一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备和工艺制造技术

本发明专利技术公开一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备及工艺，反井钻进装备包括反井钻机液压控制系统、风冷冷却器和空气压缩机，所述反井钻机液压控制系统的回油总管与所述风冷冷却器的高温液压油入口流体导通，所述风冷冷却器的低温液压油出口与液压油油箱的回油口流体导通；所述空气压缩机的出气口排出的冷空气进入到钻头的下方；反井导孔钻进时采用高压压缩空气洗井提升井底钻具产生的破碎岩渣，反井扩孔钻进时采用高压压缩空气进行扩孔钻头滚刀的冷却。本发明专利技术可以在不需要清洁水源的情况下解决散热问题，能够实现反井钻进液压油和扩孔钻头滚刀的有效冷却以及导孔钻进岩渣的有效收集排放。

【技术实现步骤摘要】
一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备和工艺
本专利技术涉及反井钻井
具体地说是一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备和工艺。
技术介绍
反井钻机自20世纪80年代广泛应用于地下工程建设以来，在水电、矿业、交通、建筑等领域中发挥了重要作用。随着我国国民经济的迅速发展，地下工程建设规模日益扩大，特别是交通隧道建设和冶金矿山建设数量很大，需要在崇山峻岭中钻凿通风井。反井钻机辅助系统由冷却、出渣、循环、测量、供水和供电等构成。目前，反井施工工艺中需要水源的主要环节有：(1)冷却系统，用于冷却钻机液压系统和冷却扩孔过程破岩滚刀发热。冷却水泵将清水加压通过液压系统冷却器将液压油冷却，冷却水再流回冷却池降温循环使用；在钻机扩孔钻进时，一部分清水通过阀门，进入钻杆到扩孔钻头经雾化过程，冷却扩孔钻头滚刀，对于小直径孔钻进时，也可以直接流到环形空间，靠自重作用，到扩孔钻头位置雾化冷却破岩滚刀。(2)循环系统，反井钻机钻进导孔时，需要采用正循环有压流体洗井方式将导孔钻头破碎下的岩屑，排到地面，循环泵将循环池内的循环液提高压力，通过控制阀门，经过钻机动力头中心管、钻杆中心孔和导孔钻头水眼喷射出，将导孔钻头破碎岩石携带，在钻杆和导孔孔壁之间的环形空间，一定的流速下将岩屑排到地面，经过分离循环液回到循环池，岩屑分离运走。根据需要循环液可以是清水、泥浆或泡沫等介质。循环泵，可用柱塞泵、离心泵或空气压缩机等。当公路、铁路隧道或冶金矿山等地处戈壁、高海拔、高寒冷、严重缺水干旱等自然气候恶劣，或围岩不稳定、存在破碎和裂隙带等工程地质条件差的地区，施工用水面临极大困难，如因供水不足导致液压油和扩孔钻头及滚刀无法冷却、破碎岩渣提升排放不畅等问题出现，难以保证工艺的正常实施和工程的正常进行。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于适用于缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备和工艺。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，反井钻机液压控制系统、风冷冷却器和空气压缩机，所述反井钻机液压控制系统的回油总管与所述风冷冷却器的高温液压油入口流体导通，所述风冷冷却器的低温液压油出口与液压油油箱的回油口流体导通；所述空气压缩机的出气口排出的冷空气进入到钻头的下方；反井导孔钻进时采用高压压缩空气洗井提升井底钻具产生的破碎岩渣，反井扩孔钻进时采用高压压缩空气进行扩孔钻头滚刀的冷却。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，所述反井钻进装备还包括安装在井筒入口处的集渣装置，所述集渣装置包括集渣盖和集渣底座，所述集渣底座包括集渣内筒、集渣外筒和岩渣导出管，所述集渣内筒的外径小于所述集渣外筒的内径，并且所述集渣内筒的内径大于钻杆的外径；所述集渣内筒与所述集渣外筒通过环形排渣斜板同轴固定安装在一起，所述集渣内筒、所述集渣外筒和井筒三者同轴，并且所述集渣内筒的上端向上伸出所述环形排渣斜板上板面的高度为X；所述集渣盖安装在所述集渣外筒的上端，且所述集渣盖的中心开设有钻杆穿孔；所述钻杆自上而下依次穿过钻杆穿孔和所述集渣内筒，所述钻杆外壁与所述集渣内筒内壁之间形成环形返渣通道，所述环形返渣通道的上端与所述集渣盖和所述环形排渣斜板之间返渣容纳空间导通，所述环形返渣通道的下端与所述钻杆外壁和所述井筒内壁之间环形排渣通道导通；所述岩渣导出管的一端与所述集渣外筒连通，所述集渣外筒的上端向上伸出所述环形排渣斜板上板面的高度为Y，X小于Y。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，所述环形排渣斜板与水平面的夹角为20-40度，所述岩渣导出管上安装有喷水阀。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，X为10-15cm，Y为20-30cm。