煤矿超大直径钻孔系统的制作方法

煤矿超大直径钻孔系统的制作方法
【专利摘要】一种煤矿超大直径钻孔系统，包括：安装在钻机主梁上的钻机机体，由行走驱动轮与行走马达构成的液压驱动行走机构，由液压站装置及换向阀构成的液压动力机构，安装在机体上的轨道及安装在轨道上的套管推进装置与钻孔推进装置构成的钻孔作业推进机构，安装在机体上的钻机支撑及支撑装置与安装在轨道上的高度调节装置构成的钻机支撑机构；安装在轨道与机体上的角度调节装置与轨道支撑构成的钻孔定位、角度调整机构；回转机构以及钻孔动力机构，该系统能有效延长瓦斯囊物理爆炸的煤壁最小抵抗线，在解决钻孔难得问题的同时真正做到“作业防突”，彻底杜绝“煤与瓦斯突出”事故的发生，确保作业人员的生命安全。
【专利说明】
煤矿超大直径钻孔系统
技术领域
[0001]本发明涉及煤层钻孔系统，特别是涉及一种煤矿超大直径钻孔的钻孔系统。
【背景技术】
[0002]地下矿煤矿复杂煤层开采过程中，尤其是突出煤层进行瓦斯抽放钻孔过程中，经常出现卡钻、顶钻、抱钻、塌孔、喷孔等难题;采面准备期间，因独头掘进不能及时形成联巷通风，瓦斯浓度超标及顶板事故，及工作面缺氧等危险时刻威胁着作业人员的生命安全;尤其是一旦顶板事故及透水等事故造成人员被于巷道内部的时候，目前国内外还没有一种钻机和钻孔技术，能同时解决上述钻孔问题的方案。

【发明内容】

[0003]针对现有技术复杂煤层钻孔、成孔困难，尤其是缺少超大直径成孔技术与装备的问题，本发明提出一种全新煤矿超大直径钻孔系统，使用该系统作业能解决煤矿钻孔作业、通风及应急救援等实际困难。
[0004]解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种煤矿超大直径钻孔系统，包括:钻机机体、钻机行走机构、液压动力机构、推进机构、钻孔定位、角度调整机构、钻机支撑机构、回转机构以及钻孔动力机构，钻机机体安装在钻机主梁上，形成安装其它相关装置的骨架平台；
a.钻机行走机构主要由行走驱动轮和行走马达组成，安装在钻机主梁之上，通过行走马达带动行走驱动轮运转，为钻机提供前进和后退的驱动力；
b.液压动力机构主要由安装在钻机机体上的液压站、千斤顶和安装在机体上的换向阀构成，形成钻孔作业的液压动力系统，；
c.推进机构主要由安装在钻机机体上的轨道及安装在轨道之上的套管推进装置、钻孔推进装置、导向装置组成，推进机构负责钻孔导向、顶管及钻孔的推进；
d.钻孔定位、角度调整机构主要由调节装置、轨道支撑组成，调节装置安装在轨道与机体框架之间构成钻机的钻孔定位机构，调节装置与轨道支撑构成钻孔角度调整系统；
e.钻机支撑机构包括底盘支撑、钻机支撑、支撑装置和轨道支撑，分别安装在钻机机体和轨道上，是钻机作业时的支撑与稳定系统，钻机支撑机构分别与相应的千斤顶连接;千斤顶与液压站连接;其中轨道通过轨道支撑安装在机体上；
f.回转机构的回转装置安装在钻机主梁的平面上与机体配合，组成回转机构；
g.钻孔动力机构包括钻孔动力装置、钻孔推进装置、套管推进装置、钻杆、复合式钻头、管式切削体，钻孔动力装置通过底板安装在套管推进装置上，钻孔动力装置与液压站连接，与钻孔推进装置连接，在钻孔推进装置的控制下，实现钻孔作业对钻杆的前推或后拉动作。
[0005]作为优选，导向装置为滑杆结构，动装在轨道的H型槽内。
[0006]作为优选，导向装置用轴销与导向千斤顶连接。
[0007]作为优选，调节装置由高度调节装置与角度调节装置组成，钻孔高度与钻孔角度由调节装置完成。
[0008]作为优选，换向阀是液压换向阀，与液压站连接，安装在钻机机体上。
