连续快速疏通松软煤层瓦斯抽采钻孔压塌的装置及方法
- 国知局
- 2024-12-26 16:02:16
本发明涉及煤层气开采,尤其涉及一种连续快速疏通松软煤层瓦斯抽采钻孔压塌的装置及该装置的使用方法。
背景技术:
1、瓦斯是煤矿安全生产的“第一杀手”,有瓦斯就有灾害危险是人们对煤矿瓦斯的固有印象。松软低渗透煤层是瓦斯灾害孕育发生的温床,在我国可采煤层中占比较大,煤层钻孔是瓦斯抽采、降低瓦斯灾害的主要途径。然而,在此类煤层中施工瓦斯抽采钻孔过程中易发生夹钻、顶钻,退钻后易发生塌孔、堵孔等问题。钻进过程中的夹钻、顶钻问题已通过泡沫复合钻进工艺基本解决。针对退钻后易发生塌孔、堵孔问题,目前主要采用的是筛管护孔、利用钻机重新透孔及水力冲孔技术。但是筛管管径小且强度低易被压塌影响抽采效果;钻机重新透孔效率较低,特别是钻杆的拆卸影响钻进效率,且装卸钻杆及间歇性供水排渣时孔内压力变化较大,影响钻孔孔壁的稳定性,一定程度上加剧了钻孔的塌孔。高压水对孔内坍塌煤渣进行清理,速度较快,但针对松软煤层,对整个钻孔孔壁进行高压水力切割,清理结束会引起钻孔内更大范围的坍塌,降低瓦斯抽采效果。
2、目前,针对煤层瓦斯抽采钻孔坍塌的处理技术及方法主要可由以下三个专利包含。如申请号为cn201210489910.1,发明名称为“一种煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法”的中国专利,其利用挠性钢管注入高压水通过喷嘴射流切削钻孔坍塌处煤,但该发明在近水平钻孔、松软煤层、水压较小时效果较差,同时若水压较大,又会对煤壁造成进一步的损伤,容易引起更大范围的坍塌。如申请号为201410827235.8,发明名称为“一种井下煤层瓦斯抽采钻孔修复方法及其使用的装置”的中国专利,其利用后置反向喷嘴和前置正向喷嘴高压管形成射流,提供钻头旋转、扩孔、清渣及排渣动力,但该发明在松软煤层严重坍塌钻孔中使用受限且修复钻孔轨迹不可控。如申请号为201510579809.9,发明名称为“煤矿井下瓦斯抽采钻孔的洗孔方法”的中国专利,其利用自进式水射流的破岩能力对堵塞、垮塌部分进行破碎、冲洗,局限为用软管和树脂管联合使用代替钻杆后,钻孔洗孔的有效长度减小且钻头的轨迹不可控。以上三个专利的处理塌孔的介质均为水,而水可以加剧瓦斯的水锁效应,影响瓦斯的抽采效果。
技术实现思路
1、有鉴于此,为解决现有松软煤层瓦斯抽采钻孔坍塌修复的不足,一方面,本发明提供了一种连续快速疏通松软煤层瓦斯抽采钻孔压塌的装置,其通过采用矿井压风系统中的压风作为处理塌孔的介质和作为空气动力钻进机构中的切削钻头的驱动动力,对松软煤层瓦斯抽采坍塌钻孔进行修复,能够有效的避免水锁效应,同时减小了装备的体积,适用于煤矿井下有限空间作业,提高煤层瓦斯的抽采率和利用率,实现煤矿安全生产与能源高效利用的双重目标。
2、为实现上述目的,本发明提供了如下的技术方案:
3、一种连续快速疏通松软煤层瓦斯抽采钻孔压塌的装置,包括:
4、连续钢管缠绕机构,用于缠绕或释放连续钢管;
5、连续钢管推进或后退动力机构,用于执行所述连续钢管的校直推进及后退工作;
6、空气动力钻进机构,采用矿井压风系统中的压风作为处理塌孔的介质和作为所述空气动力钻进机构中的切削钻头的驱动动力,对松软煤层瓦斯抽采坍塌钻孔进行修复;
7、动力机构,用于为所述连续钢管缠绕机构、连续钢管推进或后退动力机构和空气动力钻进机构提供动力。
8、优选地,还包括:
9、机架行走机构,用于为所述连续钢管缠绕机构、连续钢管推进或后退动力机构和空气动力钻进机构提供移动动力。
10、优选地,所述连续钢管缠绕机构包括:
11、滚筒支架,设置于机架上;
12、缠绕滚筒,转动连接于所述滚筒支架上,用于缠绕或释放所述连续钢管。
13、优选地,连续钢管推进或后退动力机构包括:
14、滑移轨道,其设置于机架上,其前部和后部分别设置有前部伸缩油缸和后部伸缩油缸;
