本发明涉及煤矿施钻技术领域，具体涉及一种煤矿井下施钻的风水联动装置。
背景技术：
目前煤矿井下施工过程中主要采用水、压风、机械三种排渣类型。压风排渣，粉尘大、工作环境差、易引发孔内着火；机械排渣，粉尘相对较低、排渣能力受多种因素制约，易引发孔内着火；水排渣，粉尘小，不会产生孔内着火，但是在突出煤层中钻进中喷孔加剧。突出煤层采用水排渣喷孔加剧原因主要有三个方因素共同作用所导致，一方面是水降低了孔壁煤体强度，易使孔壁失稳塌陷，使喷孔几率上升；另一方面，水与煤渣受钻具的扰动透气性低，容易堵塞钻孔，使孔内形成承压瓦斯包，当承压瓦斯足以克服阻碍时，喷孔也就发生了；再一方面，喷孔前孔壁煤体受压，喷孔期间孔壁煤体卸压，孔壁煤体频繁地受压、卸压使煤体稳定性降低，导致喷孔频次增多，喷孔强度增强。
喷孔会引发一系列的安全问题，主要表现在以下几个方面：一是大量煤屑喷出后堆积在巷道中，影响作业与卫生条件；二是高速喷出的煤屑与瓦斯容易伤及作业人员，尤其是在更换、拆卸安装钻杆的过程中，喷孔更易伤及作业人员；三是高强度喷孔，易使防喷装置失效，甚至使防喷孔装置整体推移伤及作业人员、抱死或掩埋钻机、堵塞施钻人员安全退路；四是喷煤同时伴有大量瓦斯快速喷出，易导致作业地点及回风系统风流瓦斯超限，严重时导致施工地点风流逆转、人员窒息；五是当作业点及回风流瓦斯浓度达到爆炸浓度范围，遇火会发生瓦斯爆炸。
机械排渣方式，排渣能力低，钻孔施工深度受限；压风排渣、压风与机械混合排渣方式排渣能力强，但是粉尘浓度高，环境污染严重，易出现孔内着火事故；水排渣方式排渣能力强，但是喷孔频次明显增加、喷孔强度显著增强，亟需研发一种新的装置，既能减少喷孔频次、降低喷孔强度，也能减少产尘量、改善作业环境，还能降低钻头温度、防止钻头摩擦产生高温引发孔内着火风险的装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种煤矿井下施钻的风水联动装置，能减小喷孔强度以及起到防火降尘作用的装置，可以实现打钻自动配水，停钻自动停止配水，配水量依据煤层含水率的大小，实现可控可调。钻孔施工期间，在压风管道中自动配加少量水形成水雾，使水雾与喷出的煤均匀混合形成合理配比的煤渣保证施钻顺畅，且能降低粉尘浓度，改善作业环境，同时提高钻具降温效果，降低钻头高温磨损程度、降低烧钻或孔内着火风险。本装置适用于压风排渣、压风与机械混合排渣钻进。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它包含稳压水箱给水阀、稳压水箱水位计、稳压水箱水位观测阀、净化过滤装置、针形微量液体阀门、配水开关、压风系统配水喷头、压风排渣系统控制开关、水力排渣系统控制开关、微量液体流量计、压风系统风压表、供水系统水压表、钻机操作系统仪表及控制阀、止回阀、稳压储水箱，所述的稳压储水箱连接有压风管道与供水管道并带有稳压水箱水位计，所述的稳压储水箱下端设置有与压风管道相连接的压风系统配水喷头，从而形成水雾压入钻孔内，所述的供水管道与稳压储水箱之间的连接处设置有稳压水箱给水阀，所述的稳压储水箱上设置有稳压水箱水位观测阀，所述的压风管道与稳压储水箱之间的连接处设置有净化过滤装置、针形微量液体阀门、配水开关，所述的压风管道底部靠近配水开关的位置设置有压风排渣系统控制开关，所述的供水管道底部靠近压风排渣系统控制开关的位置设置有水力排渣系统控制开关，所述的针形微量液体阀门与配水开关之间设置有微量液体流量计，所述的压风管道上靠近压风排渣系统控制开关的上端设置有压风系统风压表，所述的供水管道上靠近水力排渣系统控制开关的上端设置有供水系统水压表，所述的压风管道与供水管道外部连接有钻机操作系统仪表及控制阀，所述的压风管道连接钻机处设置有止回阀。