[0009]作为优选，钻杆安装在动力头上的钻杆接合处;套管装置安装在套管推进装置上，复合式钻头安装在钻杆顶端和套管装置的顶端。
[0010]采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的显著效果在于:由液压站装置提供液压动力在液压驱动系统的驱动下，经行走马达装置与行走轮装置实现，钻机装置4X4的行走功能:前进、后退、或转向。当钻机装置到达预订作业地点后，由液压站装置7提供液压动力，各推进千斤顶在液压动力的推动下，实现各向支撑力的需要，为钻顶作业打下良好基础。当钻顶角度定位，与各向支撑力满足钻顶孔作业的要求，及钻机装置整体稳定性符合安全作业规范要求后，即可进行超大直径钻顶成孔作业了。
[0011 ]本发明将钻杆装置安装到钻孔动力装置上，把套管安装到套管推进装置上，并组装好复合式钻头装置，在导向装置提供定位保障的前提下，进行钻顶成孔作业。从根本上解决了以往复杂突出煤层钻孔难的问题;独头巷掘进联巷超前通风钻大直径通风孔的问题；井下顶板或透水，火灾等事故灾变时期人员被困，没有构建生命通道大直径钻孔及成孔的问题。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的整体结构示意图。
[0013]附图标记说明如下:导向装置1、套管推进装置2、高度调节装置3、底盘支撑4、行走驱动轮5、行走马达6、液压站装置7、换向阀8、角度调节装置9、钻孔推进装置10、机体框架U、钻机支撑12、支撑装置13、钻孔动力装置14、轨道支撑15、钻机主梁16、轨道17、回转装置18、钻杆19、复合式钻头20、导向装置千斤顶21、套管推进千斤顶22、调节装置千斤顶23、支撑装置顶24、调节装置支腿25、管式切削体26、套管装置27。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明做详细描述。
[0015]图1是本发明提供的煤矿超大直径钻机系统的结构图实施例。本发明提供的煤矿超大直径钻机系统，包括:钻机机体、安装于钻机主梁16之上，由行走驱动轮5和行走马达6构成的4X4液压驱动的钻机行走机构；由安装于机体之上的液压站装置7和换向阀8构成钻机的液压动力机构;通过支撑装置安装于机体之上的轨道17及相关推进装置，构成钻孔导向、顶管及钻孔的推进机构；由安装在机体上的支撑装置构成的钻机支撑机构；由高度调节装置与角度调节装置构成钻机的钻孔定位、角度调整机构、回转机构以及钻孔动力机构。
[0016]、钻机机体
钻机机体由钻机主梁16、安装在钻机主梁16上的机体框架11、轨道17组成，钻机主梁16是钢结构梁与钢结构的机体框架11 一并组成安装其它相关装置的骨架平台。
[0017]机体框架11通过具有可回转功能的回转装置18以动配合方式安装在钻机主梁16上，为钻孔作业提供角度调节、稳定支撑，以及钻孔作业时对巷帮的斜向支撑和对巷顶的竖向支撑，以便使钻机与作业环境的巷道形成整体关系，使钻孔作业期间对钻机的稳定性能得到有效保障。机体框架11以回转装置18为中心作360°的任意回转运动，以便胜任煤矿工作面各种环境的需要。
[0018]钻机主梁16是钻机的主要部分，是为行走驱动轮5、回转装置18提供的组合平台，也是为机体框架11提供支承与回转功能的平台。
[0019]钻机行走机构
见图1，换向阀8、液压站装置7、行走驱动轮5、行走马达6与钻机主梁16共同组成本发明超大直径钻机装置的钻机行走机构，该钻机行走机构是一自走系统，行走驱动轮5分别通过轴承方式动装在单边支承体上，单边支承体用螺栓形式安装在钻机主梁上，并用相关结构予以定位，4个行走驱动轮组成4X4的驱动模式。
