CN113586110A - 一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置以及支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置以及支护方法。矿井松软破碎围岩的钻孔装置包括钻杆、外套管以及连接件。钻杆与外套管通过连接件连接，连接件位于钻杆的底部，连接件的底部与锚杆机相连接。钻杆设置在连接件的内部，外套管设置在连接件的外部。钻杆与外套管通过连接件同步转动。本发明在钻杆的外部增设中空的外套管，围岩钻孔结束退出钻杆后，外套管仍能够留在围岩中，药卷能够通过外套管的内腔送入锚杆孔底部，解决了现有技术中因钻杆退出后钻眼变形导致无法填装药卷，以及重新打眼造成的支护工作跟不上掘进进度的问题。本发明还提高了锚杆的支护效率，减少了打孔的工作时间，节省了锚固剂原料。
Description
技术领域
本发明属于煤矿生产技术领域，具体涉及一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置以及支护方法。
背景技术
煤矿主要是地下开采，需要在矿井下开掘大量巷道，巷道开挖后，会产生对巷道稳定性有影响的围岩。为了提升巷道的稳定性和施工安全，避免围岩出现变形等情况，需要采取支持、加强或包覆围岩等方式对巷道进行支护。
锚杆支护是一种常用的巷道支护方法。锚杆支护是在巷道围岩中安设锚杆，以加固煤岩体，使其具有自稳及承载能力，保持巷道的稳定性。具体地，在围岩上预先钻孔，然后将锚杆插入预先钻好的孔中，利用锚杆本身的构造，或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起，产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。锚杆支护方式具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点。
锚固剂是将打入煤岩体中的锚杆与煤岩体结合起来的一种粘合剂。锚固剂和锚杆杆体合称药卷锚杆。
然而，对于松软煤层，在围岩上打眼结束后再安装药卷时，往往打眼结束退出钻杆后，原钻眼已经变形，无法装填药卷。这给打眼工作和支护工作造成极大困难，不得不重新打眼，使得支护工作跟不上掘进进度。
因此，需要提供一种围岩打眼结束后能够高效向锚杆孔中填充药卷的装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术中存在的由于钻眼变形造成的造成的巷道支护和掘进进度不一致的问题，本发明提供一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置以及支护方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置，包括钻杆、外套管以及连接件；
所述钻杆与所述外套管通过所述连接件连接，所述连接件位于所述钻杆的底部，所述连接件的底部与锚杆机相连接；
所述钻杆设置在所述连接件的内部，所述外套管设置在所述连接件的外部；
所述钻杆与所述外套管通过所述连接件同步转动。
如上所述的钻孔装置，优选地，所述连接件包括外钻尾以及内钻尾；所述外钻尾与所述内钻尾卡接；
所述外钻尾的内部中空，外部为螺纹结构；所述钻杆套设于所述外钻尾的内部，所述外套管与所述外钻尾螺纹连接；
所述内钻尾与锚杆机连接。
如上所述的钻孔装置，优选地，所述外套管上设置排碴孔。
如上所述的钻孔装置，优选地，所述钻杆包括m节，第2节钻杆连接在第1节钻杆的下端，在第2节钻杆的作用下，第1节钻杆继续向上钻进；依此类推，第m节钻杆连接在第m-1节钻杆的下端，在第m节钻杆的作用下，第m-1节钻杆继续向上钻进；
