反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺制造技术

本发明专利技术公开一种反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺，其中，反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，包括高压喷浆设备、分流笼头、定力矩拧紧机构、临时支护材料输送钻杆、下卡板机构和临时支护喷头，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头的进液端流体导通连接，所述分流笼头的出液端与所述临时支护材料输送钻杆的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆的出液端与所述临时支护喷头的进液端流体导通连接。本发明专利技术能够实现反井钻机扩孔后破碎地层临时支护，可以在扩孔的同时对扩孔后形成的井壁进行临时支护，不仅缩短了工期，还提高了施工安全性。

Temporary supporting equipment and its installation technology for broken stratum in hole enlarging construction of raise boring machine

The invention discloses a temporary support equipment and its installation process for the reaming construction of reverse well drill, in which the temporary support equipment for the reaming construction of broken stratum includes high-pressure grouting equipment, diversion cage, fixed moment tightening mechanism, temporary support material conveying drill pipe, lower chuck mechanism and temporary support sprinkler. The liquid outlet end of the high pressure grouting equipment is connected with the liquid inlet end of the diversion cage, the liquid outlet end of the diversion cage is connected with the liquid inlet end of the temporary support material conveying drill pipe, and the liquid outlet end of the temporary support material conveying drill pipe is connected with the liquid inlet end of the temporary support spray head. Then. The invention can realize temporary support for broken strata after reaming of reverse well drilling rig, and can temporarily support the borehole wall formed after reaming at the same time, which not only shortens the construction period, but also improves the construction safety.

【技术实现步骤摘要】
反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺
本专利技术涉及反井钻井领域，特别涉及一种反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备及其安装工艺。
技术介绍
