專利名稱：煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及薄軟煤層水力開采過程中，對水力開采噴出物進行煤、氣、水初步分離和歸納輸送的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]對于薄軟煤層采用水力開采是一種經(jīng)濟實惠且安全可靠的采掘手段，但在注水壓裂后，大量煤、水、氣將通過鉆孔集中涌出其后續(xù)的煤、水、氣分離、歸納運輸及安全保障則變得亟待解決。目前國內(nèi)沒有相關(guān)方面的針對性裝置，這就使煤礦薄軟煤層的水力開采遇到技術(shù)瓶頸。發(fā)明內(nèi)容[0003]本發(fā)明為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，該裝置不僅能有效分離歸納運輸除塵煤層鉆采噴出的煤、氣、水，提高煤層采用鉆采效率，而且能提供較強的安全保護，確保煤層鉆采的安全進行。[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:[0005]煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其結(jié)構(gòu)特點在于包括動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器、煤、氣分離輸送機、煤、水分離機；[0006]所述動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器連接在護孔管的尾端，收集器設(shè)有瓦斯抽排口，煤、氣輸送口以及對應(yīng)于護孔管軸向設(shè)置的鉆口，所述鉆口處設(shè)有與鉆桿形成密封的動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)；[0007]所述煤、氣分離輸送機自上而下設(shè)有緩沖分離器、煤、水輸送系統(tǒng)和支護系統(tǒng)；所述緩沖分離器設(shè)有瓦斯抽排口、超載卸料門，所述超載卸料門設(shè)在緩沖分離器的底部，當(dāng)緩沖分離器內(nèi)煤量超過警界高度時，超載卸料門自動打開將煤碴排出，保證緩沖分離器瓦斯流入；所述煤、水輸送系統(tǒng)為一個密封系統(tǒng)，通過超載卸料門與緩沖分離器連通，煤水輸送系統(tǒng)的輸出端通過連接管與煤、水分離機連接，所述煤、水輸送系統(tǒng)用于將緩沖分離器內(nèi)排出的含水煤渣輸送到煤、水分離機中；[0008]所述煤水分離機包括輸送系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)和支護系統(tǒng)，所述輸送系統(tǒng)包括離心式輸送機，所述脫水系統(tǒng)包括篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分離水套和沖洗水套，所述離心式輸送機、分離水套、沖洗水套由內(nèi)至外同軸設(shè)置，所述分離水套和沖洗水套上設(shè)有脫水進料口 ；沖洗水套上設(shè)有排水口。[0009]本發(fā)明結(jié)構(gòu)特點還在于:[0010]所述鉆孔處由內(nèi)向外依次設(shè)有靜態(tài)密封件和動態(tài)密封件；所述靜態(tài)密封件的主體由一個圓柱螺旋環(huán)構(gòu)成，所述螺旋環(huán)的外周壁與鉆孔內(nèi)壁過盈配合，螺旋環(huán)朝向鉆桿的內(nèi)周壁沿徑向布滿刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的頭部與鉆桿的外周壁接觸性貼合，形成初密封；所述動態(tài)密封件有多個大小相同的并列排布的密封環(huán)組成，每個密封環(huán)與鉆孔內(nèi)壁、鉆桿外周壁間隙動態(tài)配合。[0011]所述靜態(tài)密封件螺旋環(huán)的環(huán)數(shù)至少為兩環(huán)；所述動態(tài)密封件的每個密封環(huán)的厚度為2.5 — 4 mm，密封環(huán)的數(shù)量為12 — 15個。[0012]所述靜態(tài)密封件螺旋環(huán)采用鐵材質(zhì)，所述刷毛采用加阻燃劑的尼龍66材質(zhì)；所述動態(tài)密封件的密封環(huán)采用PPESK合金改性尼龍。[0013]所述鉆孔與動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)之間還設(shè)有銅套，所述銅套與鉆孔內(nèi)壁過盈配合或螺紋連接，所述銅套與靜態(tài)密封件過盈配合，所述銅套與動態(tài)密封件間隙動態(tài)配合。