CN114215585A - 立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，属于煤矿安全领域，包括以下步骤：S1：依据现场工程需求，在回采工作面顺槽内的煤壁上施工开孔；S2：开启钻机，使得钻杆嵌入套、钻杆产生旋转运动，进而带动钻杆端部的钻头对煤体进行切削；S3：随着钻头对煤体切削作业的进行，产生的煤屑沿钻杆外壁的螺旋凹槽逐步运动至钻孔孔口；随着钻进的不断进行，同时开启钻机使夹持装置向钻孔延伸的方向运动，进而使得支撑架在滑移平台上往钻孔延伸的方向运动；S4：待四个钻孔钻进至预定深度后，随即关闭钻机，并拆除传动杆与夹持装置、旋转驱动杆的连接；而后拉动支撑架，并拆除钻杆嵌入套与钻杆的连接。

Description

立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法

技术领域

本发明属于煤矿安全领域，涉及一种立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法。

背景技术

我国煤层的基础条件差，透气性普遍较低，瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出的主要技术措施，探索更为有效的抽采瓦斯的措施在我国显得更重要。根据弹塑性力学理论，钻孔周围应力高于煤层原始应力，钻孔壁附近形成一个塑性圈。当第2个钻孔从第1个钻孔上或下面交叉穿过时，第2个钻孔由于受第1个钻孔应力集中的影响，其塑性圈向外扩展。同理，第1个钻孔由于受第2个钻孔的影响，其塑性区也要向外扩展，而且在一定高程差下，交叉钻孔的塑性区存在相交的情况，塑性区相交在本质上增加了煤体的裂隙，使煤体的透气性增强，有利于瓦斯的解吸、流动与抽采。目前，由于受煤层瓦斯地质条件的限制，我国西南诸多矿井尚不适宜于采用先进的长距离定向钻孔抽采煤层瓦斯工艺，仍然采用密集平行钻孔、平面交叉钻孔和立体交叉钻孔抽采瓦斯的方式。大量的现场工程实践表明：密集平行钻孔、平面交叉钻孔和立体交叉钻孔中，当属立体交叉钻孔抽采瓦斯的衰减系数最小，平均百米钻孔抽采量最大；此外，在同等钻孔工程量下，立体交叉钻孔的抽采能力往往是密集平行钻孔和平面交叉钻孔的数倍以上，故立体交叉钻孔的抽采效率明显高于密集平行钻孔和平面交叉钻孔。但由于立体交叉钻孔的方位角不同，因此在井下实际的施工过程中需在施工完一钻孔后，随即进行挪动钻机的作业，并调整施钻的方位角，使得施工的钻孔在空间上呈现立体交叉的格局。故，传统的立体交叉瓦斯抽采钻孔的施工效率较低，且人员劳动强度大。此外，若煤层厚度较薄，此时施工密集平行或平面交叉钻孔的瓦斯抽采效率与立体交叉钻孔相当。综上所述，目前针对煤矿井下回采工作面立体交叉钻孔的施工中普遍存在的挪钻工序频繁、施工效率低且人员劳动强度大的问题，亟需研发一种新型的高效作业方法，提高立体交叉瓦斯抽采钻孔的施工效率，减轻井下作业人员的劳动强度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，针对煤矿井下回采工作面立体交叉钻孔的施工中普遍存在的挪钻工序频繁、施工效率低且人员劳动强度大的问题，采用传动杆将钻机的夹持装置与旋转驱动杆连接，则可通过开启钻机使得传动杆与旋转驱动杆产生旋转运动，进而带动旋转曲轴产生以传动杆轴心为圆心的圆周运动，则使得与钻杆嵌入套连接的钻杆产生旋转运动，同时，由于钻杆的另一端与钻头连接，进而实现4个钻头同步对煤体进行切削。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，包括以下步骤：

S1：依据现场工程需求，在回采工作面顺槽内的煤壁上施工开孔；

S2：开启钻机，使得传动杆在钻机的驱动下产生旋转运动；所述传动杆与钻机的夹持装置连接，另一端与旋转驱动杆连接，在钻机开启后产生相同的旋转运动，所述旋转驱动杆的另一端与旋转曲轴连接，旋转驱动杆的旋转运动使得旋转曲轴做以传动杆轴线为圆心的圆周运动，进而带动十字旋转轴产生以传动杆轴线为圆心的圆周运动，使得钻杆旋转摇柄产生以各自对应铰链中心的圆周运动，最终使得钻杆嵌入套、钻杆产生旋转运动，进而带动钻杆端部的钻头对煤体进行切削；

