一种煤层抽采钻孔防塌孔装置的制作方法

本实用新型涉及矿井瓦斯抽采钻孔技术领域，特别是一种煤层抽采钻孔防塌孔装置。

背景技术：

高瓦斯松软煤层深孔钻进塌孔是制约瓦斯高效抽采的困难之一。相比其它岩层，松软煤层具有特殊物理力学性质，其特殊性导致松软煤层瓦斯抽放钻孔在钻进过程中容易导致钻孔钻进不深，钻孔变形、坍塌等现象，极大降低了瓦斯抽采率，严重限制了工程进度，影响安全生产。现如今应用比较多的防塌孔技术主要有：①在钻孔成孔以后，提出钻杆，下放瓦斯抽采筛管进行护孔，但是该方法需要在提钻时不断送风扫孔，废时废力，效率低下，筛管下放深度浅；②施工钻孔完成后在辅助装置作用下，下放瓦斯抽采筛管进行护孔，该方法主要是在护孔筛管上安装滑轮、滚珠等辅助装置，减小护孔筛管与孔壁之间的摩擦，护孔筛管的下放深度有所增加，但是该方法的装置复杂，且筛管下方过程中经常发生孔内事故；③采用国外进口的可降解冲洗液维护钻孔孔壁，但此种冲洗液仅在国内个别煤矿的定向钻进过程中使用，而且冲洗液产品价格昂贵，其对钻孔煤体的瓦斯解析还有待考证。④全长筛管护孔瓦斯抽采技术，该技术通过研制大通孔可开闭式钻头，采用人工方式，将抽采筛管从钻杆的内通孔，下放到钻孔里面，当瓦斯抽采筛管输送到钻头部位时，在轴向推力的作用下将钻头中央的三个“花瓣”形顶开，瓦斯抽采筛管通过钻头的内通孔下放到钻孔底部，在孔底固定装置的作用下固定在钻孔底部然后旋转退出钻杆，将抗静电阻燃可碎性材料的抽采筛管留在整个钻孔里。该方法费时费力，投入较大。

因此，研制一种使用方便、实惠经济，可以对钻孔塌孔区域进行精准支护的的防塌孔装置，成为提高煤矿瓦斯抽采效率的迫切需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种煤层抽采钻孔防塌孔装置。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种煤层抽采钻孔防塌孔装置，包括一端设有内螺纹、另一端设有外螺纹的碳纤维杆、包覆在碳纤维杆外的柔性气囊，以及套置在碳纤维杆外的圆柱形支架，所述碳纤维杆表面开设有若干与柔性气囊内部连通的气孔；所述圆柱形支架包括若干X型阻燃防静电塑料架，每个所述X型阻燃防静电塑料架均由两个长度相等的阻燃防静电塑料片组装而成，阻燃防静电塑料片中间和两端均开设有轴孔，用塑料轴穿过两个阻燃防静电塑料片中间的轴孔将两个阻燃防静电塑料片并拢形成X结构，两个阻燃防静电塑料片相对面之间的中间轴孔周围设有方向相反的齿牙从而使X结构只能展开而不能合拢；每相邻的两个 X型阻燃防静电塑料架之间分别用塑料轴穿过两个阻燃防静电塑料片端部的轴孔将相邻的两个X型阻燃防静电塑料架铰连接在一起直至形成一个圆柱体。

进一步，本实用新型的一种煤层抽采钻孔防塌孔装置，还包括用于连接两个或两个以上的圆柱形支架而增加圆柱形支架高度的塑料卡扣，所述塑料卡扣两侧对称设有C形卡口，所述C形卡口用于转动卡接在上下相邻的X型阻燃防静电塑料架端部的塑料轴上。

进一步，所述圆柱形支架外包裹有一圈阻燃网。

进一步，所述齿牙形状为直角三角形，左高右低，顺时针围绕两个阻燃防静电塑料片相对面之间的中间轴孔分布一圈。两个阻燃防静电塑料片形成的合拢的X结构，两者可以围绕中间的塑料轴进行转动，但是由于中间的轴孔位置周围有反方向的齿，使得该X结构只能展开而不能合拢。

另外，本实用新型还提供一种煤层抽采钻孔防塌孔方法，包括以下步骤：

步骤一、判断塌孔情况可能发生的位置S1和长度L1：根据上一个钻孔打钻过程中，出煤量的实时变化、卡钻情况、打钻速度的实时变化情况或者其他有效方法近似判断本钻孔塌孔情况可能发生的长度L1，根据该长度L1拼接一段长度为L2的圆柱形支架，其中L2＝L1+1m；

步骤二、取一截碳纤维杆，该碳纤维杆表面包覆有一层柔性气囊，在碳纤维杆表面开设有若干与柔性气囊内部连通用于向气囊注气和排气的气孔，将圆柱形支架套在该碳纤维杆外固定好，并在圆柱形支架外包裹有一圈阻燃网；