[0014]所述緩沖分離器設(shè)有壓力表、安全泄壓閥和噴霧裝置。[0015]所述壓力表為2個，一個用于實時檢測緩沖分離器內(nèi)的氣壓值，一個設(shè)置在瓦斯抽放口處，用于讀取井下瓦斯抽放系統(tǒng)的抽排力。[0016]所述緩沖分離器內(nèi)的瓦斯抽排口設(shè)置為2個，其中一個為備用瓦斯抽排口。[0017]所述煤、氣分離輸送機的支護系統(tǒng)為液壓支護系統(tǒng)，用于支撐和升降緩沖分離器和煤、水輸送系統(tǒng)。[0018]所述動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器的煤、氣輸送口處設(shè)有風(fēng)水射流裝置以防止大量煤水混合物堵塞輸送管。[0019]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:[0020]1、本發(fā)明動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器后部采用高耐磨呈“呼啦圈”式排布的密封圈組可以有效防止氣體及粉塵在高壓作用下從后部沖出，同時不影響鉆機正常工作；[0021]2、本發(fā)明在輸送口和輸送管直接增加風(fēng)水射流有效防止了大量煤水混合物堵塞輸送管的情況；[0022]3、本發(fā)明在無級變速煤氣水分離輸送機緩沖分離包上設(shè)有超載卸料門和氣體過載泄壓閥，有效的保證了整體裝置的運行安全，其中超載卸料門采用靜磁力矩自動開啟/關(guān)閉裝置，采用靜磁力矩原理制作無電操作，當(dāng)分離包內(nèi)混合物重量達到600kg時，超載卸料門自動開啟，卸料后自動關(guān)閉；氣體過載泄壓閥在分離包內(nèi)氣壓達到0.25MPa時自動開啟防止壓強過大時分離包破裂；[0023]4、本發(fā)明在自動清洗煤水分離機中設(shè)有脫水套能有效分離煤水保證采出煤的有效運輸和儲納；[0024]5、本發(fā)明采用液壓支護系統(tǒng)安全穩(wěn)定性更好，能適應(yīng)在不平整作業(yè)面工作，而且收縮后方便運輸。


[0025]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖2為本發(fā)明動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器結(jié)構(gòu)示意圖。[0027]圖3為本發(fā)明無級變速煤氣水分離輸送機結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖4為本發(fā)明自動清洗煤水分離機結(jié)構(gòu)示意圖。[0029]圖5是圖2輸送口部分的A-A剖視圖。[0030]圖6是本發(fā)明靜態(tài)密封件結(jié)構(gòu)示意圖。[0031]圖中標(biāo)號:1護孔管；2瓦斯抽排口一 ；3靜動態(tài)密封結(jié)構(gòu)；4風(fēng)水射流裝置；5輸送口 ；6輸送管；7緩沖分離器；8壓力表；9瓦斯抽排口二 ；10噴霧管路；11瓦斯抽排口三；12安全泄壓閥；13超載卸料門；14液壓馬達；15離心式輸送機；16平行支座；17液壓升降支腿；18連接管；19分離水套；20排水口 ；21升降支座；22沖洗水套；23出煤口 ；24旋轉(zhuǎn)支桿；25鎖緊螺栓；26備用支架；27脫水進料口 ；28真空表；29鉆桿；30銅套；31靜態(tài)密封件；32動態(tài)密封件；33鉆口。[0032]以下通過具體實施方式
，結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步說明具體實施方式
。
具體實施方式
[0033]如圖1所示，煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，包括動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器、煤、氣離輸送機、煤、水分離機；[0034]如圖2所示，動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器連接在護孔管I的尾端，收集器設(shè)有瓦斯抽排口一 2，煤、氣輸送口 5以及對應(yīng)于護孔管軸向設(shè)置的鉆口，鉆口處設(shè)有與鉆桿形成密封的動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)3 ;動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)3由內(nèi)向外依次由靜態(tài)密封件31和動態(tài)密封件32組成；如圖6所示，靜態(tài)密封件的主體由一個呈鉆桿軸向設(shè)置的螺旋環(huán)31a構(gòu)成，螺旋環(huán)31a的外周壁與鉆口內(nèi)壁過盈配合，螺旋環(huán)朝向鉆桿的內(nèi)周面沿徑向布滿刷毛31b，并形成螺旋密封面，刷毛的頭部與鉆桿的外周壁接觸性貼合，形成初密封；動態(tài)密封件有多個并列的密封環(huán)組成，每個密封環(huán)與鉆口內(nèi)壁、鉆桿外周壁動態(tài)間隙配合。