反井钻井施工工艺是利用反井钻机从上向下钻进一条小直径的导孔，利用洗井介质通过正循环将岩屑排出，待导孔与下水平巷道贯通后，再在下水平巷道内卸下导孔钻头，安装大直径的扩孔钻头，从下向上扩孔形成设计直径的井筒。在扩孔过程中，破碎的岩渣从工作面脱离，靠自重从扩孔后的井筒内掉落至下水平面。导井施工完成后，竖井井壁围岩的原岩应力状态即开始受到破坏。尤其从扩孔开石到扩孔结束钻机拆除，大直径扩孔后的井帮大面积长时间暴露，风化、涌水淋水、地层变化、地应力作用、岩石强度降低等都能造成井帮变形或坍塌。而反井钻井扩孔钻进过程中，破碎岩渣下落，无法在井筒内对井帮进行支护，增加了反井钻井事故发生的风险，对于水电及其他坚硬稳定岩石地层，在深度不大的情况下，可以一次扩孔成设计直径井筒，但对于矿山工程，特别是裂隙发育的破碎岩层或煤矿软弱的沉积岩层，井帮事故经常发生，对后期永久支护不利。这些问题限制了反井钻井法凿井的适用性。目前竖井开凿遇破碎或不稳定地层时主要采用工作面预注浆超前支护形式，而反井扩孔施工时岩渣从工作面破碎从井筒内掉至下水平，人员无法进入破岩工作面进行超前支护，只能采用地面预注浆加固，工期长，经济成本大，大大削弱了反井法施工工艺优势。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术在于提供一种能够实现反井钻机扩孔后破碎地层临时支护的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，可以在扩孔的同时对扩孔后形成的井壁进行临时支护，不仅缩短了工期，还提高了施工安全性。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，包括高压喷浆设备、分流笼头、定力矩拧紧机构、临时支护材料输送钻杆、下卡板机构和临时支护喷头，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头的进液端流体导通连接，所述分流笼头的出液端与所述临时支护材料输送钻杆的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆的出液端与所述临时支护喷头的进液端流体导通连接；所述分流笼头下端与所述定力矩拧紧机构固定连接且与所述临时支护材料输送钻杆上端固定连接，所述临时支护材料输送钻杆下端与所述临时支护喷头上端固定连接，所述定力矩拧紧机构与反井钻机动力头的浮动套固定连接；所述下卡板机构安装在反井钻机下插板轨道上，所述临时支护材料输送钻杆的长度小于反井钻机钻杆的长度。上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，所述分流笼头包括分流器和分流输送杆，所述分流器与所述分流输送杆上端固定连接，所述分流输送杆下端外壁上设置有限位槽；所述定力矩拧紧机构包括承载座、钢球、顶进弹簧和顶进螺栓，所述承载座上板面设置有安装盲孔，所述安装盲孔孔底设置有贯穿所述安装盲孔孔底和所述承载座下板面的安装通孔，所述承载座侧壁下端上沿所述安装通孔周向等间距设置有大于或等于2个限位孔结构，所述限位孔结构包括螺栓安装孔、弹簧安装孔和钢球限位孔，所述螺栓安装孔、所述弹簧安装孔和所述钢球限位孔同轴且所述螺栓安装孔的中心轴与所述安装通孔的中心轴垂直相交，所述钢球限位孔邻近所述安装通孔处的开口的孔径小于所述钢球的球径，所述钢球、所述顶进弹簧和所述顶进螺栓沿所述安装通孔的径向由内至外依次设置在所述钢球限位孔、所述弹簧安装孔和所述螺栓安装孔内；所述分流输送杆下端依次穿过所述安装盲孔和所述安装通孔并与所述承载座下方的临时支护材料输送钻杆连接，在所述顶进螺栓和所述顶进弹簧的推力作用下，所述钢球的一端穿过所述钢球限位孔顶紧在所述限位槽内，所述钢球的另一端位于在所述钢球限位孔内；所述承载座与所述浮动套螺纹连接；所述限位槽沿所述分流输送杆的长度方向延伸出供所述钢球上下滚动浮动的轴向轨道。上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，所述临时支护材料输送钻杆为至少设有两层输送通道的多层支护钻杆；所述临时支护材料输送钻杆的上端外壁上和下端外壁上沿所述临时支护材料输送钻杆周向等间距设置有限位卡接槽。上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，上下相邻的两个所述临时支护材料输送钻杆之间螺纹连接；所述下卡板机构包括下卡板和下卡板座，所述下卡板座固定安装在反井钻机下插板轨道上，所述下卡板安装在所述下卡板座上；下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板和左半下定位板，左半上定位板右侧壁上设有左半圆槽和第一矩形凹槽，左半下定位板右侧壁上设有第二矩形凹槽，左半圆槽位于第一矩形凹槽上方，第一矩形凹槽和第二矩形凹槽的大小和形状相同且上下正对；右半下卡板包括右半上定位板和右半下定位板，右半上定位板左侧壁上设有右半圆槽和第三矩形凹槽，右半下定位板左侧壁上设有第四矩形凹槽，右半圆槽位于第三矩形凹槽上方，第三矩形凹槽和第四矩形凹槽的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽和第三矩形凹槽的大小和形状相同；左半上定位板下板面与左半下定位板上板面固定连接且左半上定位板右侧壁的一侧与右半上定位板左侧壁的一侧铰接，右半上定位板下板面与右半下定位板上板面固定连接；左半圆槽和右半圆槽围成上定位孔，第一矩形凹槽和第三矩形凹槽围成中定位孔，第二矩形凹槽和第四矩形凹槽围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽内时，左半下定位板和右半下定位板分别设置在锁定卡槽槽底上的锁定通孔内。