CN107401402A - 一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置与方法，包括钻孔变形监测系统，定点支撑系统，端部固定装置，支撑动力施加装置；所述钻孔变形监测系统包括承载筛管、应变片、导线、应力应变监测仪，应变片紧贴于承载筛管内壁，并通过导线与应力应变监测仪连接；所述定点支撑系统包括传动杆、支撑轴、撑杆、支撑触板，支撑触板通过撑杆与传动杆、支撑轴之间铰连接；所述端部固定装置固定于钻孔口煤壁，传动杆从端部固定装置中心穿过；支撑动力施加装置包括刻度盘、指针、摇把，摇把转动传动杆提供支撑动力。本发明可通过钻孔变形监测系统监测钻孔不同位置形变量，然后对形变量较大位置进行定点支护，有效防治塌孔，提高瓦斯抽采率。

Description

一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置与方法

技术领域

本发明涉及煤层瓦斯抽采钻孔设备技术领域，特别涉及一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测、定向维护防塌孔装置与方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，但煤层普遍具有“三高一低”的特征，煤炭开采过程中瓦斯超限、瓦斯突出问题尤为显著，严重影响了矿井的安全、高效生产。目前能够有效解决矿井瓦斯问题的技术措施是对高瓦斯煤层进行瓦斯抽采，本煤层瓦斯抽采时需向煤层打多组钻孔，当煤层破碎、软弱，钻孔时或成孔后若不对钻孔进行保护，则会经常出现塌孔现象，造成钻孔失效，费时费力。目前，工程上的钻孔施工技术中大多没有关于钻孔稳定性监测和维护措施，瓦斯抽采钻孔打完后，钻孔受到强大地应力和频繁的动力扰动作用，容易发生钻孔局部坍塌。在防治钻孔塌孔技术设备方面，通常采用的措施是对整个钻孔加设套筒，通过套筒承载对孔壁进行支护，这种支护方式不能准确定位钻孔易垮落位置，实现对钻孔的精准、定点支护，且套筒不能回收，浪费材料。因此，针对软弱破碎煤岩钻孔钻进或退钻后塌孔的问题，研制一种可靠的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性监测、支护防塌装置与监测维护方法是十分必要的，这将对煤层瓦斯抽采钻孔稳定性的监测、维护，防治钻孔塌孔具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有瓦斯抽采钻孔稳定性维护、防治塌孔技术的不足，提供一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置与方法，实现对瓦斯抽采钻孔稳定性的定位监测，并根据所监测的结果对钻孔进行精准、定点的支护，从而有效防治钻孔塌孔，提高钻孔瓦斯抽采效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，该装置包括钻孔变形监测系统，定点支撑系统，端部固定装置，支撑动力施加装置；所述钻孔变形监测系统包括承载筛管、应变片、导线、应力应变监测仪，应变片紧贴于承载筛管内壁，并通过导线与应力应变监测仪连接；所述定点支撑系统包括传动杆、支撑轴、撑杆、支撑触板，支撑触板通过撑杆与传动杆、支撑轴之间铰连接；所述端部固定装置固定于钻孔口煤壁，传动杆从端部固定装置中心穿过；所述支撑动力施加装置包括刻度盘、指针、摇把，通过摇把转动传动杆提供支撑动力。

所述承载筛管由多节侧面设有一个条形豁口的PVC管连接组成，且PVC管侧面布满筛孔，具有很好的回弹性；每节承载筛管两端分别设有快速接头，且在快速接头条形豁口两侧设两个对称的环扣，环扣内有销杆穿过，通过穿进、抽出销杆控制条形豁口的闭合、打开；所述销杆由多节细钢杆组成，细钢杆间通过内螺纹连接。