所述外套管包括n节，第2节外套管连接在第1节外套管的下端，在第2节外套管的作用下，第1节外套管继续向上钻进；依此类推，第n节外套管连接在第n-1节外套管的下端，在第n节外套管的作用下，第n-1节外套管继续向上钻进。
每节所述钻杆的长度为800mm-1000mm；
每节所述外套管的长度为800mm-1000mm。
如上所述的钻孔装置，优选地，所述第m-1节钻杆的下端与所述第m节钻杆的上端螺纹连接；
所述第n-1节外套管的下端设置内螺纹，所述第n节外套管的上端设置外螺纹。
如上所述的钻孔装置，优选地，所述第一节钻杆的上端高于所述外套管40cm-60cm；
所述第m节钻杆的与所述第n外套管的长度相同，m>1，n>1。
本发明还提供一种矿井松软破碎围岩的支护方法，包括如下步骤：
S1：将上述钻孔装置安装在锚杆机上；
S2：启动锚杆机，钻杆与外套管同步转动，进行锚杆孔的钻进；
S3：钻杆到达预计深度后，钻孔装置停止转动，将钻杆退出；
S4：利用锚杆将药卷通过外套管的内腔向上输送，直到药卷顶入锚杆孔底部；
S5：退出外套管，启动锚杆机，带动锚杆搅碎药卷；
S6：在锚杆上安装托盘以及锁具，紧固锚杆，完成围岩的支护。
如上所述的支护方法，优选地，步骤S1中，将连接件的底部安装在锚杆机上，然后将钻杆以及外套管分别与所述连接件的内部以及外部连接。
如上所述的支护方法，优选地，步骤S2中，在第1节钻杆的下端连接第2节钻杆，在第2节钻杆的作用下，第1节钻杆继续向上钻进；依此类推，在第m-1节钻杆的下端连接第m节钻杆，在第m节钻杆的作用下，第m-1节钻杆继续向上钻进，直到钻杆顶部到达预计深度；
同样地，在第1节外套管的下端连接第2节外套管，在第2节外套管的作用下，第1节外套管继续向上钻进；依此类推，在第n-1节外套管的下端连接第n节外套管，在第n节外套管的作用下，第n-1节外套管继续向上钻进。
如上所述的支护方法，优选地，步骤S5中，药卷的搅拌时间为20-30s。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明在钻杆的外部增设中空的外套管，围岩钻孔结束退出钻杆后，外套管仍能够留在围岩中，药卷能够通过外套管的内腔送入锚杆孔底部，解决了现有技术中因钻杆退出后钻眼变形导致无法填装药卷，以及重新打眼造成的支护工作跟不上掘进进度的问题。
本发明还通过设置连接件实现钻杆和外套管的同步转动。钻杆设置在连接件的内部，外套管设置在连接件的外部，在连接件的作用下，钻杆和外套管连接为一体。在围岩钻孔过程中，钻杆和外套管同步转动进行锚杆孔的钻进，钻孔结束后，钻杆和外套管停止转动，退出钻杆，外套管为药卷的填充提供充足的通道。本发明的钻孔装置以及支护方法提高了锚杆的支护效率，减少了打孔的工作时间，节省了锚固剂原料。
附图说明
图1为本发明中的钻孔装置掘进煤岩层的过程示意图；
图2为本发明中钻孔装置的结构分解示意图；
图3为本发明中连接件的结构示意图；
图4为本发明中连接件的结构分解示意图；
图5为图2沿A-A的剖视图；
图6为图2沿B-B的剖视图；
图7为本发明中外套管的结构示意图。
【附图标记说明】
1：钻杆；2：外套管；3：连接件；外钻尾84：煤岩层；5：内钻头；6：外钻头；7：内钻尾；8：外钻尾。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1-图7所示，本实施例提供一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置，包括钻杆1、外套管2以及连接件3。
钻杆1与外套管2通过连接件3连接为一体实现同步转动，连接件3位于钻杆1的底部，连接件3的底部与锚杆机相连接。具体地，连接件包括外钻尾8以及内钻尾7，外钻尾8与内钻尾7卡接。
所述外钻尾(。外钻尾8的内部中空，外部为螺纹结构，钻杆1套设于外钻尾8的内部，外套管2与外钻尾8螺纹连接，内钻尾7与锚杆机连接。
