松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置及其使用方法与流程

本发明属于煤矿巷道支护领域，涉及一种松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置及其使用方法。

背景技术：

目前在我国，松软破碎厚及特厚煤层的储量成百亿吨计。松软破碎煤层围岩属于差异性很大的非均质层状赋存，表现为围岩难以形成承载结构，易发生失稳坍塌；另由于其普氏系数小，内摩擦系数及粘聚力小，这样就使得煤层承受应力的能力很小，当松软破碎煤层顶板锚固孔钻孔完成钻进后，由于应力的二次分布，孔壁承受不了上方自重应力及四周剪切应力，会使孔壁发生破坏，造成塌孔或者难以成孔的现象；所以矿井在松软破碎煤层顶板中钻进锚固孔普遍存在钻进深度浅、钻孔稳定性差、成孔质量差、成孔率低等问题，这给矿井采掘安全、采掘成本带来很大了影响。因此，为解决松软破碎煤层巷道顶板锚固孔成孔难、易塌孔的问题，研制出一种松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置势在必行。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置及其使用方法，可通过钻进护壁管对锚固孔定型，解决松软破碎托顶煤巷道顶板锚固孔成孔难、易塌孔的问题，改善钻孔成孔质量和效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置，包括钻进护壁管、动力与排渣构件和钻杆；

钻进护壁管为上下贯通的细长管，钻进护壁管包括从上至下依次固定连通并同轴向设置的钻进部位、护壁主体和护壁管安装部位，护壁管安装部位的侧壁上沿周向均匀设置有四个第一螺栓孔；

动力与排渣构件包括从上至下依次固定连通并同轴向设置的钻筒动力传动部位、排渣部位和钻杆动力传动部位，钻筒动力传动部位和钻杆动力传动部位均呈筒状，钻筒动力传动部位的侧壁上沿周向均匀设置有四个第二螺栓孔，第二螺栓孔与第一螺栓孔相匹配，排渣部位的外轮廓呈上小下大的圆台形，排渣部位的顶部开口且其直径等于钻筒动力传动部位的直径，排渣部位的底部固定连接有一个环形板，环形板上沿其周向均布有若干个排渣孔，钻杆动力传动部位的顶部固定连接在环形板的内圈，钻杆动力传动部位的内部沿轴向开设有一个与钻杆匹配的六棱形贯通孔，钻杆动力传动部位的侧壁上沿周向均匀设置有三个第三螺栓孔，

护壁管安装部位通过从外向内依次穿过第二螺栓孔和第一螺栓孔的第一螺栓固定连接在钻筒动力传动部位内，

钻杆安装在六棱形贯通孔内，且钻杆通过从外向内穿过第三螺栓孔的第二螺栓固定连接在动力与排渣构件的钻杆动力传动部位，钻杆的外径小于护壁主体的内径。

钻进护壁管的钻进部位沿周向均布有若干个开口朝上的矩形凹槽。

护壁主体的侧壁从上至下均布有若干组小圆孔，每组小圆孔包括四个并沿护壁主体的周向均布。

护壁管安装部位的外表面上设有四个铣削平面，各个铣削平面环绕护壁管安装部位的轴线均匀设置，四个第一螺栓孔分别设置在四个铣削平面上，钻筒动力传动部位的内表面与护壁管安装部位的外表面的四个铣削平面相适配。

本发明还包括托板，托板的中心设有用于钻进护壁管穿过的大圆孔，大圆孔的直径大于钻进护壁管的直径并小于钻筒动力传动部位的外径。

矩形凹槽设有四个，护壁主体侧壁上的小圆孔设有四组，排渣孔设有六个。

使用所述的松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）、固定托板：在松软破碎厚托顶煤巷道中使用钢筋或钢板与巷道顶板周边现有的支护材料相配合，将托板固定在钢筋与顶板或钢板与顶板之间；

（2）、组装动力与排渣构件和钻进护壁管：将动力与排渣构件和钻进护壁管组装为一体，即将护壁管安装部位通过从外向内依次穿过第二螺栓孔和第一螺栓孔的第一螺栓固定连接在钻筒动力传动部位内；

（3）、安装钻杆：将钻杆安装在已经组装在一起的动力与排渣构件和钻进护壁管中，并使钻杆的钻头部位比钻进护壁管的钻进部位顶端低50～100mm；

（4）、锚固孔钻进：在巷道顶板进行锚固孔钻进时，钻进护壁管穿过托板上的大圆孔后，启动钻机开始钻进顶板，钻进护壁管上部的钻进部位钻进至距巷道顶板表面50～100mm时，此时钻进部位位于顶板内部，钻杆接触到顶板并随着钻进护壁管同时钻进，钻渣沿着钻杆与钻进护壁管之间的环形间隙并最终从排渣部位的排渣孔排出，托板护住锚固孔附近的顶板防止塌孔；

