CN107420037B - 一种大倾角下行深孔防突钻孔施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，可有效解决下行孔打钻、排渣、瓦斯异常涌出、孔壁坍塌的技术问题，其解决的技术方案是，利用履带液压全方位下行孔施工设备实现大倾角下行孔深孔钻进作业，极大地降低了突出煤层钻孔施工过程中出现瓦斯喷出、塌孔的几率，避免了大量煤水造成巷道施工环境差，堆积的煤体造成巷道拥挤，影响施工及设备材料运输的现象，且本发明对巷道地质条件适应性强，技术优势明显，它有效解决了煤层下行孔打钻、排渣、瓦斯异常涌出、孔壁坍塌的技术难题，实现了钻孔施工作业时煤、水、气的有效分离，极大地改善了巷道作业环境，是大倾角下行深孔防突钻孔施工方法上的创新。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿生产领域，特别是一种大倾角下行深孔防突钻孔施工方法。
背景技术
我国含煤地层以侏罗纪和石炭二叠纪为主，且多以煤层群条件赋存，在构造挤压和剪切应力作用下地质条件异常复杂，深部高地应力和瓦斯压力致使冲击地压、矿震、突水、煤与瓦斯突出等灾害更加严重。松软含瓦斯煤层煤质松软破碎，在应力条件下具有蠕变流变特性强、透气性差、瓦斯压力大、突出危险性大等特性。在该类岩层进行抽采钻孔施工过程易发生喷孔、顶钻、抱钻等事故，易发生孔壁坍塌堵孔现象，造成瓦斯抽采效率低，瓦斯治理难度大。目前国内的煤矿瓦斯治理技术多采用上行、水平、小角度俯角孔来治理瓦斯，尚没有针对本煤层施工大俯角下行深孔施工作业特点的施工装备，现有的装备对巷道的适应性差，抽采钻孔施工难度大，在进行大俯角作业时煤、水、气分离难度大，其技术难点主要表现在：①现有的煤矿钻探设备下行孔施工困难，-30°~-90°的俯角孔施工困难，②打钻过程中产生的钻屑、煤渣很难排出来，下行孔煤水气处理困难，易卡钻、抱钻；③孔内瓦斯异常涌出的处理；④煤层松软，塌孔严重，钻渣冲洗液在钻孔与钻杆环间循环，对孔壁的冲刷严重，造成封孔困难。鉴于此，针对大倾角下行深孔防突钻孔施工方法的创新，有效解决下行孔打钻、排渣、瓦斯异常涌出、孔壁坍塌等技术难题势在必行。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，可有效解决下行孔打钻、排渣、瓦斯异常涌出、孔壁坍塌的技术问题。
本发明解决的技术方案是，利用履带液压全方位下行孔施工设备，然后按以下步骤进行：
第一步，将履带液压全方位下行孔施工设备移动到矿井中需要施工的巷道中内，调整好设备的位置；
第二步，将履带液压全方位下行孔施工设备的电机与井下供电系统进行连接，将循环水泵与井下供水管路连接，检查液压泵内的液压油量；
第三步，启动液压泵电机电源，操作控制台上的操纵杆，通过液压管路向履带行走机构上盘的四个液压支撑底柱供油，使液压支撑底座伸出接触底板，同时通过液压管路向上盘的液压支柱供油，使液压支柱升起支撑顶板，保证履带液压全方位下行孔施工设备的稳定性；
第四步，通过调节与液压支柱连接的转动附件，可调整钻机导轨的高度与角度，将双壁反循环钻杆与钻头连接，并将双壁反循环钻杆与液压钻机连接，通过操作控制台上的操作杆启动钻机，启动循环水泵向钻机供水，同时，通过控制操作杆向管路供油，促使固定在钻机导轨内的液压油缸伸出，推动液压钻机下行钻孔；
第五步，待下行孔施工0.5米时，停止钻孔作业，控制操作杆通过管路回油，促使液压油缸收缩，关闭循环水泵，将双壁反循环钻杆从钻机接口中取出，将双壁反循环钻杆穿入孔口防喷防塌处理装置的中心孔道，将孔口防喷防塌处理装置塞入钻孔内，通过充气接口管向防喷防塌处理装置充入气体，使其膨胀后固定在钻孔内部，重新进行步骤四操作，根据需要可更换钻杆继续进行下行孔作业；