本实施例在钻杆1的外部增设中空的外套管2，并通过设置连接件3实现钻杆1和外套管2的同步转动。在围岩钻孔过程中，钻杆1和外套管2同步转动进行锚杆孔的钻进，钻孔结束后，钻杆1和外套管2停止转动，退出钻杆1，外套管2仍能够留在围岩中，因此药卷能够通过外套管2的内腔送入锚杆孔底部。本实施例的钻孔装置提高了锚杆的支护效率，减少了打孔的工作时间，节省了锚固剂原料，解决了现有技术中因钻杆1退出后钻眼变形导致无法填装药卷，以及重新打眼造成的支护工作跟不上掘进进度的问题。
优选地，钻杆1包括m节，第m-1节钻杆1的下端与第m节钻杆1的上端螺纹连接。第2节钻杆1连接在第1节钻杆1的下端，在第2节钻杆1的作用下，第1节钻杆1继续向上钻进。依此类推，第m节钻杆1连接在第m-1节钻杆1的下端，在第m节钻杆1的作用下，第m-1节钻杆1继续向上钻进。
同样地，外套管2包括n节，第n-1节外套管2的下端设置内螺纹，第n节外套管2的上端设置外螺纹。第2节外套管2连接在第1节外套管2的下端，在第2节外套管2的作用下，第1节外套管2继续向上钻进。依此类推，第n节外套管2连接在第n-1节外套管2的下端，在第n节外套管2的作用下，第n-1节外套管2继续向上钻进。
优选地，每节钻杆1的长度为800mm-1000mm，每节外套管2的长度为800mm-1000mm。本实施例中，钻杆1的长度选择900mm，第一节外套管2的长度为880mm，其余外套管2的长度与钻杆1长度相同，均为900nm。第一节钻杆1的上端高于外套管40cm-60cm，以便内钻头5和外钻头6分别对围岩进行钻孔。再第一节钻杆1和第一节外套管2的下方，第m节钻杆1的与第n外套管2的长度均保持相同，其中，m>1，n>1。并且，内钻头5和外钻头6仅设置在第一节钻杆1以及第一节外套管2的上端，其余每节钻杆均为螺纹连接，每节外套管均为螺纹连接。
优选地，本实施例中的钻杆1选择直径为50mm的六楞中空钻杆1，其内径不小于35mm，第一节钻杆1的顶部连接直径为65mm的钻头。与六楞中空钻杆1相对应，如图3所示，本实施例中的连接件本体截面的内部为正六边形，内径稍大于六楞中空钻杆1的外径，以便钻杆1套设在连接件的内部。
优选地，外套管2上设置排碴孔，排碴孔设置在外套管2的两端，用以及时排除内钻杆1钻进时产生的煤岩粉，防止钻杆1和外套管2之间出现堵塞现象。
实施例2
本实施例提供一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置，包括钻杆1、外套管2以及连接件3。
钻杆1与外套管2通过连接件3连接为一体实现同步转动，连接件3位于钻杆1的底部，连接件3的底部与锚索机相连接。具体地，连接件3包括外钻尾8以及内钻尾7。外钻尾8的内部中空，外部为螺纹结构，钻杆1套设于外钻尾8的内部，外套管2与外钻尾8螺纹连接，内钻尾7与锚索机连接。
本实施例与实施例1的区别在于，使用锚索支护围岩。当锚杆杆体采用高强钢绞线制作的时候，称为锚索。
实施例3
参照图1，本实施例提供一种矿井松软破碎围岩的支护方法，包括如下步骤：
S1：将实施例1或实施例2中的钻孔装置安装在锚杆机上。具体地，将连接件3的内钻尾7安装在锚杆机上，然后将钻杆1安装在连接体外钻尾8的内部，将外套管2的内螺纹与外钻尾8外部的外螺纹拧紧。本步骤中，通过内钻尾7将钻杆1以及外套管2与锚杆机连接，并且将钻杆1和外套管2连接为一体，锚杆机启动后，能够带动钻杆1和外套管2同步钻进锚杆孔。
S2：启动锚杆机，带动钻杆1与外套管2同步转动，进行锚杆孔的钻进。在锚杆孔的钻进过程中，当第一节钻杆1基本完全钻进煤岩层4后，如果还未到达预计的钻进深度，则需要在第1节钻杆1的下端连接第2节钻杆1。在第2节钻杆1的作用下，第1节钻杆1继续向上钻进。依此类推，在第m-1节钻杆1的下端连接第m节钻杆1，在第m节钻杆1的作用下，第m-1节钻杆1继续向上钻进，直到钻杆1顶部到达预计深度。