[0020]行走驱动轮5与行走马达6连接，安装在钻机主梁16上，行走马达6与行走驱动轮5通过平键或花键连接成运动体机构。行走马达6通过液压动力的提供，对行走驱动轮5给予驱动扭矩，安装在行走驱动轮5两侧的四个行走马达6同时供油，钻机便前进或后退;如果只给一侧两个行走马达6供油，钻机则会左转或右转，而进行转向运动，以便达到钻孔作业地点。
[0021 ]液压动力机构
液压动力机构由位于钻机机体上的液压站装置7、千斤顶装置和换向阀8构成，液压站装置7由两套(双)液压站组成，换向阀8是多路换向阀，两套(双)液压站和换向阀8形成钻孔作业的液压动力系统。两套液压站和换向阀8分别安装在机体框架11上。一套液压站为钻孔马达和行走马达提供液压动力；另一套液压站则为全部支撑与推进用千斤顶提供推进液压动力。液压站通过多路换向阀8与液压油管与相应的马达和千斤顶相连。换向阀8安装在机体11上与液压站形成液压动力提供系统，两套液压站通电后为系统的各液压元件提供液压动力。
[0022]液压站的作用是:通过将点能转换成液压能，以便为钻机的各执行机构提供油压能量，达到实现钻孔作业时对油压能的全部需要。液压缸通过曲柄连杆机构与电机连接，为电机供电，电机便通过联轴器而带动液压栗旋转，在液压栗旋转的同时，液压油便从液压油箱被吸到油栗内，并被挤压而到液压换向阀，以便换向阀8根据作业需要为相应液执行元件提液压动力，从而实现能量转换过程。
[0023]换向阀8的作用:把来自液压站装置7的油压动力提供给各相应的执行元件，以便钻机正常工作。
[0024]换向阀8是液压换向阀，其自身具有不同方向的液压通路，所以能通过转换阀箱不同的位阀，满足各千斤顶及马达等执行元件对压力、流量和方向的不同需求，以便实现钻机的行走、支撑和钻顶作业对油压能量的不同需求。通过换向阀8实现钻机的前进和后退及转向。
[0025]推进机构
推进机构由安装在钻机机体上的轨道17及安装在轨道17之上的套管推进装置2、钻孔推进装置10、导向装置I等组成，推进机构负责钻孔导向、顶管及钻孔的推进。
[0026]见图1，轨道17通过轨道支撑装置15用轴销方式铰接安装在机体框架11的门柱上。轨道17是套管推进装置2的滑动轨道，套管推进装置2可在轨道上推进和拉回，钻孔推进装置10安装在轨道17上，钻孔推进装置10在套管推进装置2上边的滑动，轨道17是钻顶成孔作业的重要部分之一。
[0027]导向装置1、套管推进装置2、调节装置3、支撑装置13、钻孔动力装置14等安装在轨道装置17上，组成钻顶成孔作业的动力传递与推进及定位系统。其中，
导向装置I
导向装置I是以型钢组成的可滑动的滑杆装置，其上边设有供安装推进千斤顶(油缸)耳环用轴销的销座与销孔;并设有安装可更换式套管支撑套筒的连接板与螺丝孔，其以滑动形式动装在轨道17的H型槽内，导向装置I可沿H型槽在千斤顶的推动和拉动下作往复运动，以便为钻顶作业时的套管提供定位导向功能。以便在液压站装置7提供的液压动力下，对导向装置I进行推进和拉回的运动。
[0028]导向千斤顶21的两端耳环安装在轨道17与导向装置I的耳环座之间，导向装置I的两根滑杠动装在轨道17的H型的开口处，并通过耳环座与导向千斤顶21和轨道17的耳环座之间结成推进系统，导向千斤顶21在油压的动力下可以向前推进或向后拉回导向装置1，以便实现对套管装置27给予导向或对煤壁起到支撑的要求。导向千斤顶21具备两个作用，一是钻顶成孔作业时对套管27给予定位;二是能起到对钻孔位置前方煤壁的支撑作用。
