CN101446178A - 井下松软突出煤层中风压空气钻进装备及配套工艺 - Google Patents

井下松软突出煤层中风压空气钻进装备及配套工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种井下松软突出煤层中风压空气钻进装备及配套工艺。目前，施工速度快、成本低、瓦斯抽采率高的顺层钻孔将成为煤矿防治煤与瓦斯治理的主要选择；对于松软突出煤层，顺层钻孔的成孔率就直接决定了瓦斯抽采效率。本发明包括钻机、空压机、孔口集尘除尘装置、高强度大通孔钻杆、内芯自动脱落钻头和抗静电防爆PVC筛管，一大功率大扭矩钻机，为钻孔施工提供动力保障；一孔口集尘除尘装置，将钻进过程中孔内风力排出的煤渣收集消除；一抗静电防爆PVC筛管，钻进完毕后在不提钻情况下从高强度大通径钻杆内部向孔底输送筛管并最终使其留在孔内，保证钻孔的完整性。本发明的装备及配套工艺有助于提高松软突出煤层顺层钻孔的成孔率，提高瓦斯抽采效果，并改善井下空气钻进工作环境，保障突出煤矿的生产安全。

Description

井下松软突出煤层中风压空气钻进装备及配套工艺
技术领域
本发明涉及煤矿井下钻进装备与工艺配套，具体涉及一种井下松软突出煤层中风压空气钻进装备及配套工艺。
技术背景
防治煤与瓦斯突出是我国煤矿面临的重大任务，而进行瓦斯抽采是确保矿井安全的根本措施。自国家颁布煤矿瓦斯治理方针以来，瓦斯抽采技术日益发展。特别是网格式密集穿层孔的应用，对于缓解松软突出煤层瓦斯治理压力、提高瓦斯抽采效率、降低煤与瓦斯突出危险性，起到了积极的作用。但同时穿层孔的施工量大，成本高，速度低。而与穿层孔相比，顺层钻孔的瓦斯抽采优势明显：顺层钻孔全部处在煤层内部，有效抽采率高；顺层钻孔施工速度快，成本低。为了最大发挥顺层钻孔的优势，必须提高顺层钻孔的孔深和孔径。对于松软突出煤层而言，煤层稳定性差，瓦斯含量高，压力大，顺层钻孔施工过程中易发生塌孔卡钻事故，这样又局限了顺层孔的应用。目前，国内对于松软突出煤层瓦斯的治理问题，大多采用间接的穿层孔方法；而采用顺层钻孔抽采瓦斯的矿井，其顺层钻孔施工深度有限，基本都在100m以下，并且钻孔孔径较小。如何提高松软突出煤层的瓦斯治理效率是目前研究的重要课题。
从目前的技术发展形势看，施工速度快、成本低、瓦斯抽采率高的顺层钻孔将成为煤矿防治煤与瓦斯治理的主要选择。特别对于松软突出煤层，顺层钻孔的成孔率就直接决定了瓦斯抽采效率。为了提高松软煤层顺层钻孔的成孔率，需要对目前的常规施工装备和配套工艺进行改进。
发明内容
本发明提供一种井下松软突出煤层中风压空气钻进装备及配套工艺，能够改善目前针对松软突出煤层瓦斯治理的顺层孔施工方法，增加顺层孔的有效孔深，提高顺层孔成孔率；有利于煤层瓦斯抽采，减少煤与瓦斯突出灾害发生几率；降低防突成本，提高安全生产效率。
本发明所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，包括钻机、空压机、孔口集尘除尘装置、高强度大通孔钻杆、内芯自动脱落钻头和抗静电防爆PVC筛管，其特征在于：空压机出风口用高压管直接与钻杆连接，通过钻杆内孔向钻孔内提供压力风源。
所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其孔口集尘除尘装置与孔口管直接连接，将钻孔密封成一个密闭空间，有利于孔内煤渣的统一收集处理。
所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其孔口集尘除尘装置在工作时，通过喷头向除尘装置内部喷射水雾以助消尘。
所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其高强度大通孔钻杆内径大于抗静电防爆PVC筛管外径，既能满足正常钻进的强度需要，也能满足从钻杆内输送抗静电防爆PVC筛管的空间需要。
所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其抗静电防爆PVC筛管是在抗静电防爆PVC管管壁上打孔而成，使其具有透气性；钻进成孔结束后先不提钻，通过高强度大通孔钻杆内部向孔底输送抗静电防爆PVC筛管并最终使其留在孔内，确保松软突出煤层钻孔的完整性，提高瓦斯抽采效率。
所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其内芯自动脱落钻头由内芯和钻头体两部分组成，当抗静电防爆PVC筛管输送到孔底提钻时，内芯受抗静电防爆PVC筛管轴向力作用自动与钻头体脱落，由此打开通道使抗静电防爆PVC筛管能够在提钻过程中顺利留在孔内。
