CN114320159A - 一种采空区底部边缘施工钻孔方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采空区回填技术领域，具体为一种采空区底部边缘施工钻孔装置，包括蓄水仓，所述蓄水仓的输出端通过水管连接有泵机的输入端，所述泵机通过水管连接有用于打孔的打孔机构，所述打孔机构包括管体，所述管体的内部可拆卸式固定安装有送料机构、所述管体的底部活动连接有水切割机构，水切割机构上端动力面斜面设计，使得流动的水流对动力面产生推力，使得动力面快速转动，同时水流从高压喷头喷出，对土壤进行冲刷，来实现水切，土壤的软化使得水切割机构依靠振动器的振动就能实现深入泥土的操作，而本发明的微振动的深入土壤的方式可以有效地减小对土壤带来的振动损毁，减小矿洞塌方的问题。

Description

一种采空区底部边缘施工钻孔方法及装置

技术领域

本发明涉及采空区回填技术领域，具体为一种采空区底部边缘施工钻孔方法及装置。

背景技术

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。

由于采空区的安全危险，现开发者通常会对开采完毕的采空区进行回填，单层采空区多通过打孔灌浆的方式进行回填，而多层采空区，即一块地面出现明显分层的复合立式采空区，通常在底层采空区的上采空区进行钻孔灌浆，随后再于上上层采空区对上层采空区进行钻孔灌浆的方式逐层灌浆，而多层采空区的灌浆打孔过程中，由于孔径开挖直径较大，现有的大型打孔装置会带来对土层的剧烈震动，存在矿洞坍塌的风险，为此我们需要找出一种对土层震动程度轻或无震动的打孔方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采空区底部边缘施工钻孔方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，一种采空区底部边缘施工钻孔方法，包括以下步骤：

步骤一，构建模型，通过声波扫描技术和BIM技术相结合，构建采空区内部的多层空间可视化模型；

步骤二，取样分析，选取采空区底部边缘各区域土壤成分分析，分析各区域突然的粘合度，判断土壤牢固程度；

步骤三，通过步骤二的分析，选出土壤粘合强度最高的边缘处进行钻孔作业；

步骤四，土壤软化，通过环装高压水流，对土壤不间断冲刷，形成一个圈状的土壤软化层；

步骤五，连通管的导入，通过振动器不断的振动和管体自身重力作用，使得管体不断深入松软的土壤中；

步骤六，取土，贯通上下两层采空区，通过螺旋输料杆对连通管内部土壤不断挖取输送，该操作与步骤五管体振动深入土壤同步进行；

步骤七，灌浆回填，取下螺旋输料杆和振动组件后，通过中空的连通管向下层采空区注入砂浆。

作为优选的：所述步骤三选取的钻孔点在采空区底部边缘的圆形带上，选取N个等距离点进行钻孔。

作为优选的：所述步骤七，灌浆回填中，需在非打孔区，钻取若干个小孔径放气孔洞。

一种采空区底部边缘施工钻孔装置，包括蓄水仓，所述蓄水仓的输出端通过水管连接有泵机的输入端，所述泵机通过水管连接有用于打孔的打孔机构；

所述打孔机构包括管体，所述管体的内部可拆卸式固定安装有送料机构、所述管体的底部活动连接有水切割机构，所述管体的内壁设置有用于连通泵机和水切割机构的液体流道，且所述管体的外壁设置有振动组件。

作为优选的：所述送料机构包括电机和螺旋输料杆，所述电机可拆卸的固定安装在管体的内侧，所述电机的输出端螺纹连接有螺旋输料杆的螺纹接环，所述螺纹接环通过固定销与电机固定连接。

作为优选的：所述振动组件包括固定仓和振动器，所述固定仓可拆卸式安装在管体的外壁，所述固定仓内壁固定设置有振动器。

作为优选的：所述管体的下端设置有环形槽，所述环形槽内部活动连接有水切割机构，所述水切割机构包括活动环，所述活动环的上端固定连接有若干个呈斜面状动力面，所述动力面的内侧开设有孔洞，且所述孔洞连通位于动力面正下方并与活动环固定的高压喷头，所述活动环的下端门滚动连接有活动滚珠。

作为优选的：所述管体的内部开设有出料口，所述管体的内侧靠近出料口的下端面设置有出料板。

作为优选的：所述管体的下端为倾斜式刀面结构。

作为优选的：所述液体流道的一端连通有水管，所述液体流道另一端连通有水流喷头，且所述水流喷头的出水方向与动力面的斜面垂直。

与现有技术相比，本发明中，水切割机构上端动力面斜面设计，使得流动的水流对动力面产生推力，使得动力面快速转动，同时水流从高压喷头喷出，对土壤进行冲刷，来实现水切，土壤的软化使得水切割机构依靠振动器的振动就能实现深入泥土的操作，而本发明的微振动的深入土壤的方式可以有效的减小对土壤带来的振动损毁，减小矿洞塌方的问题，且上述结构设计减小了电力组件的使用，方便降低设备成本，和便于设备的维护。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1的A区域结构示意图；

