[发明专利]一种井下小型超前定向探放水装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及井下超前探放水技术领域，具体涉及一种井下小型超前定向探放水装置及方法。

技术背景

超前探放水是指在掘进巷道迎头利用钻探直接向巷道或隧道掘进方向和工作面进行探放水，探测前方是否存在富水体、有害地质构造或导水通道等，若有水则通过钻孔进行放水，为巷道或隧道的安全掘进提供保障。

钻孔超前探放水是目前仍被广泛应用的最重要最有效的井下防治水方法之一。但由于目前井下超前钻孔探放水均为直孔10，按照煤矿防治水有关技术规定，一个掘进工作面如仅需探放煤层底板水，至少需打5个直孔10；如需探放顶板和底板水，至少需打7个直孔10；如需探放老空水、陷落柱水或钻孔水，所需探放直孔10数量就更多了。大量的超前钻探工程量占用了巷道许多掘进时间，严重影响了掘进工作面掘进速度，超前探放水与掘进速度相互间产生了尖锐矛盾和冲突，这种矛盾严重影响了井下超前钻孔探放水技术的推广应用。因此，在保证超前探放水质量和效果前提下如何减少探放水钻孔数量的技术变革就显的尤为重要，传统井下超前直孔探放水钻孔布置示意图见图1。

发明内容

本发明的目的是针对一种井下小型超前定向探放水装置及方法，该装置和方法，可对掘进巷道或隧道迎头及工作面进行可控的定向钻孔探测并进行放水，确保巷道掘进前方及巷道周围一定距离范围内没有富水体，保障巷道掘进安全。

为实现此目的，本发明所设计的井下小型超前定向探放水装置，它包括现场钻孔轨迹控制主机、钻机、设置在钻机上的钻杆、一端与钻杆螺纹连接的探测钻杆、通过螺杆马达安装在探测钻杆另一端的钻头、与钻头配合的泥浆泵，其中，所述探测钻杆的探测数据通信端连接现场钻孔轨迹控制主机的探测数据通信端，所述现场钻孔轨迹控制主机的钻机控制信号输出端连接钻机的控制端，现场钻孔轨迹控制主机的螺杆马达控制信号输出端连接螺杆马达的控制端。

一种利用上述井下小型超前定向探放水装置进行井下超前定向探放水的方法，它包括如下步骤：

步骤1：将钻机设置在巷道掘进工作面后方侧壁的洞中作为钻场；

步骤2：现场钻孔轨迹控制主机根据预设的超前定向探放水钻孔钻孔轨迹，通过控制钻机和螺杆马达来操作钻杆、探测钻杆和钻头，并配合泥浆泵对巷道前方围岩进行钻孔钻进；

步骤3：在对巷道前方围岩进行钻孔钻进的过程中，现场钻孔轨迹控制主机向探测钻杆发射弹性波控制信号，探测钻杆接收到上述弹性波控制信号后，控制探测钻杆内部的三维罗盘工作，三维罗盘自动测试巷道前方围岩钻进过程的实时三维姿态数据，探测钻杆将得到的上述实时三维姿态数据以弹性波信号的方式传输给现场钻孔轨迹控制主机，现场钻孔轨迹控制主机根据上述实时三维姿态数据并依据现有定向钻孔轨迹计算方式，计算出巷道前方围岩钻进过程的实时钻孔轨迹；

步骤4：现场钻孔轨迹控制主机将上述实时钻孔轨迹与预设的超前定向探放水钻孔钻孔轨迹进行数据比对，计算出钻孔实际偏差值，现场钻孔轨迹控制主机根据该钻孔实际偏差值来调整螺杆马达弯曲面的面向角值，使钻孔钻进轨迹向钻孔设计轨迹修正，并最终使实际钻孔轨迹到达设计目标轨迹，实现钻孔超前探放水处理，探测前方围岩是否存在富水体、有害地质构造或导水通道，若有水则通过钻孔进行放水。

本发明相比于现有的超前直孔探放水设备和方法，本发明的有益效果主要表现在：由于小型超前定向钻孔探放水技术具有人为定向和钻孔钻进轨迹可按照预先设计要求延伸到达预定目标等功能，一个定向钻孔探放水效果可代替多个直孔，可大大减少掘进工作面超前探放水直孔数量，而且本发明将定向探放水钻孔开孔位置放在掘进工作面后方，这样就能很好解决钻孔超前探放水与掘进工作面掘进速度相互间的冲突和矛盾。这种井下定向探放水钻孔具有开孔密度小、钻进轨迹可控性高、一孔多方位(即一个孔可自由控制其钻进的方位)、无效进尺(即废空)少、可与掘井同时平行作业互不影响、探测目标点准确和排水效率高等诸多优点，本发明是对传统井下探放水技术装备的一次革命。

附图说明

图1为传统井下超前直孔探放水钻孔布置示意图；

图2为本发明的井下超前定向探放水钻孔布置图；

图3为本发明中的结构示意图；

图4为本发明中现场钻孔轨迹控制主机和探测钻杆的结构框图。