CN114352192A - 大直径钻孔的联动成型施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大直径钻孔的联动成型施工方法，属于煤矿安全领域，包括以下步骤：S1：在待施工大直径钻孔的巷道内，应用钻机沿煤壁施工多个开孔；S2：连接各装置；并将螺旋钻杆依次安设于行星齿轮、驱动齿轮上设置的钻杆嵌入器内，将施工钻头安设于螺旋钻杆的另一端；S3：开启钻机带动旋转杆、驱动齿轮产生沿驱动齿轮形心的旋转运动，使得驱动齿轮上的钻头与螺旋钻杆发生旋转，对中心钻孔煤体的切削；S4：使夹紧装置带动传动杆、螺旋钻杆、钻头沿传动杆轴向往钻孔孔底方向移动，待钻进深度达到一定数值后，拆除的螺旋钻杆，并添加另一根螺旋钻杆；而后重复S3，直至钻孔深度至预定深度。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全领域，涉及一种大直径钻孔的联动成型施工方法。
背景技术
近年来随着煤矿井下钻孔施工技术与装备的不断发展，以孔代巷技术已经成为提高瓦斯抽采效果的一种行之有效的技术手段。目前煤矿井下常规钻孔、扩孔直径为准153mm或准193mm，而国内部分矿区为了提高瓦斯抽采效果，要求钻孔直径达到准300mm以上。现有煤矿井下大直径钻孔、扩孔施工主要采用正向分级扩孔和回拉扩孔2种方法。正向分级扩孔是最常用的施工方法，需先施工先导孔再进行扩孔，在施工中存在一些不足，主要体现在3个方面：①随钻孔孔径增大和钻孔深度增加，扩孔时采用常规钻杆强度不足、易发生早期疲劳断裂；②扩孔时出渣量大，尤其是钻遇破碎地层时塌孔严重，造成排渣不畅，易出现卡钻、抱钻现象；③采用回转钻进工艺配套PDC钻头在坚硬致密地层钻进时，存在钻进效率低、钻头磨损严重的问题。采用回拉扩孔钻具扩孔施工时，因扩孔钻头结构复杂，可靠性不高，而且排渣问题难以解决。因此，受现有扩孔钻具强度和能力限制，采用上述两种方法施工大直径孔时，均存在不同程度的施工效率低的问题。因此，研究一种新型的大直径钻孔的施工方法，提高矿井大直径钻孔的施工效率便成为煤炭行业亟需解决的关键问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大直径钻孔的联动成型施工方法，解决当前大直径钻孔现场施工效率低，排渣困难的问题；应用钻机驱动传动杆的旋转进而使得与其连接的驱动齿轮发生旋转，进而通过驱动齿轮与行星齿轮的啮合，带动行星齿轮产生沿自身以及驱动齿轮形心的旋转运动；所述驱动齿轮与行星齿轮通过钻杆嵌入器与携带有钻头的螺旋钻杆连接，进而实现中心钻孔及其周围钻孔环的同步钻进，最终实现大直径钻孔的联动钻进施工。本发明提供的大直径钻孔的联动成型施工方法工艺流程与排渣简单，通过中心钻孔与周围钻孔环的同步钻进实现了大直径钻孔的联动施工，其钻进效率高，并且可依据现场工程需求任意选择适宜的行星齿轮与驱动齿轮的组合，实现不同应用场景下大直径钻孔的快速施工，这为以孔代巷瓦斯治理以及井下救援通道的快速构建提供了重要的技术支撑。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大直径钻孔的联动成型施工方法，包括以下步骤：
S1：在待施工大直径钻孔的巷道内，应用钻机沿煤壁施工多个开孔，开孔施工的钻头与后续应用的钻头相同，且各个开孔的相对位置与行星齿轮与驱动齿轮的相对位置一致；
S2：将防护壳与固定齿轮环、旋转杆连接固定，将传动杆与钻机上的夹持装置连接，将传动杆与旋转杆连接；并将螺旋钻杆依次安设于行星齿轮、驱动齿轮上设置的钻杆嵌入器内，将施工钻头安设于螺旋钻杆的另一端；