步骤三、钻孔：根据煤矿瓦斯抽采钻孔设计要求，在下一个钻孔位置进行标记，移动打钻机到标记位置，将空心钻杆和开口式钻头组合安装在打钻机上，在标记位置开始进行打钻；当新加装的钻杆钻进完成后，先解除钻进完成的钻杆与钻机之间的连接，而后钻机钻进部分向后退一段距离，取一段新钻杆，将新钻杆与钻机连接，调整钻机钻进部分，使新钻杆与完成钻进的钻杆紧密连接；

步骤四、重复步骤三，直至打钻机的钻头到达S2位置，其中， S2＝钻孔设计长度S3－塌孔情况可能发生的位置S1，然后取第n根钻杆进行加装继续钻进；

步骤五：当钻孔长度达到设计长度时，停止打钻开始进行退钻工作，打钻机钻进部分向后退一段距离，解除最后一截钻杆与打钻机和上一截钻杆之间的连接，将最后一截钻杆卸下；将裸露在外的碳纤维杆通过顶进装置，推送到空心钻杆中，钻进部分向前移，然后将钻进部分与钻杆重新连接；之后重复该步骤，直至全部钻杆退钻完成；

步骤六、从供风管路上引一条气管，用阀门将碳纤维杆和气管连接起来，打开阀门，通过碳纤维杆向圆柱形支架中间的柔性气囊中充气，使柔性气囊膨胀变大同时撑开圆柱形支架，使圆柱形支架四周与钻孔壁紧贴；然后卸掉气管，打开阀门，将柔性气囊中的气体全部放出，使柔性气囊再次收缩，圆柱形支架的X型结构中间轴处有反向齿，使得支架撑开之后保持对钻孔壁的支护作用，而不会再次收缩；卸掉阀门；

步骤七、取出碳纤维杆；

步骤八、开始进行封孔作业。

进一步，所述步骤四中，如果钻杆长度L3＞圆柱形支架长度L2，则当第n根钻杆打钻完成时，取第n+1根钻杆与之组装，然后取组装好圆柱形支架的碳纤维杆，将其插入空心钻杆之中，最后将第n+1支空心钻杆与打钻机连接；而后再次进行打钻过程，当第n+1支钻杆打钻完后，取长度相等的钻杆和碳纤维杆各一根，先取新的碳纤维杆与空心钻杆内的碳纤维杆螺纹连接，而后在碳纤维杆外套新的钻杆，最后将钻杆与钻机重新连接，再次进行打钻工作；之后重复上述操作。

进一步，所述步骤四中，如果钻杆长度L3＜支架长度L2＜mL3，则当第n+m－1根钻杆打钻完成时，取第n+m根钻杆与之组装，然后取组装好圆柱形支架的碳纤维杆，将其插入空心钻杆之中，最后将第 n+m支空心钻杆与打钻机连接，而后再次进行打钻过程，当第n+m支钻杆打钻完后，取长度相等的钻杆和碳纤维杆各一根，先取新的碳纤维杆与空心钻杆内的碳纤维杆螺纹连接，而后在碳纤维杆外套新的钻杆，最后将钻杆与钻机重新连接，再次进行打钻工作；之后重复上述操作。

进一步，所述步骤七中，如果塌孔位置距离钻孔口较远，碳纤维支架过长回收有困难，则使用固定装置将碳纤维杆固定在钻机上，通过退钻的方式将碳纤维杆退出；如果塌孔位置距离孔口较近，碳纤维支架较短回收简单，则用手将碳纤维杆依次抽出。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型设计结构简单，与同类功效的实用新型相比使用更加方便快捷。

2、本实用新型设计精巧，圆柱形支架可以自由组合形成不同的尺寸满足不同长度塌孔区域的需要。

3、本实用新型比起其他产品更加的经济实用。

4、本实用新型圆柱形支架为阻燃防静电橡胶材料，强度高，韧性好，坚固耐用，支护效果明显。圆柱形支架具有更好的稳定性和抗形变特性，并且紧贴钻孔壁，对钻孔内瓦斯流动的影响非常小。

5、本实用新型圆柱形支架，使用的是碳纤维杆，该材料轻便，结实，韧性强。以至于可以将圆柱形支架送到深入钻孔底部的位置。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，本系统主要由圆柱形支架，碳纤维杆，柔性气囊三部分构成。随着打钻的进行将圆柱形支架、柔性气囊、碳纤维杆送到易塌孔区域，而后通过碳纤维杆向柔性气囊中充气，最后通过膨胀的柔性气囊将圆柱形支架撑开，卡牢，完成对钻孔壁的支护作用。本实用新型操作简便，实用性强，效果好，适合推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的阻燃防静电塑料片的结构示意图。

