技術(shù)領域

本發(fā)明涉及礦山機械領域，特別涉及一種移動式上向反井鉆機。

背景技術(shù)：

反井鉆機工藝原理是通過鉆機的電機帶動液壓泵，液壓泵驅(qū)動液壓馬達，并驅(qū)動動力頭，利用液壓動力將扭矩傳遞給鉆具系統(tǒng)，帶動鉆桿及鉆頭旋轉(zhuǎn)，導孔鉆頭或擴孔鉆頭上的滾刀在鉆壓的作用下，沿井底巖石工作面做純滾動或微量滑移。同時主機油缸產(chǎn)生的軸向拉、壓力，也通過動力頭、鉆桿作用在導孔鉆頭或擴孔鉆頭上，使導孔鉆頭的滾刀在鉆壓作用下滾動，產(chǎn)生沖擊荷載，使?jié)L刀齒對巖石產(chǎn)生沖擊、擠壓和剪切作用，破碎巖石。采用反井鉆機進行鉆井，具有工藝簡單、鉆井速度快、適應性強等優(yōu)點。然而現(xiàn)有反井鉆井工藝無法在現(xiàn)有坑道內(nèi)對坑道上方的地層進行鉆井施工，如果需要對現(xiàn)有坑道上方的地層進行鉆井施工，那就需要在預鉆井位置的上方新開挖一條坑道，或者直接采用別的工藝進行鉆井施工，不僅耗費大量的工時，而且還耗費大量的人力和物力，無法體現(xiàn)出反井鉆機在單一坑道中對坑道上方地層進行鉆井施工的優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種在現(xiàn)有坑道中對坑道上方地層進行井筒鉆進的移動式上向反井鉆機，免去現(xiàn)有反井鉆井工藝需要開挖兩條坑道的麻煩，有利于節(jié)省井筒鉆進過程中工程耗時，而且有利于節(jié)省人力物力，降低井筒鉆進成本。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：上向反井鉆井工藝，包括如下步驟：

(1)對待鉆地層進行地質(zhì)調(diào)查，確定所述地層的傾角大??；

(2)安裝上向反井鉆機；

(3)井筒鉆進；

(4)井壁支護。

上述上向反井鉆井工藝，步驟(1)包括如下步驟：

(a)確定待鉆井筒位置

(b)對地質(zhì)、設計部門提供的地質(zhì)資料進行調(diào)研，并根據(jù)調(diào)研結(jié)果，判斷待鉆井筒所在位置附近地層中地層傾角的大小，以便判斷中待鉆井筒所在位置上方地層中巖石的可鉆性。

上述上向反井鉆井工藝，步驟(2)包括如下步驟：

(A)沿坑道將上向反井鉆機運至待鉆井筒所在位置的下方；

(B)將上向反井鉆機機架豎起，然后安裝上向反井鉆機。

上述上向反井鉆井工藝，步驟(3)包括如下步驟：

(i)對待鉆井筒所在坑道段進行支護；

(ii)對待鉆井筒井口周圍地層進行預固化處理；

(iii)井筒鉆進。

上述上向反井鉆井工藝，步驟(ii)中采用速凝水泥漿對待鉆井筒井口周圍地層進行預固化處理。

上述上向反井鉆井工藝，步驟(4)中：反井鉆井成井后，利用上向反井鉆機機架和升降設備，在井筒內(nèi)設置吊盤，通過配備一套提升系統(tǒng)擔負運送材料和人員的功能，對于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的地層，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管澆筑內(nèi)層井壁；對于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的地層，利用錨桿噴漿支護，完成井筒全部作業(yè)。

上述上向反井鉆井工藝，所述上向反井鉆機為移動式上向反井鉆機，所述移動式上向反井鉆機包括鉆井裝置和移動裝置；

所述鉆井裝置包括鉆機支撐機構(gòu)、主推油缸、動力頭和鉆具，所述鉆機支撐機構(gòu)包括下支撐、底座、導向柱、頂梁和上支撐；所述下支撐的上端與所述導向柱的下端固定連接，所述導向柱的上端與所述上支撐的下端固定連接；所述底座安裝在臨近所述導向柱的下端的所述導向柱上，所述頂梁安裝在臨近所述導向柱的上端的所述導向柱上，所述主推油缸安裝在位于所述底座與所述頂梁之間的所述導向柱上，所述主推油缸可沿著所述導向柱滑動；所述主推油缸的伸縮部與所述底座固定連接，所述主推油缸與所述動力頭固定連接，所述動力頭與所述鉆具傳動連接；