S3：开启钻机使得传动杆产生旋转运动，带动旋转杆、驱动齿轮产生沿驱动齿轮形心的旋转运动，使得驱动齿轮上的钻头与螺旋钻杆发生旋转，对中心钻孔煤体的切削；同时，行星齿轮在驱动齿轮旋转运动的作用下，将产生沿固定齿轮环的圆周运动以及沿自身形心的旋转运动，进而使得行星齿轮上的钻头与螺旋钻杆发生旋转，对中心钻孔周围的煤体进行切削；
S4：依据现场的施工情况，同时驱动钻机上的夹持装置，使得夹紧装置带动传动杆、螺旋钻杆、钻头沿传动杆轴向往钻孔孔底方向移动，待钻进深度达到一定数值后，应用夹持装置将传动杆、螺旋钻杆、钻头沿传动杆轴向往钻孔孔口方向移动，拆除与行星齿轮、驱动齿轮上钻杆嵌入器连接的螺旋钻杆，并添加另一根螺旋钻杆；而后重复S3，直至钻孔深度至预定深度后，停止钻进，而后依次拆除钻机上夹持装置与传动杆的连接以及其他连接。
进一步，步骤S1中，应用钻机沿煤壁施工4个开孔，所述4个开孔的深度为1m；
进一步，步骤S2中还包括：将旋转杆上设置的定位凸起用力按下，而后使得防护壳上的定位凹槽与旋转杆上的定位凸起相互契合，将防护壳未设有定位轴承的一端从旋转杆一侧送入，并将防护壳四周的内螺纹孔与固定齿轮环四周的内螺纹孔形心调整重合，而后将螺栓拧入防护壳四周的内螺纹孔内，使得防护壳与固定齿轮环紧固；防护壳设有定位轴承的一端，其定位凹槽与旋转杆上的定位凸起相互契合，而后将螺栓拧入到定位凸起上设置的内螺纹孔内，进而使得螺栓将防护壳与旋转杆固定，最终确保在开启钻机的夹持装置使传动杆与旋转杆往钻孔孔深方向移动时，防止行星齿轮与驱动齿轮脱离固定齿轮环。
进一步，步骤S3中还包括：多个行星齿轮设置的螺旋钻杆上沿每个螺旋的四周还焊接有金刚石截齿，行星齿轮上设置的钻头与螺旋钻杆发生旋转的同时，钻头与其螺旋钻杆将同时对迎钻头方向与螺旋钻杆周围的煤体产生切削，并同时通过螺旋将切削下的煤渣输送至钻孔孔口。
进一步，步骤S1中还包括：行星齿轮和驱动齿轮还通过行星旋转盘连接。
进一步，所述步骤S2还包括：防护壳上设置的定位轴承包括定位轴承外圈、定位轴承内圈和滚珠；固定齿轮环和防护壳下方还设有支撑架，并通过滑轨沿钻孔孔深方向滑动。
本发明的有益效果在于：本发明提出大直径钻孔的联动成型施工方法，解决当前大直径钻孔现场施工效率低，排渣困难的问题；应用钻机驱动传动杆的旋转进而使得与其连接的驱动齿轮发生旋转，进而通过驱动齿轮与行星齿轮的啮合，带动行星齿轮产生沿自身以及驱动齿轮形心的旋转运动；所述驱动齿轮与行星齿轮通过钻杆嵌入器与携带有钻头的螺旋钻杆连接，进而实现中心钻孔及其周围钻孔环的同步钻进，最终实现大直径钻孔的联动钻进施工。本发明提供的大直径钻孔的联动成型施工方法工艺流程与排渣简单，通过中心钻孔与周围钻孔环的同步钻进实现了大直径钻孔的联动施工，其钻进效率高，并且可依据现场工程需求任意选择适宜的行星齿轮与驱动齿轮的组合，实现不同应用场景下大直径钻孔的快速施工，这为以孔代巷瓦斯治理以及井下救援通道的快速构建提供了重要的技术支撑。本发明的大直径钻孔的联动成型施工方法，与以往的瓦斯抽采方法相比具有以下优点：
(1)本发明特有的大直径钻孔的联动成型施工方法，无需二次或多次扩孔，通过驱动齿轮与行星齿轮的啮合，带动行星齿轮产生沿自身以及驱动齿轮形心的旋转运动使得4个携带有钻头的螺旋钻杆同时钻进并切削煤体，进而实现中心钻孔及其周围钻孔环的同步钻进，最终实现大直径钻孔的联动钻进施工，可使得大直径钻孔一次成型，提高了钻进效率；