[0029]导向装置I通过换向阀8为其导向千斤顶21提供液压动力，实现对套管推进与钻孔的定位以及对煤壁的支撑，确保作业期间彻底杜绝煤与瓦斯突出事故。通过给导向装置I的千斤顶提供液压动力，使导向装置向前推，对煤体起支撑作用，或向后拉解除对煤壁的支撑；由于导向装置I构成对套管顶进的支撑定位作用和钻孔作业期间对煤壁起到支撑作用，能有效延长瓦斯囊物理爆炸的煤壁最小抵抗线，在解决钻孔难得问题的同时真正做到“作业防突”，彻底杜绝“煤与瓦斯突出”事故的发生，确保作业人员的生命安全。
[0030]套管推进装置2
套管推进装置2的作用是为钻顶作业时对相应套管给予推进或回拉的功能。
[0031]套管推进装置2与套管装置27连接，与换向阀8连接，由换向阀8为其套管推进千斤顶22提供液压动力，实现对复合式钻头20及相联套管的前推和回拉。
[0032]套管推进装置2以滑动压板方式动装在轨道17的H平面之上，并以其作轨道支撑，在液压站装置7为套管千斤顶22提供油压动力的前提下，套管推进千斤顶22便可对套管推进装置进行推进和拉回的相关动作，推进套管完成钻顶孔作业，当钻孔完成时把套管拔回。套管推进千斤顶22通过耳环，用轴销铰接安装在轨道17与套管推进装置2上的耳环座上。套管推进千斤顶22的作用是利用液压系统的油压能量，在钻顶成孔作业期间随着孔深得不断推进，对套管装置27给予前进的推力，并在加接套管装置27的过程中拉回，以便让新的套管装置加入到钻孔作业之中，钻顶孔作业结束时对孔中的套管进行拔出作业的往复动力的提供与要求。
[0033]高度调节装置3
高度调节装置3由调节千斤顶23、调节装置支腿25组成，其作用是对主轨道17进行钻顶孔位置的高度调整。高度调节装置3的一端用轴销铰接安装在主轨道17的销座上，调节千斤顶23作用是协助高度调节装置3，实现对轨道17上下角度的调整，以便达到钻孔的设计要求。调调节千斤顶23用销轴安装在轨道17上的轴销座与调节装置支腿25上的轴销座上，组成调节机构，调节千斤顶23在液压系统油压的动力下，向前推动调节装置支腿25，轨道17的前端便向下运动而降低钻孔高度，如果调节千斤顶23向后拉调节装置支腿25、调节装置支腿25便通过轴销机械上轨道17，轨道17的前端便向上抬，从而钻孔高度提升。实现对钻孔高度调节的目的。
[0034]调节装置支腿25的作用是在钻孔作业期间，给予轨道17以高度定位需要的稳定支撑，确保钻顶成孔作业的顺利进行。
[0035]调节千斤顶23在油压的作用下可对调节装置支腿25进行前推和向后拉的动作，以便主轨道绕轨道支撑装置15作回转运动，从而实现对其进行高度的调节功能。
[0036]钻孔定位、角度调整机构
钻孔定位、角度调整机构由角度调节装置9、轨道支撑15组成，角度调节装置9安装在轨道17与机体框架11之间，与轨道支撑15构成钻孔角度调整系统。
[0037]角度调节装置9与高度调节装置3配合，同时对轨道17进行钻孔高度调节来满足钻孔作业对高度的需求。调节装置千斤顶23的两端耳环通过轴销，安装在轨道17和机体框架11上的耳环销座上，根据实际钻孔位置的需要，对轨道17进行推下或拉起的运动，配合高度调节装置3对轨道装置进行调节并定位，构成钻孔定位、角度调整机构，保证钻孔位置的精确性。
[0038]钻机支撑机构
钻机支撑机构安装在机体和轨道上，是钻机作业时的支撑与稳定系统。