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，所述反井钻机液压控制系统的回油总管与所述反井钻机液压控制系统的板式冷却器的液压油入口流体导通，板式冷却器的液压油出口通过冷却油总管与液压油油箱的回油口流体导通，所述回油总管上安装有球阀一，所述冷却油总管上安装有球阀二，所述风冷冷却器的高温液压油入口通过高温液压油输送管与所述回油总管流体导通，所述风冷冷却器的低温液压油出口通过低温液压油输送管与所述冷却油总管流体导通；所述高温液压油输送管上安装有球阀三，所述低温液压油输送管上安装有球阀四；在缺水环境下：关闭所述球阀一和所述球阀二，打开所述球阀三和所述球阀四，所述反井钻机液压控制系统的高温回油依次流经所述回油总管、所述高温液压油输送管和所述球阀三进入到所述风冷冷却器，风冷后的液压油从所述风冷冷却器的低温液压油出口流出，并依次经所述低温液压油输送管、所述球阀四和所述冷却油总管进入到液压油油箱内。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，所述集渣盖为圆环形弧面盖，外边沿与所述集渣外筒上端筒壁固定连接，内边沿与所述钻杆间隙配合；所述圆环形弧面盖沿直径方向的截面为拱形结构，所述拱形结构的顶点偏离所述集渣内筒且位于所述环形排渣斜板的上方。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，所述岩渣导出管的另一端与岩渣排出管连通，所述岩渣排出管位于钻机钢梁的下方，反井钻机安装在所述钻机钢梁上。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，自所述空气压缩机的出气口排出的冷空气依次流经反井钻机主轴的中心轴孔和钻杆的轴向中孔后到达钻头下方。上述缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，所述反井钻进装备还包括安装在扩孔钻头上的钻头冷却装置；所述钻头冷却装置包括风管分流器、风管和风管喷头，所述风管分流器包括六方环形本体、封底法兰和风管接头，所述封底法兰固定安装在所述六方环形本体的底部，并且所述六方环形本体的底部端面与所述封底法兰之间安装有O形密封圈，所述六方环形本体的顶部端面中心位置成型有进风接头，所述六方环形本体固定安装在所述扩孔钻头的底面上，所述进风接头的上端伸入到所述扩孔钻头的轴向中孔内，且所述六方环形本体顶部端面与所述扩孔钻头的底面之间安装有O形密封圈；所述风管接头的一端与所述六方环形本体的内腔流体导通，另一端与所述风管的一端流体导通，所述风管的另一端为安装在所述扩孔钻头上的所述风管喷头流体导通，所述风管喷头的出风端低于所述扩孔钻头的刀头，所述风管喷头出风端的风管喷嘴为扇形。缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进工艺，包括如下步骤：(A)导孔钻进：在导孔钻进过程中，利用上述反井钻进装备用冷空气将导孔钻进过程中产生的岩渣排出到地面，同时利用冷空气对导孔钻头进行冷却，并利用风冷冷却器对反井钻机液压控制系统的高温液压油进行冷却；(B)扩孔钻进：在扩孔钻进过程中，利用上述反井钻进装备用冷空气对扩孔钻头进行冷却，并利用风冷冷却器对反井钻机液压控制系统的高温液压油进行冷却。本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：本专利技术提出的反井气体钻进工艺及装备，为反井钻机钻进施工提供一套独立的风(气)动冷却系统，可以在不需要清洁水源的情况下解决散热问题，消除了对外部冷却水的需要，能够实现反井钻进液压油和扩孔钻头滚刀的有效冷却以及导孔钻进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，其特征在于，反井钻机液压控制系统(1)、风冷冷却器(2)和空气压缩机(3)，所述反井钻机液压控制系统(1)的回油总管与所述风冷冷却器(2)的高温液压油入口流体导通，所述风冷冷却器(2)的低温液压油出口与液压油油箱的回油口流体导通；所述空气压缩机(3)的出气口排出的冷空气进入到钻头的下方；反井导孔钻进时采用高压压缩空气洗井提升井底钻具产生的破碎岩渣，反井扩孔钻进时采用高压压缩空气进行扩孔钻头滚刀的冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，其特征在于，反井钻机液压控制系统(1)、风冷冷却器(2)和空气压缩机(3)，所述反井钻机液压控制系统(1)的回油总管与所述风冷冷却器(2)的高温液压油入口流体导通，所述风冷冷却器(2)的低温液压油出口与液压油油箱的回油口流体导通；所述空气压缩机(3)的出气口排出的冷空气进入到钻头的下方；反井导孔钻进时采用高压压缩空气洗井提升井底钻具产生的破碎岩渣，反井扩孔钻进时采用高压压缩空气进行扩孔钻头滚刀的冷却。