[0035]具體實施時，靜態(tài)密封件螺旋環(huán)采用鐵材質(zhì)，螺旋環(huán)至少兩環(huán)(螺旋360°為一環(huán))，其最小軸向長度為40 — 50mm ;刷毛采用加阻燃劑的尼龍66材質(zhì)；動態(tài)密封件的每個密封環(huán)采用PPESK合金改性尼龍(市售產(chǎn)品)，其厚度為2.5 — 4 mm，密封環(huán)的數(shù)量為12 —15個。[0036]為了提高密封質(zhì)量，延長使用壽命，鉆口與動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)之間還設(shè)有銅套30，銅套與鉆口內(nèi)壁過盈配合或螺紋連接，銅套與靜態(tài)密封件過盈配合，銅套與動態(tài)密封件間隙動態(tài)配合。[0037]在鉆桿在鉆采旋轉(zhuǎn)過程中，靜態(tài)密封件通過尼龍刷毛與鉆桿外周壁形成接觸性貼合，當(dāng)收集器為低負壓的條件下，靜態(tài)密封件維持常態(tài)的密封。動態(tài)平面密封，適應(yīng)于“噴孔”發(fā)生時自動緊急密封。一旦收集器腔體突然出現(xiàn)正壓或高壓狀態(tài)，動態(tài)平面密封組的“呼啦圈”式排布的10-15個平面密封片，可以立即自動堆積到鉆口外端密封法蘭7的開孔處，實現(xiàn)緊急密封，且不影響鉆進作業(yè)。當(dāng)護孔器腔體轉(zhuǎn)到常壓狀態(tài)，動態(tài)平面密封組自動恢復(fù)“自由等待態(tài)”。所謂自由狀態(tài)，是指端密封片無序的跟著鉆桿旋轉(zhuǎn)，每一個端密封片的位置、狀態(tài)都是隨機無序的。[0038]如圖5所示，煤、氣輸送口處設(shè)有風(fēng)水射流裝置以防止大量煤水混合物堵塞輸送管。[0039]如圖3所示，煤、氣分離輸送機自上而下設(shè)有緩沖分離器7、煤、水輸送系統(tǒng)和支護系統(tǒng)；緩沖分離器設(shè)有瓦斯抽排口二 9、瓦斯抽排口三11和壓力表8、真空表28,用于分離后的瓦斯抽排及分離器內(nèi)壓強監(jiān)控，其中壓力表8為正壓表，用于測量緩沖分離器內(nèi)氣壓值以判斷噴孔狀態(tài)，真空表28接在瓦斯抽放口邊，以讀取井下瓦斯抽放系統(tǒng)的抽排力(如果達不到額定需求值則需增加移動抽排系統(tǒng)，以保證設(shè)備正常作業(yè))。瓦斯抽排口設(shè)置2個，一個備用；防止鉆孔內(nèi)瓦斯噴出量超過單孔抽排量，則啟用備用抽排口。其腔內(nèi)設(shè)有噴霧管路10用于瓦斯與煤粉分離。超載卸料門13設(shè)在緩沖分離器的底部，用于固液料過載時卸料，安全泄壓閥12用于腔內(nèi)壓強過大時泄壓，安全泄壓閥(整定壓力等級0.25MPA)，當(dāng)瞬間噴出壓力超過整定壓力則泄壓閥自動沖開釋放部分氣體以保證裝置安全運行。超載卸料門實現(xiàn)自動打開/人工復(fù)位，閥體采用磁力吸盤I 一 200N扭矩內(nèi)可調(diào)。當(dāng)箱內(nèi)煤量超過警界高度則放料閥自動打開將煤碴排出，保證孔內(nèi)瓦斯流入。煤、水輸送系統(tǒng)為一個密封系統(tǒng)，包括液壓馬達14和傳動系統(tǒng)15,用于運輸煤、水,傳動系統(tǒng)米用螺旋輸送,每小時可輸出10噸煤碴。煤、水輸送系統(tǒng)下部支護系統(tǒng)由平行支座16和液壓升降支腿17組成，用于安全支撐上部設(shè)備；無級變速煤氣水分離輸送機通過連接管18同自動清洗煤水分離機相連。[0040]如圖4所示，自動清洗煤水分離機設(shè)有分離水套19、排水口 20和沖洗水套22，用于煤水分離；設(shè)有脫水進料口 27、液壓馬達14和傳動系統(tǒng)15用于煤的輸送；設(shè)有升降支座21、旋轉(zhuǎn)支桿24、備用支架26和鎖緊螺栓25用于安全支護自動清洗煤水分離機；設(shè)有出煤口 23用于卸煤。[0041]分離水套為篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，篩網(wǎng)目數(shù)根據(jù)井下鉆屑粒度確定，小于指定目數(shù)的煤粉和水將會從分離水套流出到?jīng)_洗水套內(nèi)，在輸送過程中由于高速的離心作用，將分離水套內(nèi)的在提升階段的少量水甩到?jīng)_洗水套壁上。