所述承载筛管内壁贴有应变片，应变片位于每节承载筛管内壁中部，通过导线与位于钻孔外部的应力应变监测仪连接，导线经过封孔段时从导线管中穿过。

所述传动杆分为两段，分别为传动杆外段(靠近钻孔口段)和传动杆内段(深入钻孔段)；传动杆外段为长2米左右的螺纹杆，一端从端部固定装置中心穿出与外部的支撑动力施加装置相连，另一端通过旋转接头与传动杆内段连接；传动杆内段由多节钢杆连接组成，各钢杆之间通过螺纹接头连接，且钢杆上设有多个铰连接接头；所述传动杆位于支撑轴内部，支撑轴由多节螺纹连接的钢管组成，钢管侧面设有多个条形孔和铰连接接头；所述撑杆可从支撑轴上的条形孔穿过，一端连接在传动杆上的铰连接接头上，另一端与支撑触板上的铰连接接头相连，支撑轴上的铰连接接头与支撑触板上的铰连接接头之间也有撑杆连接。

所述支撑触板为呈圆弧状的多孔钢板，支撑触板中轴处设有铰连接接头，通过撑杆与传动杆和支撑轴实现铰连接；每个支撑点均设有4对中心对称的支撑触板，通过传动杆前后移动控制撑杆和支撑触板的撑起和收回。

所述端部固定装置为一个中心含孔的圆锥形固定盖，该孔为螺纹孔，孔壁设有内螺纹，可与传动杆外段上的外螺纹形成螺纹连接，固定盖外沿设有两组中心对称的穿孔，固定螺栓可从穿孔中穿过将固定盖固定在钻孔口处的煤壁上，同时固定盖将传动杆和支撑轴端部固定。

所述支撑动力施加装置位于钻孔口处，摇把与传动杆外段方形接头相连，旋转摇把带动传动杆转动，使传动杆前后移动，控制撑杆的撑起和收回；同时刻度盘上的指针随摇把转动，根据刻度盘上指针的旋转角度定量控制撑杆撑起的高度。

瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护方法，包括如下步骤：

a、钻孔及承载筛管铺设：根据设计好的钻孔参数，利用钻机向煤层中打钻孔，同时将应变片贴于每节承载筛管内壁中部，并在应变片上加盖保护壳以防其在钻孔过程中脱落，将销杆穿进设在条形豁口两侧的两个对称的环扣，使承载筛管上的条形豁口处于闭合状态，闭合状态下承载筛管与钻孔孔壁之间有一定的间隙；钻进过程中承载筛管随钻杆一起向前推进，承载筛管套在钻杆外且不相互接触，通过承载筛管上的快速接头将其连接起来并推入钻孔内；同时，承载筛管具有一定的承载能力，可在钻孔过程中和退钻后对钻孔起到一定强度的支护作用；

b、钻孔变形监测：钻孔完成后，将插在承载筛管条形豁口两侧的环扣中的销杆抽出来，打开承载筛管上的条形豁口，承载筛管发生回弹并与钻孔孔壁紧密接触，然后把将钻头和钻杆从钻孔中退出，承载筛管留在钻孔内，将与应变片连接的导线从导线管中穿出与位于钻孔外部的应力应变监测仪相连，在钻孔口插进瓦斯抽采管并封孔，进行瓦斯抽采的同时利用钻孔变形监测系统实时监测钻孔不同位置的变形量；

c、钻孔支护位置定位及定点支撑系统铺设：根据应力应变监测仪所监测的结果，定位钻孔应变量较大、需要支护的具体位置，并借助定点支撑系统对该位置进行定点支护；首先拆掉连接在瓦斯抽采管上的外部管路，将传动杆和支撑轴从密封在钻孔口处的瓦斯抽采管中插进钻孔内，根据所确定的需进行支护的具体位置依次连接传动杆和支撑轴，传动杆从支撑轴内穿过，只对钻孔需要支护的位置在传动杆和支撑轴的相应位置安设铰连接接头，并连接撑杆、支撑触板；

