CN106869781A - 一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法 - Google Patents
一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法，机壳的一侧设置有高压水腔，机壳前端设置有钻头，高压水腔在与钻头对应处设置有喷水孔，高压水腔的后端设置有反冲孔，喷水孔的直径小于反冲孔的直径，反冲孔的轴线与机壳的主轴轴线不在同一平面，反冲孔轴线与机壳主轴轴线的偏角为30°‑45°，反冲孔的轴线与机壳的主轴轴线偏转方向和机壳工作时钻头的转动方向相反，以机械方式在煤层中开孔，成孔质量较好；同时采用高压水形成的反冲力作为前进动力，水流又能将钻孔形成的煤渣冲出，确保钻进顺利进行，满足了煤柱垂向压缩变形量测量对于钻孔质量的要求，还提高瓦斯抽放和高应力区卸压的效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤层垂向钻孔，尤其涉及一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法。
背景技术
目前煤矿常用钻机对于煤层的钻进，往往只能实现单向钻孔，而实际科研实践、生产应用中，往往需要在横向钻孔的基础上钻出垂向钻孔。例如，对条带煤柱的变形研究中，要对煤柱内部垂向变形压缩量进行测量，这就需要在煤柱内部钻进垂向钻孔，但由于设备限制，目前这方面的研究基本属于空白。
另外，目前利用高压水水射流技术进行垂向钻进的钻机，由于水流难以控制，成孔质量较差，孔壁粗糙，不利于科研试验的进行。
因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法，以满足煤柱垂向压缩变形量测量对于钻孔质量的要求。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机，其包括机壳，其中，机壳的一侧设置有高压水腔，机壳前端设置有钻头，高压水腔在与钻头对应处设置有喷水孔，高压水腔的后端设置有反冲孔，喷水孔的直径小于反冲孔的直径，反冲孔的轴线与机壳的主轴轴线不在同一平面，反冲孔轴线与机壳主轴轴线的偏角为30°-45°，反冲孔的轴线与机壳的主轴轴线偏转方向和机壳工作时钻头的转动方向相反。
所述的自进式钻机，其中，上述高压水腔通过一T形三通管与供水管相连通。
所述的自进式钻机，其中，上述机壳内设置有电机，电机的动力输出轴与钻头相连接，电机通过电源线与电源相连接。
一种使用所述自进式钻机的煤层垂向钻孔方法，其包括以下步骤：
A、确定需要进行煤层垂向开孔的位置，采用常规方法及设备钻设横向钻孔至指定位置，横向钻孔直径大于钻机的最大尺寸；
B、通过刚性杆将自进式钻机及连接管线推入横向钻孔，当自进式钻机到达钻设垂向钻孔的指定位置后，停止推进；
C、打开电源开关，启动电机，同时通过高压水输送管向高压水腔内注入高压水，钻头在电机带动下，其截齿进行破煤作业，喷水孔向钻头部喷射水流，起到降温及冲洗煤渣的作用；反冲孔在向钻机斜后方喷射大量高压水，产生的反冲力推动钻机在垂直方向前进；
D、当自进式钻机在垂直方向钻孔作业结束时，同时切断电源以及高压水源，钻机在重力作用下自行滑落至开始钻进的位置。
本发明提供的一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法，以机械方式在煤层中开孔，成孔质量较好；同时采用高压水形成的反冲力作为前进动力，水流又能将钻孔形成的煤渣冲出，确保钻进顺利进行，满足了煤柱垂向压缩变形量测量对于钻孔质量的要求，还提高瓦斯抽放和高应力区卸压的效率。
附图说明
图1为本发明中自进式钻机的结构示意图；
