CN115628100A - 煤层打孔造穴方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿巷道钻进技术领域，具体提供一种煤层打孔造穴方法，包括：确定钻孔和造穴的基点，根据所述基点确定其他钻孔和造穴点的位置；判断煤层软硬程度，根据煤层的软硬程度控制钻杆的进给和转动；根据钻头的旋转压力判断钻头所处煤层的软硬程度，根据钻头的钻孔时的伸进距离和造穴喷头与钻头之间的间距判断造穴喷头所处位置，根据造穴喷头所处位置的煤层的软硬程度控制造穴喷水的压力。根据本发明的方案，打钻过程中可以根据煤层硬度变化或构造环境变化做出相应的反应，这样可以有效防止因孔内坍塌造成的卡钻或夹钻，各打孔位置的定位可以基于基点作为参照计算得到，本发明能够大大降低操作人员的安全风险，提高钻孔和造穴的效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巷道钻进技术领域，尤其涉及一种煤层打孔造穴方法。
背景技术
煤矿巷道内瓦斯抽采防突需要人工打钻、造穴进行抽采和释压，有研发出在巷道中进行打钻、造穴的作业装置，但是该作业装置也是需要人工根据设计寻找打钻点，并且打钻过程也是人工控制。
这样存在的缺陷就是：
第一，打钻过程中不能根据煤层硬度变化或构造环境变化做出相应的反应，这样就容易因孔内坍塌造成卡钻或夹钻；
第二，打孔位置的定位需要依靠现场工人经验，定位存在不精准；
第三，需要人工控制，并且还通常需要多人配合，效率并不高；
第四，现场的劳动强度比较大，会对工人身体产生一定影响；
第五，虽然现在巷道支护安全可靠，但是煤矿巷道情况复杂，工人所处其中还是存在安全风险。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题，提供一种煤层打孔造穴方法。
为实现上述目的，本发明提供一种煤层打孔造穴方法，包括：
确定钻孔和造穴的基点，根据所述基点确定其他钻孔和造穴点的位置；
判断煤层软硬程度，根据煤层的软硬程度控制钻杆的进给和转动；
根据钻头的旋转压力判断钻头所处煤层的软硬程度，根据钻头的钻孔时的伸进距离和造穴喷头与钻头之间的间距判断造穴喷头所处位置，根据造穴喷头所处位置的煤层的软硬程度控制造穴喷水的压力。
根据本发明的一个方面，还包括：
钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，降低进给速度和旋转速度继续进行钻孔。
根据本发明的一个方面，钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，同时加大钻头喷水量，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，恢复钻头的常规喷水量，然后降低钻杆和钻头的进给速度和旋转速度继续进行钻孔。
根据本发明的一个方面，还包括：
钻孔过程中，判断煤层中是否存在岩层，存在岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力。
根据本发明的一个方面，在钻杆靠近钻头的位置设置γ射线装置，通过所述γ射线装置判断钻头前方钻探的是煤层或者岩层。
根据本发明的一个方面，通过所述γ射线装置判断钻头从煤层进入岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力；通过所述γ射线装置判断钻头从岩层进入煤层时，则恢复钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力至煤层钻孔时的状态。
根据本发明的一个方面，还包括：
钻孔和造穴过程中，检测瓦斯浓度和含量，瓦斯浓度和含量超标时，停止钻孔和造穴，排放瓦斯后再继续钻孔和造穴。
根据本发明的一个方面，确定所述基点和其他钻孔和造穴点的位置时，通过图像传感器或者激光雷达识别当前环境，确定钻杆和钻头行进路线。
根据本发明的一个方面，在钻孔和造穴过程中，通过液压装置完成钻杆的进给和转动，所述液压装置包括驱动钻杆旋转的液压马达和驱动钻杆进给的液压缸。
根据本发明的一个方面，将所述钻头设置在所述钻杆靠近煤层的一端，将所述造穴喷头设置在所述钻杆上，并且所述造穴喷头与所述钻头之间间隔布置。