d、钻孔定点支护：安装端部固定装置，使传动杆外段从固定盖中心螺纹孔穿过，并用固定螺栓将固定盖固定在钻孔口处的煤壁上，将支撑动力施加装置置于钻孔口处，摇把插入传动杆外段方形接头，旋转摇把带动传动杆转动，使传动杆向外移动撑起撑杆，同时刻度盘上的指针随摇把转动，根据刻度盘上指针的旋转角度定量控制撑杆撑起的高度，使支撑触板与钻孔孔壁紧密接触，实现对钻孔的定点支护；钻孔定点支护完成后，拆卸掉端部固定装置，并在瓦斯抽采管上连接抽采管路继续进行瓦斯抽采；

e、定点支撑系统回收：钻孔得到充分利用或瓦斯抽采结束后，拆掉抽采管路，再将端部固定装置安装在煤壁上，支撑动力施加装置置于钻孔口处，摇把插入传动杆外段方形接头，反向旋转摇把带动传动杆转动，使传动杆向内移动收回撑杆，然后再将定点支撑系统从钻孔中拔出，回收重复利用。

本发明的有益效果：

1、本发明可在瓦斯抽采钻孔钻进、退钻和成孔后对钻孔进行支护，有效预防钻孔在钻进和成孔后出现塌孔的现象，保证钻孔的服务时间，提高抽采效率。

2、在对瓦斯抽采钻孔进行支护前，首先对钻孔不同位置的变形量进行监测，从而确定需要进行支护的具体位置，然后对该位置进行定点支护，实现了对钻孔的精准、定向支护。

3、本发明定点支撑系统可在钻孔得到充分利用或瓦斯抽采结束后进行回收，重复利用，大大节约了支护成本，同时支护方式简单易操作。

附图说明

图1是本发明瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置的结构示意图；

图2是本发明定点支撑系统结构示意图；

图3是图2的A-A剖面图；

图4是本发明传动杆结构示意图；

图中：1—刻度盘；2—指针；3—方形接头；4—摇把；5—固定螺栓；6—固定盖；7—螺纹孔；8—导线管；9—瓦斯抽采管；10—承载筛管；11—支撑轴；12—传动杆；12A—传动杆外段；12B—传动杆内段；13—螺纹接头；14—钻孔；15—封孔段；16—旋转接头；17—铰连接接头；18—条形孔；19—撑杆；20—支撑触板；21—应变片；22—导线；23—快速接头；24—条形豁口；25—环扣；26—销杆；27—应力应变监测仪。

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

如图1～4所示，一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，该装置包括钻孔变形监测系统，定点支撑系统，端部固定装置，支撑动力施加装置；所述钻孔变形监测系统包括承载筛管10、应变片21、导线22、应力应变监测仪27，应变片21紧贴于承载筛管10内壁，并通过导线22与应力应变监测仪27连接；所述定点支撑系统包括传动杆12、支撑轴11、撑杆19、支撑触板20，支撑触板通过撑杆19与传动杆12、支撑轴11之间铰连接；所述端部固定装置固定于钻孔14口煤壁，传动杆12从端部固定装置中心穿过；所述支撑动力施加装置包括刻度盘1、指针2、摇把4，通过摇把4转动传动杆12提供支撑动力。所述承载筛管10由多节侧面设有一个条形豁口24的PVC管连接组成，且PVC管侧面布满筛孔，具有很好的回弹性；每节承载筛管10两端分别设有快速接头23，且在快速接头23条形豁口两侧设两个对称的环扣25，环扣25内有销杆26穿过，通过穿进、抽出销杆26控制条形豁口24的闭合、打开；所述销杆26由多节细钢杆组成，细钢杆间通过内螺纹连接。所述承载筛管10内壁贴有应变片21，应变片21位于每节承载筛管10内壁中部，通过导线22与位于钻孔外部的应力应变监测仪27连接，导线22经过封孔段15时从导线管8中穿过。