第六步，下行孔施工完毕后，通过控制操作杆促使管路回油，使液压油缸收缩，关闭循环水泵，通过控制操作杆使液压支撑底座、液压支柱回油收缩，将孔口防喷防塌处理装置气体排出，将孔口防喷防塌处理装置从钻孔中取出，取下双壁反循环钻杆，将履带液压全方位下行孔施工设备移动到下一施工部位，重复上述步骤进行下行孔作业。
本发明通过采用履带液压全方位下行孔施工设备进行下行孔作业可有效解决下行孔打钻、排渣、喷孔等技术难题，极大程度上实现了大倾角下行钻孔作业时煤、水、气的有效分离，降低了巷道中瓦斯浓度，改善了巷道钻孔作业环境，并实现大倾角下行钻孔作业时煤、水、气的有效分离，提高了瓦斯治理效果，为保证煤矿安全生产提供了技术保证，是大倾角下行深孔防突钻孔施工方法上的创新。
附图说明
图1 为本发明左视图。
图2 为本发明左视立体图。
图3为本发明右视立体图。
图4为本发明上盘转动立体图。
图5 为本发明液压钻机立体图。
图6为本发明孔口防喷喷塌处理装置立体图。
图7 为本发明工作原理立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-7给出，本发明在具体实施时，利用履带液压全方位下行孔施工设备，然后按以下步骤进行：
第一步，将履带液压全方位下行孔施工设备移动到矿井中需要施工的巷道中内，调整好设备的位置；
第二步，将履带液压全方位下行孔施工设备的液压泵电机5与井下供电系统进行连接，将循环水泵13与井下供水管路连接，检查液压泵4内的液压油量；
第三步，启动液压泵电机5的电源，操作控制台6上的操纵杆17，通过液压管路向履带行走机构上盘的四个液压支撑底座11供油，使液压支撑底座11伸出接触底板，同时分别通过第五液压管路23、第一液压管路19向上盘2的第一液压支柱1、第二液压支柱1＇供油，使第一液压支柱1、第二液压支柱1＇升起支撑顶板，保证履带液压全方位下行孔施工设备的稳定性；
第四步，通过与第一液压支柱1、第二液压支柱1＇连接的第一转动附件10、第二转动附件10＇，根据下行孔的施工部位调整液压钻机导轨8的方位，将双壁反循环钻杆15与钻头16连接，并将双壁反循环钻杆15与液压钻机7连接，通过操作控制台6上的操作杆17启动液压钻机7，启动循环水泵13向液压钻机7供水，同时，通过控制操作杆17向第二液压管路20供油，促使固定在钻机导轨8上的液压油缸9伸出，推动液压钻机7下行钻孔；
第五步，待液压钻机7下行钻孔30内施工0.5米时，停止钻孔作业，通过控制操作杆17促使第二液压管路20回油，使液压油缸9收缩，关闭循环水泵13，将双壁反循环钻杆15从液压钻机7接口中取出，将双壁反循环钻杆15穿入孔口防喷防塌处理装置的中心孔道，将孔口防喷防塌处理装置28塞入下行钻孔30内，通过充气接口管29向孔口防喷防塌处理装置28充入气体，膨胀后固定在下行钻孔30内部，重新进行步骤四操作，根据需要可更换双壁反循环钻杆15继续进行下行孔作业；
第六步，下行钻孔30施工完毕后，通过操作杆17控制管路回油，促使液压油缸9收缩，关闭循环水泵13，通过控制操作杆17使液压支撑底座11、第一液压支柱1、第二液压支柱1＇回油收缩，将孔口防喷防塌处理装置28气体排出，将孔口防喷防塌处理装置28从钻孔30中取出，取下双壁反循环钻杆15，将履带液压全方位下行孔施工设备移动到下一施工部位，重复上述步骤进行下行孔作业。
