CN111794688A - 一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置及方法，该装置包括多个支护单元，所述支护单元包括设置在钻孔内防护机构和用于支撑防护机构的支撑机构，所述防护机构包括上支护板、与上支护板对称设置的下支护板以及设置在上支护板与下支护板之间的多个复合支撑柱，所述支撑机构包括多个柔性气囊，多个所述柔性气囊通过通气管路连通。该装置的使用方法包括：连接支撑机构、连接防护机构、向钻孔中推送、连接风管并通气、拆除风管五个步骤。本发明通过在上下支护板之间设置柔性气囊，通过柔性气囊通气将上下支撑板撑开，利用复合支撑柱将上下支护板支撑，本发明容易传递、支护效果好，便于推广使用。

Description

一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置及方法

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置及方法。

背景技术

国内大部分地区煤炭开采条件恶劣，开采深度大，煤层中的瓦斯含量高、压力大、煤层透气性低，地质构造条件复杂，很容易产生瓦斯事故，减少防止瓦斯事故成为煤矿安全领域一个亟待解决的问题。目前，我国抽采瓦斯最普遍的方法是利用钻孔对开采工作面煤层瓦斯提前预抽，最常用的瓦斯抽采方式是综合瓦斯抽放。由于在高瓦斯松软煤层中煤体较软，长距离定向钻孔在成孔后往往易出现塌孔的现象，造成钻孔堵塞，甚至报废，严重制约井下瓦斯的高效抽采，影响矿井安全生产。为对不同煤层、不同工作面、不同应力环境下的钻孔塌孔现象进行防治，塌孔防治技术及方法的创新升级显得极为重要。传统塌孔防治通常采用的是下筛管方法，由于其与孔壁间预留空间小，递送难度大，往往很难送至目标位置，且其存在设计强度不够等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，包括多个支护单元，所述支护单元包括设置在钻孔内防护机构和用于支撑防护机构的支撑机构，所述防护机构包括上支护板、与上支护板对称设置的下支护板以及设置在上支护板与下支护板之间的多个复合支撑柱，所述上支护板上开设有上凹槽，所述下支护板上设置有下凹槽，所述复合支撑柱的一端与上凹槽内的铰支座铰接，另一端与下凹槽内的铰支座铰接；

所述支撑机构包括多个柔性气囊，多个所述柔性气囊通过通气管路连通。

上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述上支护板和下支护板均为半弧形结构，所述上支护板和下支护板上均开设有多个透气孔。

上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述复合支撑柱包括依次连接的上支撑柱、弹簧支撑柱、转动件和下支撑柱，所述弹簧支撑柱上套设有第二弹簧，所述第二弹簧的下部且位于弹簧支撑柱的外侧设置有套管，所述套管远离第二弹簧的一端延伸至下支撑柱上。

上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述转动件包括与弹簧支撑柱铰接的上转动端和与下支撑柱铰接的下转动端，所述上转动端与下转动端固定连接。

上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述下支撑柱的包括第一下支撑柱和与第一下支撑柱固定连接的第二下支撑柱，所述第一下支撑柱的直径小于套管的内径，所述第一下支撑柱与转动件铰接。

上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述上支护板和下支护板的一端设置有连接孔，另一端设置有与连接孔配合的插条，所述插条远离上支护板和下支护板的一端设置有卡扣，所述连接孔内设置有与卡扣配合的卡槽。

上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述卡扣的数量为多个，多个所述卡扣包括三角伸缩头和用于支撑三角伸缩头的第一弹簧，所述第一弹簧设置在卡扣凹槽内，所述卡扣凹槽的底部设置有隔板，所述第一弹簧的数量为多个，多个所述第一弹簧的一端与卡扣凹槽底部连接，另一端与三角伸缩头底部连接。

一种利用松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、连接支撑机构：将第一个支护单元的通气管道的一端用堵头密封，另一端与第二个支护单元的通气管道一端连接；

步骤二、连接防护机构：第二个支护单元的插条完全送至第一个支护单元的连接孔内，卡扣弹出在卡槽中锁紧；

步骤三、向钻孔中推送：将连接好的支护单元向钻孔内推送，按照步骤一及步骤二的方法分别连接第n个支护单元的支撑机构和防护机构，并不断向孔中推送，直至该装置完全伸入到钻孔的底部，其中n为大于2的正整数；

