触发感应防喷孔装置及联控方法与流程

本发明属于煤矿安全，特别提供了触发感应防喷孔装置及联控方法。

背景技术：

1、突出矿井在施工瓦斯抽采钻孔过程中，经常由于煤层瓦斯压力过大，易造成钻孔喷瓦斯、煤与瓦斯甚至导致突出事故的发生。煤矿安全规程要求突出矿井钻孔施工过程中必须在钻机前方安装防突挡板，防止煤与瓦斯喷出伤人，在实施过程中，防突挡板起到了一定的保护施工人员的作用，但无法终止瓦斯继续喷出或者突出，目前尚缺少能够阻止瓦斯喷孔及钻孔突出的设备及方法。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了触发感应防喷孔装置及联控方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：触发感应防喷孔装置，包括半月挡板、电动卡销、固定螺栓、基座和防突挡板，所述防突挡板固定安装于钻机的表面，且防突挡板位于钻机与基座之间，所述基座通过固定螺栓固定安装于煤壁钻孔处，所述基座的表面中部开设有钻孔施工窗口，所述钻机的钻杆贯穿防突挡板和钻孔施工窗口；

3、所述基座的表面左右对称固定安装有固定导向座，所述固定导向座的内表面固定安装有弹簧的一端，且半月挡板固定安装于弹簧的另一端，两个所述半月挡板对称位于钻杆的两侧，所述弹簧始终处于压缩状态，所述半月挡板的外弧面固定安装有导杆，且导杆的外端贯穿弹簧和固定导向座，所述半月挡板的前表面固定安装有复位把手，两个所述电动卡销对称固定安装于基座上，所述电动卡销的输出端位于半月挡板的移动路径上，且电动卡销用于控制半月挡板的闭锁状态；

4、所述防突挡板的朝向基座的表面装配有孔口甲烷高浓度传感器；

5、所述钻机内装配有plc控制器，且plc控制器与复位把手和孔口甲烷高浓度传感器信号连接。

6、进一步地，所述半月挡板的内弧面安装有密封橡胶。

7、进一步地，所述钻杆的一端安装有钻头，且钻杆的另一端装配有三通接头的一端，所述三通接头的另外两端分别装配有正压水阀和负压排放阀，且plc控制器与正压水阀、负压排放阀信号连接。

8、进一步地，所述钻孔施工窗口的直径大于钻杆的直径，且半月挡板的外径大于钻孔施工窗口的直径。

9、进一步地，还包括进风侧甲烷低浓度传感器和回风侧甲烷低浓度传感器，所述孔口甲烷高浓度传感器的量程范围是0-100%，所述进风侧甲烷低浓度传感器和回风侧甲烷低浓度传感器的量程范围均为0-10%，所述进风侧甲烷低浓度传感器安装在钻机进风侧2-5m处，且回风侧甲烷低浓度传感器安装在钻机回风侧15-20m处。

10、进一步地，所述钻机上装配有钻机电源、声光报警器和手动闭锁按钮，所述进风侧甲烷低浓度传感器、回风侧甲烷低浓度传感器、钻机电源和声光报警器均与plc控制器信号连接。

11、触发感应防喷孔装置的联控方法，利用上述的触发感应防喷孔装置，具体包括以下步骤：

12、步骤一，在煤壁上施工前期导向钻孔，将钻孔施工窗口套到钻杆上，调整钻孔施工窗口在钻杆上的位置，使得钻杆与钻孔施工窗口间空隙匀称，在煤壁上对应位置施工安装孔，用于安装固定螺栓，将基座通过固定螺栓固定在煤壁上；

13、将三通接头的第一端连接到钻杆尾端，第二端连接正压水阀，第三端连接负压排放阀；

14、步骤二，连接电动卡销与plc控制器，电动卡销对半月挡板限位令其保持在打开的状态；

15、步骤三，将量程范围为0-100%的孔口甲烷高浓度传感器安装在防突挡板上，将量程范围为0-10%进风侧甲烷低浓度传感器安装在钻机进风侧2-5m处，将量程范围为0-10%的回风侧甲烷低浓度传感器安装在钻机回风侧15-20m处，并设置好各甲烷浓度传感器的报警阈值，将各甲烷浓度传感器、钻机电源、声光报警器与plc控制器连接；

16、各甲烷浓度传感器包括孔口甲烷高浓度传感器、进风侧甲烷低浓度传感器和回风侧甲烷低浓度传感器；

17、步骤四，施工钻孔，通过钻机带动钻杆进行钻孔工作，半月挡板保持打开状态，正压水阀保持打开状态，负压排放阀保持关闭状态；

18、步骤五，在钻孔施工中，根据孔口甲烷高浓度传感器、进风侧甲烷低浓度传感器和回风侧甲烷低浓度传感器测量的数据判断钻孔内是否出现瓦斯涌出异常；

19、步骤六，当钻孔内的瓦斯涌出异常时，通过plc控制器控制电动卡销运行，两个半月挡板在导杆和弹簧的作用下实现迅速闭锁，半月挡板抱住钻杆，对钻孔施工窗口遮挡，封堵钻孔内部瓦斯向外喷涌的通道，同时关闭钻机电源，并通过声光报警器发出声光报警；