本发明的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备的配套工艺，包括以下步骤：
第一步，定位安装钻孔设备：固定钻机，根据钻场情况合理布置空压机的位置；
第二步，在高强度大通孔钻杆上通过转换接头连接一大口径钻头，开孔，使其满足下孔口管要求；
第三步，下孔口管，安装孔口集尘除尘装置；
第四步，更换连接自动脱落钻头，连接供风装置，开始正常钻进：动力头回转速度控制在120-200r/min之间，钻进给进速度控制在1-2m/min之间，供风压力最大可达1.2MPa，匀速钻进，直至钻进至目标孔深；
第五步，达到钻孔深度，停钻，拆除供风装置，开始从高强度大通孔钻杆内部往孔内输送抗静电防爆PVC筛管直至孔底，提钻，内芯自动脱落钻头的内芯受抗静电防爆PVC筛管轴向力作用自动与钻头体脱落，保证抗静电防爆PVC筛管留在孔内同时，正常提钻；
第六步，提钻完毕，拆除机具，完孔。
本发明与现有技术相比，实用性强，并且维护方便，完全可以满足煤矿井下松软突出煤层顺煤层瓦斯抽采钻孔的钻进要求；采用了独立供风的空压机，其供风压力和风量是目前大多数所用的矿井***风源的两倍以上，在孔口集尘除尘装置的配合使用下，大大降低了工作面粉尘，同时采用的大通径钻杆和内芯自动脱落式钻头，增强了输送筛管可操作性，有效的提高了顺层孔的成孔率，极大的提高了松软突出煤层瓦斯治理效率，保障矿井生产安全。
附图说明
图1是本发明的钻场施工俯视示意图。
图2是孔口集尘除尘装置示意图。
图3是内芯可脱落钻头结构示意图。
图4是为图3的剖面视图。
图5是抗静电防爆PVC筛管结构示意图。
具体实施例
参见图1，本发明所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，包括钻机、空压机、孔口集尘除尘装置、高强度大通孔钻杆、内芯自动脱落钻头和抗静电防爆PVC筛管，其特征在于：空压机出风口用高压管直接与钻杆连接，通过钻杆内孔向钻孔内提供压力风源。
参见图2，所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其孔口集尘除尘装置与孔口管直接连接，将钻孔密封成一个密闭空间，有利于孔内煤渣的统一收集处理。煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其孔口集尘除尘装置在工作时，通过喷头向除尘装置内部喷射水雾以助消尘。
所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其高强度大通孔钻杆内径大于抗静电防爆PVC筛管外径，既能满足正常钻进的强度需要，也能满足从钻杆内输送抗静电防爆PVC筛管的空间需要。
参见图5，所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其抗静电防爆PVC筛管是在抗静电防爆PVC管管壁上打孔而成，使其具有透气性；钻进成孔结束后先不提钻，通过高强度大通孔钻杆内部向孔底输送抗静电防爆PVC筛管并最终使其留在孔内，确保松软突出煤层钻孔的完整性，提高瓦斯抽采效率。
参见图3，图4，所述的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其内芯自动脱落钻头由内芯和钻头体两部分组成，当抗静电防爆PVC筛管输送到孔底提钻时，内芯受抗静电防爆PVC筛管轴向力作用自动与钻头体脱落，由此打开通道使抗静电防爆PVC筛管能够在提钻过程中顺利留在孔内。
本发明的煤矿井下松软突出煤层中风压空气钻进装备的配套工艺，包括以下步骤：
第一步，定位安装钻孔设备：固定钻机，根据钻场情况合理布置空压机的位置；
第二步，在高强度大通孔钻杆上通过转换接头连接一大口径钻头，开孔，使其满足下孔口管要求；
第三步，下孔口管，安装孔口集尘除尘装置；
第四步，更换连接自动脱落钻头，连接供风装置，开始正常钻进：动力头回转速度控制在120-200r/min之间，钻进给进速度控制在1-2m/min之间，供风压力最大可达1.2MPa，匀速钻进，直至钻进至目标孔深；
第五步，达到钻孔深度，停钻，拆除供风装置，开始从高强度大通孔钻杆内部往孔内输送抗静电防爆PVC筛管直至孔底，提钻，内芯自动脱落钻头的内芯受抗静电防爆PVC筛管轴向力作用自动与钻头体脱落，保证抗静电防爆PVC筛管留在孔内同时，正常提钻；
第六步，提钻完毕，拆除机具，完孔。

