煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的洗孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及一種煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的洗孔方法，適合在 低透氣煤層瓦斯抽采過(guò)程中疏通堵塞的抽采鉆孔時(shí)使用。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)高瓦斯礦井?dāng)?shù)量大，分布廣，且大部分高瓦斯礦井為煤與瓦斯突出礦井。與此 同時(shí)，礦井開(kāi)采深度逐年遞增，煤層瓦斯含量進(jìn)一步增加，突出煤層數(shù)量呈增加趨勢(shì)。鉆孔 預(yù)抽瓦斯是治理煤礦瓦斯災(zāi)害最普遍的方法之一，但突出煤層一般松軟，尤其是西南地區(qū)， 93. 14%的煤礦可采煤層都是具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的松軟煤層。由于煤巖體強(qiáng)度低，瓦 斯抽采鉆孔成孔后，收到地應(yīng)力、瓦斯應(yīng)力以及采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的影響，松軟煤層鉆孔孔壁易跨 塌，鉆孔易變形。當(dāng)鉆孔垮塌、堵塞時(shí)，瓦斯流通受阻礙，極易造成鉆孔的報(bào)廢，縮短鉆孔使 用壽命，影響抽采效果，威脅煤礦安全生產(chǎn)。
[0003] 針對(duì)松軟煤層易發(fā)生塌孔等問(wèn)題，有學(xué)者提出鉆孔固孔、防塌孔等解決措施，如中 國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN102226389A公開(kāi)的《煤礦鉆孔防塌孔管網(wǎng)和防塌孔方法》與CN103114810A 公開(kāi)的《一種煤層鉆孔防塌孔隨鉆鉆進(jìn)下套筒裝置及鉆孔方法》，但是所提出的方法在實(shí) 行過(guò)程存在以下問(wèn)題：改進(jìn)后鉆頭與鉆具往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，制造成本較高，不適應(yīng)煤礦 井下施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄空間，導(dǎo)致鉆孔效率低；且仍不能完全解決鉆孔的垮塌、堵塞問(wèn)題。而對(duì) 于煤礦中大量存在的垮塌、堵塞鉆孔，現(xiàn)在主要采用機(jī)械鉆具再次鉆進(jìn)抽采孔的方法解堵。 CNI02312660A公告的《清孔鉆具》設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械清孔鉆具，但是使用機(jī)械鉆 具補(bǔ)打鉆孔不僅成本高，并存在鉆機(jī)對(duì)孔困難、鉆孔效率低、退鉆需要浪費(fèi)大量時(shí)間、鉆孔 后需再次封孔等問(wèn)題。結(jié)合水射流在松軟煤層增透中的成功應(yīng)用，有人提出利用水射流洗 孔，如CN103015898A公開(kāi)的《一種礦用水力作業(yè)機(jī)》設(shè)計(jì)了一種瓦斯抽采孔水力作業(yè)機(jī)， 該設(shè)計(jì)運(yùn)用了高壓水射流對(duì)瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行了洗孔，該方法較以往機(jī)械鉆頭具有更高效 率，但仍存在以下問(wèn)題：設(shè)計(jì)的水力作業(yè)機(jī)體型龐大、難以適應(yīng)井下狹小作業(yè)空間；使用的 纏繞鋼管硬度大、易疲勞損壞，鉆進(jìn)過(guò)程中容易在強(qiáng)制推進(jìn)過(guò)程中發(fā)生卡鉆、鉆偏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對(duì)松軟煤層瓦斯抽采鉆孔易垮塌、堵塞，影響瓦斯抽采效率，威脅煤礦 安全生產(chǎn)等問(wèn)題，根據(jù)煤礦的實(shí)際作業(yè)環(huán)境以及鉆孔的煤巖體性質(zhì)，提出利用自進(jìn)式高壓 水射流和對(duì)動(dòng)力管路的主動(dòng)推進(jìn)，對(duì)煤礦瓦斯垮塌、堵塞鉆孔進(jìn)行疏通解堵的方法。提高瓦 斯抽米效率。
[0005] 本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提出的煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的洗孔方法，采用由水箱、高壓栗、高壓硬 管、高壓軟管、自進(jìn)式鉆頭、底座、絞盤(pán)和推進(jìn)機(jī)構(gòu)組成的鉆孔洗孔裝置，步驟如下：