同样地，当第一节外套管2基本完全钻进煤岩层4后，如果还未到达预计的钻进深度，则需要在第1节外套管2的下端连接第2节外套管2。在第2节外套管2的作用下，第1节外套管2继续向上钻进。依此类推，在第n-1节外套管2的下端连接第n节外套管2，在第n节外套管2的作用下，第n-1节外套管2继续向上钻进。
具体地，当第m-1节钻杆1基本完全钻进煤岩层4后，如果还未到达预计的钻进深度，在第m-1节钻杆1的下端连接第m节钻杆1的方法为：
将第m-1节钻杆1以及第n-1节外套管2与连接件3分离，然后下降锚杆机的高度，将第m节钻杆1的上端与第m-1节钻杆1的下端连接，第n节外套管2的上端与第n-1节外套管2的下端连接。调节锚杆机的高度，然后将第m节钻杆1安装在外钻尾8的内部，将第n节外套管2安装在外钻尾8的外部，继续对煤岩层4进行钻孔。
S3：钻杆1到达预计深度后，关闭锚杆机，钻孔装置停止转动，外套管2保持原状，逐节将钻杆1退出。
S4：利用锚杆将药卷通过外套管2的内腔向上输送，直到药卷顶入锚杆孔底部。钻杆1退出后，钻孔中仍支撑有外套管2，原钻眼还未发生变形，沿着钻杆1内腔向钻孔中装填药卷较为顺利。本步骤中，选择树脂锚固剂和锚杆杆体一体化的药卷锚杆，在填充药卷时，将药卷锚杆送入钻孔即可。
S5：退出外套管2，启动锚杆机，带动锚杆搅碎药卷。本实施例中的树脂药卷由高性能不饱和聚酯树脂、固化剂、促进剂、填料和其他化学助剂组成。在未搅拌时，树脂药卷为双组份包装。本步骤中，在锚杆的顶端设置搅拌器，搅拌器与锚杆对树脂药卷进行搅拌，搅拌时间为20-30s。搅拌完成后，树脂药卷的两组份均匀混合，能够快速固化，具有较高的粘结锚固力以及优异的材料力学性能。树脂药卷的两组份均匀混合后，将锚杆与煤岩体结合起来。
S6：在锚杆上安装托盘以及锁具，紧固锚杆，完成围岩的支护。
本实施例中，在步骤S1之前，还需要在巷道顶面上铺设钢筋网或金属网以及钢带梁，金属网以及钢带梁要求紧贴煤岩面。在安装锚杆的托盘时，保证托盘紧贴钢带梁。
本实施例中，钻孔顺序为由外向里，先顶后帮，顶板按先中间后两边的顺序进行打眼，帮部从上向下依次打眼。并且，每打一个锚杆眼后，需要安装一根锚杆并上紧托盘。
将本实施例的支护方法用于胶带巷以及采煤工作面收面支护中，产生直接效益50万。其中包括减少重复打眼施工，加快工程进度，缩短工期的人工费40万，以及减少失效锚杆、锚索及药卷等材料费10万。
以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定，本领域技术人员在权利要求的范围内做出各种变形或修改，均属于本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种矿井松软破碎围岩的钻孔装置，其特征在于，包括钻杆(1)、外套管(2)以及连接件(3)；
所述钻杆(1)与所述外套管(2)通过所述连接件(3)连接，所述连接件(3)位于所述钻杆(1)的底部，所述连接件(3)的底部与锚杆机相连接；
所述钻杆(1)设置在所述连接件(3)的内部，所述外套管(2)设置在所述连接件(3)的外部；
所述钻杆(1)与所述外套管(2)通过所述连接件(3)同步转动。
2.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述连接件(3)包括外钻尾(8)以及内钻尾(7)；所述外钻尾(8)与所述内钻尾(7)卡接；
所述外钻尾(8)的内部中空，外部为螺纹结构；所述钻杆(1)套设于所述外钻尾(8)的内部，所述外套管(2)与所述外钻尾(8)螺纹连接；
所述内钻尾(7)与锚杆机连接。
3.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述外套管(2)上设置排碴孔。
