[發明專利]一種面向智慧礦山的瓦斯鉆孔方法及其機器人系統

有效

• 申請號: 202110704896.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113464050B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 汪興明;劉清友
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B19/22;E21B21/00;E21B47/022;E21B47/0232;E21B47/0224;E21B47/013
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種面向智慧礦山的瓦斯抽采鉆孔方法及其機器人系統，其系統包括鉆孔子系統（1）、巷道連續管作業機（2）和巷道定位子系統（3）；巷道連續管作業機（2）分別與鉆孔子系統（1）和巷道定位子系統（3）相連接；鉆孔子系統（1）包括從孔口到孔底依次連接的連續管（4）、鉆孔爬行器（5）、定向器（6）、孔底動力鉆具（7）和鉆頭（8）；巷道連續管作業機（2）包括滾筒（13）、電機（14）、鉆井液泵（16）、水箱（17）和穿電纜連續管密封接頭（18）；巷道定位子系統（3）包括檢波器（19）、三軸磁通門A（20）和淺孔（21）。本發明極大的提高了瓦斯鉆孔的效率和對煤層地質構造的認識精度，降低了鉆孔施工的人員數量，減輕了工人的勞動強度。

技術領域

本發明涉及礦山瓦斯抽排工藝領域，尤其涉及一種面向智慧礦山的瓦斯鉆孔方法及其機器人系統。

背景技術

煤礦開采過程中因瓦斯存在，對煤礦安全開采帶來巨大的危害，如瓦斯爆炸、瓦斯突出等，嚴重危害礦井工人的生命安全及造成巨大經濟損失。所以，現有礦井開采時，在巷道開挖時對待開采煤層進行鉆孔，便于煤層中瓦斯的溢出，減少瓦斯災害的發生。然而，在現實煤礦鉆孔排除瓦斯時，部分企業或施工人員為減少工作量，節約成本，往往在鉆孔時減少鉆孔深度，使得待開挖煤層瓦斯排放量不足，形成潛在危害。一般煤礦瓦斯抽放鉆孔深度在100m左右，是目前設計的安全鉆孔深度，而在實際中，多數鉆孔深度僅為設計鉆孔深度的50%，嚴重影響后續開采工作的安全。

現有技術中，測量鉆孔深度的裝置主要存在如下不足：測定該裝置中的鉆孔機活塞的行程來獲得鉆孔深度，而活塞行程可人為設置，易發生改變，不能真實反映鉆孔深度；另外，瓦斯鉆孔工作精度和效率普遍不高，工人工作強度和鉆孔設備價格較高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種面向智慧礦山的瓦斯鉆孔方法及其機器人系統，鉆孔子系統是指由連接在連續管上的鉆孔爬行器、隨鉆測量短接、定向器、孔底動力鉆具和鉆頭組成，利用鉆孔爬行器對孔底鉆具組合施加推進力和后退力；巷道連續油管作業機供給鉆孔用的鉆井液，提供對連續管的拉力和注入力，并與鉆孔子系統進行實時通信；巷道定位子系統通過多種定位方式提高鉆孔軌跡的測量精度。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種面向智慧礦山的瓦斯抽采鉆孔機器人系統，包括鉆孔子系統、巷道連續管作業機和巷道定位子系統；巷道連續管作業機分別與鉆孔子系統和巷道定位子系統相連接；

所述鉆孔子系統包括從孔口到孔底依次連接的連續管、鉆孔爬行器、定向器、孔底動力鉆具和鉆頭；所述連續管中安裝有電纜，所述連續管穿過巷道上的注入頭與巷道連續管作業機相連接；

所述巷道連續管作業機包括滾筒、電機、鉆井液泵、水箱和穿電纜連續管密封接頭；所述電機通過線纜與滾筒連接，驅動滾筒旋轉；所述連續管纏繞在滾筒上，連續管中電纜一端與鉆孔子系統連接，電纜另一端穿過穿電纜連續管密封接頭與供電和通信設備連接；所述鉆井液泵一端與水箱相連接，另一端與連續管相連接；所述穿電纜連續管密封接頭設置在滾筒底部；

所述巷道定位子系統包括檢波器、三軸磁通門A和淺孔；所述淺孔內安裝有多個接地電纜陣列；所述檢波器、三軸磁通門A和淺孔分別通過線纜與巷道連續管作業機相連接。

所述鉆孔子系統還有另一結構，包括從孔口到孔底依次連接的連續管、隨鉆測量短接、電動孔底馬達、定向孔底馬達和鉆頭；所述隨鉆測量短接包括三軸磁通門B、三軸加速度計和多軸陀螺儀；靠近所述鉆頭位置安裝有永磁材料。

所述定向器接頭為可控彎接頭，所述可控彎接頭采用電機、液壓或者組合驅動的方式進行接頭彎度的調節。

所述注入頭安裝在巷道上的孔口位置。

一種面向智慧礦山的瓦斯鉆孔方法，包括以下步驟：