15、前部钢管夹持器和后部钢管夹持器,分别与所述前部伸缩油缸和后部伸缩油缸的输出端连接,均与所述滑移轨道滑动连接;
16、前部位置传感器,其设置于所述滑移轨道上,并位于所述前部钢管夹持器和后部钢管夹持器之间;
17、后部位置传感器,其设置于所述滑移轨道上,并位于所述后部钢管夹持器的后部。
18、优选地,还包括:
19、前部升降油缸和后部升降油缸,均设置于所述机架上,输出端分别与所述滑移轨道的前部和后部连接。
20、优选地,所述前部钢管夹持器和/或后部钢管夹持器内的卡瓦为橡胶卡瓦。
21、优选地,所述空气动力钻进机构包括:
22、气动螺杆马达,其一端与所述连续钢管连接,另一端与切削钻头连接,通过矿井压风系统的中、低压压风驱动所述切削钻头进行旋转。
23、优选地,还包括:
24、扶正器,其连接于所述连续钢管与所述气动螺杆马达之间,用于保证整个钻进疏通过程沿着原钻孔轨迹进行。
25、优选地,所述空气动力钻进机构保证压力不低于0.5mpa。
26、另一方面,本发明还提供了上述连续快速疏通松软煤层瓦斯抽采钻孔压塌的装置的使用方法,包括如下步骤:
27、s1、将装置对准需要疏通的钻孔,调节连续钢管推进或后退动力机构的高度和倾角与钻孔的开孔高度和倾角一致;
28、s2、启动连续钢管缠绕机构和连续钢管推进或后退动力机构联合运转,将空气动力钻进机构推进至钻孔后,安装连接孔口的瓦斯抽采、煤尘捕集及煤渣清理装置;
29、s3、将矿井压风系统与连续钢管入口接通,控制气动螺杆马达转速进而控制切削钻头的破煤强度;
30、s4、钻孔内的煤渣通过两种途径排出,一是通过压风排出钻孔前部的煤渣;二是通过退钻时切削钻头的高速旋转与压风相结合排出深部及大块煤渣;
31、s5、重复操作s1至s4,依次完成所有压塌钻孔的疏通作业。
32、本发明提供的连续快速疏通松软煤层瓦斯抽采钻孔压塌的装置,通过采用矿井压风系统中的压风作为处理塌孔的介质和作为空气动力钻进机构中的切削钻头的驱动动力,对松软煤层瓦斯抽采坍塌钻孔进行修复,其相对于现有技术,具有如下的有益效果:
33、(1)本发明能够有效的避免水锁效应,同时减小了装备的体积,适用于煤矿井下有限空间作业,提高煤层瓦斯的抽采率和利用率,实现煤矿安全生产与能源高效利用的双重目标。
34、(2)本发明采用连续钢管缠绕机构与连续钢管推进或后退动力机构双驱动进行同步驱动连续钢管,减轻连续钢管纵向弯曲问题的同时,使连续钢管推进动力更加均匀。
35、(3)本发明采用伸缩油缸与内部为橡胶卡瓦的夹持器作为连续钢管的驱动机构,动力输出较为稳定、线性的同时,对连续钢管损伤较小。
36、(4)本发明采用连续钢管替代传统钻孔后,整个钻进及退钻过程不需要装卸钻杆,降低劳动强度,提高钻孔清堵效率。
37、(5)本发明直接采用矿井压风系统来驱动空气动力钻进机构,整体装备结构简单、体积较小,更适合井下有限空间作业;同时与水动力驱动相比,避免了瓦斯的水锁效应,可提高瓦斯的抽采率。空气动力钻进机构与传统的水射流钻进机构相比,扶正器、气动螺杆马达和切削钻头组成的钻进系统比导向控制器和射流钻头组成的钻进系统轨迹更可靠、排渣效果更好。
38、(6)本发明与现有的钻孔冲洗及清堵装备相比,更适用于高应力松软煤层的清堵作业,对于特别适用于压塌位置钻孔的疏通,避免水射流方式清孔的轨迹不可控,同时也避免了水射流钻孔对钻孔的二次伤害形成的新的塌孔造成的局部压力集中造成的瓦斯积聚。
39、(7)本发明的装置可以快速提高单个钻孔的瓦斯抽采效果,保证公祖面的瓦斯预抽效果,保障了矿井的正常采掘接替,有利于实现矿井安全生产与能源高效利用的双重效益。
40、(8)本发明提供的瓦斯抽采钻孔疏通方式,通过采用上述连续快速的疏通装置能够大幅提高高应力松软煤层钻孔压塌的疏通效率的同时,不对原有钻孔产生二次伤害,从而能够有效提高瓦斯的抽采率。
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