一种井下钻孔钻-扩-护一体化施工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种井下钻孔钻

【技术实现步骤摘要】
一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置及方法


[0001]本专利技术专利涉及一种钻孔施工的装置及方法，具体为一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置及方法。

技术介绍

[0002]随着我国煤炭开采深度的逐年增加，煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等瓦斯灾害日益凸显，对煤矿安全生产提出了严峻的挑战。为此，对煤层开展有效瓦斯抽采是预防瓦斯灾害的重要途径和手段，其中，钻孔选用的钻杆直径大小和退钻过程的钻孔塌孔程度对煤层瓦斯的有效抽采起着重要的作用。
[0003]钻孔直径增加，在抽采过程中抽采范围逐渐增大，相应的钻孔布置工作量和施工成本均将有所减少。然而对于坚固性系数较低煤层而言，钻孔过程中出现的塌孔和卡钻现象严重影响着煤层瓦斯的抽采工作，目前主要采取的措施有通过在钻孔内预留直径较小的筛管和选用性能更好、功率更大的钻机，其采取方式对煤层抽采效果并没有较大幅度地显著提升；在钻孔钻进过程中，由于煤层自身非均质性和钻杆自重等因素的影响，使得钻孔偏移现象的出现，导致抽采空白带的产生以及抽采效果验证过程中进行定点取样难度增加，进而影响煤层的安全高效生产。因此，亟待需要采取措施解决煤层钻孔过程中出现的塌孔、卡钻、筛管管径小和钻孔偏移等问题，进而提高瓦斯抽采效果，保证煤层安全高效生产。

