【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及瓦斯钻孔检测，具体为一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置及方法。
技术介绍
1、在水利工程中，引水为常用的一种治理方式，为建立引水通道，有时需要挖掘引水隧道，如新疆维吾尔自治区yegs二期输水工程，在引水隧道施工时，既定路径有时需要经过穿煤段。在施工中，对安全生产影响最大的是瓦斯(主要成分是ch4)的浓度，瓦斯段（穿煤段）为tbm掘进段，tbm施工掌子面全部由刀盘顶住，刀盘的后是6m长的护盾，长距离引水隧洞采用tbm施工穿越瓦斯段，在国内外相关资料较少，tbm设备昂贵，且未采取防爆设计。
2、隧洞一般是使用钻爆开挖，tbm掘进施工不是一般工法，故在隧道施工中，需要以ch4为监测对象，监控隧道内有害气体的浓度，tbm上有自带的五种气体监测仪，具备自动报警功能。
3、随着施工过程中掌子面的向前推进，为进一步防止瓦斯的泄露，需要主动的对掌子面进行钻孔，一方面使得游离在穿煤段内的瓦斯可控的泄出，一方面用于起到对穿煤段内瓦斯进行主动检测预警的作用。
4、在钻孔检测的过程中，随着钻孔的钻进，钻孔处容易发生钻孔突出，即瓦斯喷孔的现象，钻孔突出的发动源于钻孔内富含高压瓦斯的煤体突然暴露，钻孔的快速钻进和破裂区煤体的失稳抛出使得富含高压瓦斯的煤体突然暴露，游离瓦斯聚集在裂隙内部，当这部分含高压瓦斯煤体突然暴露时，瓦斯迅速沿裂隙尖端扩展，裂隙间相互贯通，新暴露煤体迅速被破碎，破碎煤体裂隙内的游离瓦斯与大气相通后，高压瓦斯迅速膨胀，发动突出。
5、钻孔突出的发生，会使隧道施工面内的瓦斯含量迅速增加
6、因此，针对上述问题提出一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的“在钻孔检测的过程中，随着钻孔的钻进，钻孔处容易发生钻孔突出，即瓦斯喷孔的现象，钻孔突出的发动源于钻孔内富含高压瓦斯的煤体突然暴露，钻孔突出的发生，会使隧道施工面内的瓦斯含量迅速增加不能及时排出，会直接导致瓦斯警报器报警和安全隐患”的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，该装置包括带有钻头的钻杆和套筒，所述套筒嵌入在隧道侧壁的内侧，所述钻杆能够滑动连接在套筒的内侧，所述钻杆内开设有进水通道和回水通道，所述进水通道的进水端和回水通道的出水端设置在钻杆的末端，所述进水通道和回水通道在钻杆内间隔设置，所述进水通道的出水端设置在钻头上；
3、所述钻杆的钻头处开设有环形槽，所述回水通道的进水端设置在环形槽靠近钻头的一侧，钻头与环形槽内侧连通，所述环形槽的外侧固定连接有内盘和第一气囊，所述内盘呈弧状并朝钻头方向延伸，所述内盘的外侧固定连接有环形气囊，环形气囊同样沿着内盘外侧的延伸方向设置，所述环形气囊与第一气囊相连通，环形气囊与第一气囊的连通处设置有自动排气阀，钻孔突变环形槽内部压力突增时，第一气囊内部的气体能够通过自动排气阀进入到环形气囊内。
4、作为本专利技术所述一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置的一种可选方案，其中：所述环形气囊上连通有缓慢释压阀。
5、作为本专利技术所述一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置的一种可选方案，其中：所述钻杆的末端转动连接有进水环和回水环，所述进水环套在进水通道的进水端外侧，所述钻杆的尾端固定连接有限位环，所述限位环的外侧与进水环的内侧滑动连接，所述进水环上连通有进水管，所述回水环套设在回水通道出水端的外侧，所述回水环上连通有抽取管。
6、作为本专利技术所述一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置的一种可选方案，其中：所述环形槽的外侧还固定连接有转盘，所述转盘的内侧开设有左右贯穿的通孔，所述转盘设置在回水通道的进水端和环形气囊之间，所述转盘朝向钻头的一侧固定连接有螺旋推片。
7、作为本专利技术所述一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置的一种可选方案，其中：该装置还包括底座，所述底座的内侧从右到左依次滑动连接有第一滑块、第二滑块和第三滑块，所述钻杆的内侧呈内六角状设置，所述钻杆的内侧滑动连接有六角杆，六角杆与钻杆的内侧滑动连接，所述六角杆的末端固定连接有内磁环，所述第一滑块的顶端固定连接有外磁环，所述外磁环套设在内磁环的外侧，所述底座的一端内侧固定连接有第二电机，所述第二电机的主轴末端固定连接有螺杆，所述螺杆的外侧与第一滑块的内侧螺旋连接。