[0007] (1)根據(jù)垮孔、堵塞鉆孔的位置和角度，固定好底座的底部支撐架，并調(diào)整底座上 支撐腿和導(dǎo)軌的角度以及導(dǎo)軌上推進(jìn)機(jī)構(gòu)支架的長(zhǎng)短；
[0008] (2)然后將絞盤(pán)和推進(jìn)機(jī)構(gòu)固定在底座上，并連接好高壓硬管和高壓軟管組成的 動(dòng)力管路，并連接好自進(jìn)式鉆頭；
[0009] (3)由高壓栗所產(chǎn)生的高壓水經(jīng)過(guò)管道和高壓密封水尾輸送給纏繞在絞盤(pán)上的高 壓硬管，高壓硬管在送入鉆孔之前會(huì)穿過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)，通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)所提供的推進(jìn)力使高壓 硬管沿著鉆孔向前輸送；
[0010] (4)當(dāng)高壓水經(jīng)過(guò)高壓硬管前端的高壓軟管和自進(jìn)式鉆頭時(shí)，自進(jìn)式鉆頭產(chǎn)生高 壓水射流分為前射流、中射流和后射流三部分。前射流對(duì)堵塞、垮塌部分的巖石進(jìn)行破碎疏 通，并具有一定擴(kuò)孔的作用；中射流對(duì)鉆頭具有扶正作用，能夠有效防止鉆頭鉆偏；后射流 為鉆頭的鉆進(jìn)提供自進(jìn)力使高壓軟管繃直，整個(gè)動(dòng)力管路在前面高壓軟管的拉力和后面推 進(jìn)機(jī)構(gòu)對(duì)高壓硬管通過(guò)摩擦力所提供的推力的共同作用下能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)距離的輸送，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)中深孔的疏通。
[0011] (5)洗孔后將高壓硬管與高壓軟管通過(guò)推進(jìn)機(jī)構(gòu)和絞盤(pán)收回；
[0012] (6)洗孔后對(duì)瓦斯抽采效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)未達(dá)到要求的，再使用洗孔裝置往返幾次 對(duì)鉆孔進(jìn)行疏通、擴(kuò)孔，以保證獲得較好的抽采效果。
[0013] 本方法用到的自進(jìn)式鉆頭包括鉆頭體和鉆頭體的中心自激振蕩噴嘴、邊噴嘴、中 部噴嘴和后部噴嘴，鉆頭體具有前部平臺(tái)和內(nèi)部空腔；所述鉆頭體前部為球形，前端面為前 部平臺(tái)，在平臺(tái)中心即自進(jìn)式鉆頭軸線(xiàn)上設(shè)置中心自激振蕩噴嘴，在平臺(tái)上圍繞中心自激 振蕩噴嘴四周均勻布置邊噴嘴；所述鉆頭體后端為開(kāi)口端，設(shè)有內(nèi)螺紋用于連接高壓軟管； 鉆頭體的內(nèi)部空腔為前段圓錐形和后段圓柱形的組合空腔，圓錐形段的錐度為f;
[0014] 本方法用到的推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、同步帶輪、壓緊帶輪、異型同步齒形帶、帶減速 機(jī)的氣動(dòng)馬達(dá)、減速機(jī)輸出軸、從動(dòng)輪軸、壓緊輪軸、壓緊桿、彈簧、蝶形螺母、管托機(jī)構(gòu)、防 塵罩以及相應(yīng)的鏈接部件。
[0015] -對(duì)同步帶輪安裝在機(jī)架上，一個(gè)為主動(dòng)輪，與氣動(dòng)馬達(dá)的減速機(jī)輸出軸連接，另 一個(gè)為從動(dòng)輪，兩帶輪之間通過(guò)異型同步齒形帶連接，異型同步齒形帶的外表面有與高壓 軟管外徑匹配的U形槽。
[0016] -對(duì)壓緊帶輪通過(guò)壓緊輪軸安裝在機(jī)架上，與同步帶輪上下正對(duì)配合，兩壓緊帶 輪之間通過(guò)另一條異型同步齒形帶連接，通過(guò)異型同步齒形帶與高壓硬管的充分接觸所產(chǎn) 生的摩擦力來(lái)提供推進(jìn)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓樹(shù)脂管的壓緊；
[0017] 壓緊輪軸的一端、彈簧以及彈簧蓋均套在壓緊桿上，蝶形螺母擰入在壓緊桿上端 緊抵彈簧蓋，彈簧下端壓在壓緊輪軸上，通過(guò)調(diào)節(jié)蝶形螺母可以使壓緊桿上的彈簧壓縮，實(shí) 現(xiàn)壓緊帶輪上下調(diào)節(jié)；