技术实现思路

[0004]针对现有煤层钻孔过程中出现的塌孔、卡钻、筛管管径小和钻孔偏移等问题，本专利技术提供了一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置及方法，进而保证煤层瓦斯抽采工作的顺利开展，以及瓦斯抽采效果的提高。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]本方案提供的一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置，包括钻杆、钻孔、筛管、纠偏支架、破碎钻头、液压控制系统、小直径的主钻头以及大直径的辅助钻头，其中筛管外套在钻杆前方纠偏支架的脱钩上，小直径的主钻头利用齿轮传动的方式带动大直径的辅助钻头转动，钻头将破碎后的煤屑经钻杆上的破碎钻头和纠偏支架排出钻孔，液压控制系统连接并控制着纠偏支架、破碎钻头以及辅助钻头的伸展与收缩。
[0007]所述钻杆内部为空心材质，外侧为圆弧状的螺纹，便于煤屑在钻杆转动过程中从钻孔及时排出；液压控制系统从钻杆内部穿过，与纠偏支架、破碎钻头以及辅助钻头相连接，并控制对应装置的伸展与收缩。
[0008]所述纠偏支架由传动轴承、纠偏液压杆、弧形支撑架以及脱钩组成。其中传动轴承可实现纠偏支架不随钻杆的旋转而转动，仅跟随钻杆进行水平方向的移动；在钻进过程中，纠偏液压杆处于伸展状态，使得弧形支撑架支撑在钻孔孔壁上，通过控制纠偏液压杆的4个方向上的受力大小，进而改变钻头的钻进方向；弧形支撑架最外侧一层为传动皮带，其具有强耐磨和高减震的性能，在钻头推进过程中，便于弧形支撑架在紧贴钻孔孔壁的情况下，依
靠传动皮带进行移动，进而减小钻头在非均质性煤层钻孔过程引起的偏移；由于纠偏支架的支撑作用，减小钻杆自重产生的挠度，降低了钻头在旋转过程中因挠度产生离心运动对钻孔孔壁的二次碰撞破坏，进而提高在封孔阶段的密封效果。
[0009]所述筛管通过脱钩与纠偏支架进行连接，其采用钻杆外套的方式进行连接，筛管管径大，且随钻杆同步进入钻孔，避免了钻孔塌孔导致大管径筛管难以顺利输送至钻孔预定深度，或出现采用钻杆内部预留小管径筛管对提升抽采效果不显著的窘境的发生。
[0010]所述破碎钻头沿着钻杆上、下、左和右四个方向各布置一个，每个破碎钻头均有钻头和破碎液压支架组成。前方钻头破碎后的煤屑经过破碎钻头时，钻头在旋转过程中将煤屑进行再次破碎，防止卡钻现象的发生；同时，可以对破碎液压支架的伸展状态进行调节，当其伸展至辅助钻孔直径以上时，可进行钻孔的二次扩孔造穴，进一步提高煤层瓦斯抽采效果。
[0011]所述小直径的主钻头位于钻杆的最前端，用于钻孔的钻进工作。与破碎钻头相同，分别在钻杆最前端的上、下、左和右四个方向各布置一个，每个小直径的主钻头均有主钻头和主钻头底座组成。由于其钻头直径小，在钻进过程中所需钻机提供的扭矩和功率较小，具有对钻机的功率性能要求低、适用性强的优点。
[0012]所述大直径的辅助钻头位于小直径的主钻头的后方，用于钻孔的扩孔钻进工作。小直径的主钻头利用齿轮传动的方式带动大直径的辅助钻头转动，为大直径的辅助钻头的转动提供动力；同时，在主钻头外侧的大直径的辅助钻头上同样在4个方位均有一个辅助钻头和辅助钻头底座。由于小直径的主钻头在前方已经对煤体进行小尺寸的破碎，在进行大直径的辅助钻头破碎煤体时，所需钻机提供的扭矩和功率远小于只采用大直径的钻头所需的扭矩和功率，无需装备高性能、强功率的钻机即可实现大孔径钻孔的钻进工作。
[0013]所述大直径的辅助钻头的旋转方向与小直径的主钻头的旋转方向相反，两者转动对煤体的作用方向相互对称，其产生的合力方向指向钻孔钻进的方向，且合力大于单钻头的作用力，减少了单钻头对煤体在单一方向上的破坏作用，提高了钻孔封孔阶段的密封效果和钻头的钻进效率。
[0014]本专利技术技术方案还提供了一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工方法，包括如下步骤：
[0015]S001在钻孔进行钻进之前，利用液压控制系统控制与调节纠偏支架和辅助钻头处于伸展状态，破碎钻头处于半伸展状态，伸展直径小于其前方大直径的辅助钻头的直径；
[0016]S002将大管径的筛管外套在钻杆上纠偏支架的脱钩上，在钻杆移动的过程中携带筛管一同进入钻孔内部；
[0017]S003启动钻机开关，进行钻孔的钻进工作，钻杆在钻机提供的动力作用下进行转动，并产生朝向钻孔径向方向的作用力；
[0018]S004钻杆前方小直径的主钻头在转动过程中破坏煤体，并产生向前的位移，同时，利用齿轮传动的方式带动大直径的辅助钻头进行与其旋转方向相反的转动，对煤体进行大孔径钻进作业；
[0019]S005处于半伸展状态的破碎钻头在旋转过程中将前方钻头破坏的煤屑进行再次破碎，防止卡钻现象的发生；
[0020]S006纠偏液压杆处于伸展状态，使得弧形支撑架支撑在钻孔孔壁上，通过控制纠
偏液压杆的4个方向上的受力大小，改变钻头的钻进方向，实现对钻头钻进方向的纠偏；
[0021]S007当钻孔钻进至钻孔封孔位置之外时，利用液压控制系统控制并逐渐调节破碎钻头的伸展状态，由半伸展状态逐渐过渡至伸展状态，进行钻孔的二次扩孔造穴；
[0022]S008通过液压控制系统对破碎钻头的伸展状态进行控制与调节，在钻孔内部形成了多段大孔径扩孔造穴的孔洞；
[0023]S009当钻孔钻进至预定深度时，利用液压控制系统控制和调节纠偏支架、辅助钻头以及破碎钻头处于收缩状态，纠偏支架的脱钩与筛管进行分离；
[0024]S010调整钻机的转动方向，进行钻孔的退钻工作，钻杆上的纠偏支架、辅助钻头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置及方法，其特征在于：包括钻杆、钻孔、筛管、纠偏支架、破碎钻头、液压控制系统、小直径的主钻头以及大直径的辅助钻头，其中筛管外套在钻杆前方纠偏支架的脱钩上，小直径的主钻头利用齿轮传动的方式带动大直径的辅助钻头转动，钻头将破碎后的煤屑经钻杆上的破碎钻头和纠偏支架排出钻孔，液压控制系统连接并控制着纠偏支架、破碎钻头以及辅助钻头的伸展与收缩。2.根据权利要求1所述的一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置，其特征在于：所述钻杆内部为空心材质，外侧为圆弧状的螺纹，便于煤屑在钻杆转动过程中从钻孔排出；液压控制系统从钻杆内部穿过，与纠偏支架、破碎钻头以及辅助钻头相连接，并控制对应装置的伸展与收缩；筛管通过脱钩与纠偏支架进行连接，其采用钻杆外套的方式进行连接，筛管管径大，且随钻杆同步进入钻孔，避免了钻孔塌孔导致大管径筛管难以顺利输送至钻孔预定深度，或出现采用钻杆内部预留小管径筛管对提升抽采效果不显著的窘境的发生。3.根据权利要求1所述的一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置，其特征在于：所述纠偏支架由传动轴承、纠偏液压杆、弧形支撑架以及脱钩组成。其中传动轴承可实现纠偏支架不随钻杆的旋转而转动，仅跟随钻杆进行水平方向的移动；在钻进过程中，纠偏液压杆处于伸展状态，使得弧形支撑架支撑在钻孔孔壁上，通过控制纠偏液压杆的4个方向上的受力大小，进而改变钻头的钻进方向；弧形支撑架最外侧一层为传动皮带，其具有强耐磨和高减震的性能，在钻头推进过程中，便于弧形支撑架在紧贴钻孔孔壁的情况下，依靠传动皮带进行移动，进而减小钻头在非均质性煤层钻孔过程引起的偏移；由于纠偏支架的支撑作用，减小钻杆自重产生的挠度，降低了钻头在旋转过程中因挠度产生离心运动对钻孔孔壁的二次碰撞破坏，进而提高在封孔阶段的密封效果。4.根据权利要求1所述的一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置，其特征在于：所述破碎钻头沿着钻杆上、下、左和右四个方向各布置一个，每个破碎钻头均有钻头和破碎液压支架组成。前方钻头破碎后的煤屑经过破碎钻头时，钻头在旋转过程中将煤屑进行再次破碎，防止卡钻现象的发生；同时，可以对破碎液压支架的伸展状态进行调节，当其伸展至辅助钻孔直径以上时，可进行钻孔的二次扩孔造穴，进一步提高煤层瓦斯抽采效果。5.根据权利要求1所述的一种井下钻孔钻
‑
扩
‑
护一体化施工装置，其特征在于：所述小直径的主钻头位于钻杆的最前端，用于钻孔的钻进工作。与破碎...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐超，杨通，王凯，付强，马思博，施永博，郭海军，赵伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：