[0039]钻机支撑机构由底盘支撑4、安装在机体11之上的钻机支撑12，安装在轨道17之上的支撑装置13、轨道支撑15组成，底盘支撑4、钻机支撑12、支撑装置13、轨道支撑15及安装于轨道装置17之上的调节装置3构成钻机的各向支撑系统;底盘支撑4采用多根支撑立柱，底盘支撑4以轴肖方式分别安装在机体的下方，构成钻机装置的底盘支撑系统；当钻机装置到达作业地点和调整好机体的相对位置后，利用换向阀8为底盘支撑4上的支撑千斤顶24提供来自液压站装置7的液压动力，以便达到平衡和稳定钻机的目的。支撑千斤顶24是底盘支撑4的一部分，其作用是通过液压系统的油压动力，实现对巷顶得预应力式的支撑，为钻机作业期间对平衡与稳定的要求提供保障。钻机支撑12用销轴与机体框架11铰接，钻机支撑12安装在机体框架11上，通过换向阀8为钻机支撑12提供来自液压站7的液压动力，满足钻机对垂直稳定或斜向支撑力的要求。轨道支撑15采用支撑辊位于轨道17的下方，支撑装置13由多个支撑千斤顶24组成，安装在轨道17上，当钻孔高度调整作业时对轨道17起稳定作用。底盘支撑4、钻机支撑12，支撑装置13、轨道支撑15分别与液压站连接，通过液压站对钻机支撑机构的支撑千斤顶24提供液压动力，使钻机支撑机构伸出和收回。
[0040]各支撑装置的作用及结构原理:
钻孔作业时钻机支撑12对钻机起斜向支撑和竖向支撑的作用。钻机支撑12由外滑套、内滑管和千斤顶等组成，并经轴销方式，铰装在机体装置11上的耳环座上，当进行稳钻需要时，通过利用油压动力，千斤顶24通过推动内滑管向外运动，便可实现对巷顶或巷帮煤壁的预应力式的支撑，从而保证钻机在作业时的稳定状态。
[0041]支撑装置13的与调节装置3配合，共同为钻孔作业时保证轨道装置17的稳定性，提高钻顶孔的工艺性。其基本性能和动作过程与支撑装置12相同。
[0042]轨道支撑15利用轴销结构，把轨道装置17安装在机体装置11的立柱上并结成钻孔作业的整体。
[0043]底盘支撑4的作用是对钻机整体其到平衡与支撑的稳定作用。底盘支撑4用液压站提供的油压动力，支撑千斤顶24退出和拉回其装置上的滑管，以便根据钻孔作业现场环境，让上述支撑装置调整到最佳的支撑位置，为钻孔作业提稳定可靠的安全保障。
[0044]回转机构
回转机构的回转装置18以轴套方式安装在钻机主梁16的平面上，钻机主梁16的上平面中心安装有轴套，而机体框架11的下平面中心同样也安装有轴套，并且两轴套的孔内径相等，用一轴销穿过两个轴套进行铰接安装。并利用锁定装置对轴销给予定位，防止有脱落现象，这样一个完整的可360°回转的机构就形成了与钻机机体配合组成回转机构。钻机机体通过回转装置18实现钻孔方向的任意调整。因其结构简单，回转轻便不需额外动力，所以十分符合煤矿现状和井下作业环境的需要。
[0045]回转装置18的作用是为机体框架11提供钻孔时进行角度调整的回转功能。
[0046]钻孔动力机构
钻孔动力机构包括钻孔动力装置14、钻孔推进装置10、套管推进装置2、钻杆19、复合式钻头20、管式切削体26。
[0047]钻孔动力装置14通过底板安装在套管推进装置2上，钻孔动力装置14与液压站连接，与钻孔推进装置10连接，在钻孔推进装置10的控制下，实现钻孔作业对钻杆19的前推或后拉动作。钻杆19安装在动力头上的钻杆接合处;套管装置27安装在套管推进装置2上，复合式钻头20安装在钻杆顶端和套管装置27的顶端。为钻孔动力装置14提供的液压动力转变为对钻杆19的旋转与对煤(矸)的切削力。当为套管推进装置提供液压动力时，千斤顶便会完成对套管推进装置的向前推进和向后的拉回。其中；
钻孔动力装置