4.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，所述钻杆(1)包括m节，第2节钻杆(1)连接在第1节钻杆(1)的下端，在第2节钻杆(1)的作用下，第1节钻杆(1)继续向上钻进；依此类推，第m节钻杆(1)连接在第m-1节钻杆(1)的下端，在第m节钻杆(1)的作用下，第m-1节钻杆(1)继续向上钻进；
所述外套管(2)包括n节，第2节外套管(2)连接在第1节外套管(2)的下端，在第2节外套管(2)的作用下，第1节外套管(2)继续向上钻进；依此类推，第n节外套管(2)连接在第n-1节外套管(2)的下端，在第n节外套管(2)的作用下，第n-1节外套管(2)继续向上钻进。
每节所述钻杆(1)的长度为800mm-1000mm；
每节所述外套管(2)的长度为800mm-1000mm。
5.根据权利要求4所述的钻孔装置，其特征在于，所述第m-1节钻杆(1)的下端与所述第m节钻杆(1)的上端螺纹连接；
所述第n-1节外套管(2)的下端设置内螺纹，所述第n节外套管(2)的上端设置外螺纹。
6.根据权利要求5所述的钻孔装置，其特征在于，所述第一节钻杆(1)的上端高于所述外套管(2)40cm-60cm；
所述第m节钻杆(1)的与所述第n外套管(2)的长度相同，m>1，n>1。
7.一种矿井松软破碎围岩的支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将权利要求1-6任一项所述的钻孔装置安装在锚杆机上；
S2：启动锚杆机，钻杆(1)与外套管(2)同步转动，进行锚杆孔的钻进；
S3：钻杆(1)到达预计深度后，钻孔装置停止转动，将钻杆(1)退出；
S4：利用锚杆将药卷通过外套管(2)的内腔向上输送，直到药卷顶入锚杆孔底部；
S5：退出外套管(2)，启动锚杆机，带动锚杆搅碎药卷；
S6：在锚杆上安装托盘以及锁具，紧固锚杆，完成围岩的支护。
8.根据权利要求7所述的支护方法，其特征在于，步骤S1中，将连接件(3)的底部安装在锚杆机上，然后将钻杆(1)以及外套管(2)分别与所述连接件(3)的内部以及外部连接。
9.根据权利要求7所述的支护方法，其特征在于，步骤S2中，在第1节钻杆(1)的下端连接第2节钻杆(1)，在第2节钻杆(1)的作用下，第1节钻杆(1)继续向上钻进；依此类推，在第m-1节钻杆(1)的下端连接第m节钻杆(1)，在第m节钻杆(1)的作用下，第m-1节钻杆(1)继续向上钻进，直到钻杆(1)顶部到达预计深度；
同样地，在第1节外套管(2)的下端连接第2节外套管(2)，在第2节外套管(2)的作用下，第1节外套管(2)继续向上钻进；依此类推，在第n-1节外套管(2)的下端连接第n节外套管(2)，在第n节外套管(2)的作用下，第n-1节外套管(2)继续向上钻进。
10.根据权利要求7所述的支护方法，其特征在于，步骤S5中，药卷的搅拌时间为20-30s。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0633454A (ja) * | 1992-07-17 | 1994-02-08 | Sanshin Kensetsu Kogyo Kk | アンカー用ケーシングパイプ引抜き方法及び装置 |
| CN107288671A (zh) * | 2017-08-21 | 2017-10-24 | 河南理工大学 | 松软破碎煤岩体钻封注一体化可接长锚杆及其施工方法 |
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2021
- 2021-07-21 CN CN202110827160.3A patent/CN113586110A/zh active Pending
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