Claims (7)

1、井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，包括钻机(1)、空压机(2)、孔口集尘除尘装置(3)、高强度大通孔钻杆(4)、内芯自动脱落钻头(5)和抗静电防爆PVC筛管(6)，其特征在于：所述的空压机(2)出风口通过高压管与向钻孔内提供压力风源的高强度大通孔钻杆(4)连接。
2、根据权利要求1所述的井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其特征在于：所述的孔口集尘除尘装置(3)与孔口管连接，构成一个密闭空间。
3、根据权利要求1或2所述的井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其特征在于：所述的孔口集尘除尘装置(3)内设置向除尘装置内部喷射水雾的喷头(7)。
4、根据权利要求3所述的井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其特征在于：所述的高强度大通孔钻杆(4)内径大于抗静电防爆PVC筛管(6)外径。
5、根据权利要求3所述的井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其特征在于：所述的抗静电防爆PVC筛管(6)为管壁上设置透气孔的抗静电防爆PVC管。
6、根据权利要求3所述的井下松软突出煤层中风压空气钻进装备，其特征在于：所述的内芯自动脱落钻头(5)由内芯和钻头体两部分组成，内芯受轴向力时可与钻头体分离。
7、松软突出煤层中风压空气钻进装备的配套工艺，其特征在于：其操作包括以下步骤：
第一步，定位安装钻孔设备：固定钻机(1)，根据钻场情况合理布置空压机(2)的位置；
第二步，在高强度大通孔钻杆(4)上连接一大口径钻头，开孔，使其满足下孔口管要求；
第三步，下孔口管，安装孔口集尘除尘装置(3)；
第四步，更换连接内芯自动脱落钻头(5)，连接供风装置，开始正常钻进：动力头回转速度控制在120-200r/min之间，钻进给进速度控制在1-2m/min之间，供风压力最大可达1.2MPa，匀速钻进，直至钻进至目标孔深；
第五步，达到钻孔深度，停钻，拆除供风装置，开始从高强度大通孔钻杆(4)内部往孔内输送抗静电防爆PVC筛管(6)直至孔底，提钻，内芯自动脱落钻头(5)的内芯(8)受抗静电防爆PVC筛管(6)轴向力作用自动与钻头体(9)脱落，保证抗静电防爆PVC筛管(6)留在孔内同时，正常提钻；
第六步，提钻完毕，拆除机具，完孔。
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