为了保证使用效果，所述的履带液压全方位下行孔施工设备包括履带液压行走装置、液压泵、电机、液压支柱、液压钻机、循环水泵、液压操作控制台、钻机导轨、液压油缸、孔口防喷防塌处理装置、液压油管路及供水管路，履带液压行走装置由上盘2、下盘3、液压操作控制台6和液压泵4构成，上盘2与下盘3通过内部齿轮连接，可实现上盘2与下盘3的相对转动（如图4所示），上盘2上分别安装有液压操作控制台6、液压泵4、电机5、第一液压支柱1、第二液压支柱1＇、循环水泵13和循环水箱14，第一液压支柱1、第二液压支柱1＇分别通过第五液压管路23 、第一液压管路19与液压泵4连接，液压钻机7通过第三液压管路21、第四液压管路22与液压泵4连接，实现钻机下行钻孔作业，液压钻机7与钻机行程导轨8连接，同时，液压钻机7与固定在钻机行程导轨8内部的液压油缸9连接，液压油缸9通过第二液压管路20与液压泵4连接，通过液压操作控制台6上的操作手柄17控制液压油缸伸缩，推动液压钻机7作业，钻机行程导轨8通过两侧第一转动附件10、第二转动附件10＇分别与第一液压支柱1、第二液压支柱1＇连接，通过第一转动附件10、第二转动附件10＇可以调节钻机行程导轨8的倾斜角度与高度，进而根据施工需要调节下行钻孔的钻打方位，液压钻机7与双壁反循环钻杆15连接，双壁反循环钻杆15与钻头16连接，上盘2上固定有支撑板12，在支撑板12上分别固定有循环水泵13和循环水箱14，液压钻机7通过第二供水管路24与循环水泵13连接，循环水泵13分离出的瓦斯通过气体管路27直接排入矿井瓦斯排放管路，循环水泵13通过第一供水管路18与循环水箱14连接，循环水箱14通过第三供水管路25与液压钻机7连接。
所述的上盘2的四个角处固定有四个液压支撑底座11，保证了钻孔作业时液压行走装置的平衡性。
所述的第一转动附件10、第二转动附件10＇为机械式可转动卡盘，分别与第一液压支柱1、第二液压支柱1＇连接，同时第一转动附件10、第二转动附件10＇与钻机导轨8连接，通过调节转动附件可改变钻机导轨8的高度与倾斜角度，进而控制下行钻孔的施工方位。
所述的钻机导轨8为空心棱槽体，其内部一端固定有液压油缸9，液压钻机7与钻机导轨8通过卡槽连接，通过液压油缸9的伸缩促使液压钻机7在钻机导轨8上行走。
所述的双壁反循环钻杆15为中心有孔道的双壁钻杆，循环水从双壁间的空隙中进入钻孔30底部，在泵的负压钻用下，携带钻渣的冲洗液从双壁反循环钻杆15 的中心通道排出。
所述的循环水泵13将钻渣冲洗液从钻孔中抽出并排至腔体内，通过旋转、过滤与分离，实现煤水气三者分离，循环水泵13上分别连接有第一供水管路18、气体管路27和管路26，水通过第一供水管路18进入循环水箱14，分离的瓦斯气体，则通过气体管路27输送到矿井瓦斯排放管道中，过滤的钻渣则通过管路26输送到矿井中的固定地点。
所述的孔口防喷防塌处理装置28由内部的硬质塑料和外部的橡胶充气囊构成，通过橡胶充气囊的膨胀，使孔口防喷防塌处理装置28固定在钻孔30内部，防止钻孔过程中造成塌孔、喷孔。
本发明与同类型钻孔施工方法相比具有明显的技术优势，其技术原理主要是：采用履带液压行走装置有效解决了在矿井复杂地质条件的设备移动难题，保证了钻孔作业过程中整套设备的稳定性，并且通过上盘2的转动作用，更加扩大了液压钻机的施工范围，通过第一转动附件10、第二转动附件10＇的调节作用，可调节液压钻机7的高度和倾斜角度，通过第一液压支柱1、第二液压支柱1＇的固定作用，保证了液压钻机工作的可靠性；采用泵吸反循环方式将携带钻渣的冲洗液通过第二供水管路24输送到循环水泵13，经过旋转、过滤与分离功能，净化后的水进入循环水箱14，然后再由循环水箱14经过第三供水管路25进入液压钻机以及双壁反循环钻杆15重新进行冲洗钻孔排渣，沉淀后的钻渣液则通过管道26排至固定地点，分离出的瓦斯气体则通过气体管路27输送到矿井瓦斯排放管道中，通过充气后的孔口防喷防塌处理装置28与下行钻孔30紧密接触，有效防止了钻孔施工过程中造成的喷孔与塌孔现象，有效避免了喷孔造成的瓦斯浓度异常，改善了矿井的作业环境。
本发明通过采用履带液压行走机构、反循环钻杆与钻头、循环水泵、孔口防喷防塌处理装置以及通过操作控制台上的液压控制装置，实现大倾角下行孔深孔钻进作业，极大地降低了突出煤层钻孔施工过程中出现瓦斯喷出、塌孔的几率，避免了大量煤水造成巷道施工环境差，堆积的煤体造成巷道拥挤，影响施工及设备材料运输等现象，且本发明对巷道地质条件适应性强，技术优势明显，它有效解决了煤层下行孔打钻、排渣、瓦斯异常涌出、孔壁坍塌等技术难题，实现了钻孔施工作业时煤、水、气的有效分离，极大地改善了巷道作业环境，对煤矿的安全生产具有重要的指导意义。
