[发明专利]一种可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置

说明书

技术领域

本专利涉及维护钻孔稳定性技术领域，提出了一种可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置。

背景技术

高瓦斯松软煤层、软硬复合煤层和突出煤层深孔钻进是公认的世界性难题。在上述煤层中施工钻孔时，经常发生喷孔、塌孔、堵孔、卡钻、夹钻、响煤炮等现象，其皆可归结为钻进过程中钻孔周围含瓦斯煤体的应力场与流场再分配而引起的动力失稳问题，即钻孔孔壁失稳破坏。孔壁失稳致使煤层钻孔成孔率偏低，钻进深度受限，严重时甚至诱发钻孔瓦斯燃烧、工作面煤与瓦斯突出等事故，严重制约部分高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理效果。长期以来，国内外学者虽针对煤层钻孔孔壁失稳问题进行了大量研究，但多集中在钻孔施工装备及工艺的改进方面。另有学者对煤层钻孔施工过程中发生的某些现象进行初步分析与探讨。因此，需要针对钻孔塌孔、煤层钻孔成孔率偏低的现象，设计一种可稳定地支撑钻孔稳定的装置，以提高钻孔的成孔率，增加煤层瓦斯治理。

专利内容

本专利的目的在于克服现有钻孔维护技术的不足，提供一种可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置，实现在钻孔应力集中区对钻孔孔壁的支撑作用，以减少钻孔塌孔率，提高钻孔成孔率，提高瓦斯抽采效率。

为了实现上述目的，本专利所采用的技术方案是：

一种可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置，包括：定位表盘、旋转摇柄、传动螺杆、左右滑杆、支撑臂、弧形防滑接触板、防退式连接螺栓等。该装置通过旋转摇柄提供动力，带动传动螺杆旋转推动左右滑杆相对滑动，最后将弧形防滑接触板紧贴钻孔孔壁以达到定点支护孔壁作用。

所述的定位表盘以表盘中数字反映从支撑臂升起到完全支护孔壁的过程，即1代表初始位置；2代表弧形防滑接触板上防滑倒刺接触孔壁的位置；3—4代表防滑倒刺屈服变形过程；5代表防滑倒刺完全屈服弧形接触板接触孔壁的位置；6—7代表支撑臂对孔壁有反向作用力的过程；8代表支撑臂对孔壁有最大支撑作用力的位置。

所述的旋转摇柄由摇杆和握筒组成，其表面均采用橡胶材质制成螺纹，已达到旋转时防滑的效果。固定锥形底座与圆筒型滑杆之间垫一耐磨橡胶垫，在传动螺杆带动固定锥形底座推动圆筒型滑杆前移时，尽量减少固定锥形底座与圆筒型滑杆直接摩擦以避免设备损耗。

所述的传动螺杆将整个装置连接起来且为其传输动力，与左右滑杆接触的螺杆表面螺纹转向是相反的，使得旋转摇柄旋转时左右滑杆能相对运动，以将支撑臂收拢支撑起弧形防滑接触板达到支护孔壁作用。

所述的圆筒型滑杆设置为左、右两个，左右滑杆与螺杆紧密接触，其内表面有着与接触螺杆相配对的螺纹，以配合螺杆旋转移动，达到上述效果。

所述的支撑臂与圆筒型滑杆、弧形防滑接触板通过铰链连接，当传动螺杆推动滑杆移动，支撑臂收拢，支撑起弧形防滑接触板支撑起孔壁。为了达到有效的支撑孔壁作用。通过FLAC^3D软件模拟钻孔周边应力分布规律及应力集中区范围，发现在钻孔孔壁上下对立面与左右对立面应力最为集中，即应力分布区为上下对立面与左右对立面，因此在螺杆上下设置两对支撑臂，再在上下支撑臂垂直方向设置两对支撑臂，以对应相应的应力分布区。

所述的弧形防滑接触板选用的材质为硬质橡胶材质，当钻孔孔壁周围煤体塌落时，硬质橡胶材质的弧形接触板可以有效降低煤体塌落时的冲击力，以达到保护支撑臂的作用。在顺着弧形接触板的周边，布置1～2mm长的防滑倒刺。在支撑臂将弧形防滑接触板支撑起时，其表面的防滑倒刺首先接触孔壁煤体、变形紧贴煤体，其一作用就像一个“吸盘”，在旋转摇柄带动传动螺杆旋转，左右滑杆推动支撑臂收拢过程中，在传动螺杆旋转的反方向给予弧形接触板一力的作用，阻尼弧形接触板跟着螺杆旋转，以防止支撑臂和左右滑杆同轴旋转；其二作用就像一张“手”是将钻孔孔壁周围散落的煤块整合到一块，防止在装置推进过程中，煤块从孔壁塌落影响推进速度。

所述的防退式连接螺丝是由固定螺帽与固定螺栓组成，是将两个单一支撑臂的可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置连接组成双支撑臂的可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置，后续可根据具体的现场钻孔孔壁应力分布范围的要求组成三支撑臂、四支撑臂等可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置。防退式螺丝的缩紧方向与传动螺杆的旋转方向是一致的，以使得在螺杆旋转过程中连接螺丝随着旋转是越来越紧的，防止旋转前进过程中两个单一支撑臂的可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置分离，影响后期的施工操作。

附图说明

图1一种可回收煤层瓦斯抽采钻孔稳定性维护装置的单一支撑臂的结构图