2.根据权利要求1所述的缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，其特征在于，所述反井钻进装备还包括安装在井筒入口处的集渣装置(5)，所述集渣装置(5)包括集渣盖(51)和集渣底座(52)，所述集渣底座(52)包括集渣内筒(521)、集渣外筒(522)和岩渣导出管(523)，所述集渣内筒(521)的外径小于所述集渣外筒(522)的内径，并且所述集渣内筒(521)的内径大于钻杆(6)的外径；所述集渣内筒(521)与所述集渣外筒(522)通过环形排渣斜板(524)同轴固定安装在一起，所述集渣内筒(521)、所述集渣外筒(522)和井筒(8)三者同轴，并且所述集渣内筒(521)的上端向上伸出所述环形排渣斜板(524)上板面的高度为X；所述集渣盖(51)安装在所述集渣外筒(522)的上端，且所述集渣盖(51)的中心开设有钻杆穿孔(511)；所述钻杆(6)自上而下依次穿过钻杆穿孔(511)和所述集渣内筒(521)，所述钻杆(6)外壁与所述集渣内筒(521)内壁之间形成环形返渣通道(7)，所述环形返渣通道(7)的上端与所述集渣盖(51)和所述环形排渣斜板(524)之间返渣容纳空间(55)导通，所述环形返渣通道(7)的下端与所述钻杆(6)外壁和所述井筒(8)内壁之间环形排渣通道(9)导通；所述岩渣导出管(523)的一端与所述集渣外筒(522)连通，所述集渣外筒(522)的上端向上伸出所述环形排渣斜板(524)上板面的高度为Y，X小于Y。


3.根据权利要求2所述的缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，其特征在于，所述环形排渣斜板(524)与水平面的夹角为20-40度，所述岩渣导出管(523)上安装有喷水阀(54)。


4.根据权利要求2所述的缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，其特征在于，X为10-15cm，Y为20-30cm。


5.根据权利要求1所述的缺水环境下气体冷却及排渣的反井钻进装备，其特征在于，所述反井钻机液压控制系统(1)的回油总管与所述反井钻机液压控制系统(1)的板式冷却器的液压油入口流体导通，板式冷却器的液压油出口通过冷却油总管与液压油油箱的回油口流体导通，所述回油总管上安装有球阀一，所述冷却油总管上安装有球阀二，所述风冷冷却器(2)的高温液压油入口通过高温液压油输送管与所述回油总管流体导通，所述风冷冷却器(2)的低温液压油出口通过低温液压油输送管与所述冷却油总管流体导通；所述高温液压油输送管上安装有球阀三，所述低温液压油输送管上安装有球阀四；在缺水环境下：关闭所述球阀一和所述球阀二，打开所述球阀三和所述球阀四，所述反井钻机液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：程守业，荆国业，韩博，于见水，周明，王建秋，许峰，
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