S3：随着钻头对煤体切削作业的进行，产生的煤屑沿钻杆外壁的螺旋凹槽逐步运动至钻孔孔口；随着钻进的不断进行，同时开启钻机使夹持装置向钻孔延伸的方向运动，进而使得支撑架在滑移平台上往钻孔延伸的方向运动，从而带动支撑架上的旋转驱动杆、旋转曲轴、十字旋转轴、钻杆旋转摇柄、圆盘座和钻杆整体往钻孔延伸的方向运动；

S4：待四个钻孔钻进至预定深度后，随即关闭钻机，并拆除传动杆与夹持装置、旋转驱动杆的连接；而后拉动支撑架，并拆除钻杆嵌入套与钻杆的连接。

进一步，步骤S1中，若工程仅施工平行钻孔，则将钻杆与钻杆嵌入套连接，所述钻杆嵌入套有四个，对称分布在圆盘座上，所述圆盘座与钻杆旋转摇柄旋转连接。

进一步，步骤S1中，若工程施工立体交叉钻孔，则将位于圆盘座下方的两个钻杆嵌入套与锥齿联轴器相连，并依据立体交叉钻孔的设计参数，通过调整第一锥齿固定架和第二锥齿固定架使钻杆的延伸方向满足设计方位角的要求；并将螺栓拧入固定杆下方的螺纹固定孔内，使其固定于支撑架的底部；而后，执行S2～S3，直至四个钻孔钻进至预定深度后，关闭钻机，并拆除传动杆与夹持装置、旋转驱动杆的连接；而后拉动支撑架，并拆除钻杆嵌入套与锥齿联轴器以及钻杆的连接。

本发明的有益效果在于：本发明提出了立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，解决了煤矿井下回采工作面立体交叉钻孔的施工中普遍存在的挪钻工序频繁、施工效率且人员劳动强度大的问题；采用传动杆将钻机的夹持装置与旋转驱动杆连接，则可通过开启钻机使得传动杆与旋转驱动杆产生旋转运动，进而带动旋转曲轴产生以传动杆轴心为圆心的圆周运动，则使得与钻杆连接的钻杆嵌入套产生旋转运动，同时，由于钻杆的另一端与钻头连接，进而实现4个钻头同步对煤体进行切削。本发明的立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，与以往的施工方法相比具有以下优点：

(1)本发明特有的立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，即可实现4个立体交叉钻孔的同步施工，大幅度的降低了煤矿井下作业人员的劳动强度，本方法仅需一台钻机开启一次的作业，减少了挪钻的工序；

(2)本发明特有的立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，设有4个钻头，可通过锥齿联轴器的组合，任意施工平面密集以及立体交叉钻孔，使施工钻孔的形式具备了多样性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为立体交叉钻孔布置图；

图2为本方法采用的***结构图；

图3为锥齿联轴器结构示意图。

附图标记：钻杆1、钻杆嵌入套2、钻机3、传动杆4、夹持装置5、旋转驱动杆6、旋转曲轴7、十字旋转轴8、钻杆旋转摇柄9、圆盘座10、平行固定套11、支撑架12、滑移平台13、第一锥齿固定架14、第二锥齿固定架15、固定杆16、螺纹固定孔17

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，本发明提供一种立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，包括以下步骤：

S1：依据现场工程需求，在回采工作面顺槽内的煤壁上施工开孔：若工程仅需施工平行钻孔，则将钻杆1直接与钻杆嵌入套2通过螺纹进行连接，其中，钻杆嵌入套2有四个，并对称分布在圆盘座10上，固定在圆盘座的平行固定套11内，所述圆盘座10与钻杆旋转摇柄9旋转连接。

S2：而后开启钻机3，使得传动杆4在钻机3的驱动下产生旋转运动；所述传动杆4与钻机3的夹持装置5连接，另一端与旋转驱动杆6通过螺纹进行连接；进而旋转驱动杆6与传动杆4合为一体，在钻机3开启后随即均产生相同的旋转运动，所述旋转驱动杆6的另一端与旋转曲轴7连接，旋转驱动杆6的旋转运动将使得旋转曲轴7做以传动杆4轴线为圆心的圆周运动，进而带动十字旋转轴8以产生以传动杆4轴线为圆心的圆周运动，进一步使得钻杆旋转摇柄9产生以各自对应铰链中心的圆周运动，最终使得钻杆嵌入套2、钻杆1产生旋转运动，进而带动钻杆1端部的钻头对煤体进行切削；