图2为本发明中自进式钻机的主视结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机及煤层垂向钻孔方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机，其包括机壳1，其中，机壳1的一侧设置有高压水腔2，机壳1前端设置有钻头3，高压水腔2在与钻头3对应处设置有喷水孔5，高压水腔2的后端设置有反冲孔6，喷水孔5的直径小于反冲孔6的直径，反冲孔6的轴线与机壳1的主轴轴线不在同一平面，反冲孔6轴线与机壳1主轴轴线的偏角为30°-45°，反冲孔6的轴线与机壳1的主轴轴线偏转方向和机壳1工作时转动方向相反，由于反冲孔6轴线相对机壳1主轴轴线不在同一平面，反冲孔6轴线相对机壳1主轴轴线有一定偏转，因此会在形成反冲力的同时产生力矩，反冲孔6轴线相对机壳1主轴轴线偏转方向和机壳1工作时钻头3的转动方向相反，因此形成的力矩与电机主轴和钻头形成的力矩平衡，避免了钻机整体转动。
更进一步的，上述高压水腔2通过一T形三通管7与供水管相连通。而且上述机壳1内设置有电机，电机的动力输出轴与钻头3相连接，电机通过电源线8与电源相连接。
本发明还提供了一种使用上述自进式钻机的煤层垂向钻孔方法，其包括以下步骤：
步骤一，确定需要进行煤层垂向开孔的位置，采用常规方法及设备钻设横向钻孔至指定位置，横向钻孔直径大于钻机的最大尺寸，将T形三通管7与高压水输送管联通，电源线8与电源线相连；
步骤二，通过刚性杆将自进式钻机及连接管线推入横向钻孔，当自进式钻机到达钻设垂向钻孔的指定位置后，停止推进；
步骤三，打开电源开关，启动电机，同时通过高压水输送管向高压水腔2内注入高压水，钻头3在电机带动下，其截齿进行破煤作业，喷水孔5向钻头3部喷射水流，起到降温及冲洗煤渣的作用；反冲孔在向钻机斜后方喷射大量高压水，产生的反冲力推动钻机在垂直方向前进；由于反冲孔6轴线相对机壳1主轴轴线不在同一平面，反冲孔6轴线相对机壳1主轴轴线有一定偏转，因此会在形成反冲力的同时产生力矩，反冲孔6轴线相对机壳1主轴轴线偏转方向和机壳1工作时钻头3的转动方向相反，因此形成的力矩与电机主轴和钻头形成的力矩平衡，避免了钻机整体转动；
步骤四，当自进式钻机在垂直方向钻孔作业结束时，同时切断电源以及高压水源，钻机在重力作用下自行滑落至开始钻进的位置，再通过刚性杆将自进式钻机以及连接管线从横向钻孔中抽出，垂向钻孔作业完成。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (4)
1.一种用于煤层垂向钻孔的自进式钻机，其包括机壳，其特征在于，机壳的一侧设置有高压水腔，机壳前端设置有钻头，高压水腔在与钻头对应处设置有喷水孔，高压水腔的后端设置有反冲孔，喷水孔的直径小于反冲孔的直径，反冲孔的轴线与机壳的主轴轴线不在同一平面，反冲孔轴线与机壳主轴轴线的偏角为30°-45°，反冲孔的轴线与机壳的主轴轴线偏转方向和机壳工作时钻头的转动方向相反。
2.根据权利要求1所述的自进式钻机，其特征在于，上述高压水腔通过一T形三通管与供水管相连通。
3.根据权利要求1所述的自进式钻机，其特征在于，上述机壳内设置有电机，电机的动力输出轴与钻头相连接，电机通过电源线与电源相连接。
4.一种使用如权利要求1所述自进式钻机的煤层垂向钻孔方法，其包括以下步骤：
A、确定需要进行煤层垂向开孔的位置，采用常规方法及设备钻设横向钻孔至指定位置，横向钻孔直径大于钻机的最大尺寸；
B、通过刚性杆将自进式钻机及连接管线推入横向钻孔，当自进式钻机到达钻设垂向钻孔的指定位置后，停止推进；
C、打开电源开关，启动电机，同时通过高压水输送管向高压水腔内注入高压水，钻头在电机带动下，其截齿进行破煤作业，喷水孔向钻头部喷射水流，起到降温及冲洗煤渣的作用；反冲孔在向钻机斜后方喷射大量高压水，产生的反冲力推动钻机在垂直方向前进；
D、当自进式钻机在垂直方向钻孔作业结束时，同时切断电源以及高压水源，钻机在重力作用下自行滑落至开始钻进的位置。
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