所述传动杆分12为两段，分别为传动杆外段12A(靠近钻孔口段)和传动杆内段12B(深入钻孔段)；传动杆外段12A为长2米左右的螺纹杆，一端从端部固定装置中心穿出与外部的支撑动力施加装置相连，另一端通过旋转接头16与传动杆内段12B连接；传动杆内段12B由多节钢杆连接组成，各钢杆之间通过螺纹接头13连接，且钢杆上设有多个铰连接接头17；所述传动杆12位于支撑轴11内部，支撑轴11由多节螺纹连接的钢管组成，钢管侧面设有多个条形孔18和铰连接接头17；所述撑杆19可从支撑轴11上的条形孔18穿过，一端连接在传动杆12上的铰连接接头17上，另一端与支撑触板20上的铰连接接头17相连，支撑轴11上的铰连接接头17与支撑触板20上的铰连接接头17之间也有撑杆19连接。所述支撑触板20为呈圆弧状的多孔钢板，支撑触板20中轴处设有铰连接接头17，通过撑杆19与传动杆12和支撑轴11实现铰连接；每个支撑点均设有4对中心对称的支撑触板20，通过传动杆12前后移动控制撑杆19和支撑触板20的撑起和收回。所述端部固定装置为一个中心含孔的圆锥形固定盖6，该孔为螺纹孔7，孔壁设有内螺纹，可与传动杆外段12A上的外螺纹形成螺纹连接，固定盖6外沿设有两组中心对称的穿孔，固定螺栓5可从穿孔中穿过将固定盖固定在钻孔14口处的煤壁上，同时固定盖6将传动杆12和支撑轴11端部固定。所述支撑动力施加装置位于钻孔14口处，摇把4与传动杆外段12A方形接头3相连，旋转摇把4带动传动杆12转动，使传动杆12前后移动，控制撑杆19的撑起和收回；同时刻度盘1上的指针2随摇把4转动，根据刻度盘1上指针2的旋转角度定量控制撑杆19撑起的高度。

瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护方法，利用上述瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，包括如下步骤：

a、钻孔及承载筛管铺设：根据设计好的钻孔参数，利用钻机向煤层中打钻孔14，同时将应变片21贴于每节承载筛管10内壁中部，并在应变片上加盖保护壳以防其在钻孔过程中脱落，将销杆26穿进设在条形豁口24两侧的两个对称的环扣25，使承载筛管10上的条形豁口24处于闭合状态，闭合状态下承载筛管10与钻孔14孔壁之间有一定的间隙；钻进过程中承载筛管10随钻杆一起向前推进，承载筛管10套在钻杆外且不相互接触，通过承载筛管10上的快速接头23将其连接起来并推入钻孔14内；同时，承载筛管10具有一定的承载能力，可在钻孔过程中和退钻后对钻孔14起到一定强度的支护作用；

b、钻孔变形监测：钻孔14完成后，将插在承载筛管条形豁口24两侧的环扣25中的销杆26抽出来，打开承载筛管10上的条形豁口24，承载筛管10发生回弹并与钻孔14孔壁紧密接触，然后把将钻头和钻杆从钻孔14中退出，承载筛管10留在钻孔14内，将与应变片21连接的导线22从导线管8中穿出与位于钻孔14外部的应力应变监测仪27相连，在钻孔14口插进瓦斯抽采管9并封孔，进行瓦斯抽采的同时利用钻孔变形监测系统实时监测钻孔14不同位置的变形量；

c、钻孔支护位置定位及定点支撑系统铺设：根据应力应变监测仪27所监测的结果，定位钻孔14应变量较大、需要支护的具体位置，并借助定点支撑系统对该位置进行定点支护；首先拆掉连接在瓦斯抽采管9上的外部管路，将传动杆12和支撑轴11从密封在钻孔口处的瓦斯抽采管9中插进钻孔14内，根据所确定的需进行支护的具体位置依次连接传动杆12和支撑轴11，传动杆12从支撑轴11内穿过，只对钻孔14需要支护的位置在传动杆12和支撑轴11的相应位置安设铰连接接头17，并连接撑杆19、支撑触板20；

