CN108518179B - 一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，包括机架、推进机构、气动马达、反循环系统及控制系统，机架包括架体、承载底座、支撑腿及升降杆，推进机构包括导向轨、承载台及驱动汽缸，反循环系统包括射流器、连接管、空心钻杆、空心钻头、滤网、沉淀池；其施工方法包括机架定位和钻孔施工两个步骤。本发明一方面可有效满足在巷道狭小空间内进行钻孔作业的需要，并可有效的实现在钻孔作业过程中高效的将钻孔内碎屑排出，提高钻探作业效率和稳定，降低钻头钻杆磨损和堵转现象发生，另一方面在运行过程中，可有效的提高资源回收利用率，在降低水资源损耗的同时，另有效的达到改善施工现场作业环境的目的。

Description

一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机及施工方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机及施工方法，属钻探技术领域。

背景技术

在采矿工程中，随着巷道埋藏深度的增加，高应力巷道所表现出来的大变形和失稳随之增多，造成许多工程掘进和维护费用成倍增加，不但给工人工作环境造成了安全隐患，而且极大地阻碍了矿井的正常生产。一般来讲，高应力软弱围岩巷道的变形会引起底板鼓起的现象。底鼓对巷道的影响极大，不仅缩小巷道断面，而且破坏底板基础和轨道，极大地影响了巷道的运输、通风和行人要求。对于底鼓的治理，一般可以向底板进行打锚杆、锚索和注浆等措施。但这些措施的实施都需要对底板岩体进行钻孔，钻孔质量的好坏直接影响锚杆和锚索安装的质量和注浆效果。目前，对于底板钻孔的施工大多采用风锚头接麻花钻杆或采用潜孔锤，但是采用风锚头接麻花钻杆钻进时，随着钻孔深度的加深，钻孔内的岩粉或煤粉就会随之增多，加之底板裂缝水的存在，从而出现严重的卡钻现象，钻孔深度只能打到2m左右，不能满足底板锚杆、锚索安装要求。而采用潜孔锤施工时，由于潜孔锤的钻孔直径最小是76mm，不能满足锚杆、锚索及底板高压注浆要求。目前，底板钻孔的施工是一个行业性难题，因此发明一种反循环底板锚索钻机可以有效地解决卡钻问题。本发明的出现可以使底板钻孔顺利地进行。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机及施工方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，包括机架、推进机构、气动马达、反循环系统及控制系统，机架包括架体、承载底座、支撑腿及升降杆，其中架体为柱状结构，架体下端面与承载底座下上表面相互铰接，架体顶部设至少一个升降杆，升降杆嵌于架体内，并与架体轴线平行分布，升降杆前端面超出架体上顶部至少1厘米，承载底座下表面均布至少三个支撑腿，且支撑腿轴线与承载底座相互垂直分布，推进机构包括导向轨、承载台及驱动汽缸，其中导向轨和驱动汽缸均安装在架体侧表面，并与架体轴线平行分布，驱动汽缸与承载台侧表面相互连接，承载台安装在导向轨上并与导向轨滑动连接，气动马达安装在承载台上，并与反循环系统相互连接，其中反循环系统包括射流器、连接管、空心钻杆、空心钻头、滤网、沉淀池，空心钻杆前端与空心钻头连接并嵌于钻孔内，空心钻杆末端与气动马达相互连接，空心钻杆末端和钻孔均与连接管相互连通，其中空心钻杆通过连接管与射流器相互连通，射流器与沉淀池相互连通，钻孔通过连接管与沉淀池相互连通，滤网至少一个并安装在沉淀池内，沉淀池和射流器均安装在承载底座上，控制系统安装在承载底座上并分别与升降杆、气动马达、驱动汽缸相互电气连接。

进一步的，所述的架体和承载底座均为框架结构，其中所述的架体环绕铰接轴可进行0°—180°旋转。

进一步的，所述的升降杆为液压缸、气压缸、齿轮齿条结构及丝杠结构中的任意一种。

进一步的，所述的支撑腿与承载底座间通过弹性机构相互连接。

进一步的，所述的弹性机构为弹簧、弹性伸缩杆及弹性橡胶垫块中的任意一种。

进一步的，所述的空心钻杆与架体间通过辅助定位杆相互连接，所述的辅助定位杆末端与架体侧表面铰接，前端设定位轴套，并通过定位轴套与空心钻杆相互连接，

进一步的，所述的控制系统为电气控制系统与液压控制系统、气动控制系统中的任意一个混合使用，其中所述的电气控制系统为基于DSP芯片为挤出的可编程控制系统。

一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机的施工方法，包括以下步骤：

第一步：机架定位，首先通过转运设备将机架、推进机构、气动马达、反循环系统及控制系统一同输送到巷道内指定的钻孔位置出，然后首先通过机架的承载底座与巷道底板进行连接定位，然后将与承载底座铰接并处于水平状态的架体竖起，并使机架轴线与承载底座上表面垂直，然后将控制系统与机架连接，并驱动机架上的升降杆上升直至升降杆顶部与巷道顶部相抵并使得升降杆顶部与巷道之间压实为止，然后将推进机构、气动马达、反循环系统依次安装到机架上，并使得反循环系统的空心钻杆末端与气动马达相互连接，沉淀池一方面通过射流器与空心钻杆末端连接，另一方面通过连接管与目标钻孔位置相互连通，即可完成设备组装；