8、本专利技术最终目的用于减少和防止过量的瓦斯集中的由钻孔间隙中逸出，造成隧道内的不安全因素，在上述设置下，本专利技术使用时，首先在隧道侧壁上预先钻出一个与套筒直径一致的大钻孔，将套筒嵌入大钻孔内，并在套筒与隧道侧壁之间填充水泥；将钻杆放入套筒内，第一电机和第二电机转动，第一电机转动带动齿轮和齿环转动，齿环的转动带动六角杆和钻杆转动，第二电机转动使第一滑块能够向隧道侧壁侧运动，第一滑块带动外磁环磁力牵引内磁环向隧道侧壁侧运动，对钻杆施加向隧道侧壁内运动的力，实现钻杆的钻孔操作，内磁环与外磁环的活动连接可以使钻杆在突变发生时的高压下单独向右运动，为瓦斯的释放让步空间，其中，外磁环为电磁环，由电磁铁的原理制成；
9、为了防止钻孔的过程发生喷孔，导致隧道内瓦斯含量急剧增加，本专利技术在环形槽的外侧固定连接有内盘和第一气囊，所述内盘呈弧状并朝钻头方向延伸，钻孔突出时，环形槽内部压力激增，第一气囊内部的气体在压力的作用下通过自动排气阀进入到环形气囊内，环形气囊内部压力增加，与隧道侧壁内侧形成过盈配合并形成受力面，起到密封钻杆与隧道侧壁内侧之间的间隙的作用，防止喷孔，内盘呈弧状并朝钻头方向延伸，环形气囊沿着内盘外侧方向延伸，在高压的作用下，环形气囊的最外侧存在向外侧扩张的力，进一步使环形气囊与隧道侧壁内侧之间紧贴，起到密封的作用，设置的自动排气阀在压力到达设定值后会自动打开，为现有技术，在此不做多余阐述；
10、在上述设置下，本专利技术还在环形气囊上连通有缓慢释压阀，缓慢释压阀在瓦斯突出发生后，使环形气囊内部压力泄出，使钻杆可以继续前进进行钻孔；
11、在上述设置下，本专利技术在钻孔的过程中，需要使进水管与外置水泵的输出端连通，进水管可以设置单向阀防止水在压力作用下逆流，对进水管施加进水压力，进水压力应大于煤层瓦斯原始压力，水压在10-15mpa，通过进水通道实现对钻头出的供水，设置的回水通道和钻杆与隧道侧壁内侧之间的间隙用于实现煤粉、水和气体的排出，在套筒外侧和隧道内设置瓦斯检测仪用于检测浓度，实现主动检测，回水通道引出的瓦斯气体通过通风及时排出隧道；钻杆的尾端固定连接有限位环，限位环的外侧与进水环的内侧滑动连接，这种设置可以使得进水环跟随钻杆实现运动；
12、在上述设置下，本专利技术在环形槽的外侧固定连接有转盘，转盘在一定程度上起到阻挡煤粉的作用，转盘朝向钻头的一侧固定连接有螺旋推片，转盘跟随钻杆转动，螺旋推片同步转动，螺旋推片将转盘左侧的煤粉向回水通道推送，减少环形槽内的煤粉堆积, 转盘的内侧开设有左右贯穿的通孔用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：该装置包括带有钻头（2）的钻杆（1）和套筒（6），所述套筒（6）嵌入在隧道侧壁（7）的内侧，所述钻杆（1）能够滑动连接在套筒（6）的内侧，所述钻杆（1）内开设有进水通道（3）和回水通道（22），所述进水通道（3）的进水端和回水通道（22）的出水端设置在钻杆（1）的末端，所述进水通道（3）和回水通道（22）在钻杆（1）内间隔设置，所述进水通道（3）的出水端设置在钻头（2）上；
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述环形气囊（27）上连通有缓慢释压阀（31）。
3.根据权利要求2所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述钻杆（1）的末端转动连接有进水环（10）和回水环（8），回水环（8）同样滑动设置在钻杆（1）的外侧，所述进水环（10）套在进水通道（3）的进水端外侧，所述钻杆（1）的尾端固定连接有限位环（9），所述限位环（9）的外侧与进水环（10）的内侧滑动连接，所述进水环（10）上连通有进水管（12），所述回水环（8）套设在回水通道（22）出水端的外侧，所述回水环（8）上
4.根据权利要求3所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述环形槽（4）的外侧还固定连接有转盘（23），所述转盘（23）的内侧开设有左右贯穿的通孔（25），所述转盘（23）设置在回水通道（22）的进水端和环形气囊（27）之间，所述转盘（23）朝向钻头（2）的一侧固定连接有螺旋推片（26）。
5.根据权利要求4所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：该装置还包括底座（21），所述底座（21）的内侧从右到左依次滑动连接有第一滑块（20）、第二滑块（28）和第三滑块（29），所述钻杆（1）的内侧呈内六角状设置，所述钻杆（1）的内侧滑动连接有六角杆（14），六角杆（14）与钻杆（1）的内侧滑动连接，所述六角杆（14）的末端固定连接有内磁环（18），所述第一滑块（20）的顶端固定连接有外磁环（19），所述外磁环（19）套设在内磁环（18）的外侧，所述底座（21）的一端内侧固定连接有第二电机（17），所述第二电机（17）的主轴末端固定连接有螺杆（30），所述螺杆（30）的外侧与第一滑块（20）的内侧螺旋连接。
6.根据权利要求5所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述第二滑块（28）和第三滑块（29）的内侧与螺杆（30）的外侧不接触，所述六角杆（14）的外侧滑动连接有齿环（13），所述第二滑块（28）的顶端固定连接有第一电机（16），所述第一电机（16）的主轴末端固定连接有齿轮（15），所述齿轮（15）的外侧与齿环（13）的外侧相啮合，通过第一电机（16）的转动实现钻杆（1）的转动。