上述反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，所述临时支护喷头包括进液段和喷液段，所述进液段的上端外壁上设有卡槽；所述临时支护材料输送钻杆下端与所述进液段上端流体导通连接，所述进液段下端与所述喷液段上端流体导通连接；所述进液段下端与所述喷液段上端铰接且通过弯曲弹簧连接，在所述弯曲弹簧的作用下，所述喷液段轴向与所述进液段轴向之间的夹角大于0°小于180°。反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，包括如下步骤：(a)将反井钻机停机并将反井钻机动力头与反井钻机钻杆分离；(b)将下卡板机构固定安装在反井钻机下插板轨道上；固定定力矩拧紧机构的下端，将定力矩拧紧机构与反井钻机动力头的浮动套固定连接，然后利用反井钻机的升降油缸将安装好所述定力矩拧紧机构的反井钻机动力头提升至分流笼头的安装高度；(c)将分流笼头下端依次穿过反井钻机中心孔和定力矩拧紧机构并伸入到定力矩拧紧机构的下方；(d)将临时支护喷头放置到反井钻机钻杆中心孔内，并且将临时支护喷头的上端与卡板机构卡接，然后将临时支护材料输送钻杆的上端和下端分别与分流笼头和临时支护喷头连接；(e)将高压喷浆设备的出液端与分流笼头的进液端流体导通连接；所述分流笼头的出液端通过临时支护材料输送钻杆与所述临时支护喷头的进液端流体导通；临时支护材料输送钻杆的长度小于反井钻机钻杆的长度。上述安装工艺，在步骤(a)中，将反井钻机动力头与反井钻机钻杆分离包括如下步骤：(a-1)将下插板轨道安装在反井钻机底座上，并将下插板基座安装在所述下插板轨道上；(a-2)用反井钻机动力头将反井钻机钻杆的上端提升至下插板基座的上方，将下插板的内侧凸起设置在反井钻机钻杆外壁上的限位凹槽内并使下插板上板面上和下板面上的限位凸起与反井钻机钻杆外壁贴紧，然后用反井钻机动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，包括高压喷浆设备、分流笼头(2)、定力矩拧紧机构(3)、临时支护材料输送钻杆(4)、下卡板机构和临时支护喷头(6)，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头(2)的进液端流体导通连接，所述分流笼头(2)的出液端与所述临时支护材料输送钻杆(4)的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆(4)的出液端与所述临时支护喷头(6)的进液端流体导通连接；所述分流笼头(2)下端与所述定力矩拧紧机构(3)固定连接且与所述临时支护材料输送钻杆(4)上端固定连接，所述临时支护材料输送钻杆(4)下端与所述临时支护喷头(6)上端固定连接，所述定力矩拧紧机构(3)与反井钻机(1)动力头的浮动套(7)固定连接；所述下卡板机构安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上，所述临时支护材料输送钻杆(4)的长度小于反井钻机钻杆(9)的长度。

【技术特征摘要】
1.反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，包括高压喷浆设备、分流笼头(2)、定力矩拧紧机构(3)、临时支护材料输送钻杆(4)、下卡板机构和临时支护喷头(6)，所述高压喷浆设备的出液端与所述分流笼头(2)的进液端流体导通连接，所述分流笼头(2)的出液端与所述临时支护材料输送钻杆(4)的进液端流体导通连接，所述临时支护材料输送钻杆(4)的出液端与所述临时支护喷头(6)的进液端流体导通连接；所述分流笼头(2)下端与所述定力矩拧紧机构(3)固定连接且与所述临时支护材料输送钻杆(4)上端固定连接，所述临时支护材料输送钻杆(4)下端与所述临时支护喷头(6)上端固定连接，所述定力矩拧紧机构(3)与反井钻机(1)动力头的浮动套(7)固定连接；所述下卡板机构安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上，所述临时支护材料输送钻杆(4)的长度小于反井钻机钻杆(9)的长度。2.