（5）、浅部锚固孔成孔：当钻筒动力传动部位经过钻进上升至距顶板表面20～100mm时，此时钻筒动力传动部位仍位于顶板下方，关闭钻机停止钻进，浅部锚固孔成型，钻进护壁管承受孔壁的上方自重应力及四周剪切应力，从而对浅部锚固孔定型，防止发生塌孔或者难以成孔；

（6）、拆卸动力与排渣构件：将第二螺栓卸下，从而将钻杆与动力与排渣构件分离，同时将第一螺栓卸下，将钻杆下端与钻机分离，将动力与排渣构件从钻进护壁管上拆下并沿钻杆向下抽出，钻进护壁管留在顶板中保护已经钻出的浅部锚固孔；

（7）、深部锚固孔钻进：将钻杆接长一节，下端的钻杆再与钻机连接，启动钻机使用接长后的钻杆进行深部锚固孔钻进，直至锚固孔钻进完成；

（8）退出钻杆，关闭钻机。

步骤（3）安装钻杆的具体步骤为：将钻杆从下至上依次穿过钻杆动力传动部位的六棱形贯通孔、排渣部位和钻筒动力传动部位，并伸向钻进护壁管的顶端，使钻杆的钻头部位比钻进护壁管的钻进部位顶端低50～100mm，最后将钻杆的下部通过从外向内穿过第三螺栓孔的第二螺栓固定连接在动力与排渣构件的钻杆动力传动部位。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

使用本发明的锚固孔成孔装置，在浅部锚固孔成孔时，钻进护壁管可承受孔壁的上方自重应力及四周剪切应力，从而对浅部锚固孔定型，防止发生塌孔或者难以成孔的现象，改善钻孔成孔质量和效率，保障矿井采掘的工程进度和施工安全，节约采掘成本。

本发明中的钻进部位上设置的矩形凹槽相当于钻齿，设置矩形凹槽便于钻进护壁管的钻进；护壁主体上的各个小圆孔起到辅助排渣的作用，在护壁主体与钻杆之间的环形间隙较小时，钻渣可从各个小圆孔排出（在锚固孔钻进过程中，锚固孔成孔之前的孔壁为松动状态，钻进护壁管的外径小于锚固孔成孔之前的内径）；护壁管安装部位上设置的四个铣削平面起到传递护壁管安装部位与钻筒动力传动部位之间扭矩的作用，第一螺栓能够防止护壁管安装部位与钻筒动力传动部位轴向产生相对移动；托板可护住锚固孔附近的顶板并防止塌孔，同时防止塌落物下落误伤下方的工作人员或砸坏下方的设备。

综上，本发明结构简单，操作和拆装方便、成本低、实用性强，能够提高钻孔成功率，可实现顶板锚固孔大孔小孔同时钻进，能有效解决松软破碎托顶煤巷道顶板锚固孔成孔难、易塌孔的问题，改善钻孔成孔质量和效率，扩大了使用范围，还节约成本。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明中钻进护壁管的立体结构示意图；

图4是本发明中动力与排渣构件的立体结构示意图；

图5是本发明中托板的立体结构示意图；

图6是图3中a处的局部放大图；

图7是本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置，包括钻进护壁管、动力与排渣构件和钻杆14，钻杆14选用b19钻杆。

钻进护壁管为上下贯通的细长管，钻进护壁管包括从上至下依次固定连通并同轴向设置的钻进部位1、护壁主体2和护壁管安装部位3，护壁管安装部位3的侧壁上沿周向均匀设置有四个第一螺栓孔4；

动力与排渣构件包括从上至下依次固定连通并同轴向设置的钻筒动力传动部位5、排渣部位6和钻杆动力传动部位7，钻筒动力传动部位5和钻杆动力传动部位7均呈筒状，钻筒动力传动部位5的侧壁上沿周向均匀设置有四个第二螺栓孔8，第二螺栓孔8与第一螺栓孔4相匹配，排渣部位6的外轮廓呈上小下大的圆台形，排渣部位6的顶部开口且其直径等于钻筒动力传动部位5的直径，排渣部位6的底部固定连接有一个环形板9，环形板9上沿其周向均布有若干个排渣孔10，钻杆动力传动部位7的顶部固定连接在环形板9的内圈，钻杆动力传动部位7的内部沿轴向开设有一个与钻杆14匹配的六棱形贯通孔11，钻杆动力传动部位7的侧壁上沿周向均匀设置有三个第三螺栓孔12，

护壁管安装部位3通过从外向内依次穿过第二螺栓孔8和第一螺栓孔4的第一螺栓13固定连接在钻筒动力传动部位5内，

钻杆14安装在六棱形贯通孔11内，且钻杆14通过从外向内穿过第三螺栓孔12的第二螺栓15固定连接在动力与排渣构件的钻杆动力传动部位7，钻杆14的外径小于护壁主体2的内径。