步骤四、连接风管并通气：在钻孔中最外侧的通气管道上分别连接气阀与压力表，并将通气管道与井下风管接通，打开气阀，直至防护机构被支撑机构撑开且压力表读数稳定；

步骤五、拆除风管：关掉气阀，断开与通气管道连接的气阀、压力表及井下风管。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过将未充气状态的支护装置伸入钻孔中，支护板与钻孔内壁之间预留了足够多的空间，便于装置向孔内的递送；

2、本发明通过在上支护板及下支护板之间设置柔性气囊，通过给柔性气囊充气实现整个装置的张开，实现支护板与钻孔内壁间的紧密贴合，实验装置操作简单，选用气体作动力源，安全清洁；

3、本发明通过利用柔性气囊通气膨胀撑开上下支护板，上下支护板带动复合支撑柱拉伸支撑，可实现本发明在瓦斯抽采钻孔内的支撑，提高了钻孔的支护效果，操作简单，实用性强；

4、本发明通过插条与连接孔间的紧密结合实现多组装置的组合连接，并通过卡扣实现插条在连接孔内的固定，可根据实际需要调节长短，操作方便，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本发明通过在上下支护板之间设置柔性气囊，通过柔性气囊通气将上下支撑板撑开，利用复合支撑柱将上下支护板支撑，本发明容易传递、支护效果好，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明支护单元充气后的连接结构示意图；

图2为本发明支护单元充气前的连接结构示意图；

图3为本发明复合支撑柱与支护板的连接示意图；

图4为本发明卡扣的结构示意图；

图5为本发明复合支撑柱的结构示意图；

图6为本发明充气前在钻孔内的安装示意图。

其中，图中1-1—上支护板；1-2—下支护板；2—透气孔；3—插条；4—卡扣；4-1—三角伸缩头；4-2—隔板；4-3—第一弹簧；4-4—卡扣凹槽；5—连接孔；6—柔性气囊；7—通气管道；8—复合支撑柱；8-1—上支撑柱；8-2—第二弹簧；8-3—弹簧支撑柱；8-4—套管；8-5—上转动端；8-6—下转动端；8-7—下支撑柱；9—钻孔；10—压力表；11—井下风管；12—气阀。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳的实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

如图1-图6所示，一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，包括多个支护单元，所述支护单元包括设置在钻孔9内防护机构和用于支撑防护机构的支撑机构，所述防护机构包括上支护板1-1、与上支护板1-1对称设置的下支护板1-2以及设置在上支护板1-1与下支护板1-2之间的多个复合支撑柱8，所述上支护板1-1上开设有上凹槽，所述下支护板1-2上设置有下凹槽，所述复合支撑柱8的一端与上凹槽内的铰支座铰接，另一端与下凹槽内的铰支座铰接；

所述支撑机构包括多个柔性气囊6，多个所述柔性气囊6通过通气管路7连通。

需要说明的是，支护板包括上支护板1-1与下支护板1-2，上凹槽与下凹槽关于上支护板1-1与下支护板1-2的接触面对称，优选的，上凹槽及下凹槽开设在上支护板1-1与下支护板1-2两端的接触面上，在未通气状态时，上支护板1-1与下支护板1-2相贴合形成通道，复合支撑柱8以折叠状态放置在上凹槽及下凹槽形成的空腔中；支撑机构的柔性气囊6设置在防护机构形成的通道的中部，靠近通道的两侧均为通气管路7，多个支撑机构之间的通气管道7通过螺纹连接。

所述上支护板1-1和下支护板1-2均为半弧形结构，所述上支护板1-1和下支护板1-2上均开设有多个透气孔2。

需要说明的是，上支护板1-1和下支护板1-2上的多个透气孔2用于松软煤层中瓦斯的渗透释放，相对于现有技术中的仅在松软煤层中钻孔的方式，本发明的装置不会因为长距离定向钻孔出现塌孔的现象，能够有效的促进煤层中瓦斯的释放及抽取，其使用效果好。

如图5所示，所述复合支撑柱8包括依次连接的上支撑柱8-1、弹簧支撑柱8-3、转动件和下支撑柱8-7，所述弹簧支撑柱8-3上套设有第二弹簧8-2，所述第二弹簧8-2的下部且位于弹簧支撑柱8-3的外侧设置有套管8-4，所述套管8-4远离第二弹簧8-2的一端延伸至下支撑柱8-7上。