[0018] 管托機(jī)構(gòu)安裝在整個(gè)推進(jìn)裝置的最前端，其具有調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿，調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿下端通過(guò)軸 銷(xiāo)安裝在機(jī)架上，能繞軸銷(xiāo)進(jìn)行不同角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，并在機(jī)架上以軸銷(xiāo)為中心在相同半徑上 設(shè)置多個(gè)調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿上設(shè)有一個(gè)調(diào)節(jié)定位孔，調(diào)節(jié)定位孔分別與各個(gè)調(diào)節(jié)孔對(duì)應(yīng)并 連接固定后，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿的角度調(diào)節(jié)，形成第一級(jí)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿的上端用調(diào)節(jié)螺栓固定 一個(gè)"T"字形導(dǎo)軌，導(dǎo)軌通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓能繞調(diào)節(jié)長(zhǎng)桿上端轉(zhuǎn)動(dòng)，形成二級(jí)調(diào)節(jié)；導(dǎo)軌兩端各 開(kāi)一個(gè)孔以便導(dǎo)向輪軸通過(guò)，帶有凹槽的導(dǎo)向輪安裝導(dǎo)向輪軸上，兩導(dǎo)向輪之間為高壓樹(shù) 脂管通過(guò)的空間；導(dǎo)向輪軸兩端通過(guò)墊片和開(kāi)口銷(xiāo)固定，并在兩端各套了一個(gè)拉伸彈簧以 保持整體導(dǎo)向輪軸和導(dǎo)向輪的平衡；
[0019] 本方法所述的絞盤(pán)用于纏繞樹(shù)脂管，并實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)脂管進(jìn)行自動(dòng)放線(xiàn)和收線(xiàn)；絞盤(pán) 和推進(jìn)機(jī)構(gòu)均固定在底座上，通過(guò)調(diào)節(jié)底座各部件可使裝置對(duì)應(yīng)于不同位置和角度的鉆 孔。
[0020] 本發(fā)明的所述的洗孔方法具有以下特點(diǎn)：
[0021] ①自進(jìn)式鉆頭在軟煤層中鉆進(jìn)時(shí)有較高的破巖效率與前進(jìn)速度，洗孔效率高；自 進(jìn)式鉆頭的中噴嘴對(duì)鉆頭的扶正作用，能夠有效防治鉆頭鉆偏；自進(jìn)式鉆頭為高壓軟管提 供了一定拉力，使高壓軟管繃直，避免高壓軟管因彎曲而造成鉆頭鉆偏；
[0022] ②高壓軟管具有較好的柔韌性，當(dāng)高壓樹(shù)脂硬管在推進(jìn)過(guò)程中，避免了因樹(shù)脂管 太硬而卡住在鉆孔中的情況發(fā)生；
[0023] ③高壓樹(shù)脂硬管具有適當(dāng)?shù)挠捕?，能夠彎曲纏繞并承受、傳遞一定的推力，彌補(bǔ)了 自進(jìn)式鉆頭因牽引力不足而限制洗孔深度的缺陷，使洗孔深度大大增加；樹(shù)脂管內(nèi)徑較大， 能夠使高壓水以較小的壓力損失通過(guò)，滿(mǎn)足自進(jìn)式鉆頭破巖鉆進(jìn)所需要的水壓；
[0024] ④本洗孔方法在洗孔的同時(shí)能夠?qū)︺@孔進(jìn)行有效擴(kuò)孔，提高瓦斯抽采效果；
[0025] ⑤使用本洗孔方法對(duì)堵塞、垮塌的鉆孔進(jìn)行洗孔時(shí)，即使在對(duì)孔時(shí)存在微小的偏 差，也不會(huì)造成不能洗孔的現(xiàn)象發(fā)生，避免了機(jī)械鉆孔因難以對(duì)孔而不能洗孔的問(wèn)題；
[0026] ⑥使用本洗孔方法對(duì)堵塞、垮塌的鉆孔進(jìn)行洗孔時(shí)，因?yàn)闃?shù)脂管、高壓軟管以及自 進(jìn)式鉆頭的直徑大小比抽采孔中的瓦斯抽采管的直徑小，因此，可以直接從抽采管中進(jìn)入 洗孔，避免再次封孔；
[0027] ⑦相比機(jī)械鉆具洗孔，采用本洗孔方法洗孔時(shí)，不存在鉆桿的安裝與收回等步驟， 大大提高洗孔效率。
[0028] 該方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，具有操作方便，能快速有效實(shí)現(xiàn)對(duì)堵塞、垮塌鉆孔 進(jìn)行洗孔的目地的優(yōu)點(diǎn)，主要適合在低透氣煤層瓦斯抽采過(guò)程中疏通堵塞的抽采鉆孔時(shí)使 用。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是洗孔裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是洗孔裝置的自進(jìn)式鉆頭的左視圖；
[0031] 圖3是自進(jìn)式鉆頭的A-A剖面圖；
[0032] 圖4是自進(jìn)式鉆頭的B-B剖面圖；
[0033] 圖5是自進(jìn)式鉆頭的中心自激振蕩噴嘴剖面的放大圖；
[0034] 圖6是自進(jìn)式鉆頭邊噴嘴偏角和張角的不意圖；
[00