第二步：钻孔施工，完成第一步后，首先有启动马达驱动空心钻孔旋转，并由空心钻杆前端的空心钻头进行钻孔钻探作业，并随着钻孔深度增加，推进机构驱动启动马达沿着架体轴线同步下行，满足持续钻探驱动作业的需要，同时在钻孔深度超过10厘米后，将沉淀池内的液态水通过连接管输送到钻孔内，使水与钻孔内固体碎屑进行混合，然后在射流器驱动作用下，使钻孔内的水与固体碎屑混合物通过空心钻孔回流到沉淀池内，并通过沉淀池内的滤网过滤后再次通过连接管回流到钻孔内，从而连续循环的将钻孔内固体碎屑排出作业。

本发明结构简单小巧，使用灵活方便，一方面可有效满足在巷道狭小空间内进行钻孔作业的需要，并可有效的实现在钻孔作业过程中高效的将钻孔内碎屑排出，提高钻探作业效率和稳定，降低钻头钻杆磨损和堵转现象发生，另一方面在运行过程中，可有效的提高资源回收利用率，在降低水资源损耗的同时，另有效的达到改善施工现场作业环境的目的。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明施工方法流程图。

具体实施方式

如图1—2所示，一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，包括机架、推进机构、气动马达1、反循环系统及控制系统2，机架包括架体3、承载底座4、支撑腿5及升降杆6，其中架体3为柱状结构，架体3下端面与承载底座4上表面相互铰接，架体3顶部设至少一个升降杆6，升降杆6嵌于架体3内，并与架体3轴线平行分布，升降杆6前端面超出架体上顶部至少1厘米，承载底座4下表面均布至少三个支撑腿5，且支撑腿5轴线与承载底座4相互垂直分布，推进机构包括导向轨7、承载台8及驱动汽缸9，其中导向轨7和驱动汽缸9均安装在架体3侧表面，并与架体3轴线平行分布，驱动汽缸9与承载台8侧表面相互连接，承载台8安装在导向轨7上并与导向轨7滑动连接，气动马达1安装在承载台8上，并与反循环系统相互连接，其中反循环系统包括射流器10、连接管11、空心钻杆12、空心钻头13、滤网14、沉淀池15，空心钻杆12前端与空心钻头13连接并嵌于钻孔16内，空心钻杆12末端与气动马达1相互连接，空心钻杆12末端和钻孔16均与连接管11相互连通，其中空心钻杆12通过连接管11与射流器10相互连通，射流器10与沉淀池15相互连通，钻孔16通过连接管11与沉淀池15相互连通，滤网14至少一个并安装在沉淀池15内，沉淀池15和射流器10均安装在承载底座4上，控制系统2安装在承载底座4上并分别与升降杆6、气动马达1、驱动汽缸9相互电气连接。

本实施例中，所述的架体3和承载底座4均为框架结构，其中所述的架体3环绕铰接轴可进行0°—180°旋转。

本实施例中，所述的升降杆6为液压缸、气压缸、齿轮齿条结构及丝杠结构中的任意一种。

本实施例中，所述的支撑腿5与承载底座4间通过弹性机构17相互连接。

本实施例中，所述的弹性机构17为弹簧、弹性伸缩杆及弹性橡胶垫块中的任意一种。

本实施例中，所述的空心钻杆12与架体3间通过辅助定位杆18相互连接，所述的辅助定位杆8末端与架体3侧表面铰接，前端设定位轴套19，并通过定位轴套19与空心钻杆12相互连接，

本实施例中，所述的控制系统2为电气控制系统与液压控制系统、气动控制系统中的任意一个混合使用，其中所述的电气控制系统为基于DSP芯片为挤出的可编程控制系统。

本实施例中，所述的射流器10、沉淀池15及控制系统2均与承载底座4上表面间通过滑轨机构相互滑动连接。

如图2所示，一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机的施工方法，包括以下步骤：

第一步：机架定位，首先通过转运设备将机架、推进机构、气动马达、反循环系统及控制系统一同输送到巷道内指定的钻孔位置出，然后首先通过机架的承载底座与巷道底板进行连接定位，然后将与承载底座铰接并处于水平状态的架体竖起，并使机架轴线与承载底座上表面垂直，然后将控制系统与机架连接，并驱动机架上的升降杆上升直至升降杆顶部与巷道顶部相抵并使得升降杆顶部与巷道之间压实为止，然后将推进机构、气动马达、反循环系统依次安装到机架上，并使得反循环系统的空心钻杆末端与气动马达相互连接，沉淀池一方面通过射流器与空心钻杆末端连接，另一方面通过连接管与目标钻孔位置相互连通，即可完成设备组装；