图3为图1的B区域结构示意图；

图4为活动环的立体机构示意一图；

图5为活动环的立体机构示意二图。

图中：1、蓄水仓；2、泵机；3、打孔机构；4、水管；31、管体；32、出料口；33、出料板；34、固定仓；35、振动器；36、螺旋输料杆；37、电机；38、固定架；39、液体流道；310、水切割机构；3101、活动环；3102、动力面；3103、高压喷头；3104、活动滚珠；3601、螺纹接环；3701、固定销；3901、水流喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1－图5，图示中的：本实施例为本技术方案中一种优选实施方式，一种采空区底部边缘施工钻孔方法，包括以下步骤：

步骤一，构建模型，通过声波扫描技术和BIM技术相结合，构建采空区内部的多层空间可视化模型，通过声波发生器向外发生声波，通过接收声波回传，记录声波回传方向和时间，将该信息发送至处理器中，通过处理器计算出声波发送距离d，d=（声波传播速度V*时间S)/2，通过矢量d和BIM技术结合构建出采空区模型，同样方法，来构建下层采空区的空间模型；

步骤二，取样分析，选取采空区底部边缘各区域土壤成分分析，分析各区域突然的粘合度，判断土壤牢固程度，取样点间距在一米以内，通过剪切土壤，观测土壤完全断裂时所施加压力来判断土壤粘合度；

步骤三，通过步骤二的分析，选出土壤粘合强度最高的边缘处进行钻孔作业；

步骤四，土壤软化，通过环装高压水流，对土壤不间断冲刷，形成一个圈状的土壤软化层；

步骤五，连通管的导入，通过振动器不断的振动和管体自身重力作用，使得管体不断深入松软的土壤中；

步骤六，取土，贯通上下两层采空区，通过螺旋输料杆对连通管内部土壤不断挖取输送，该操作与步骤五管体振动深入土壤同步进行；

步骤七，灌浆回填，取下螺旋输料杆和振动组件后，通过中空的连通管向下层采空区注入砂浆。

所述步骤三选取的钻孔点在采空区底部边缘的圆形带上，选取N个等距离点进行钻孔，所述钻孔点的数量可根据实际填充速度要求进行选择。

所述步骤七，灌浆回填中，需在非打孔区，钻取若干个小孔径放气孔洞，所述放气孔直径在5CM-10CM。

一种采空区底部边缘施工钻孔装置，包括蓄水仓1，所述蓄水仓1的输出端通过水管4连接有泵机2的输入端，所述泵机2通过水管4连接有用于打孔的打孔机构3，所述打孔机构3包括管体31，所述管体31的内部可拆卸式固定安装有送料机构、所述管体31的底部活动连接有水切割机构310，所述管体31的内壁设置有用于连通泵机2和水切割机构310的液体流道39，且所述管体31的外壁设置有振动组件。

所述送料机构包括电机37和螺旋输料杆36，所述电机37可拆卸的固定安装在管体31的内侧，所述电机37的输出端螺纹连接有螺旋输料杆36的螺纹接环3601，所述螺纹接环3601通过固定销3701与电机37固定连接，螺旋输料杆36与电机37的连接方式通过螺纹连接，并通过螺栓固定，使得螺旋输料杆36相对电机37便于拆卸，方便螺旋输料杆36的更换，同时电机37通过固定架38与管体31可拆卸固定的方式，方便后续钻孔结束时，拆下螺旋输料杆36和电机37进行回收。

为了方便振动器35的回收，可通过螺栓固定的方式固定振动器35和管体31，固定仓34对振动器35振动，振动器35带动管体31振动，通过固定仓34的振动配合管体31自身重力，使得管体31轻松的能深入软化的土壤中，所述振动组件包括固定仓34和振动器35，所述固定仓34可拆卸式安装在管体31的外壁，所述固定仓34内壁固定设置有振动器35。

由于设备维护不便，为了能形成一个对土壤环装冲刷层，同时为了减少电器元件的运用，设计了如下机构，通过简单的非电力机械运动来形成一个环装冲刷层，所述管体31的下端设置有环形槽，所述环形槽内部活动连接有水切割机构310，所述水切割机构310包括活动环3101，所述活动环3101的上端固定连接有若干个呈斜面状动力面3102，所述动力面3102的内侧开设有孔洞，且所述孔洞连通位于动力面3102正下方并与活动环3101固定的高压喷头3103，所述活动环3101的下端门滚动连接有活动滚珠3104，所述液体流道39的一端连通有水管4，所述液体流道39另一端连通有水流喷头3901，且所述水流喷头3901的出水方向与动力面3102的斜面垂直，由于水流喷头3901的水流出水方向与3012垂直，水流通过3012从高压喷头3103流出的过程会对动力面3102进行推动，使得水切割机构310转动，活动滚珠3104的设计也是用于辅助水切割机构310的转动，减小水切割机构310转动的摩擦力。