7.根据权利要求6所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述第三滑块（29）的顶端与进水环（10）的底端固定连接，所述第三滑块（29）的一侧固定连接有电动推杆（39），所述电动推杆（39）的活动端与回水环（8）的底端固定连接，所述电动推杆（39）的固定端固定连接有用于获得钻杆运动方向的加速度传感器（40），钻杆（1）向左运动时，电动推杆（39）的活动端处于行程的最小值上，电动推杆（39）对回水环（8）产生抵触，并使进水环（10）和回水环（8）之间始终保持最短距离，进水环（10）和回水环（8）分别与进水通道（3）和回水通道（22）完全连通，钻杆（1）在突变作用下向右运动时，电动推杆（39）伸张，电动推杆（39）顶推回水环（8）的底端使进水环（10）和回水环（8）之间的距离增加，使回水环（8）与回水通道（22）的出水端之间产生位置偏差。
8.根据权利要求7所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述钻杆（1）的外侧均匀的设置有限位槽（5），所述套筒（6）的内侧固定连接有限位杆（32），所述限位杆（32）的外侧设置有弹簧（33），所述限位杆（32）的外侧滑动连接有第四滑块（34），所述弹簧（33）的两端分别与第四滑块（34）的一端和套筒（6）的一端内侧固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述第四滑块（34）的内侧通过铰链转动连接有棘爪（36），所述棘爪（36）与第四滑块（34）之间设置有扭簧（35），所述棘爪（36）向钻头（2）一侧倾斜，钻杆（1）向左运动时，棘爪（36）会滑过限位槽（5），钻杆（1）向右运动时，限位槽（5）能够与棘爪（36）卡住。
10.一种瓦斯治理用钻孔防喷孔的方法，其特征在于，使用权利要求9所述的装置，其步骤在于：
...【技术特征摘要】
1.一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：该装置包括带有钻头（2）的钻杆（1）和套筒（6），所述套筒（6）嵌入在隧道侧壁（7）的内侧，所述钻杆（1）能够滑动连接在套筒（6）的内侧，所述钻杆（1）内开设有进水通道（3）和回水通道（22），所述进水通道（3）的进水端和回水通道（22）的出水端设置在钻杆（1）的末端，所述进水通道（3）和回水通道（22）在钻杆（1）内间隔设置，所述进水通道（3）的出水端设置在钻头（2）上；
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述环形气囊（27）上连通有缓慢释压阀（31）。
3.根据权利要求2所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述钻杆（1）的末端转动连接有进水环（10）和回水环（8），回水环（8）同样滑动设置在钻杆（1）的外侧，所述进水环（10）套在进水通道（3）的进水端外侧，所述钻杆（1）的尾端固定连接有限位环（9），所述限位环（9）的外侧与进水环（10）的内侧滑动连接，所述进水环（10）上连通有进水管（12），所述回水环（8）套设在回水通道（22）出水端的外侧，所述回水环（8）上连通有抽取管（11）。
4.根据权利要求3所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：所述环形槽（4）的外侧还固定连接有转盘（23），所述转盘（23）的内侧开设有左右贯穿的通孔（25），所述转盘（23）设置在回水通道（22）的进水端和环形气囊（27）之间，所述转盘（23）朝向钻头（2）的一侧固定连接有螺旋推片（26）。
5.根据权利要求4所述的一种瓦斯治理用钻孔防喷孔装置，其特征在于：该装置还包括底座（21），所述底座（21）的内侧从右到左依次滑动连接有第一滑块（20）、第二滑块（28）和第三滑块（29），所述钻杆（1）的内侧呈内六角状设置，所述钻杆（1）的内侧滑动连接有六角杆（14），六角杆（14）与钻杆（1）的内侧滑动连接，所述六角杆（14）的末端固定连接有内磁环（18），所述第一滑块（20）的顶端固定连接有外磁环（19），所述外磁环（19）套设在内磁环（18）的外侧，所述底座（21）的一端内侧固定连接有第二电机（17），所述第二电机（17）的主轴末端固定连接有螺杆（30），所述螺杆（30）的外侧与第一滑块（20）的内侧螺旋连接。...
【专利技术属性】
技术研发人员：张远亮，陈文杰，高贞财，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
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