(2)本发明提供的大直径钻孔的联动成型施工方法，其中心钻孔与周围钻孔环的协调同步钻进施工的同时，行星齿轮带动的螺旋钻杆上焊接的金刚石截齿亦可对周围煤体进行切割，实现了中心钻孔与周围钻孔环钻进、扩孔与排渣，具有极为显著的技术、经济效益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为行星齿轮结构示意图；
图2为本方法采用系统的整体结构示意图；
图3为钻杆结构示意图；
图4为大直径钻孔示意图；
图5为防护壳示意图；图5(a)为防护壳侧视图；图5(b)为防护壳正视图。
附图标记：钻机1、行星齿轮2、驱动齿轮3、防护壳4、固定齿轮环5、内螺纹孔6、定位凸起7、旋转杆8、传动杆9、夹持装置10、螺旋钻杆11、钻杆嵌入器12、定位凹槽13、金刚石截齿14、支撑架15、滑轨16、行星旋转盘17。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图5，本发明提供的大直径钻孔的联动成型施工方法，包括以下步骤：
S1：在待施工大直径钻孔的巷道内，应用钻机1沿煤壁施工4个开孔，所述4个开孔的深度为1m，4个开孔施工的钻头与后续应用的钻头相同，且4个开孔的相对位置与行星齿轮2与驱动齿轮3的相对位置一致；
S2：待开孔施工完毕后，将防护壳4与固定齿轮环5通过螺栓拧入内螺纹孔6进行连接，并固定，同时通过螺栓拧入定位凸起7、内螺纹孔6将防护壳4与旋转杆8固定；而后将传动杆9与钻机1上的夹持装置10连接，而后将传动杆9与旋转杆8通过螺纹进行连接；并将螺旋钻杆11依次安设于行星齿轮2、驱动齿轮3上设置的钻杆嵌入器12内，而后将施工钻头安设于螺旋钻杆11的另一端。行星齿轮2和驱动齿轮3还通过行星旋转盘17连接。
可选地，还包括：将旋转杆8上设置的定位凸起7用力按下，而后使得防护壳4上的定位凹槽13与旋转杆8上的定位凸起7相互契合，将防护壳4未设有定位轴承的一端从旋转杆8一侧送入，并将防护壳4四周的内螺纹孔6与固定齿轮环5四周的内螺纹孔6形心调整重合，而后将螺栓拧入防护壳4四周的内螺纹孔6内，使得防护壳4与固定齿轮环5紧固；防护壳4设有定位轴承的一端，其定位凹槽13与旋转杆8上的定位凸起7相互契合，而后将螺栓拧入到定位凸起7上设置的内螺纹孔6内，进而使得螺栓将防护壳4与旋转杆8固定，最终确保在开启钻机1的夹持装置10使传动杆9与旋转杆8往钻孔孔深方向移动时，防止行星齿轮2与驱动齿轮3脱离固定齿轮环5。防护壳4上设置的定位轴承包括定位轴承外圈15、定位轴承内圈16和滚珠17；固定齿轮环5和防护壳4下方还设有支撑架15，并通过滑轨16沿钻孔孔深方向滑动。
S3：开启钻机1使得传动杆9产生旋转运动，进而带动旋转杆8、驱动齿轮3产生沿驱动齿轮3形心的旋转运动，进一步使得驱动齿轮3上的钻头与螺旋钻杆11发生旋转，进而实现对中心钻孔煤体的切削；同时，行星齿轮2在驱动齿轮3旋转运动的作用下，将产生沿固定齿轮环5的圆周运动以及沿自身形心的旋转运动，进而使得行星齿轮2上的钻头与螺旋钻杆11发生旋转，对中心钻孔周围的煤体进行切削；同时，3个行星齿轮2设置的螺旋钻杆11上沿每个螺旋的四周还焊接有金刚石截齿14，行星齿轮2上设置的钻头与螺旋钻杆11发生旋转的同时，钻头与其螺旋钻杆11将同时对迎钻头方向与螺旋钻杆11周围的煤体产生切削，并同时通过螺旋将切削下的煤渣输送至钻孔孔口；