d、钻孔定点支护：安装端部固定装置，使传动杆外段12A从固定盖6中心螺纹孔7穿过，并用固定螺栓5将固定盖6固定在钻孔14口处的煤壁上，将支撑动力施加装置置于钻孔14口处，摇把4插入传动杆外段12A方形接头3，旋转摇把4带动传动杆12转动，使传动杆12向外移动撑起撑杆19，同时刻度盘1上的指针2随摇把4转动，根据刻度盘1上指针2的旋转角度定量控制撑杆19撑起的高度，使支撑触板20与钻孔14孔壁紧密接触，实现对钻孔14的定点支护；钻孔定点支护完成后，拆卸掉端部固定装置，并在瓦斯抽采管9上连接抽采管路继续进行瓦斯抽采；

e、定点支撑系统回收：钻孔14得到充分利用或瓦斯抽采结束后，拆掉抽采管路，再将端部固定装置安装在煤壁上，支撑动力施加装置置于钻孔口处，摇把4插入传动杆外段12A方形接头3，反向旋转摇把4带动传动杆12转动，使传动杆12向内移动收回撑杆19，然后再将定点支撑系统从钻孔14中拔出，回收重复利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，如改变撑杆数量、改变支撑触板形状等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：包括钻孔变形监测系统，定点支撑系统，端部固定装置，支撑动力施加装置；所述钻孔变形监测系统包括承载筛管、应变片、导线、应力应变监测仪，应变片紧贴于承载筛管内壁，并通过导线与应力应变监测仪连接；所述定点支撑系统包括传动杆、支撑轴、撑杆、支撑触板，支撑触板通过撑杆与传动杆、支撑轴之间铰连接；所述端部固定装置固定于钻孔口煤壁，传动杆从端部固定装置中心穿过；所述支撑动力施加装置包括刻度盘、指针、摇把，通过摇把转动传动杆提供支撑动力。

2.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：所述承载筛管由多节侧面设有一个条形豁口的PVC管连接组成，且PVC管侧面布满筛孔，具有很好的回弹性；每节承载筛管两端分别设有快速接头，且在快速接头条形豁口两侧设两个对称的环扣，环扣内有销杆穿过，通过穿进、抽出销杆控制条形豁口的闭合、打开；所述销杆由多节细钢杆组成，细钢杆间通过内螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：所述承载筛管内壁贴有应变片，应变片位于每节承载筛管内壁中部，通过导线与位于钻孔外部的应力应变监测仪连接，导线经过封孔段时从导线管中穿过。

4.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：所述传动杆分为两段，分别为传动杆外段(靠近钻孔口段)和传动杆内段(深入钻孔段)；传动杆外段为长2米左右的螺纹杆，一端从端部固定装置中心穿出与外部的支撑动力施加装置相连，另一端通过旋转接头与传动杆内段连接；传动杆内段由多节钢杆连接组成，各钢杆之间通过螺纹接头连接，且钢杆上设有多个铰连接接头；所述传动杆位于支撑轴内部，支撑轴由多节螺纹连接的钢管组成，钢管侧面设有多个条形孔和铰连接接头；所述撑杆可从支撑轴上的条形孔穿过，一端连接在传动杆上的铰连接接头上，另一端与支撑触板上的铰连接接头相连，支撑轴上的铰连接接头与支撑触板上的铰连接接头之间也有撑杆连接。

5.根据权利要求4所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：所述支撑触板为呈圆弧状的多孔钢板，支撑触板中轴处设有铰连接接头，通过撑杆与传动杆和支撑轴实现铰连接；每个支撑点均设有4对中心对称的支撑触板，通过传动杆前后移动控制撑杆和支撑触板的撑起和收回。