根据本发明的一个方案，确定钻孔和造穴的基点(即寻找打孔点)时，对于打钻基点的自动寻找，本发明通过对钻杆俯仰角和水平角的自动控制来实现，具体地，例如需要在当前位置打若干个钻孔并造穴，那么可以根据这若干个点中的其中一个点为基础(即作为基点)开始编写程序，将其他的钻孔和造穴点的位置信息以该基点为参照进行位置确定。那么后续只需要寻找第一个钻孔点(即基点)并定位之后，其余钻孔点便能够自动确定。或者，在当前位置设置一个标记作为参照点的基点，然后当前位置的所有打孔点以该基点为基础自动确定。如此设置，可以化繁为简，指定其中一个基点的位置后，即可实现其他钻孔和造穴位置的确定，节省了大部分找点的时间，也防止了人工找点的误差。
根据本发明的一个方案，确定基点后，以基点为参照点自动寻点的过程中，本发明配置图像传感器或者激光雷达(适合暗环境)来识别当前环境，避免钻杆移动路径中存在造成干涉的障碍物，如此设置以确定安全和快捷的钻孔和造穴路线，使得钻孔和造穴过程中更加快捷安全，不会在钻进过程中受阻导致停工停产。
根据本发明的一个方案，钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，降低进给速度和旋转速度继续进行钻孔。本发明为打钻系统设置一个判断夹钻、卡钻的旋转压力值。当正在工作的钻头的旋转压力骤然变大，变大至预设的判断夹钻、卡钻的旋转压力值，那么即可判定当前出现卡钻或夹钻的情形。这个时候必须要及时做出反应，不然钻杆就会被夹死或者卡死，这样会导致打钻系统暂时不能工作，需要人工参与处理，更严重的还会导致钻杆脱落并被留在钻孔中，这种情况最为糟糕，需要消耗大量的时间和人力来解决。所以，如上述本发明的方式，可以有效预防钻杆被夹死和卡死的情况发生，保证钻孔和造穴过程在出现夹钻和卡钻时能够被及时和快速地处理，保证钻探进度不受影响，能够快速恢复钻进工作。
根据本发明的一个方案，钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，同时加大钻头喷水量以加速排渣，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，恢复钻头的常规喷水量，然后降低钻杆和钻头的进给速度和旋转速度继续进行钻孔。恢复钻头的常规喷水量后，以慢于钻孔时的正常速度开始前进并逐渐恢复正常进给速度，慢的原因在于防止再次卡钻。如此设置，可以进一步保证钻进过程中，钻头钻杆不受煤渣和岩渣等的影响，保证钻孔和造穴的进度，整个过程快捷、安全、不费力。
根据本发明的一个方案，在钻杆靠近钻头的位置设置γ射线装置，通过γ射线装置判断钻头前方钻探的是煤层或者岩层。通过γ射线装置判断钻头从煤层进入岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力；通过γ射线装置判断钻头从岩层进入煤层时，则恢复钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力至煤层钻孔时的状态。如此设置，是因为煤层中可能存在岩层，而岩层硬度很大，以煤层进给速度进入岩层很容易造成不可恢复的卡钻或对钻头造成损伤。所以，本发明在钻杆上靠近钻头处设置γ射线装置，通过该装置能提前预判钻头即将进入的是煤层或岩层。如果钻头从煤层进入岩层，那么应该提前降低进给速度，并将旋转压力和进给压力做出相应的调整。如果钻头从岩层进入煤层，则应该继续判断钻头前方为煤层或是岩层，如果是岩层，则不应提速，如果是煤层，则应该将进给速度、旋转压力和进给压力逐渐恢复至煤层中打钻状态。这样可以安全且有效地应对复杂的钻进环境，使得钻孔和造穴的过程更加快速高效，而且安全可靠，对钻进设备也起到保护作用，使得使用寿命可以有效提高。
根据本发明的方案，打钻过程中可以根据煤层硬度变化或构造环境变化做出相应的反应，这样可以有效防止因孔内坍塌造成的卡钻或夹钻。进一步地，各打孔位置的定位可以基于基点作为参照计算得到，定位精准可靠。进一步地，本发明的方法不需要人工控制，不需要多人配合，节省人力并且效率高。现场的劳动强度较小，不会对工人身体产生影响。本发明的方法安全可靠，能够提前预判安全隐患，防患于未然，能够大大降低操作人员的安全风险，而且可以有效提高钻孔和造穴的效率。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的煤层打孔造穴方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的煤层打孔造穴方法的流程图。如图1所示，在本实施方式中，根据本发明的煤层打孔造穴方法，包括以下步骤：
确定钻孔和造穴的基点，根据基点确定其他钻孔和造穴点的位置；
判断煤层软硬程度，根据煤层的软硬程度控制钻杆的进给和转动；