所述移動裝置包括載重臺，所述載重臺上兩個位置相對的側(cè)面上安裝有履帶行走機構(gòu)；所述底座與所述載重臺的第一端鉸接；所述主推油缸通過起落架拉桿與所述載重臺連接，所述起落架拉桿的一端與所述主推油缸鉸接，所述起落架拉桿的另一端與所述載重臺的第一端鉸接；所述載重臺上臺面上設有支撐機構(gòu)，在所述鉆井裝置裝載在所述載重臺上時，所述頂梁放在所述支撐機構(gòu)上；所述載重臺上安裝有大于或等于2N個支腳，N為大于2的自然數(shù)。

上述上向反井鉆井工藝，所述鉆具包括鉆桿和鉆頭所述鉆頭包括先導鉆頭和擴孔鉆頭，所述先導鉆頭下端與所述擴孔鉆頭的上端螺紋連接，所述擴孔鉆頭的下端與所述鉆桿的上端螺紋連接，所述鉆桿的下端通過卸扣裝置與所述動力頭傳動連接；所述移動裝置還包括泵站，所述泵站安裝在所述載重臺上，所述泵站與所述主推油缸流體導通連接。

上述上向反井鉆井工藝，所述頂梁上安裝有可自由開合的卡板和抱卡裝置，所述卡板位于所述抱卡裝置的上方；所述卡板和所述抱卡裝置閉合時，所述卡板和所述抱卡裝置分別與所述鉆桿卡接；位于所述頂梁和所述上支撐之間的所述導向柱上安裝有上活動梁，所述上活動梁上安裝有巖渣收集機構(gòu)，所述巖渣收集機構(gòu)可自由開合；所述巖渣收集機構(gòu)閉合時，所述巖渣收集機構(gòu)與所述鉆桿滑動連接。

上述上向反井鉆井工藝，位于井口與所述鉆頭之間的所述鉆桿上安裝有穩(wěn)定器；所述穩(wěn)定器包括可開合安裝環(huán)，所述安裝環(huán)上安裝有大于或等于3個長度相等的支臂，所述支臂的一端與所述安裝環(huán)固定連接，所述支臂的另一端安裝有滾輪，所述滾輪與井筒內(nèi)壁接觸；所述安裝環(huán)閉合時，所述安裝環(huán)與所述鉆桿固定連接；相鄰的兩個所述穩(wěn)定器之間距離大于或等于8m且小于或等于10m；所述穩(wěn)定器與所述鉆頭之間的距離大于或等于8m且小于或等于10m。

本發(fā)明的有益效果是：

1.采用本發(fā)明可以實現(xiàn)在現(xiàn)有坑道對坑道上方的地層進行井筒鉆進，無需為滿足現(xiàn)有反井鉆井工藝而再開挖一條新坑道，從而降低了井筒開挖的成本，也降低了此類井筒開挖所需的工時，從而加快了工程進度，為后續(xù)施工節(jié)約了大量時間。

2.采用本發(fā)明進行坑道上方地層井筒的鉆進，井筒鉆井過程中無需鉆井液或需要少量的鉆井液，其中鉆井液用以降低鉆頭的溫度，提高鉆頭使用壽命和井筒鉆進速度，保證鉆頭可以進行連續(xù)的施工運轉(zhuǎn)。

3.采用本發(fā)明對高于施工位置的地層進行鉆井，由于無需將大型機械設備搬運到高處，從而解決了大型機械搬運困難的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明移動式上向反井鉆機工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明移動式上向反井鉆機的鉆井裝置完全豎立時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明移動式上向反井鉆機的鉆井裝置收回到移動裝置上過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明移動式上向反井鉆機的鉆井裝置被完全收回到移動裝置上時的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-下支撐，2-底座，3-導向柱，4-頂梁，5-上支撐，6-主推油缸，7-動力頭，8-卸扣裝置，9-鉆桿，10-擴孔鉆頭，11-先導鉆頭，12-泵站，13-穩(wěn)定器,14-伸縮部，15-上活動梁，16-巖渣收集機構(gòu)，17-卡板，18-抱卡裝置，19-履帶行走機構(gòu)，20-支腳，21-載重臺，22-支撐機構(gòu)，23-巖渣外運站，24-支臂，25-滾輪，26-起落架拉桿。