S3：随着钻头对煤体切削作业的进行，产生的煤屑将沿钻杆1外壁的螺旋凹槽逐步运动至钻孔孔口；随着钻进的不断进行，需同时开启钻机3使夹持装置5向钻孔延伸的方向运动，进而使得支撑架12在滑移平台13上往钻孔延伸的方向运动，上述旋转驱动杆6、旋转曲轴7、十字旋转轴8、钻杆旋转摇柄9、圆盘座10都是设置在支撑架12上，从而可以在滑移平台13上进行滑动的。

S4：待4个钻孔钻进至预定深度后，随即关闭钻机3，并拆除传动杆4与夹持装置5、旋转驱动杆6的连接；而后拉动支撑架12，并拆除钻杆嵌入套2与钻杆1的连接；

S5：若工程需施工立体交叉钻孔，则将圆盘座10下方的两个钻杆嵌入套2与锥齿联轴器相连，并依据立体交叉钻孔的设计参数，通过调整第一锥齿固定架14、第二锥齿固定架15使钻杆的延伸方向满足设计方位角的要求；并将螺栓拧入固定杆16下方的螺纹固定孔17内，使其固定于支撑架12的底部；而后，重复S2～S3，直至4个钻孔钻进至预定深度后，随即关闭钻机3，并拆除传动杆4与夹持装置5、旋转驱动杆6的连接；而后拉动支撑架12，并拆除钻杆嵌入套2与锥齿联轴器以及钻杆1的连接。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：依据现场工程需求，在回采工作面顺槽内的煤壁上施工开孔；

S2：开启钻机，使得传动杆在钻机的驱动下产生旋转运动；所述传动杆与钻机的夹持装置连接，另一端与旋转驱动杆连接，在钻机开启后产生相同的旋转运动，所述旋转驱动杆的另一端与旋转曲轴连接，旋转驱动杆的旋转运动使得旋转曲轴做以传动杆轴线为圆心的圆周运动，进而带动十字旋转轴产生以传动杆轴线为圆心的圆周运动，使得钻杆旋转摇柄产生以各自对应铰链中心的圆周运动，最终使得钻杆嵌入套、钻杆产生旋转运动，进而带动钻杆端部的钻头对煤体进行切削；

S3：随着钻头对煤体切削作业的进行，产生的煤屑沿钻杆外壁的螺旋凹槽逐步运动至钻孔孔口；随着钻进的不断进行，同时开启钻机使夹持装置向钻孔延伸的方向运动，进而使得支撑架在滑移平台上往钻孔延伸的方向运动，从而带动支撑架上的旋转驱动杆、旋转曲轴、十字旋转轴、钻杆旋转摇柄、圆盘座和钻杆整体往钻孔延伸的方向运动；

S4：待四个钻孔钻进至预定深度后，随即关闭钻机，并拆除传动杆与夹持装置、旋转驱动杆的连接；而后拉动支撑架，并拆除钻杆嵌入套与钻杆的连接。

2.根据权利要求1所述的立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，其特征在于：步骤S1中，若工程仅施工平行钻孔，则将钻杆与钻杆嵌入套连接，所述钻杆嵌入套有四个，对称分布在圆盘座上，所述圆盘座与钻杆旋转摇柄旋转连接。

3.根据权利要求1所述的立体交叉瓦斯抽采钻孔的同步施工方法，其特征在于：步骤S1中，若工程施工立体交叉钻孔，则将位于圆盘座下方的两个钻杆嵌入套与锥齿联轴器相连，并依据立体交叉钻孔的设计参数，通过调整第一锥齿固定架和第二锥齿固定架使钻杆的延伸方向满足设计方位角的要求；并将螺栓拧入固定杆下方的螺纹固定孔内，使其固定于支撑架的底部；而后，执行S2～S3，直至四个钻孔钻进至预定深度后，关闭钻机，并拆除传动杆与夹持装置、旋转驱动杆的连接；而后拉动支撑架，并拆除钻杆嵌入套与锥齿联轴器以及钻杆的连接。

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