6.根据权利要求4所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：所述端部固定装置为一个中心含孔的圆锥形固定盖，该孔为螺纹孔，孔壁设有内螺纹，可与传动杆外段上的外螺纹形成螺纹连接，固定盖外沿设有两组中心对称的穿孔，固定螺栓可从穿孔中穿过将固定盖固定在钻孔口处的煤壁上，同时固定盖将传动杆和支撑轴端部固定。

7.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：所述支撑动力施加装置位于钻孔口处，摇把与传动杆外段方形接头相连，旋转摇把带动传动杆转动，使传动杆前后移动，控制撑杆的撑起和收回；同时刻度盘上的指针随摇把转动，根据刻度盘上指针的旋转角度定量控制撑杆撑起的高度。

8.瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护方法，利用权利要求1-7之一所述的一种瓦斯抽采钻孔稳定性定点监测维护装置，其特征在于：包括如下步骤：

a、钻孔及承载筛管铺设：根据设计好的钻孔参数，利用钻机向煤层中打钻孔，同时将应变片贴于每节承载筛管内壁中部，并在应变片上加盖保护壳以防其在钻孔过程中脱落，将销杆穿进设在条形豁口两侧的两个对称的环扣，使承载筛管上的条形豁口处于闭合状态，闭合状态下承载筛管与钻孔孔壁之间有一定的间隙；钻进过程中承载筛管随钻杆一起向前推进，承载筛管套在钻杆外且不相互接触，通过承载筛管上的快速接头将其连接起来并推入钻孔内；同时，承载筛管具有一定的承载能力，可在钻孔过程中和退钻后对钻孔起到一定强度的支护作用；

b、钻孔变形监测：钻孔完成后，将插在承载筛管条形豁口两侧的环扣中的销杆抽出来，打开承载筛管上的条形豁口，承载筛管发生回弹并与钻孔孔壁紧密接触，然后把将钻头和钻杆从钻孔中退出，承载筛管留在钻孔内，将与应变片连接的导线从导线管中穿出与位于钻孔外部的应力应变监测仪相连，在钻孔口插进瓦斯抽采管并封孔，进行瓦斯抽采的同时利用钻孔变形监测系统实时监测钻孔不同位置的变形量；

c、钻孔支护位置定位及定点支撑系统铺设：根据应力应变监测仪所监测的结果，定位钻孔应变量较大、需要支护的具体位置，并借助定点支撑系统对该位置进行定点支护；首先拆掉连接在瓦斯抽采管上的 外部管路，将传动杆和支撑轴从密封在钻孔口处的瓦斯抽采管中插进钻孔内，根据所确定的需进行支护的具体位置依次连接传动杆和支撑轴，传动杆从支撑轴内穿过，只对钻孔需要支护的位置在传动杆和支撑轴的相应位置安设铰连接接头，并连接撑杆、支撑触板；

d、钻孔定点支护：安装端部固定装置，使传动杆外段从固定盖中心螺纹孔穿过，并用固定螺栓将固定盖固定在钻孔口处的煤壁上，将支撑动力施加装置置于钻孔口处，摇把插入传动杆外段方形接头，旋转摇把带动传动杆转动，使传动杆向外移动撑起撑杆，同时刻度盘上的指针随摇把转动，根据刻度盘上指针的旋转角度定量控制撑杆撑起的高度，使支撑触板与钻孔孔壁紧密接触，实现对钻孔的定点支护；钻孔定点支护完成后，拆卸掉端部固定装置，并在瓦斯抽采管上连接抽采管路继续进行瓦斯抽采；

e、定点支撑系统回收：钻孔得到充分利用或瓦斯抽采结束后，拆掉抽采管路，再将端部固定装置安装在煤壁上，支撑动力施加装置置于钻孔口处，摇把插入传动杆外段方形接头，反向旋转摇把带动传动杆转动，使传动杆向内移动收回撑杆，然后再将定点支撑系统从钻孔中拔出，回收重复利用。