沖洗水套內(nèi)的煤水沿著水套壁流到排水口排出。由于甩到?jīng)_洗水套上的水中含有煤泥，怕其潰在沖洗水套上加一套反沖洗管，引入干凈靜壓水對沖洗水套壁進行沖刷。升降支座通過單個液壓缸將自動清洗煤水分離機上部機構(gòu)升起，兩側(cè)旋轉(zhuǎn)支桿沿轉(zhuǎn)芯固定架做圓周運動，旋轉(zhuǎn)至與升降支座連接指定位置通過鎖緊螺栓連接固定(旋轉(zhuǎn)過程中如果長度不高可調(diào)整旋轉(zhuǎn)支桿長度)。備用支架是一個備用支撐方式，與自動清洗煤水分離機采用螺栓連接。使用者可在旋轉(zhuǎn)支桿和備用支架中選一種使用。[0042]本發(fā)明由動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器將高壓噴出的氣體同水和煤初步分離并引入無級變速煤氣水分離輸送機中，通過緩沖分離包將氣體從上部抽走，將煤同水一起運輸至自動自動清洗煤水分離機中，在輸送煤的同時將其中大部水分脫離最終實現(xiàn)煤層鉆采中的煤、氣、水分離輸納作用，該裝置設(shè)有安全保護、過載保護和液壓支護等安全措施在實現(xiàn)功能的前提下最大限度的保證了開采的安全性。[0043]本發(fā)明裝置使用過程中按如下步驟操作:[0044]1、通過調(diào)解液壓支護使整個裝置平穩(wěn)放置。[0045]2、將動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器套接在鉆機前端，同時連接各管路，并保證各連接可靠。[0046]3、通過水接頭和風(fēng)接頭進水進風(fēng)，開啟整套裝置，開始鉆機鉆孔操作。[0047]4、工作完畢后延遲10至15分鐘再關(guān)閉反沖洗管。[0048]步驟過程中注意以下事項:[0049]1、連接動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器和無級變速煤氣水分離輸送機的輸送管不可彎曲或過長(2米以內(nèi))。[0050]2、運行前應(yīng)先通水通風(fēng)后再開始鉆機作業(yè)。[0051]3、正常工作期間要注意觀察氣壓表情況，如果出現(xiàn)瞬時氣壓過大要注意操作安全。[0052]4、在停止工作后，要繼續(xù)開啟反沖洗管裝置10至15分鐘。[0053]在使用時要注意連接動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器和無級變速煤氣水分離輸送機的輸送管不可彎曲或過長(2米以內(nèi))防止堵管，運行前應(yīng)先通水通風(fēng)后再開始鉆機作業(yè)，在正常工作期間要注意觀察氣壓表情況，如果出現(xiàn)瞬時氣壓過大要注意操作安全，在停止工作后，要繼續(xù)開啟反沖洗管裝置10至15分鐘防止脫水套堵塞。
權(quán)利要求1.煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于包括動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器、煤、氣分離輸送機、煤、水分離機； 所述動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器連接在護孔管的尾端，收集器設(shè)有瓦斯抽排口，煤、氣輸送口以及對應(yīng)于護孔管軸向設(shè)置的鉆口，所述鉆口處設(shè)有與鉆桿形成密封的動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)； 所述煤、氣分離輸送機自上而下設(shè)有緩沖分離器、煤、水輸送系統(tǒng)和支護系統(tǒng)；所述緩沖分離器設(shè)有瓦斯抽排口、超載卸料門，所述超載卸料門設(shè)在緩沖分離器的底部，當(dāng)緩沖分離器內(nèi)煤量超過警界高度時，超載卸料門自動打開將煤碴排出，保證緩沖分離器瓦斯流入；所述煤、水輸送系統(tǒng)為一個密封系統(tǒng)，通過超載卸料門與緩沖分離器連通，煤水輸送系統(tǒng)的輸出端通過連接管與煤、水分離機連接，所述煤、水輸送系統(tǒng)用于將緩沖分離器內(nèi)排出的含水煤渣輸送到煤、水分離機中； 所述煤水分離機包括輸送系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)和支護系統(tǒng)，所述輸送系統(tǒng)包括離心式輸送機，所述脫水系統(tǒng)包括篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分離水套和沖洗水套，所述離心式輸送機、分離水套、沖洗水套由內(nèi)至外同軸設(shè)置，所述分離水套和沖洗水套上設(shè)有脫水進料口 ；沖洗水套上設(shè)有排水口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述鉆孔處由內(nèi)向外依次設(shè)有靜態(tài)密封件和動態(tài)密封件；所述靜態(tài)密封件的主體由一個圓柱螺旋環(huán)構(gòu)成，所述螺旋環(huán)的外周壁與鉆孔內(nèi)壁過盈配合，螺旋環(huán)朝向鉆桿的內(nèi)周壁沿徑向布滿刷毛并形成螺旋密封面，所述刷毛的頭部與鉆桿的外周壁接觸性貼合，形成初密封；所述動態(tài)密封件有多個大小相同的并列排布的密封環(huán)組成，每個密封環(huán)與鉆孔內(nèi)壁、鉆桿外周壁間隙動態(tài)配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述靜態(tài)密封件螺旋環(huán)的環(huán)數(shù)至少為兩環(huán)；所述動態(tài)密封件的每個密封環(huán)的厚度為2.5 — 4 mm，密封環(huán)的數(shù)量為12 — 15個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述靜態(tài)密封件螺旋環(huán)采用鐵材質(zhì)，所述刷毛采用加阻燃劑的尼龍66材質(zhì)；所述動態(tài)密封件的密封環(huán)采用PPESK合金改性尼龍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于， 所述鉆孔與動靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)之間還設(shè)有銅套，所述銅套與鉆孔內(nèi)壁過盈配合或螺紋連接，所述銅套與靜態(tài)密封件過盈配合，所述銅套與動態(tài)密封件間隙動態(tài)配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述緩沖分離器設(shè)有壓力表、安全泄壓閥和噴霧裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述壓力表為2個，一個用于實時檢測緩沖分離器內(nèi)的氣壓值，一個設(shè)置在瓦斯抽放口處，用于讀取井下瓦斯抽放系統(tǒng)的抽排力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于， 所述緩沖分離器內(nèi)的瓦斯抽排口設(shè)置為2個，其中一個為備用瓦斯抽排口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述煤、氣分離輸送機的支護系統(tǒng)為液壓支護系統(tǒng)，用于支撐和升降緩沖分離器和煤、水輸送系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，其特征在于，所述動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器的煤、氣輸送口處設(shè)有風(fēng)水射流裝置以防止大量煤水混合物堵塞輸送管。 ·
專利摘要一種煤層鉆采煤、氣、水分離輸納裝置，包括動靜態(tài)結(jié)合密封快裝收集器；煤、氣分離輸送機；煤、水分離機；收集器連接在護孔管的尾端，設(shè)有瓦斯抽排口，煤、氣輸送口以及鉆口，所述鉆口處設(shè)有與鉆桿形成密封的密封結(jié)構(gòu)；所述煤、氣分離輸送機自上而下設(shè)有緩沖分離器、煤、水輸送系統(tǒng)和支護系統(tǒng)；緩沖分離器設(shè)有瓦斯抽排口、超載卸料門，所述煤、水輸送系統(tǒng)為一密封系統(tǒng)，通過超載卸料門與緩沖分離器連通，其輸出端通過連接管與煤、水分離機連接；所述煤水分離機包括脫水系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和支護系統(tǒng)，本實用新型裝置不僅能有效分離歸納運輸除塵煤層鉆采噴出的煤、氣、水，提高煤層采用鉆采效率，而且能提供較強的安全保護，確保煤層鉆采的安全進行。
文檔編號E21F7/00GK202991004SQ201220710760
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者許紹明, 程遠平, 何佰穩(wěn), 秦小坤, 陳玲, 余根海, 沐俊衛(wèi), 張曉磊 申請人:淮北礦業(yè)股份有限公司工程處, 中國礦業(yè)大學(xué), 淮北科奧工程建設(shè)有限公司