根据权利要求1所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，所述分流笼头(2)包括分流器(2-1)和分流输送杆(2-2)，所述分流器(2-1)与所述分流输送杆(2-2)上端固定连接，所述分流输送杆(2-2)下端外壁上设置有限位槽(2-3)；所述定力矩拧紧机构(3)包括承载座(3-1)、钢球(3-4)、顶进弹簧(3-3)和顶进螺栓(3-2)，所述承载座(3-1)上板面设置有安装盲孔(3-5)，所述安装盲孔(3-5)孔底设置有贯穿所述安装盲孔(3-5)孔底和所述承载座(3-1)下板面的安装通孔(3-6)，所述承载座(3-1)侧壁下端上沿所述安装通孔(3-6)周向等间距设置有大于或等于2个限位孔结构，所述限位孔结构包括螺栓安装孔、弹簧安装孔和钢球限位孔，所述螺栓安装孔、所述弹簧安装孔和所述钢球限位孔同轴且所述螺栓安装孔的中心轴与所述安装通孔(3-6)的中心轴垂直相交，所述钢球限位孔邻近所述安装通孔(3-6)处的开口的孔径小于所述钢球(3-4)的球径，所述钢球(3-4)、所述顶进弹簧(3-3)和所述顶进螺栓(3-2)沿所述安装通孔(3-6)的径向由内至外依次设置在所述钢球限位孔、所述弹簧安装孔和所述螺栓安装孔内；所述分流输送杆(2-2)下端依次穿过所述安装盲孔(3-5)和所述安装通孔(3-6)并与所述承载座(3-1)下方的临时支护材料输送钻杆(4)连接，在所述顶进螺栓(3-2)和所述顶进弹簧(3-3)的推力作用下，所述钢球(3-4)的一端穿过所述钢球限位孔顶紧在所述限位槽(2-3)内，所述钢球(3-4)的另一端位于在所述钢球限位孔内；所述承载座(3-1)与所述浮动套(7)螺纹连接；所述限位槽(2-3)沿所述分流输送杆(2-2)的长度方向延伸出供所述钢球(3-4)上下滚动浮动的轴向轨道。3.根据权利要求2所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，所述临时支护材料输送钻杆(4)为至少设有两层输送通道的多层支护钻杆；所述临时支护材料输送钻杆(4)的上端外壁上和下端外壁上沿所述临时支护材料输送钻杆(4)周向等间距设置有限位卡接槽(4-1)。4.根据权利要求3所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，上下相邻的两个所述临时支护材料输送钻杆(4)之间螺纹连接；所述下卡板机构包括下卡板和下卡板座(5)，所述下卡板座(5)固定安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上，所述下卡板安装在所述下卡板座(5)上；下卡板包括左半下卡板和右半下卡板，左半下卡板包括左半上定位板(12)和左半下定位板(13)，左半上定位板(12)右侧壁上设有左半圆槽(14)和第一矩形凹槽(15)，左半下定位板(13)右侧壁上设有第二矩形凹槽(16)，左半圆槽(14)位于第一矩形凹槽(15)上方，第一矩形凹槽(15)和第二矩形凹槽(16)的大小和形状相同且上下正对；右半下卡板包括右半上定位板(17)和右半下定位板(18)，右半上定位板(17)左侧壁上设有右半圆槽(19)和第三矩形凹槽(20)，右半下定位板(18)左侧壁上设有第四矩形凹槽(21)，右半圆槽(19)位于第三矩形凹槽(20)上方，第三矩形凹槽(20)和第四矩形凹槽(21)的大小和形状相同且上下正对；第一矩形凹槽(15)和第三矩形凹槽(20)的的大小和形状相同；左半上定位板(12)下板面与左半下定位板(13)上板面固定连接且左半上定位板(12)右侧壁的一侧与右半上定位板(17)左侧壁的一侧铰接，右半上定位板(17)下板面与右半下定位板(18)上板面固定连接；左半圆槽(14)和右半圆槽(19)围成上定位孔，第一矩形凹槽(15)和第三矩形凹槽(20)围成中定位孔，第二矩形凹槽(16)和第四矩形凹槽(21)围成下定位孔，上定位孔、中定位孔和下定位孔同轴，上定位孔孔径D1、中定位孔孔径D2和下定位孔孔径D3之间的关系为D1＞D2＝D3；下卡板设置在锁定卡槽(5-1)内时，左半下定位板(13)和右半下定位板(18)分别设置在锁定卡槽(5-1)槽底上的锁定通孔(5-2)内。5.根据权利要求1-4任一所述的反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备，其特征在于，所述临时支护喷头(6)包括进液段(6-1)和喷液段(6-2)，所述进液段(6-1)的上端外壁上设有卡槽(6-4)；所述临时支护材料输送钻杆(4)下端与所述进液段(6-1)上端流体导通连接，所述进液段(6-1)下端与所述喷液段(6-2)上端流体导通连接；所述进液段(6-1)下端与所述喷液段(6-2)上端铰接且通过弯曲弹簧(6-3)连接，在所述弯曲弹簧(6-3)的作用下，所述喷液段(6-2)轴向与所述进液段(6-1)轴向之间的夹角大于0°小于180°。6.反井钻机扩孔施工破碎地层临时支护装备的安装工艺，其特征在于，包括如下步骤：(a)将反井钻机(1)停机并将反井钻机(1)动力头与反井钻机钻杆(9)分离；(b)将下卡板机构固定安装在反井钻机(1)下插板轨道(8)上；固定定力矩拧紧机构(3)的下端，将定力矩拧紧机构(3)与反井钻机(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆国业，刘志强，程守业，周明，汪船，韩博，
申请(专利权)人：北京中煤矿山工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11