所述转动件包括与弹簧支撑柱8-3铰接的上转动端8-5和与下支撑柱8-7铰接的下转动端8-6，所述上转动端8-5与下转动端8-6固定连接。

需要说明的是，第二弹簧8-2的一端可以抵在上支撑柱8-1上，另一端可以抵在套管8-4上。

所述下支撑柱8-7的包括第一下支撑柱和与第一下支撑柱固定连接的第二下支撑柱，所述第一下支撑柱的直径小于套管8-4的内径，所述第一下支撑柱与转动件铰接。

需要说明的是，弹簧支撑柱8-3、转动件和第一下支撑柱可均套设在的套管8-4内，套管8-4的远离第二弹簧8-2的一端抵在第二下支撑柱上，上支撑柱8-1上设置有与上支护板1-1的上凹槽铰接的第一连接件，下支撑柱8-7上设置有与下支护板1-2的下凹槽铰接的第二连接件，上支护板1-1的上凹槽内设置有与第一连接件配合的铰支座，下支护板1-2的下凹槽内设置有与第二连接件配合的铰支座。

如图1所示，所述上支护板1-1和下支护板1-2的一端设置有连接孔5，另一端设置有与连接孔5配合的插条3，所述插条3远离上支护板1-1和下支护板1-2的一端设置有卡扣4，所述连接孔5内设置有与卡扣4配合的卡槽。

如图4所示，所述卡扣4的数量为多个，多个所述卡扣4包括三角伸缩头4-1和用于支撑三角伸缩头4-1的第一弹簧4-3，所述第一弹簧4-3设置在卡扣凹槽4-4内，所述卡扣凹槽4-4的底部设置有隔板4-2，所述第一弹簧4-3的数量为多个，多个所述第一弹簧4-3设置在卡扣凹槽4-4内，多个所述第一弹簧4-3的一端与卡扣凹槽4-4底部连接，另一端与三角伸缩头4-1连接。

如图6所示，一种利用如上述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、连接支撑机构：将第一个支护单元的通气管道7的一端用堵头密封，另一端与第二个支护单元的通气管道7一端连接；

步骤二、连接防护机构：第二个支护单元的插条3完全送至第一个支护单元的连接孔5内，卡扣4弹出在卡槽中锁紧；

步骤三、向钻孔中推送：将连接好的支护单元向钻孔9内推送，按照步骤一及步骤二的方法分别连接第n个支护单元的支撑机构和防护机构，并不断向孔中推送，直至该装置完全伸入到钻孔9的底部，其中n为大于2的正整数；

步骤四、连接风管并通气：在钻孔9中最外侧的通气管道7上分别连接气阀12与压力表10，并将通气管道7与井下风管11接通，打开气阀12，直至防护机构的上支护板1-1与下支护板1-2被支撑机构的柔性气囊6撑开且压力表10读数稳定；

步骤五、拆除风管：关掉气阀12，断开与通气管道7连接的气阀12、压力表10及井下风管11。

需要说明的是，本装置在使用时，采用边连接边输送的方式，先将两个支护单元中的通气管道7连接，然后将两个支护单元的上支护板1-1连接、两个支护单元的下支护板1-2连接，此时，如图3所示，复合支撑柱8通过转动件成对折的状态设置在上凹槽与下凹槽形成的空腔中，第二弹簧8-2处于压缩状态，套管8-4完全套设在弹簧支撑柱8-3的外侧，上支撑柱8-1上的第一连接件与上凹槽内的铰支座连接，下支撑柱8-7第二下支撑柱的第二连接件与下凹槽内的铰支座连接，通气后，柔性气囊6撑开上支护板1-1与下支护板1-2，上支护板1-1带动上支撑柱8-1向上运动，下支护板1-2带动下支撑柱8-7向下运动，转动件转动，第二弹簧8-2伸长，套管8-4向下运动穿过转动件和下支撑柱8-7的第一下支撑柱，复合支撑柱8完全张开支撑在支护板1-1与下支护板1-2之间，最后拆除风管。