Claims (8)
1.一种大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，利用履带液压全方位下行孔施工设备，然后按以下步骤进行：
第一步，将履带液压全方位下行孔施工设备移动到矿井中需要施工的巷道中内，调整好设备的位置；
第二步，将履带液压全方位下行孔施工设备的液压泵电机（5）与井下供电系统进行连接，将循环水泵（13）与井下供水管路连接，检查液压泵（4）内的液压油量；
第三步，启动液压泵电机（5）的电源，操作控制台（6）上的操纵杆（17），通过液压管路向履带行走机构上盘的四个液压支撑底座（11）供油，使液压支撑底座（11）伸出接触底板，同时分别通过第五液压管路（23）、第一液压管路（19）向上盘（2）的第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）供油，使第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）升起支撑顶板，保证履带液压全方位下行孔施工设备的稳定性；
第四步，通过与第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）连接的第一转动附件（10）、第二转动附件（10＇），根据下行孔的施工部位调整钻机行程导轨（8）的方位，将双壁反循环钻杆（15）与钻头（16）连接，并将双壁反循环钻杆（15）与液压钻机（7）连接，通过操作控制台（6）上的操纵杆（17）启动液压钻机（7），启动循环水泵（13）向液压钻机（7）供水，同时，通过控制操纵杆（17）向第二液压管路（20）供油，促使固定在钻机行程导轨（8）上的液压油缸（9）伸出，推动液压钻机（7）下行钻孔；
第五步，待液压钻机（7）在下行钻孔（30）内施工0.5米时，停止钻孔作业，通过控制操纵杆（17）促使第二液压管路（20）回油，使液压油缸（9）收缩，关闭循环水泵（13），将双壁反循环钻杆（15）从液压钻机（7）接口中取出，将双壁反循环钻杆（15）穿入孔口防喷防塌处理装置的中心孔道，将孔口防喷防塌处理装置（28）塞入下行钻孔（30）内，通过充气接口管（29）向孔口防喷防塌处理装置（28）充入气体，膨胀后固定在下行钻孔（30）内部，重新进行步骤四操作，根据需要可更换双壁反循环钻杆（15）继续进行下行孔作业；
第六步，下行钻孔（30）施工完毕后，通过操纵杆（17）控制管路回油，促使液压油缸（9）收缩，关闭循环水泵（13），通过控制操纵杆（17）使液压支撑底座（11）、第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）回油收缩，将孔口防喷防塌处理装置（28）气体排出，将孔口防喷防塌处理装置（28）从钻孔（30）中取出，取下双壁反循环钻杆（15），将履带液压全方位下行孔施工设备移动到下一施工部位，重复上述步骤进行下行孔作业。
2.根据权利要求1所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的履带液压全方位下行孔施工设备包括履带液压行走装置、液压泵、电机、液压支柱、液压钻机、循环水泵、液压操作控制台、钻机行程 