根据钻头的旋转压力判断钻头所处煤层的软硬程度，根据钻头的钻孔时的伸进距离和造穴喷头与钻头之间的间距判断造穴喷头所处位置，根据造穴喷头所处位置的煤层的软硬程度控制造穴喷水的压力。
根据本发明的一种实施方式，确定钻孔和造穴的基点(即寻找打孔点)时，对于打钻基点的自动寻找，本发明通过对钻杆俯仰角和水平角的自动控制来实现，具体地，例如需要在当前位置打若干个钻孔并造穴，那么可以根据这若干个点中的其中一个点为基础(即作为基点)开始编写程序，将其他的钻孔和造穴点的位置信息以该基点为参照进行位置确定。那么后续只需要寻找第一个钻孔点(即基点)并定位之后，其余钻孔点便能够自动确定。或者，在当前位置设置一个标记作为参照点的基点，然后当前位置的所有打孔点以该基点为基础自动确定。如此设置，可以化繁为简，指定其中一个基点的位置后，即可实现其他钻孔和造穴位置的确定，节省了大部分找点的时间，也防止了人工找点的误差。
进一步地，在本实施方式中，确定基点后，以基点为参照点自动寻点的过程中，本发明配置图像传感器或者激光雷达(适合暗环境)来识别当前环境，避免钻杆移动路径中存在造成干涉的障碍物，如此设置以确定安全和快捷的钻孔和造穴路线，使得钻孔和造穴过程中更加快捷安全，不会在钻进过程中受阻导致停工停产。
根据本发明的一种实施方式，还包括：钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，降低进给速度和旋转速度继续进行钻孔。在本实施方式中，本发明为打钻系统设置一个判断夹钻、卡钻的旋转压力值。当正在工作的钻头的旋转压力骤然变大，变大至预设的判断夹钻、卡钻的旋转压力值，那么即可判定当前出现卡钻或夹钻的情形。这个时候必须要及时做出反应，不然钻杆就会被夹死或者卡死，这样会导致打钻系统暂时不能工作，需要人工参与处理，更严重的还会导致钻杆脱落并被留在钻孔中，这种情况最为糟糕，需要消耗大量的时间和人力来解决。所以，如上述本发明的方式，可以有效预防钻杆被夹死和卡死的情况发生，保证钻孔和造穴过程在出现夹钻和卡钻时能够被及时和快速地处理，保证钻探进度不受影响，能够快速恢复钻进工作。
在本实施方式中，钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，同时加大钻头喷水量以加速排渣，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，恢复钻头的常规喷水量，然后降低钻杆和钻头的进给速度和旋转速度继续进行钻孔。在本实施方式中，恢复钻头的常规喷水量后，以慢于钻孔时的正常速度开始前进并逐渐恢复正常进给速度，慢的原因在于防止再次卡钻。如此设置，可以进一步保证钻进过程中，钻头钻杆不受煤渣和岩渣等的影响，保证钻孔和造穴的进度，整个过程快捷、安全、不费力。
进一步地，根据本发明的一种实施方式，还包括：钻孔过程中，判断煤层中是否存在岩层，存在岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力。
在本实施方式中，在钻杆靠近钻头的位置设置γ射线装置，通过γ射线装置判断钻头前方钻探的是煤层或者岩层。通过γ射线装置判断钻头从煤层进入岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力；通过γ射线装置判断钻头从岩层进入煤层时，则恢复钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力至煤层钻孔时的状态。如此设置，是因为煤层中可能存在岩层，而岩层硬度很大，以煤层进给速度进入岩层很容易造成不可恢复的卡钻或对钻头造成损伤。所以，本发明在钻杆上靠近钻头处设置γ射线装置，通过该装置能提前预判钻头即将进入的是煤层或岩层。如果钻头从煤层进入岩层，那么应该提前降低进给速度，并将旋转压力和进给压力做出相应的调整。如果钻头从岩层进入煤层，则应该继续判断钻头前方为煤层或是岩层，如果是岩层，则不应提速，如果是煤层，则应该将进给速度、旋转压力和进给压力逐渐恢复至煤层中打钻状态。这样可以安全且有效地应对复杂的钻进环境，使得钻孔和造穴的过程更加快速高效，而且安全可靠，对钻进设备也起到保护作用，使得使用寿命可以有效提高。
进一步地，根据本发明的一种实施方式，还包括：钻孔和造穴过程中，检测瓦斯浓度和含量，瓦斯浓度和含量超标时，停止钻孔和造穴，排放瓦斯后再继续钻孔和造穴。如此设置，可以使得钻孔造穴过程更加安全。