所述的压风管道输入端设置有压风阀门，所述的供水管道输入端设置有水源阀门。
所述的压风系统配水喷头与压风管道二者间的合理配比是利用测试仪表和阀门的操作台控制的。
所述的稳压储水箱可保持配给水压稳定，压风系统配水喷头可提高雾化效果。
所述的钻机操作系统仪表及控制阀与各类管道可应用软管连接，软管长度以方便施工为宜；通过钻机操作系统仪表及控制阀可实现合理风水配比与风水连动。
所述的稳压储水箱、针形微量液体阀门、配水开关、微量液体流量计可实现向压风管道中的配给水量可知、可调、可控，结合现场条件通过压风系统配水喷头实现最佳排渣、降温、防尘效果。
所述的压风系统风压表可实现间接判断孔内排渣通畅情况，当风压增大时预示排渣不畅，应采用迂回钻进；当风压接近或等于供风系统压力时，预示已发生或正在发生喷孔，应及时采取相应的安全技术措施。
所述的供水系统水压表通过水压表的读数来判断供水系统是否正常，实现无水停止钻进。
所述的止回阀可阻止水进入压风系统污染压风配水装置。
本发明的工作原理：一种煤矿井下施钻的风水联动装置，施工前，根据现场煤层含水率及单位时间产渣量计算合理配水量调节针形液体阀门，通过微量液体流量计显示确定针形流量计开启状态，以保障向压风系统中合理稳定的配给水量，钻具在施工岩石段时，打开水源阀门，采用水力排渣，此时由于止回阀的作用可避免水进入压风系统，此时采用水力排渣和降温降尘与常规钻孔施工无异，依据钻孔施工参数设计，当钻孔施工将要达到煤层层位时关闭水力排渣系统控制开关，同时打开配水阀门、压风阀门实现风力排渣，当加、卸钻杆需要停风时，同时关闭压风阀门和配水阀门，在钻进穿煤过程中，观测孔内排出钻渣情况，保持孔内排出的钻渣抓起成团，松手成沙，当抓起钻渣握紧不能成团时，应调整针型阀适当加大配给水量，当松开手掌钻渣较湿不能成沙时，应调整针型阀适当减少配给水量，当风压增大时预示排渣不畅，应采用迂回钻进，保持钻屑与压风、瓦斯涌出通畅；当风压接近或大于供风系统静态风压力时，预示将要发生或已发生喷孔抱钻事故，应及时采取相应的安全措施处置，当孔内发生着火风险时，应及时关闭供风阀门，开启供水阀门。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：以该发明一种煤矿井下施钻的风水联动装置，能减小喷孔强度以及起到防火降尘作用的装置，可以实现打钻自动配水，停钻自动停止配水，配水量依据煤层含水率的大小，实现可控可调。钻孔施工期间，在压风管道中自动配加少量水形成水雾，使水雾与喷出的煤均匀混合形成合理配比的煤渣保证施钻顺畅，且能降低粉尘浓度，改善作业环境，同时提高钻具降温效果，降低钻头高温磨损程度、降低烧钻或孔内着火风险。本装置适用于压风排渣、压风与机械混合排渣钻进。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：稳压水箱给水阀1、稳压水箱水位计2、稳压水箱水位观测阀3、净化过滤装置4、针形微量液体阀门5、配水开关6、压风系统配水喷头7、压风排渣系统控制开关8、水力排渣系统控制开关9、微量液体流量计10、压风系统风压表11、供水系统水压表12、钻机操作系统仪表及控制阀13、止回阀14、稳压储水箱15、压风管道16、供水管道17、压风阀门18、水源阀门19。
具体实施方式