钻进护壁管的钻进部位1沿周向均布有若干个开口朝上的矩形凹槽16。矩形凹槽16相当于钻齿，设置矩形凹槽16便于钻进护壁管的钻进。

护壁主体2的侧壁从上至下均布有若干组小圆孔17，每组小圆孔17包括四个并沿护壁主体2的周向均布。各个小圆孔17起到辅助排渣的作用，在护壁主体2与钻杆14之间的环形间隙较小时，钻渣可从各个小圆孔17排出（在锚固孔钻进过程中，锚固孔成孔之前的孔壁为松动状态，钻进护壁管的外径小于锚固孔成孔之前的内径）。

护壁管安装部位3的外表面上设有四个铣削平面18，各个铣削平面18环绕护壁管安装部位3的轴线均匀设置，四个第一螺栓孔4分别设置在四个铣削平面18上，钻筒动力传动部位5的内表面与护壁管安装部位3的外表面的四个铣削平面相适配。四个铣削平面18起到传递护壁管安装部位3与钻筒动力传动部位5之间同步旋转时扭矩的作用，第一螺栓13能够防止护壁管安装部位3与钻筒动力传动部位5轴向产生相对移动。

本发明还包括托板19，托板19的中心设有用于钻进护壁管穿过的大圆孔20，大圆孔20的直径大于钻进护壁管的直径并小于钻筒动力传动部位5的外径。托板19可护住锚固孔附近的顶板21并防止塌孔，同时防止塌落物下落误伤下方的工作人员或砸坏下方的设备。

矩形凹槽16设有四个，护壁主体2侧壁上的小圆孔17设有四组，排渣孔10设有六个。

使用所述的松软破碎厚托顶煤巷道顶板锚固孔成孔装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）、固定托板19：在松软破碎厚托顶煤巷道中使用钢筋或钢板与巷道顶板21周边现有的支护材料相配合，将托板19固定在钢筋与顶板21或钢板与顶板21之间；

（2）、组装动力与排渣构件和钻进护壁管：将动力与排渣构件和钻进护壁管组装为一体，即将护壁管安装部位3通过从外向内依次穿过第二螺栓孔8和第一螺栓孔4的第一螺栓13固定连接在钻筒动力传动部位5内；

（3）、安装钻杆14：将钻杆14安装在已经组装在一起的动力与排渣构件和钻进护壁管中，并使钻杆14的钻头部位比钻进护壁管的钻进部位1顶端低50～100mm；

（4）、锚固孔钻进：在巷道顶板21进行锚固孔钻进时，钻进护壁管穿过托板19上的大圆孔20后，启动钻机开始钻进顶板21，钻进护壁管上部的钻进部位1钻进至距巷道顶板21表面50～100mm时，此时钻进部位1位于顶板21内部，钻杆14接触到顶板21并随着钻进护壁管同时钻进，钻渣沿着钻杆14与钻进护壁管之间的环形间隙并最终从排渣部位6的排渣孔10排出，托板19护住锚固孔附近的顶板21防止塌孔；

（5）、浅部锚固孔成孔：当钻筒动力传动部位5经过钻进上升至距顶板21表面20～100mm时，此时钻筒动力传动部位5仍位于顶板21下方，关闭钻机停止钻进，浅部锚固孔成型，钻进护壁管承受孔壁的上方自重应力及四周剪切应力，从而对浅部锚固孔定型，防止发生塌孔或者难以成孔；

（6）、拆卸动力与排渣构件：将第二螺栓15卸下，从而将钻杆14与动力与排渣构件分离，同时将第一螺栓13卸下，将钻杆14下端与钻机分离，将动力与排渣构件从钻进护壁管上拆下并沿钻杆14向下抽出，钻进护壁管留在顶板21中保护已经钻出的浅部锚固孔；

（7）、深部锚固孔钻进：将钻杆14接长一节，下端的钻杆14再与钻机连接，启动钻机使用接长后的钻杆14进行深部锚固孔钻进，直至锚固孔钻进完成；

（8）退出钻杆14，关闭钻机。

步骤（3）安装钻杆14的具体步骤为：将钻杆14从下至上依次穿过钻杆动力传动部位7的六棱形贯通孔11、排渣部位6和钻筒动力传动部位5，并伸向钻进护壁管的顶端，使钻杆14的钻头部位比钻进护壁管的钻进部位1顶端低50～100mm，最后将钻杆14的下部通过从外向内穿过第三螺栓孔12的第二螺栓15固定连接在动力与排渣构件的钻杆动力传动部位7。

b19钻杆，又称b19锚杆，用于锚杆钻机上，分为底节锚杆，中节锚钻杆，下节锚钻杆，钻杆之间可以用连接套连接，从而将钻杆接长。b19钻杆为现有常规装置，具体结构不再详述。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。