进一步地，在本实施方式中，基于上述设置，通过液压装置完成钻杆的进给和转动，液压装置包括驱动钻杆旋转的液压马达和驱动钻杆进给的液压缸。如此设置，可以使得钻杆的进给和旋转分别被独立控制，能够保证工作的连续性和工作时需要的力度得到有效供给。
进一步地，在本实施方式中，将钻头设置在钻杆靠近煤层的一端，将造穴喷头设置在钻杆上，并且造穴喷头与所述钻头之间间隔布置。如此设置，可以使得通过钻头钻孔后，根据实际情况利用造穴喷头进行压力水喷射，保证钻孔和造穴能够顺利进行，保证此过程不受残渣或者岩石等的影响。
根据本发明的上述设置，打钻过程中可以根据煤层硬度变化或构造环境变化做出相应的反应，这样可以有效防止因孔内坍塌造成的卡钻或夹钻。进一步地，各打孔位置的定位可以基于基点作为参照计算得到，定位精准可靠。进一步地，本发明的方法不需要人工控制，不需要多人配合，节省人力并且效率高。现场的劳动强度较小，不会对工人身体产生影响。本发明的方法安全可靠，能够提前预判安全隐患，防患于未然，能够大大降低操作人员的安全风险，而且可以有效提高钻孔和造穴的效率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.煤层打孔造穴方法，其特征在于，包括：
确定钻孔和造穴的基点，根据所述基点确定其他钻孔和造穴点的位置；
判断煤层软硬程度，根据煤层的软硬程度控制钻杆的进给和转动；
根据钻头的旋转压力判断钻头所处煤层的软硬程度，根据钻头的钻孔时的伸进距离和造穴喷头与钻头之间的间距判断造穴喷头所处位置，根据造穴喷头所处位置的煤层的软硬程度控制造穴喷水的压力。
2.根据权利要求1所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，还包括：
钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，降低进给速度和旋转速度继续进行钻孔。
3.根据权利要求1所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，钻孔过程中，判断钻头是否出现夹钻和卡钻，出现夹钻和卡钻时，回拉钻杆后空转，同时加大钻头喷水量，待钻头恢复预设空转时的旋转压力值时，恢复钻头的常规喷水量，然后降低钻杆和钻头的进给速度和旋转速度继续进行钻孔。
4.根据权利要求1所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，还包括：
钻孔过程中，判断煤层中是否存在岩层，存在岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力。
5.根据权利要求4所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，在钻杆靠近钻头的位置设置γ射线装置，通过所述γ射线装置判断钻头前方钻探的是煤层或者岩层。
6.根据权利要求4所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，通过所述γ射线装置判断钻头从煤层进入岩层时，降低钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力；通过所述γ射线装置判断钻头从岩层进入煤层时，则恢复钻杆进给速度、钻头旋转速度以及钻头旋转压力至煤层钻孔时的状态。
7.根据权利要求1所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，还包括：
钻孔和造穴过程中，检测瓦斯浓度和含量，瓦斯浓度和含量超标时，停止钻孔和造穴，排放瓦斯后再继续钻孔和造穴。
8.根据权利要求1所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，确定所述基点和其他钻孔和造穴点的位置时，通过图像传感器或者激光雷达识别当前环境，确定钻杆和钻头行进路线。
9.根据权利要求1所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，在钻孔和造穴过程中，通过液压装置完成钻杆的进给和转动，所述液压装置包括驱动钻杆旋转的液压马达和驱动钻杆进给的液压缸。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的煤层打孔造穴方法，其特征在于，将所述钻头设置在所述钻杆靠近煤层的一端，将所述造穴喷头设置在所述钻杆上，并且所述造穴喷头与所述钻头之间间隔布置。
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