第二步：钻孔施工，完成第一步后，首先有启动马达驱动空心钻孔旋转，并由空心钻杆前端的空心钻头进行钻孔钻探作业，并随着钻孔深度增加，推进机构驱动启动马达沿着架体轴线同步下行，满足持续钻探驱动作业的需要，同时在钻孔深度超过10厘米后，将沉淀池内的液态水通过连接管输送到钻孔内，使水与钻孔内固体碎屑进行混合，然后在射流器驱动作用下，使钻孔内的水与固体碎屑混合物通过空心钻孔回流到沉淀池内，并通过沉淀池内的滤网过滤后再次通过连接管回流到钻孔内，从而连续循环的将钻孔内固体碎屑排出作业。

本发明结构简单小巧，使用灵活方便，一方面可有效满足在巷道狭小空间内进行钻孔作业的需要，并可有效的实现在钻孔作业过程中高效的将钻孔内碎屑排出，提高钻探作业效率和稳定，降低钻头钻杆磨损和堵转现象发生，另一方面在运行过程中，可有效的提高资源回收利用率，在降低水资源损耗的同时，另有效的达到改善施工现场作业环境的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，其特征在于，所述的煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机包括机架、推进机构、气动马达、反循环系统及控制系统，所述的机架包括架体、承载底座、支撑腿及升降杆，其中所述架体为柱状结构，架体下端面与承载底座上表面相互铰接，架体顶部设至少一个升降杆，所述升降杆嵌于架体内，并与架体轴线平行分布，所述升降杆前端面超出架体上顶部至少1厘米，所述承载底座下表面均布至少三个支撑腿，且所述支撑腿轴线与承载底座相互垂直分布，所述的推进机构包括导向轨、承载台及驱动汽缸，其中所述的导向轨和驱动汽缸均安装在架体侧表面，并与架体轴线平行分布，所述的驱动汽缸与承载台侧表面相互连接，所述的承载台安装在导向轨上并与导向轨滑动连接，所述的气动马达安装在承载台上，并与反循环系统相互连接，其中所述的反循环系统包括射流器、连接管、空心钻杆、空心钻头、滤网、沉淀池，所述的空心钻杆前端与空心钻头连接并嵌于钻孔内，空心钻杆末端与气动马达相互连接，所述的空心钻杆末端和钻孔均与连接管相互连通，其中所述的空心钻杆通过连接管与射流器相互连通，所述射流器与沉淀池相互连通，所述的钻孔通过连接管与沉淀池相互连通，所述的滤网至少一个并安装在沉淀池内，所述的沉淀池和射流器均安装在承载底座上，所述的控制系统安装在承载底座上并分别与升降杆、气动马达、驱动汽缸相互电气连接；所述的空心钻杆与架体间通过辅助定位杆相互连接，所述的辅助定位杆末端与架体侧表面铰接，前端设定位轴套，并通过定位轴套与空心钻杆相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，其特征在于：所述的架体和承载底座均为框架结构，其中所述的架体环绕铰接轴可进行0°—180°旋转。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，其特征在于：所述的升降杆为液压缸、气压缸、齿轮齿条结构及丝杠结构中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，其特征在于：所述的支撑腿与承载底座间通过弹性机构相互连接。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，其特征在于：所述的弹性机构为弹簧、弹性伸缩杆及弹性橡胶垫块中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机，其特征在于：所述的控制系统为电气控制系统与液压控制系统、气动控制系统中的任意一个混合使用，其中所述的电气控制系统为基于DSP芯片为基础的可编程控制系统。

7.一种煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机的施工方法，其特征在于：所述的煤矿巷道底板小直径锚索反循环钻机的施工方法包括以下步骤：

第一步：机架定位，首先通过转运设备将机架、推进机构、气动马达、反循环系统及控制系统一同输送到巷道内指定的钻孔位置出，然后首先通过机架的承载底座与巷道底板进行连接定位，然后将与承载底座铰接并处于水平状态的架体竖起，并使机架轴线与承载底座上表面垂直，然后将控制系统与机架连接，并驱动机架上的升降杆上升直至升降杆顶部与巷道顶部相抵并使得升降杆顶部与巷道之间压实为止，然后将推进机构、气动马达、反循环系统依次安装到机架上，并使得反循环系统的空心钻杆末端与气动马达相互连接，沉淀池一方面通过射流器与空心钻杆末端连接，另一方面通过连接管与目标钻孔位置相互连通，即可完成设备组装；

第二步：钻孔施工，完成第一步后，首先有启动马达驱动空心钻孔旋转，并由空心钻杆前端的空心钻头进行钻孔钻探作业，并随着钻孔深度增加，推进机构驱动启动马达沿着架体轴线同步下行，满足持续钻探驱动作业的需要，同时在钻孔深度超过10厘米后，将沉淀池内的液态水通过连接管输送到钻孔内，使水与钻孔内固体碎屑进行混合，然后在射流器驱动作用下，使钻孔内的水与固体碎屑混合物通过空心钻孔回流到沉淀池内，并通过沉淀池内的滤网过滤后再次通过连接管回流到钻孔内，从而连续循环的将钻孔内固体碎屑排出作业。

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