参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含稳压水箱给水阀1、稳压水箱水位计2、稳压水箱水位观测阀3、净化过滤装置4、针形微量液体阀门5、配水开关6、压风系统配水喷头7、压风排渣系统控制开关8、水力排渣系统控制开关9、微量液体流量计10、压风系统风压表11、供水系统水压表12、钻机操作系统仪表及控制阀13、止回阀14、稳压储水箱15，所述的稳压储水箱15连接有压风管道16与供水管道17并带有稳压水箱水位计2，所述的稳压储水箱15下端设置有与压风管道16相连接的压风系统配水喷头7，从而形成水雾压入钻孔内，所述的供水管道17与稳压储水箱15之间的连接处设置有稳压水箱给水阀1，所述的稳压储水箱15上设置有稳压水箱水位观测阀3，所述的压风管道16与稳压储水箱15之间的连接处设置有净化过滤装置4、针形微量液体阀门5、配水开关6，所述的压风管道16底部靠近配水开关6的位置设置有压风排渣系统控制开关8，所述的供水管道17底部靠近压风排渣系统控制开关8的位置设置有水力排渣系统控制开关9，所述的针形微量液体阀门5与配水开关6之间设置有微量液体流量计10，所述的压风管道16上靠近压风排渣系统控制开关8的上端设置有压风系统风压表11，所述的供水管道17上靠近水力排渣系统控制开关9的上端设置有供水系统水压表12，所述的压风管道16与供水管道17外部连接有钻机操作系统仪表及控制阀13，所述的压风管道16连接钻机处设置有止回阀14。
进一步的，所述的压风管道16输入端设置有压风阀门18，所述的供水管道17输入端设置有水源阀门19。
进一步的，所述的压风系统配水喷头7与压风管道16二者间的合理配比是利用测试仪表和阀门的操作台控制的。
进一步的，所述的稳压储水箱15可保持配给水压稳定，压风系统配水喷头7可提高雾化效果。
进一步的，所述的钻机操作系统仪表及控制阀13与各类管道可应用软管连接，软管长度以方便施工为宜；通过钻机操作系统仪表及控制阀13可实现合理风水配比与风水连动。
进一步的，所述的稳压储水箱15、针形微量液体阀门5、配水开关6、微量液体流量计10可实现向压风管道16中的配给水量可知、可调、可控，结合现场条件通过压风系统配水喷头7实现最佳排渣、降温、防尘效果。
进一步的，所述的压风系统风压表11可实现间接判断孔内排渣通畅情况，当风压增大时预示排渣不畅，应采用迂回钻进；当风压接近或等于供风系统压力时，预示已发生或正在发生喷孔，应及时采取相应的安全技术措施。
进一步的，所述的供水系统水压表12通过水压表的读数来判断供水系统是否正常，实现无水停止钻进。
进一步的，所述的止回阀14可阻止水进入压风系统污染压风配水装置。
本发明的工作原理：一种煤矿井下施钻的风水联动装置，施工前，根据现场煤层含水率及单位时间产渣量计算合理配水量调节针形液体阀门，通过微量液体流量计显示确定针形流量计开启状态，以保障向压风系统中合理稳定的配给水量，钻具在施工岩石段时，打开水源阀门，采用水力排渣，此时由于止回阀的作用可避免水进入压风系统，此时采用水力排渣和降温降尘与常规钻孔施工无异，依据钻孔施工参数设计，当钻孔施工将要达到煤层层位时关闭水力排渣系统控制开关，同时打开配水阀门、压风阀门实现风力排渣，当加、卸钻杆需要停风时，同时关闭压风阀门和配水阀门，在钻进穿煤过程中，观测孔内排出钻渣情况，保持孔内排出的钻渣抓起成团，松手成沙，当抓起钻渣握紧不能成团时，应调整针型阀适当加大配给水量，当松开手掌钻渣较湿不能成沙时，应调整针型阀适当减少配给水量，当风压增大时预示排渣不畅，应采用迂回钻进，保持钻屑与压风、瓦斯涌出通畅；当风压接近或大于供风系统静态风压力时，预示将要发生或已发生喷孔抱钻事故，应及时采取相应的安全措施处置，当孔内发生着火风险时，应及时关闭供风阀门，开启供水阀门。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：以该发明一种煤矿井下施钻的风水联动装置，能减小喷孔强度以及起到防火降尘作用的装置，可以实现打钻自动配水，停钻自动停止配水，配水量依据煤层含水率的大小，实现可控可调。钻孔施工期间，在压风管道中自动配加少量水形成水雾，使水雾与喷出的煤均匀混合形成合理配比的煤渣保证施钻顺畅，且能降低粉尘浓度，改善作业环境，同时提高钻具降温效果，降低钻头高温磨损程度、降低烧钻或孔内着火风险。本装置适用于压风排渣、压风与机械混合排渣钻进。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