为了方便螺旋输料杆36将土壤从管体31内部运输出去，在所述管体31的内部开设有出料口32，所述管体31的内侧靠近出料口32的下端面设置有出料板33，物料从出料板33进入出料口32中被排出。

为了更好的方便管体31深入土壤中，所述管体31的下端为倾斜式刀面结构。

本发明的工作原理和流程：本发明使用者将本发明通过外部吊装工具吊起并通过其自身重力深入土壤中，随后启动泵机2和蓄水仓1，将高压水流通过液体流道39注入管体31底部环槽中，水流对水切割机构310进行冲击，带动水切割机构310转动，从而在管体31底部形成一个环状水刀对土壤进行软化切割，随后固定仓34的震动会带动管体31不断深入土壤中，直至连通上下采空区，随后使用者对固定仓34、振动器35、螺旋输料杆36和电机37进行拆卸回收，然后通过管体31向下层采空区灌浆即可。

以上内容是结合具体实施方式对本发明做进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以作出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (10)

1.一种采空区底部边缘施工钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，构建模型，通过声波扫描技术和BIM技术相结合，构建采空区内部的多层空间可视化模型；

步骤二，取样分析，选取采空区底部边缘各区域土壤成分分析，分析各区域突然的粘合度，判断土壤牢固程度；

步骤三，通过步骤二的分析，选出土壤粘合强度最高的边缘处进行钻孔作业；

步骤四，土壤软化，通过环装高压水流，对土壤不间断冲刷，形成一个圈状的土壤软化层；

步骤五，连通管的导入，通过振动器不断的振动和管体自身重力作用，使得管体不断深入松软的土壤中；

步骤六，取土，贯通上下两层采空区，通过螺旋输料杆对连通管内部土壤不断挖取输送，该操作与步骤五管体振动深入土壤同步进行；

步骤七，灌浆回填，取下螺旋输料杆和振动组件，通过中空的连通管向下层采空区注入砂浆。

2.根据权利要求1所述的一种采空区底部边缘施工钻孔方法及装置，其特征在于：所述步骤三选取的钻孔点在采空区底部边缘的圆形带上，选取N个等距离点进行钻孔。

3.根据权利要求1所述的一种采空区底部边缘施工钻孔方法及装置，其特征在于：所述步骤七，灌浆回填中，需在非打孔区，钻取若干个小孔径放气孔洞。

4.一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：包括蓄水仓（1），所述蓄水仓（1）的输出端通过水管（4）连接有泵机（2）的输入端，所述泵机（2）通过水管（4）连接有用于打孔的打孔机构（3）；

所述打孔机构（3）包括管体（31），所述管体（31）的内部可拆卸式固定安装有送料机构、所述管体（31）的底部活动连接有水切割机构（310），所述管体（31）的内壁设置有用于连通泵机（2）和水切割机构（310）的液体流道（39），且所述管体（31）的外壁设置有振动组件。

5.根据权利要求4所述的一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：所述送料机构包括电机（37）和螺旋输料杆（36），所述电机（37）可拆卸的固定安装在管体（31）的内侧，所述电机（37）的输出端螺纹连接有螺旋输料杆（36）的螺纹接环（3601），所述螺纹接环（3601）通过固定销（3701）与电机（37）固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：所述振动组件包括固定仓（34）和振动器（35），所述固定仓（34）可拆卸式安装在管体（31）的外壁，所述固定仓（34）内壁固定设置有振动器（35）。

7.根据权利要求4所述的一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：所述管体（31）的下端设置有环形槽，所述环形槽内部活动连接有水切割机构（310），所述水切割机构（310）包括活动环（3101），所述活动环（3101）的上端固定连接有若干个呈斜面状动力面（3102），所述动力面（3102）的内侧开设有孔洞，且所述孔洞连通位于动力面（3102）正下方并与活动环（3101）固定的高压喷头（3103），所述活动环（3101）的下端门滚动连接有活动滚珠（3104）。

8.根据权利要求4所述的一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：所述管体（31）的内部开设有出料口（32），所述管体（31）的内侧靠近出料口（32）的下端面设置有出料板（33）。

9.根据权利要求4所述的一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：所述管体（31）的下端为倾斜式刀面结构。

10.根据权利要求4所述的一种采空区底部边缘施工钻孔装置，其特征在于：所述液体流道（39）的一端连通有水管（4），所述液体流道（39）另一端连通有水流喷头（3901），且所述水流喷头（3901）的出水方向与动力面（3102）的斜面垂直。

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