[發明專利]一種可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置

在審

• 申請號: 201710705279.7
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107387025A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 趙洪寶;王宏冰;張歡;黃軼凡;張勉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21B41/00
• 分類號: E21B41/00;E21F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及維護鉆孔穩定性技術領域，提出了一種可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置。

背景技術

高瓦斯松軟煤層、軟硬復合煤層和突出煤層深孔鉆進是公認的世界性難題。在上述煤層中施工鉆孔時，經常發生噴孔、塌孔、堵孔、卡鉆、夾鉆、響煤炮等現象，其皆可歸結為鉆進過程中鉆孔周圍含瓦斯煤體的應力場與流場再分配而引起的動力失穩問題，即鉆孔孔壁失穩破壞。孔壁失穩致使煤層鉆孔成孔率偏低，鉆進深度受限，嚴重時甚至誘發鉆孔瓦斯燃燒、工作面煤與瓦斯突出等事故，嚴重制約部分高瓦斯和突出礦井的瓦斯治理效果。長期以來，國內外學者雖針對煤層鉆孔孔壁失穩問題進行了大量研究，但多集中在鉆孔施工裝備及工藝的改進方面。另有學者對煤層鉆孔施工過程中發生的某些現象進行初步分析與探討。因此，需要針對鉆孔塌孔、煤層鉆孔成孔率偏低的現象，設計一種可穩定地支撐鉆孔穩定的裝置，以提高鉆孔的成孔率，增加煤層瓦斯治理。

專利內容

本專利的目的在于克服現有鉆孔維護技術的不足，提供一種可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置，實現在鉆孔應力集中區對鉆孔孔壁的支撐作用，以減少鉆孔塌孔率，提高鉆孔成孔率，提高瓦斯抽采效率。

為了實現上述目的，本專利所采用的技術方案是：

一種可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置，包括：定位表盤、旋轉搖柄、傳動螺桿、左右滑桿、支撐臂、弧形防滑接觸板、防退式連接螺栓等。該裝置通過旋轉搖柄提供動力，帶動傳動螺桿旋轉推動左右滑桿相對滑動，最后將弧形防滑接觸板緊貼鉆孔孔壁以達到定點支護孔壁作用。

所述的定位表盤以表盤中數字反映從支撐臂升起到完全支護孔壁的過程，即1代表初始位置；2代表弧形防滑接觸板上防滑倒刺接觸孔壁的位置；3—4代表防滑倒刺屈服變形過程；5代表防滑倒刺完全屈服弧形接觸板接觸孔壁的位置；6—7代表支撐臂對孔壁有反向作用力的過程；8代表支撐臂對孔壁有最大支撐作用力的位置。

所述的旋轉搖柄由搖桿和握筒組成，其表面均采用橡膠材質制成螺紋，已達到旋轉時防滑的效果。固定錐形底座與圓筒型滑桿之間墊一耐磨橡膠墊，在傳動螺桿帶動固定錐形底座推動圓筒型滑桿前移時，盡量減少固定錐形底座與圓筒型滑桿直接摩擦以避免設備損耗。

所述的傳動螺桿將整個裝置連接起來且為其傳輸動力，與左右滑桿接觸的螺桿表面螺紋轉向是相反的，使得旋轉搖柄旋轉時左右滑桿能相對運動，以將支撐臂收攏支撐起弧形防滑接觸板達到支護孔壁作用。

所述的圓筒型滑桿設置為左、右兩個，左右滑桿與螺桿緊密接觸，其內表面有著與接觸螺桿相配對的螺紋，以配合螺桿旋轉移動，達到上述效果。

所述的支撐臂與圓筒型滑桿、弧形防滑接觸板通過鉸鏈連接，當傳動螺桿推動滑桿移動，支撐臂收攏，支撐起弧形防滑接觸板支撐起孔壁。為了達到有效的支撐孔壁作用。通過FLAC^3D軟件模擬鉆孔周邊應力分布規律及應力集中區范圍，發現在鉆孔孔壁上下對立面與左右對立面應力最為集中，即應力分布區為上下對立面與左右對立面，因此在螺桿上下設置兩對支撐臂，再在上下支撐臂垂直方向設置兩對支撐臂，以對應相應的應力分布區。

所述的弧形防滑接觸板選用的材質為硬質橡膠材質，當鉆孔孔壁周圍煤體塌落時，硬質橡膠材質的弧形接觸板可以有效降低煤體塌落時的沖擊力，以達到保護支撐臂的作用。在順著弧形接觸板的周邊，布置1～2mm長的防滑倒刺。在支撐臂將弧形防滑接觸板支撐起時，其表面的防滑倒刺首先接觸孔壁煤體、變形緊貼煤體，其一作用就像一個“吸盤”，在旋轉搖柄帶動傳動螺桿旋轉，左右滑桿推動支撐臂收攏過程中，在傳動螺桿旋轉的反方向給予弧形接觸板一力的作用，阻尼弧形接觸板跟著螺桿旋轉，以防止支撐臂和左右滑桿同軸旋轉；其二作用就像一張“手”是將鉆孔孔壁周圍散落的煤塊整合到一塊，防止在裝置推進過程中，煤塊從孔壁塌落影響推進速度。

所述的防退式連接螺絲是由固定螺帽與固定螺栓組成，是將兩個單一支撐臂的可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置連接組成雙支撐臂的可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置，后續可根據具體的現場鉆孔孔壁應力分布范圍的要求組成三支撐臂、四支撐臂等可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置。防退式螺絲的縮緊方向與傳動螺桿的旋轉方向是一致的，以使得在螺桿旋轉過程中連接螺絲隨著旋轉是越來越緊的，防止旋轉前進過程中兩個單一支撐臂的可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置分離，影響后期的施工操作。

附圖說明

圖1一種可回收煤層瓦斯抽采鉆孔穩定性維護裝置的單一支撐臂的結構圖