[发明专利]一种面向智慧矿山的瓦斯钻孔方法及其机器人系统

说明书

本发明公开了一种面向智慧矿山的瓦斯抽采钻孔方法及其机器人系统，其系统包括钻孔子系统（1）、巷道连续管作业机（2）和巷道定位子系统（3）；巷道连续管作业机（2）分别与钻孔子系统（1）和巷道定位子系统（3）相连接；钻孔子系统（1）包括从孔口到孔底依次连接的连续管（4）、钻孔爬行器（5）、定向器（6）、孔底动力钻具（7）和钻头（8）；巷道连续管作业机（2）包括滚筒（13）、电机（14）、钻井液泵（16）、水箱（17）和穿电缆连续管密封接头（18）；巷道定位子系统（3）包括检波器（19）、三轴磁通门A（20）和浅孔（21）。本发明极大的提高了瓦斯钻孔的效率和对煤层地质构造的认识精度，降低了钻孔施工的人员数量，减轻了工人的劳动强度。

技术领域

本发明涉及矿山瓦斯抽排工艺领域，尤其涉及一种面向智慧矿山的瓦斯钻孔方法及其机器人系统。

背景技术

煤矿开采过程中因瓦斯存在，对煤矿安全开采带来巨大的危害，如瓦斯爆炸、瓦斯突出等，严重危害矿井工人的生命安全及造成巨大经济损失。所以，现有矿井开采时，在巷道开挖时对待开采煤层进行钻孔，便于煤层中瓦斯的溢出，减少瓦斯灾害的发生。然而，在现实煤矿钻孔排除瓦斯时，部分企业或施工人员为减少工作量，节约成本，往往在钻孔时减少钻孔深度，使得待开挖煤层瓦斯排放量不足，形成潜在危害。一般煤矿瓦斯抽放钻孔深度在100m左右，是目前设计的安全钻孔深度，而在实际中，多数钻孔深度仅为设计钻孔深度的50%，严重影响后续开采工作的安全。

现有技术中，测量钻孔深度的装置主要存在如下不足：测定该装置中的钻孔机活塞的行程来获得钻孔深度，而活塞行程可人为设置，易发生改变，不能真实反映钻孔深度；另外，瓦斯钻孔工作精度和效率普遍不高，工人工作强度和钻孔设备价格较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向智慧矿山的瓦斯钻孔方法及其机器人系统，钻孔子系统是指由连接在连续管上的钻孔爬行器、随钻测量短接、定向器、孔底动力钻具和钻头组成，利用钻孔爬行器对孔底钻具组合施加推进力和后退力；巷道连续油管作业机供给钻孔用的钻井液，提供对连续管的拉力和注入力，并与钻孔子系统进行实时通信；巷道定位子系统通过多种定位方式提高钻孔轨迹的测量精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种面向智慧矿山的瓦斯抽采钻孔机器人系统，包括钻孔子系统、巷道连续管作业机和巷道定位子系统；巷道连续管作业机分别与钻孔子系统和巷道定位子系统相连接；

所述钻孔子系统包括从孔口到孔底依次连接的连续管、钻孔爬行器、定向器、孔底动力钻具和钻头；所述连续管中安装有电缆，所述连续管穿过巷道上的注入头与巷道连续管作业机相连接；

所述巷道连续管作业机包括滚筒、电机、钻井液泵、水箱和穿电缆连续管密封接头；所述电机通过线缆与滚筒连接，驱动滚筒旋转；所述连续管缠绕在滚筒上，连续管中电缆一端与钻孔子系统连接，电缆另一端穿过穿电缆连续管密封接头与供电和通信设备连接；所述钻井液泵一端与水箱相连接，另一端与连续管相连接；所述穿电缆连续管密封接头设置在滚筒底部；

所述巷道定位子系统包括检波器、三轴磁通门A和浅孔；所述浅孔内安装有多个接地电缆阵列；所述检波器、三轴磁通门A和浅孔分别通过线缆与巷道连续管作业机相连接。

所述钻孔子系统还有另一结构，包括从孔口到孔底依次连接的连续管、随钻测量短接、电动孔底马达、定向孔底马达和钻头；所述随钻测量短接包括三轴磁通门B、三轴加速度计和多轴陀螺仪；靠近所述钻头位置安装有永磁材料。

所述定向器接头为可控弯接头，所述可控弯接头采用电机、液压或者组合驱动的方式进行接头弯度的调节。

所述注入头安装在巷道上的孔口位置。

一种面向智慧矿山的瓦斯钻孔方法，包括以下步骤：