S4：依据现场的施工情况，同时驱动钻机1上的夹持装置10，使得夹紧装置10带动传动杆9、螺旋钻杆11、钻头沿传动杆9轴向往钻孔孔底方向移动，待钻进深度达到一定数值后，应用夹持装置10将传动杆9、螺旋钻杆11、钻头沿传动杆9轴向往钻孔孔口方向移动，可拆除与行星齿轮2、驱动齿轮3上钻杆嵌入器12连接的螺旋钻杆11，并添加另一根螺旋钻杆11；而后重复S3，直至钻孔深度至预定深度后，停止钻进，而后依次拆除钻机1上夹持装置10与传动杆9的连接以及其他连接。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种大直径钻孔的联动成型施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在待施工大直径钻孔的巷道内，应用钻机沿煤壁施工多个开孔，开孔施工的钻头与后续应用的钻头相同，且各个开孔的相对位置与行星齿轮与驱动齿轮的相对位置一致；
S2：开孔施工完毕后，将防护壳与固定齿轮环、旋转杆连接固定，将传动杆与钻机上的夹持装置连接，将传动杆与旋转杆连接；并将螺旋钻杆依次安设于行星齿轮、驱动齿轮上设置的钻杆嵌入器内，将施工钻头安设于螺旋钻杆的另一端；
S3：开启钻机使得传动杆产生旋转运动，带动旋转杆、驱动齿轮产生沿驱动齿轮形心的旋转运动，使得驱动齿轮上的钻头与螺旋钻杆发生旋转，对中心钻孔煤体的切削；同时，行星齿轮在驱动齿轮旋转运动的作用下，将产生沿固定齿轮环的圆周运动以及沿自身形心的旋转运动，进而使得行星齿轮上的钻头与螺旋钻杆发生旋转，对中心钻孔周围的煤体进行切削；
S4：依据现场的施工情况，同时驱动钻机上的夹持装置，使得夹紧装置带动传动杆、螺旋钻杆、钻头沿传动杆轴向往钻孔孔底方向移动，待钻进深度达到一定数值后，应用夹持装置将传动杆、螺旋钻杆、钻头沿传动杆轴向往钻孔孔口方向移动，拆除与行星齿轮、驱动齿轮上钻杆嵌入器连接的螺旋钻杆，并添加另一根螺旋钻杆；而后重复S3，直至钻孔深度至预定深度后，停止钻进，而后依次拆除钻机上夹持装置与传动杆的连接以及其他连接。
2.根据权利要求1所述的大直径钻孔的联动成型施工方法，其特征在于：步骤S1中，应用钻机沿煤壁施工4个开孔，所述4个开孔的深度为1m。
3.根据权利要求1所述的大直径钻孔的联动成型施工方法，其特征在于：步骤S2中还包括：将旋转杆上设置的定位凸起用力按下，而后使得防护壳上的定位凹槽与旋转杆上的定位凸起相互契合，将防护壳未设有定位轴承的一端从旋转杆一侧送入，并将防护壳四周的内螺纹孔与固定齿轮环四周的内螺纹孔形心调整重合，而后将螺栓拧入防护壳四周的内螺纹孔内，使得防护壳与固定齿轮环紧固；防护壳设有定位轴承的一端，其定位凹槽与旋转杆上的定位凸起相互契合，而后将螺栓拧入到定位凸起上设置的内螺纹孔内，进而使得螺栓将防护壳与旋转杆固定，最终确保在开启钻机的夹持装置使传动杆与旋转杆往钻孔孔深方向移动时，防止行星齿轮与驱动齿轮脱离固定齿轮环。
4.根据权利要求1所述的大直径钻孔的联动成型施工方法，其特征在于：步骤S3中还包括：多个行星齿轮设置的螺旋钻杆上沿每个螺旋的四周还焊接有金刚石截齿，行星齿轮上设置的钻头与螺旋钻杆发生旋转的同时，钻头与其螺旋钻杆将同时对迎钻头方向与螺旋钻杆周围的煤体产生切削，并同时通过螺旋将切削下的煤渣输送至钻孔孔口。
5.根据权利要求1所述的大直径钻孔的联动成型施工方法，其特征在于：步骤S1中还包括：行星齿轮和驱动齿轮还通过行星旋转盘连接。
6.根据权利要求1所述的大直径钻孔的联动成型施工方法，其特征在于：所述步骤S2还包括：防护壳上设置的定位轴承包括定位轴承外圈、定位轴承内圈和滚珠；固定齿轮环和防护壳下方还设有支撑架，并通过滑轨沿钻孔孔深方向滑动。
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