本发明通过将未充气状态的支护装置伸入钻孔中，支护板与钻孔内壁之间预留了足够多的空间，便于装置向孔内的递送；本发明通过在上支护板及下支护板之间设置柔性气囊，通过给柔性气囊充气实现整个装置的张开，实现支护板与钻孔内壁间的紧密贴合，实验装置操作简单，选用气体作动力源，安全清洁；本发明通过利用柔性气囊通气膨胀撑开上下支护板，上下支护板带动复合支撑柱拉伸支撑，可实现本发明在瓦斯抽采钻孔内的支撑，提高了钻孔的支护效果，操作简单，实用性强；本发明通过插条与连接孔间的紧密结合实现多组装置的组合连接，并通过卡扣实现插条在连接孔内的固定，可根据实际需要调节长短，操作方便，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本发明通过在上下支护板之间设置柔性气囊，通过柔性气囊通气将上下支撑板撑开，利用复合支撑柱将上下支护板支撑，本发明容易传递、支护效果好，便于推广使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，包括多个支护单元，所述支护单元包括设置在钻孔(9)内的防护机构和用于支撑防护机构的支撑机构，所述防护机构包括上支护板(1-1)、与上支护板(1-1)对称设置的下支护板(1-2)以及设置在上支护板(1-1)与下支护板(1-2)之间的多个复合支撑柱(8)，所述上支护板(1-1)上开设有上凹槽，所述下支护板(1-2)上设置有与上凹槽对称的下凹槽，所述复合支撑柱(8)的一端与上凹槽内的铰支座铰接，另一端与下凹槽内的铰支座铰接；

所述支撑机构包括多个柔性气囊(6)，多个所述柔性气囊(6)通过通气管路(7)连通。

2.按照权利要求1所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述上支护板(1-1)和下支护板(1-2)均为半弧形结构，所述上支护板(1-1)和下支护板(1-2)上均开设有多个透气孔(2)。

3.按照权利要求1所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述复合支撑柱(8)包括依次连接的上支撑柱(8-1)、弹簧支撑柱(8-3)、转动件和下支撑柱(8-7)，所述弹簧支撑柱(8-3)上套设有第二弹簧(8-2)，所述第二弹簧(8-2)的下部且位于弹簧支撑柱(8-3)的外侧设置有套管(8-4)，所述套管(8-4)远离第二弹簧(8-2)的一端延伸至下支撑柱(8-7)。

4.按照权利要求3所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述转动件包括与弹簧支撑柱(8-3)铰接的上转动端(8-5)和与下支撑柱(8-7)铰接的下转动端(8-6)，所述上转动端(8-5)与下转动端(8-6)固定连接。

5.按照权利要求4所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述下支撑柱(8-7)包括第一下支撑柱和与第一下支撑柱固定连接的第二下支撑柱，所述第一下支撑柱的直径小于套管(8-4)的内径，所述第一下支撑柱与转动件铰接。

6.按照权利要求1所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述上支护板(1-1)和下支护板(1-2)的一端设置有连接孔(5)，另一端设置有与连接孔(5)配合的插条(3)，所述插条(3)远离上支护板(1-1)和下支护板(1-2)的一端设置有卡扣(4)，所述连接孔(5)内设置有与卡扣(4)配合的卡槽。

7.按照权利要求6所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置，其特征在于，所述卡扣(4)的数量为多个，多个所述卡扣(4)包括三角伸缩头(4-1)和用于支撑三角伸缩头(4-1)的第一弹簧(4-3)，所述第一弹簧(4-3)设置在卡扣凹槽(4-4)内，所述卡扣凹槽(4-4)的底部设置有隔板(4-2)，所述第一弹簧(4-3)的数量为多个，多个所述第一弹簧(4-3)的一端与卡扣凹槽(4-4)底部连接，另一端与三角伸缩头(4-1)底部连接。

8.一种利用如权利要求1-7任意一项所述的一种松软煤层易失稳钻孔防塌孔支护装置的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、连接支撑机构：将第一个支护单元的通气管道(7)的一端用堵头密封，另一端与第二个支护单元的通气管道(7)一端连接；

步骤二、连接防护机构：第二个支护单元的插条(3)完全送至第一个支护单元的连接孔(5)内，卡扣(4)弹出在卡槽中锁紧；

步骤三、向钻孔中推送：将连接好的支护单元向钻孔(9)内推送，按照步骤一及步骤二的方法分别连接第n个支护单元的支撑机构和防护机构，并不断向孔中推送，直至该装置完全伸入到钻孔(9)的底部，其中n为大于2的正整数；

步骤四、连接风管并通气：在钻孔(9)中最外侧的通气管道(7)上分别连接气阀(12)与压力表(10)，并将通气管道(7)与井下风管(11)接通，打开气阀(12)，直至防护机构被支撑机构撑开且压力表(10)读数稳定；

步骤五、拆除风管：关掉气阀(12)，断开与通气管道(7)连接的气阀(12)、压力表(10)及井下风管(11)。

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