钻孔动力装置14的作用是把液压动力通过液压马达、减速器及动力头装置，转换成钻杆和钻头的机械动力，以便达到钻孔的目的。钻孔动力装置14其实是液压马达、减速器、动力头和联轴器等部分的总成体的简化称呼。其原理是由液压马达将来自液压站装置7的液压油栗的油压动力，再转换成对钻杆与钻头的机械能，也就是液压站将电能转换成了液压能，而钻孔动力装置14则是通过液压马达，又把液压能转换成了机械能，通过钻头对煤(矸)进行切削成孔，而实现能量的转换过程，从而达到钻顶孔作业的目的。
[0048]钻孔推进装置
钻孔推进装置10的作用是为钻孔动力装置提供安装平台，可使钻杆推进和拔出，以便实现钻孔作业的目的。
[0049]钻孔推进装置10以钢管的形式通过压板安装在套管推进装置2的上边，钻孔动力装置总成安装在滑板上，钻孔推进装置10上边的千斤顶则安装在滑板与套管推进装置2上的耳环座上，并通过利用油压系统的液压动力，对钻孔动力装置14以推进或拔回。
[0050]钻杆
钻杆19的作用是将钻孔动力装置14而转换成的机械能传递给钻头的合金复合片，并对其施以适当推力，以便钻头的合金片对煤(矸)进行强制切削，以便实现在煤(矸)中的钻孔作业。
[0051 ]复合式钻头
复合式钻头20的作用是利用钻杆给予的机械能对煤(矸)体进行强制切削，并带动套管端部的管式切削体装置一同旋转，实现共同钻孔和顶管的目的。
[0052]工作原理，钻杆装置19在钻孔动力装置14的带动下旋转，并通过自身的花键装置和管式切削装置26带动管式切削装置一起旋转，在其同旋转的同时，复合式钻头20受到钻孔推进装置10的推力，而管式切削体装置26则受到套管推进装置2的推力作用，从而复合式钻头装置20与管式切削装置26，在得到旋转扭矩与推进力的同时，对煤(矸)体进行强制切肖IJ，而切削下来煤(矸)的钻肩通过螺旋钻杆旋叶的退料功能而自动排出钻孔，其作业过程可按给进行段或钻杆与套管的工艺长度，而进行接力式的更换与不断向千钻顶，最终达到设计孔深从而完成钻顶一体化成孔作业任务。并可实现如下目标:
1.如果钻顶作业期间遇到钻孔出现瓦斯喷孔现象或出现等量进尺而煤粉及钻肩明增多的异常情况，应立即停止钻顶作业，而是通过瓦斯分流装置，对过量煤粉或钻肩及涌的瓦斯进行可孔泄压钻排，并直至喷孔现象消失、煤粉排量正常后再进行向前
2.如果一切顺利，钻顶孔达到设计深度的尺寸，因复合式钻头装置20与管式切削体装置26之间是花键结构，所以能很顺利的被钻杆19一起拉出，钻杆及钻头拔出后，可将相应尺寸的瓦斯抽放护孔筛管下放到套管内，并下放到孔底，而后通过套管推进装置2将全部套拉出来下放护孔管及钻排泄压任务完成。
[0053]3.因钻顶一体化成孔工艺的煤(矸)体与钻孔有套管隔离着，并且成孔后花键式钻头能顺利找出来，又此成孔工艺可实现超大直径钻顶一体化，如在套管内放置直径0.5m左右的管件，形成通风孔，便可解决目前独头掘进联巷超前通风的难题，有效改善工作面的通风环境，彻底扭转工作面无风、循环风和瓦斯浓度高地问题，为作业人员创造良好的工作环境。
[0054]4.本发明具备的超大直径成孔工艺和技术装备。一旦井下发生顶板事故、造水、火灾等人员被困，急需对塌方处和截巷处，及需要快速打通救援生命通道的时候，井下的风台这样的钻顶一体化多功能钻机，便可以迅速实现上述目的，即可迅速钻顶出直径不小于800mm的救援生命通道，从而实现本技术的一机多能的特别效果。
[0055]管式切削体