具體實施方式

為清楚說明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實施例并結(jié)合附圖詳細說明。

實施例1

地層不穩(wěn)定的地區(qū)進行坑道開挖和井筒開挖均需要進行預先支護，以防止出現(xiàn)塌方造成事故，這是地層不穩(wěn)定地區(qū)進行地下施工的基本要求。

本發(fā)明中所用的上向反井鉆機為移動式上向反井鉆機,如圖1～4所示，所述移動式上向反井鉆機包括鉆井裝置和移動裝置。

其中，所述鉆井裝置包括鉆機支撐機構(gòu)、主推油缸6、動力頭7和鉆具，所述鉆機支撐機構(gòu)包括下支撐1、底座2、導向柱3、頂梁4和上支撐5；所述下支撐1的上端與所述導向柱3的下端固定連接，所述導向柱3的上端與所述上支撐5的下端固定連接；所述底座2安裝在臨近所述導向柱3的下端的所述導向柱3上，所述頂梁4安裝在臨近所述導向柱3的上端的所述導向柱3上，所述主推油缸6安裝在位于所述底座2與所述頂梁4之間的所述導向柱3上，所述主推油缸6可沿著所述導向柱3滑動；所述主推油缸6的伸縮部14與所述底座2固定連接，所述主推油缸6與所述動力頭7固定連接，所述動力頭7與所述鉆具傳動連接。其中，所述鉆具包括鉆桿9和鉆頭所述鉆頭包括先導鉆頭11和擴孔鉆頭10，所述先導鉆頭11下端與所述擴孔鉆頭10的上端螺紋連接，所述擴孔鉆頭10的下端與所述鉆桿9的上端螺紋連接，所述鉆桿9的下端通過卸扣裝置8與所述動力頭7傳動連接；所述移動裝置還包括泵站12，所述泵站12安裝在所述載重臺21上，所述泵站12與所述主推油缸6流體導通連接。

所述移動裝置包括載重臺21，所述載重臺21上兩個位置相對的側(cè)面上安裝有履帶行走機構(gòu)19；所述底座2與所述載重臺21的第一端鉸接；所述主推油缸6通過起落架拉桿26與所述載重臺21連接，所述起落架拉桿26的一端與所述主推油缸6鉸接，所述起落架拉桿26的另一端與所述載重臺21的第一端鉸接；所述載重臺21上臺面上設有支撐機構(gòu)22，在所述鉆井裝置裝載在所述載重臺21上時，所述頂梁4放在所述支撐機構(gòu)22上；所述載重臺21上安裝有大于或等于2N個支腳20，N為大于2的自然數(shù)。

所述頂梁4上安裝有可自由開合的卡板17和抱卡裝置18，所述卡板17位于所述抱卡裝置18的上方；所述卡板17和所述抱卡裝置18閉合時，所述卡板17和所述抱卡裝置18分別與所述鉆桿9卡接；位于所述頂梁4和所述上支撐5之間的所述導向3上安裝有上活動梁15，所述上活動梁15上安裝有巖渣收集機構(gòu)16，所述巖渣收集機構(gòu)16可自由開合；所述巖渣收集機構(gòu)16閉合時，所述巖渣收集機構(gòu)16與所述鉆桿9滑動連接。

且在井筒鉆進過程中，隨著井筒深度增加，位于井口與所述鉆頭之間的所述鉆桿9上增加安裝有穩(wěn)定器13；所述穩(wěn)定器13包括可開合安裝環(huán)，所述安裝環(huán)上安裝有大于或等于3個長度相等的支臂24，所述支臂24的一端與所述安裝環(huán)固定連接，所述支臂24的另一端安裝有滾輪25，所述滾輪25與井筒內(nèi)壁接觸；所述安裝環(huán)閉合時，所述安裝環(huán)與所述鉆桿9固定連接；相鄰的兩個所述穩(wěn)定器13之間距離大于或等于8m且小于或等于10m；所述穩(wěn)定器13與所述鉆頭之間的距離大于或等于8m且小于或等于10m。

在地層不穩(wěn)定地區(qū)現(xiàn)有坑道里對坑道上方地層進行鉆井施工之前，應待鉆井地層的地質(zhì)情況進行研究分析。根據(jù)地質(zhì)、設計部門提供的地質(zhì)資料進行調(diào)查研究，分析判斷出待鉆井地層的地層傾角大小，以便判斷中待鉆井筒所在位置上方地層中巖石的可鉆性。