20、通过plc控制器控制关闭正压水阀，打开负压排放阀，使钻杆从正压注水状态转换为负压抽气状态，排放钻孔内瓦斯；

21、步骤七，当钻孔瓦斯喷出得到控制后，恢复钻机电源，打开正压水阀，关闭负压排放阀，扳动复位把手，使半月挡板复位并被电动卡销限位，之后继续进行钻孔施工。

22、进一步地，在步骤五中，钻孔内的瓦斯涌出异常的判断依据为：

23、孔口甲烷高浓度传感器的数值≥10%；

24、进风侧甲烷低浓度传感器的数值≥1%；

25、回风侧甲烷低浓度传感器的数值≥1.5%；

26、上述钻孔内的瓦斯涌出异常的判断依据出现其中之一时，即可判断钻孔内的瓦斯涌出异常。

27、进一步地，在步骤六中，当钻孔施工人员发现钻孔中有瓦斯突出或瓦斯喷出异常的情况，但各甲烷浓度传感器没有达到报警阈值或者各甲烷浓度传感器失灵时，使用手动闭锁按钮。

28、进一步地，在步骤七中，钻孔瓦斯喷出得到控制的判断依据，需要同时满足以下三个条件：

29、孔口甲烷高浓度传感器的数值＜1%，保持30min；

30、进风侧甲烷低浓度传感器的数值＜0.5%，保持30min；

31、回风侧甲烷低浓度传感器的数值＜1%，保持30min。

32、使用本发明的有益效果是：

33、本发明在突出矿井施工钻孔时，实时监控钻孔瓦斯涌出情况，基于各甲烷浓度传感器阈值设置，采用自动触发感应及手动方式，实现钻孔快速闭锁防喷，快速切断钻机电源，发出声光报警，能够有效封堵钻孔内部瓦斯向外喷涌的通道，阻止钻孔瓦斯喷出事故的延续，为突出矿井钻孔施工提供安全保障。

34、本发明设计的触发感应防喷孔装置，采用电动卡销作为开关，采用弹簧作为动力，在通过各甲烷浓度传感器判断钻孔内瓦斯涌出异常时，能够快速完成半月挡板的移动，抱住钻杆并实现对钻孔施工窗口的密封，大大提高了事故预判和反应时间，及时完成封堵工作，提高钻孔工作的安全性。

技术特征：

1.触发感应防喷孔装置，其特征在于：包括半月挡板、电动卡销、固定螺栓、基座和防突挡板，所述防突挡板固定安装于钻机的表面，且防突挡板位于钻机与基座之间，所述基座通过固定螺栓固定安装于煤壁钻孔处，所述基座的表面中部开设有钻孔施工窗口，所述钻机的钻杆贯穿防突挡板和钻孔施工窗口；

2.根据权利要求1中所述的触发感应防喷孔装置，其特征在于：所述半月挡板的内弧面安装有密封橡胶。

3.根据权利要求1中所述的触发感应防喷孔装置，其特征在于：所述钻杆的一端安装有钻头，且钻杆的另一端装配有三通接头的一端，所述三通接头的另外两端分别装配有正压水阀和负压排放阀，且plc控制器与正压水阀、负压排放阀信号连接。

4.根据权利要求1中所述的触发感应防喷孔装置，其特征在于：所述钻孔施工窗口的直径大于钻杆的直径，且半月挡板的外径大于钻孔施工窗口的直径。

5.根据权利要求1中所述的触发感应防喷孔装置，其特征在于：还包括进风侧甲烷低浓度传感器和回风侧甲烷低浓度传感器，所述孔口甲烷高浓度传感器的量程范围是0-100%，所述进风侧甲烷低浓度传感器和回风侧甲烷低浓度传感器的量程范围均为0-10%，所述进风侧甲烷低浓度传感器安装在钻机进风侧2-5m处，且回风侧甲烷低浓度传感器安装在钻机回风侧15-20m处。

6.根据权利要求5中所述的触发感应防喷孔装置，其特征在于：所述钻机上装配有钻机电源、声光报警器和手动闭锁按钮，所述进风侧甲烷低浓度传感器、回风侧甲烷低浓度传感器、钻机电源和声光报警器均与plc控制器信号连接。

7.触发感应防喷孔装置的联控方法，利用如权利要求1至6中任一项所述的触发感应防喷孔装置，具体包括以下步骤：

8.根据权利要求7中所述的触发感应防喷孔装置的联控方法，其特征在于：在步骤五中，钻孔内的瓦斯涌出异常的判断依据为：

9.根据权利要求7中所述的触发感应防喷孔装置的联控方法，其特征在于：在步骤六中，当钻孔施工人员发现钻孔中有瓦斯突出或瓦斯喷出异常的情况，但各甲烷浓度传感器没有达到报警阈值或者各甲烷浓度传感器失灵时，使用手动闭锁按钮。

10.根据权利要求7中所述的触发感应防喷孔装置的联控方法，其特征在于：在步骤七中，钻孔瓦斯喷出得到控制的判断依据，需要同时满足以下三个条件：

技术总结本发明公开了触发感应防喷孔装置及联控方法，属于煤矿安全技术领域，触发感应防喷孔装置，包括半月挡板、电动卡销、固定螺栓、基座和防突挡板，防突挡板固定安装于钻机的表面，且基座位于防突挡板的前方，基座通过固定螺栓固定安装于煤壁钻孔处，基座的表面中部开设有钻孔施工窗口，钻机的钻杆贯穿防突挡板和钻孔施工窗口，本发明在突出矿井施工钻孔时，实时监控钻孔瓦斯涌出情况，基于各甲烷浓度传感器阈值设置，采用自动触发感应及手动方式，实现钻孔快速闭锁防喷，快速切断钻机电源，发出声光报警，能够有效封堵钻孔内部瓦斯向外喷涌的通道，阻止钻孔瓦斯喷出事故的延续，为突出矿井钻孔施工提供安全保障。技术研发人员：韩兵,杨宏伟,李艳增,曹垚林,许幸福,薛世鹏,钱志良,高宏,郭云峰,马金魁,李杰受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4