导轨、液压油缸、孔口防喷防塌处理装置、液压油管路及供水管路，履带液压行走装置由上盘（2）、下盘（3）、液压操作控制台（6）和液压泵（4）构成，上盘（2）与下盘（3）通过内部齿轮连接，可实现上盘（2）与下盘（3）的相对转动，上盘（2）上分别安装有液压操作控制台（6）、液压泵（4）、电机（5）、第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）、循环水泵（13）和循环水箱（14），第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）分别通过第五液压管路（23）、第一液压管路（19）与液压泵（4）连接，液压钻机（7）通过第三液压管路（21）、第四液压管路（22）与液压泵（4）连接，实现钻机下行钻孔作业，液压钻机（7）与钻机行程导轨（8）连接，同时，液压钻机（7）与固定在钻机行程导轨（8）内部的液压油缸（9）连接，液压油缸（9）通过第二液压管路（20）与液压泵（4）连接，通过液压操作控制台（6）上的操纵杆（17）控制液压油缸伸缩，推动液压钻机（7）作业，钻机行程导轨（8）通过两侧第一转动附件（10）、第二转动附件（10＇）分别与第一液压支柱（1）、第二液压支柱（1＇）连接，通过第一转动附件（10）、第二转动附件（10＇）可以调节钻机行程导轨（8）的倾斜角度与高度，进而根据施工需要调节下行钻孔的钻打方位，液压钻机（7）与双壁反循环钻杆（15）连接，双壁反循环钻杆（15）与钻头（16）连接，上盘（2）上固定有支撑板（12），在支撑板（12）上分别固定有循环水泵（13）和循环水箱（14），液压钻机（7）通过第二供水管路（24）与循环水泵（13）连接，循环水泵（13）分离出的瓦斯通过气体管路（27）直接排入矿井瓦斯排放管路，循环水泵（13）通过第一供水管路（18）与循环水箱（14）连接，循环水箱（14）通过第三供水管路（25）与液压钻机（7）连接。
3.根据权利要求1所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的上盘（2）的四个角处固定有四个液压支撑底座（11），保证了钻孔作业时液压行走装置的平衡性。
4.根据权利要求（1）所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的第一转动附件（10）、第二转动附件（10＇）为机械式可转动卡盘。
5.根据权利要求1所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的钻机行程导轨（8）为空心棱槽体，其内部一端固定有液压油缸（9），液压钻机（7）与钻机行程导轨（8）通过卡槽连接，通过液压油缸（9）的伸缩促使液压钻机（7）在钻机行程导轨（8）上行走。
6.根据权利要求1所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的双壁反循环钻杆（15）为中心有孔道的双壁钻杆，循环水从双壁间的空隙中进入钻孔（30）底部，在泵的负压钻用下，携带钻渣的冲洗液从双壁反循环钻杆（15）的中心通道排出。
7.根据权利要求1所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的循环水泵（13）将钻渣冲洗液从钻孔中抽出并排至腔体内，通过旋转、过滤与分离，实现煤水气三者分离，循环水泵（13）上分别连接有第一供水管路（18）、气体管路（27）和管路（26），水通过第一供水管路（18）进入循环水箱（14），分离的瓦斯气体，则通过气体管路（27）输送到矿井瓦斯排放管道中，过滤的钻渣则通过管路（26）输送到矿井中的固定地点。
8.根据权利要求1所述的大倾角下行深孔防突钻孔施工方法，其特征在于，所述的孔口防喷防塌处理装置（28）由内部的硬质塑料和外部的橡胶充气囊构成，通过橡胶充气囊的膨胀，使孔口防喷防塌处理装置（28）固定在钻孔（30）内部，防止钻孔过程中造成塌孔、喷孔。
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