在判定待鉆井筒所在位置上方地層中巖石的可鉆性滿足施工要求之后，通過履帶車將所述移動式上向反井鉆機運至待鉆井筒位置的正下方，然后啟動所述泵站12，接著啟動所述主推油缸6，并使所述主推油缸6的所述伸縮部進行收縮，此時由于所述起落架連桿26的一端與所述載重臺的第一端固定連接，所述起落架連桿26的另一端與所述主推油缸6固定連接，因當所述主推油缸6的所述伸縮部14逐漸收縮時，在所述起落架拉桿26的上頂作用下，所述鉆井裝置的上端會逐漸地被拉升，而所述鉆井裝置的下端則會逐漸下降直至與地面充分接觸或者所述伸縮部14收縮完全，此時所述下支撐1的下端與地面完全接觸，而為了保持施工安全，施工場地要求平整，滿足所述鉆井裝置豎直安放的要求。對待鉆井筒所在坑道段進行支護，以避免在對待鉆井筒進行鉆井施工過程中，坑道壁出現(xiàn)崩裂或塌方。在對坑道支護完成之后，為避免待鉆井筒井口周邊的地城出現(xiàn)崩裂或/和脫落，采用速凝水泥漿對待鉆井筒井口周圍地層進行預固化處理，而且為了增強固化效果，可以在待鉆井筒井口周圍地層上打錨固孔，并在錨固孔內(nèi)注入速凝水泥漿，從而避免坑道頂部地層出現(xiàn)巖層或土層崩裂或/脫落影響施工。

在用以固化待鉆井筒井口周圍地層的速凝水泥漿固化的過程中，可以完成所述移動式上向反井鉆機的安裝。由于處于對所述鉆桿9等部件的保護，運送所述移動式上向反井鉆機時，一般會將所述鉆桿9以及所述鉆頭等部件從所述鉆機支撐機構(gòu)上拆卸下來。因而在所述鉆井裝置豎立在施工現(xiàn)場的地面之后，現(xiàn)將所述先導鉆頭11和所述擴孔鉆頭10同軸裝配，然后再將所述先導鉆頭11和所述擴孔鉆頭10與所述鉆桿9同軸裝配，然后再講所述鉆桿9與所述動力頭7通過所述卸扣裝置8固定連接。當所述鉆桿9的長度滿足第一階段井筒鉆進的需求，則可以使所述卡板17和所述抱卡裝置18以及所述巖渣收集機構(gòu)16完全打開，以便于所述鉆頭在所述主推油缸6的驅(qū)動下升高至與坑道上方地層相接處的高度，在所述鉆頭升至預定高度后，將所述巖渣收集機構(gòu)16閉合。由于所述先導鉆頭11在所述擴孔鉆頭10的上方且二者屬于同軸裝配，因而采用這一鉆頭組合可以實現(xiàn)導孔和井筒同時鉆進。

當速凝水泥漿完全固化后，啟動所述移動式上向反井鉆機進行井筒鉆進。井筒鉆進過程中產(chǎn)生的巖渣和土渣會從井筒中直接掉落，落到所述巖渣收集機構(gòu)16上，并由所述巖渣收集機構(gòu)16送至巖渣外運站23，然后由渣土車運出坑道。

在單根鉆桿長度不能滿足井筒鉆進需求時，常常需要將兩個所述鉆桿9同軸連接起來。當所述主推油缸6上升至其可上移的最高點，然后將所述卡板17和所述抱卡裝置18閉合，此時所述卡板17和所述?？ㄑb置18分別與所述鉆桿9卡接，然后通過所述卸扣裝置8解除所述鉆桿9與所述動力頭7之間的連接，接著啟動所述主推油缸6，使所述伸縮部14收縮帶動所述主推油缸6下移，當所述主推油缸6下移至其可下移的最低點，然后將用以增加所述鉆桿9長度的鉆桿與所述動力頭7通過所述卸扣裝置固定連接，然后啟動所述主推油缸6使得所述伸縮部14伸展，使得用以增加所述鉆桿9長度的鉆桿上端靠近所述鉆桿9的下端，然后將原有所述鉆桿9和用以增加原有所述鉆桿9長度的新的所述鉆桿同軸裝配，即可完成所述鉆桿9的長度增加。所述鉆桿9的更換，與所述鉆桿9長度的增加的區(qū)別僅在于原有所述鉆桿9需要拆卸下來。

而由于鉆頭長時間鉆進，鉆頭的溫度會不斷升高，為了避免鉆頭因溫度過高，可在鉆頭鉆進的過程中向鉆頭高速噴射冷凝液，以降低鉆頭溫度，延長鉆頭的使用壽命，提高上向反井鉆機的連續(xù)工作時間。