管式切削体26安装在套管装置27上，组合旋转，在花键结构的带动下，将钻杆传来的机械能，转换成合金片对煤(矸)的强制切削作用，以便达到钻顶一体化综合成孔工艺的要求，管式切削体26具有对钻头的定心导向功能、对钻孔的扩大功能，管式切削体26的设置减轻了后续套管在跟进推顶过程的阻力，配合钻头共同对煤(矸)体进行强制切削，以实现钻顶一体化的成孔目的。充分发挥钻顶复合成孔工艺的多功能性，以实现瓦斯突出复杂煤层钻孔困难，和钻孔期间的卡钻，抱钻，喷孔失控，及孔钻不进去，与塌孔时，瓦斯轴放筛管人下到位的现状，并实现联巷大直径成孔超前通风，与应急救援时期大直径生命通道快速构建的要求。
[0056]套管装置
套管装置27套装在复合式钻头20的外部，它的作用是:
1、改变钻孔和下轴放筛管难的现状，为下瓦斯轴放大直径筛打下基础，提供瓦斯轴放(采)率，缩短瓦斯轴放(采)的周期，提高采煤的接续率。
[0057]2、钻顶成孔期间，对煤层瓦斯势能体进行泄压钻排，彻底消除煤与瓦斯突出事故给矿工带来的威胁与伤害。
[0058]3、利用套管装置27与煤层的隔离性质，在成孔后的套管装置27内下入大直径通风管，让独头掘进的煤巷提前联通，实现超前通风的目的，从而彻底改变目前独头煤巷掘进通风困难的局面。
[0059]4、利用大直径成孔后，钻杆和钻头拔出后在套管装置27内留下不小于800mm直径通道的功能，为应急救援提供快速构建大直径生命通道的要求，为遇险人员成功生还提供技术与装装备和工艺的科学保障。
[0060]本发明的工作过程
本发明由液压站装置为整个系统提供液压动力，在液压驱动系统的驱动下，通过液压站装置经由换向阀，为行走马达提供油压动力，使其具备行走移动功能。实现钻机4X4的行走功能即前进、后退、或转向。
[0061]当钻顶角度定位，与各向支撑力满足钻顶孔作业的要求，及钻机整体稳定性符合安全作业规范要求后，即可进行超大直径钻顶成孔作业了。
[0062]首先，把钻杆安装到钻孔动力装置上，把套管安装到套管推进装置上，并组装好复合式钻头，在导向装置提供定位保障的前提下，便可进行钻顶成孔作业了。
[0063]当钻机到达预订作业地点后，由液压站装置提供液压动力，各推进千斤顶在液压动力的推动下，实现各向支撑力的需要，为钻顶作业打下良好基础。当钻机通过自走方式移动到巷道或工作面所设计的钻顶孔位置，并通过回转装置用人力把钻机的机体装置与轨道一起通过回转装置，将钻顶孔及导向装置对准设计孔位后，由液压站通过换向阀为各千斤顶提供油压动力，从而实现对钻机装置的垂直定位与稳定性支撑，及对煤壁的水平支撑，一是防止钻顶作业期间发生瓦斯突出事故，二是为钻顶孔作业结束后，拉出钻顶套管装置时起反推力作用;根据需要对轨道仰俯角度进行调整与支撑，通过上述几个方面的支撑让钻机与巷道环境成为一个稳定的作业整体，也就是充分延长了瓦斯突出的煤层破坏最小抵抗线的距离，以保证钻顶孔作业期间人员的绝对安全。
[0064]在上述稳机、支撑、角度与孔位定位及钻杆与套管装置和复合式钻头装置连接好，一切准备工作正常后，即可启动液压动力装置，由换向阀控制，为钻孔动力装置提供油压动力，使其带动钻杆及复合式钻头，以便实现对煤(矸)体的切削作业，钻杆及复合式钻头正常旋转后，由换向阀为钻孔推进千斤顶提供油压动力，使其产生向前推进钻孔动力装置的动力，通过控制钻杆推进千斤顶与钻顶套管推进千斤顶，让钻杆与套管同步向煤层深处推进，在这期间，复合式钻头在与钻杆相连的钻头体首先旋转，并通过花键带动花键套，组成花键式传动形式，并一起同步旋转，对煤(矸)进行扩孔式复合钻进，带动套管端的管式切削体硬质和全片一起旋转，对煤(矸)体产生复合式钻孔切削功能，从而实现应对各种复杂钻孔环境的需要，并能顺利完成直径<0.Sm任何孔径的成孔任务，实现煤矿井下对大直径钻孔的需求。