技术特征：
1.一种煤矿井下施钻的风水联动装置，其特征在于：它包含稳压水箱给水阀(1)、稳压水箱水位计(2)、稳压水箱水位观测阀(3)、净化过滤装置(4)、针形微量液体阀门(5)、配水开关(6)、压风系统配水喷头(7)、压风排渣系统控制开关(8)、水力排渣系统控制开关(9)、微量液体流量计(10)、压风系统风压表(11)、供水系统水压表(12)、钻机操作系统仪表及控制阀(13)、止回阀(14)、稳压储水箱(15)，所述的稳压储水箱(15)连接有压风管道(16)与供水管道(17)并带有稳压水箱水位计(2)，所述的稳压储水箱(15)下端设置有与压风管道(16)相连接的压风系统配水喷头(7)，所述的供水管道(17)与稳压储水箱(15)之间的连接处设置有稳压水箱给水阀(1)，所述的稳压储水箱(15)上设置有稳压水箱水位观测阀(3)，所述的压风管道(16)与稳压储水箱(15)之间的连接处设置有净化过滤装置(4)、针形微量液体阀门(5)、配水开关(6)，所述的压风管道(16)底部靠近配水开关(6)的位置设置有压风排渣系统控制开关(8)，所述的供水管道(17)底部靠近压风排渣系统控制开关(8)的位置设置有水力排渣系统控制开关(9)，所述的针形微量液体阀门(5)与配水开关(6)之间设置有微量液体流量计(10)，所述的压风管道(16)上靠近压风排渣系统控制开关(8)的上端设置有压风系统风压表(11)，所述的供水管道(17)上靠近水力排渣系统控制开关(9)的上端设置有供水系统水压表(12)，所述的压风管道(16)与供水管道(17)外部连接有钻机操作系统仪表及控制阀(13)，所述的压风管道(16)连接钻机处设置有止回阀(14)。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下施钻的风水联动装置，其特征在于：所述的压风管道(16)输入端设置有压风阀门(18)，所述的供水管道(17)输入端设置有水源阀门(19)。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下施钻的风水联动装置，其特征在于：所述的钻机操作系统仪表及控制阀(13)与各类管道可应用软管连接。
技术总结
一种煤矿井下施钻的风水联动装置，它涉及煤矿施钻技术领域。以该发明一种煤矿井下施钻的风水联动装置，能减小喷孔强度以及起到防火降尘作用的装置，可以实现打钻自动配水，停钻自动停止配水，配水量依据煤层含水率的大小，实现可控可调。钻孔施工期间，在压风管道中自动配加少量水形成水雾，使水雾与喷出的煤均匀混合形成合理配比的煤渣保证施钻顺畅，且能降低粉尘浓度，改善作业环境，同时提高钻具降温效果，降低钻头高温磨损程度、降低烧钻或孔内着火风险。本装置适用于压风排渣、压风与机械混合排渣钻进。
技术研发人员：赵鹏涛;徐东方;连昌宝;魏佳男;陈滔;覃佐亚;马合意;王壮丽
受保护的技术使用者：湖南省煤炭科学研究院有限公司
技术研发日：2020.05.29
技术公布日：2020.08.07
声明：
“煤矿井下施钻的风水联动装置的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：湖南省煤炭科学研究院有限公司
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2024年08月08日 ~ 10日 
