防喷孔装置在古城煤矿的研究与应用。煤炭与化工，2019年3月第42卷第3期100-102)。郝秀明和李忠制作的装置主要由孔口多通装置、气水分离装置、储煤装置和固孔管4个部分构成，根据现场应用效果来看，当施工现场煤层的瓦斯压力低于2MPa时，效果尤为明显(郝秀明，李忠。瓦斯抽采钻孔施工用防喷孔口装置。能源技术与管理，2017年第42卷第五期32-33)。张继周、李剑锋、许洪亮双重防喷屏障可以有效阻挡钻孔内喷出煤渣对人员的伤害，同时作为喷孔时瓦斯储存空间(容积达20～26m³)，加之对屏障内瓦斯进行不间断抽采(流量40m³/min)，可以防止孔内喷出的瓦斯集中向巷道中涌出(张继周、李剑锋、许洪亮。深部高地应力突出煤层瓦斯喷孔防治技术。煤炭工程，2016年第5期62-64)。

对于定向钻机孔口防喷孔装置目前国内也有设计，如王国飞设计制作的千米钻孔打钻防喷孔装置。该装置主要构成部分包括封孔套管，孔口多通装置，煤气分离装置，防喷抽采管，三通排渣装置，在钻孔施工过程中，涌出的大量煤、瓦斯、水经过孔口多通装置，冲出的大部分的煤渣与水进入三通排渣装置，少量煤渣与瓦斯通过抽采软管抽入煤气分离装置，在煤气分离装置中水煤渣和瓦斯在该装置中被分离，煤渣通过煤气分离装置的排渣口排出，瓦斯则通过防喷抽采管进入抽采管路中，在钻孔施工过程中，钻场内瓦斯浓度一直保持稳定，能够解决大部分喷孔导致的瓦斯超限事故，将喷孔对生产的影响降到了最低，提高了定向钻机钻孔施工的效率(王国飞。千米钻孔打钻防喷孔装置在双柳煤矿瓦斯抽采中的应用。能源与环保，2018年4月37-43)。

以上的几种防喷孔装置虽然能解决部分喷孔带来的相关问题，但由于设计制作的局限性，其并无避险、联动功能。