[0065]本发明钻机根据煤矿井下作业环境巷道断面大小的不同，可划分为:ZDYS-2X3200S-6、ZDYS-2X4500S-9、ZDYS-2X6000S-12、ZDYS-2X8500S-15、ZDYS-2X12000S-18 等规格及型号，钻杆装置及套管装置:直径:从Φ 55mm- Φ 800mm，长度分为800mm，1000mm，及1200mm等规格。钻顶孔深度:从2 X 160m到2 X 500m范围。
[0066]由于从煤矿井下巷道及工作面现场环境考虑，及目前煤炭市场环境与煤矿经济效益等各方面综合分析，简单、实用、经济、可靠、并且一机多能的装备是煤炭企业与用户的首要选择，高安全、高效率与低成本是煤炭企业良性与发展的基本保障。
[0067]需要说明的是:虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围被理解和认定为覆盖了所有这些其他变形或修改。
【主权项】
1.一种煤矿超大直径钻孔系统，包括:钻机机体，钻机行走机构，液压动力机构，推进机构，钻孔定位、角度调整机构，钻机支撑机构，回转机构以及钻孔动力机构，钻机机体安装在钻机主梁上，构成安装其它相关装置的骨架平台；其特征在于， a.钻机行走机构主要由行走驱动轮和行走马达组成，安装在钻机主梁之上，通过行走马达带动行走驱动轮运转，为钻机提供前进和后退的驱动力； b.液压动力机构主要由安装在钻机机体上的液压站、千斤顶和安装在机体上的换向阀构成，形成钻孔作业的液压动力系统； c.推进机构主要由安装在钻机机体上的轨道及安装在轨道之上的套管推进装置、钻孔推进装置、导向装置组成，推进机构负责钻孔导向、顶管及钻孔的推进； d.钻孔定位、角度调整机构主要由调节装置、轨道支撑组成，调节装置安装在轨道与机体框架之间构成钻机的钻孔定位机构，调节装置与轨道支撑构成钻孔角度调整系统； e.钻机支撑机构包括底盘支撑、钻机支撑、支撑装置和轨道支撑，分别安装在钻机机体和轨道上，是钻机作业时的支撑与稳定系统，钻机支撑机构分别与相应的千斤顶连接;千斤顶与液压站连接;其中轨道通过轨道支撑安装在机体上； f.回转机构的回转装置安装在钻机主梁的平面上与机体配合，组成回转机构； g.钻孔动力机构包括钻孔动力装置、钻孔推进装置、套管推进装置、钻杆、复合式钻头、管式切削体，钻孔动力装置通过底板安装在套管推进装置上，钻孔动力装置与液压站连接，与钻孔推进装置连接，在钻孔推进装置的控制下，实现钻孔作业对钻杆的前推或后拉动作。2.根据权利要求1所述的煤矿超大直径钻孔系统，其特征在于，导向装置为滑杆结构，动装在轨道的H型槽内。3.根据权利要求2所述的煤矿超大直径钻孔系统，其特征在于，导向装置用轴销与导向千斤顶连接。4.根据权利要求1所述的煤矿超大直径钻孔系统，其特征在于，调节装置由高度调节装置与角度调节装置组成，钻孔高度与钻孔角度由调节装置完成。5.根据权利要求4所述的煤矿超大直径钻孔系统，其特征在于，换向阀是液压换向阀，与液压站连接，安装在钻机机体上。6.根据权利要求1所述的煤矿超大直径钻孔系统，其特征在于，钻杆安装在动力头上的钻杆接合处;套管装置安装在套管推进装置上，复合式钻头安装在钻杆顶端和套管装置的顶端。
【文档编号】E21B3/02GK105927143SQ201610548041
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】陈凤平, 王世斌, 刘志文, 刘新民, 李建民, 张冬阳, 王贵平, 苏宏刚, 张 杰, 李宝玲, 侯韩龙, 李宏卜, 徐伟伟, 江新军
【申请人】陈凤平, 国家安全生产监督管理总局信息研究院