反井鉆井成井后，先將所述鉆頭和所述鉆桿9按照其裝配順序的反向操作從所述動力頭7上拆卸下來，然后利用所述移動式上向反井鉆機的剩余部分(即上向反井鉆機機架)與升降設備，在井筒內(nèi)設置吊盤，通過配備一套提升系統(tǒng)擔負運送材料和人員的功能，用整體式金屬模板砌壁，無縫鋼管澆筑內(nèi)層井壁。

在井筒內(nèi)壁支護完成后，將所述起落架拉桿26的上端與所述主推油缸6鉸接，然后使所述伸縮部14伸長，所述鉆井裝置的上端則會在所述起落架拉桿26的牽拉作用下逐漸傾斜并向所述載重臺21靠攏，直至所述鉆井裝置的上端落在所述支撐機構(gòu)22上。

實施例2

本實施例中所用移動式上向反井鉆機和實施例1中所用移動式上向反井鉆機相同。

對于地層穩(wěn)定的地區(qū)而言，在現(xiàn)有坑道內(nèi)對坑道上方的地層進行鉆井施工，可以進行簡單的防護處理，例如在待鉆井筒井口周圍的地層上安裝防護網(wǎng)，而且防護網(wǎng)可在井筒鉆成之后拆卸下來在下一個井筒鉆進的施工中繼續(xù)使用。

與地層不穩(wěn)定地區(qū)在現(xiàn)有坑道內(nèi)對坑道上方地層進行鉆井施工一樣，在地層穩(wěn)定地區(qū)，對現(xiàn)有坑道上方地層進行鉆井施工也需對待鉆井地層的地質(zhì)情況進行研究分析。根據(jù)地質(zhì)、設計部門提供的地質(zhì)資料進行調(diào)查研究，分析判斷出待鉆井地層的地層傾角大小，以便判斷中待鉆井筒所在位置上方地層中巖石的可鉆性。

在判定待鉆井筒所在位置上方地層中巖石的可鉆性滿足施工要求之后，將上向反井鉆機運至待鉆井筒位置的正下方，然后將上向反井鉆機機架豎起并對上向反井鉆機進行初裝。在上向反井鉆機初裝完成后，僅需在待鉆井筒井口周圍地層上安裝防護網(wǎng)，以避免較大的碎石塊墜落而砸傷施工人員或砸壞鉆井設備。

當防護網(wǎng)安裝完畢后，完成所述移動式上向反井鉆機安放與組裝，本實施例中的所述移動式上向反井鉆機的安放與組裝的操作與實施例1中的一樣。井筒鉆進過程中產(chǎn)生的巖渣等也是有所述巖渣收集機構(gòu)16收集并運送至所述巖渣外運站，并由渣土車運至坑道外。

而由于鉆頭長時間鉆進，鉆頭的溫度會不斷升高，為了避免鉆頭因溫度過高，可在鉆頭鉆進的過程中向鉆頭高速噴射冷凝液，以降低鉆頭溫度，延長鉆頭的使用壽命，提高上向反井鉆機的連續(xù)工作時間。

由于地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，鉆成的井筒井壁穩(wěn)定，無需進行復雜的支護施工，只需利用錨桿噴漿支護，完成井筒全部作業(yè)。

井筒內(nèi)壁支護完成后，所述移動式上向反井鉆機的拆卸與轉(zhuǎn)運與實施例中的操作相同。

實施例1和2中，井筒鉆進過程中產(chǎn)生的巖渣和土渣在重力的作用下自動沿著井筒墜落下來，無需使用鉆井液將其攜帶出來，而現(xiàn)有反井鉆井工藝在進行導孔鉆進過程中，為了將導孔鉆進過程中產(chǎn)生的巖渣和土渣從導孔中排出，需用鉆井液將其從導孔中攜帶出來，這就減少了鉆井液對鉆桿和鉆頭的損害。而且在實施例1和2中，對現(xiàn)有坑道上方地層進行鉆井施工時，均是在現(xiàn)有單一坑道中進行，不需要在現(xiàn)有坑道的上方開挖出新的坑道，節(jié)約了大量的人力物力，也節(jié)省了大量的時間，便于企業(yè)提高施工效率，降低井筒開挖成本。

上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明創(chuàng)造所作的舉例，而并非對本發(fā)明創(chuàng)造具體實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造權(quán)利要求的保護范圍之中。