图2为本实用新型的X型阻燃防静电塑料架的结构示意图。

图3为本实用新型的多个X型阻燃防静电塑料架连接示意图。

图4为本实用新型的X形阻燃防静电塑料架与塑料卡扣的连接结构示意图。

图5为塑料卡扣的结构示意图。

图6为圆柱形支架的结构示意图。

图7为多个圆柱形支架通过塑料卡扣连接的结构示意图。

图8为碳纤维杆的结构示意图。

图9为碳纤维杆与柔性气囊的连接示意图。

图10为本实用新型的使用状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1-10所示，本实施例的一种煤层抽采钻孔防塌孔装置，包括一端设有内螺纹、另一端设有外螺纹8的碳纤维杆7、包覆在碳纤维杆7外的柔性气囊5，以及套置在碳纤维杆7外的圆柱形支架，所述碳纤维杆7表面开设有若干与柔性气囊5内部连通的气孔6；所述圆柱形支架包括若干X型阻燃防静电塑料架，每个所述X型阻燃防静电塑料架均由两个长度相等的阻燃防静电塑料片1组装而成，阻燃防静电塑料片1中间和两端均开设有轴孔101，用塑料轴3穿过两个阻燃防静电塑料片1中间的轴孔101将两个阻燃防静电塑料片1并拢形成X结构，两个阻燃防静电塑料片1相对面之间的中间轴孔101周围设有方向相反的齿牙2从而使X结构只能展开而不能合拢，具体地，齿牙形状2为直角三角形，左高右低，顺时针围绕两个阻燃防静电塑料片1相对面之间的中间轴孔101分布一圈；每相邻的两个X型阻燃防静电塑料架之间分别用塑料轴3穿过两个阻燃防静电塑料片1端部的轴孔101将相邻的两个X型阻燃防静电塑料架铰连接在一起直至形成一个圆柱体。该圆柱体的工作原理：通过在该圆柱体的空心处施加一个向外扩张的力，使得X结构扩张，圆柱体的圆形截面变大，圆柱的高变小。该过程使得该圆柱体可以形成的支撑截面变大。本实施例中，是通过碳纤维杆7充气，气体通过碳纤维杆表面的气6孔进入柔性气囊5，随着充气的进行，柔性气囊5不断膨胀变大，将此包覆有柔性气囊5的碳纤维杆7插入圆柱形支架的中间区域，保证柔性气囊 5膨胀时可以将圆柱形支架整个撑起。

本实施中，为了能够使圆柱形支架的高度增加，本实施例的一种煤层抽采钻孔防塌孔装置，如图4、图5、图7所示，还包括用于连接两个或两个以上的圆柱形支架而增加圆柱形支架高度的塑料卡扣4，所述塑料卡扣4两侧对称设有C形卡口41，所述C形卡口41用于转动卡接在上下相邻的X型阻燃防静电塑料架端部的塑料轴3上。该C 形卡口41的开口略小于X结构端头部分的塑料轴3的直径，这样可以将塑料轴3卡入C形卡口41，而且不容易脱落掉出。圆柱形支架之间可以通过多个此塑料卡扣4连接，塑料卡扣4数目越多，连接越紧密，同时也可以根据需要的圆柱形支架的高度，连接不同数目的圆柱形支架。

本实施例中，圆柱形支架主体为阻燃防静电橡胶材料，强度高，韧性好，圆柱形支架撑开呈圆环状，支架一旦撑开将不再收缩。

本实施例中，圆柱形支架的展开动力来源于中间的柔性气囊5充气膨胀作用。柔性气囊5膨胀内部空间变大带动圆柱形支架展开。

在实际施工过程中，所述圆柱形支架外还包裹有一圈阻燃网。当圆柱形支架撑开后，阻燃网随之展开，支架撑开后阻燃网围绕支架一周将其包裹。该阻燃网，可以阻挡大的煤块垮落(对于煤粉、煤粒等细小的对支护空间不会产生破坏作用的煤不具备阻挡作用)，保证支架撑起后有一个良好的瓦斯抽采空间。

另外，本实例还提供了一种煤层抽采钻孔防塌孔方法，具体步骤如下：

步骤一、判断塌孔情况可能发生的位置S1和长度L1：根据上一个钻孔打钻过程中，出煤量的实时变化、卡钻情况、打钻速度的实时变化情况或者其他有效方法近似判断本钻孔塌孔情况可能发生的长度L1，根据该长度L1拼接一段长度为L2的圆柱形支架，其中L2＝L1+1m。

步骤二、取一截碳纤维杆，该碳纤维杆表面包覆有一层柔性气囊，在碳纤维杆表面开设有若干与柔性气囊内部连通用于向气囊注气和排气的出气孔，将圆柱形支架套在该碳纤维杆外固定好，并在圆柱形支架外包裹有一圈阻燃网。

步骤三、钻孔：根据煤矿瓦斯抽采钻孔设计要求，在下一个钻孔位置进行标记，移动打钻机到标记位置，将空心钻杆和开口式钻头组合安装在打钻机上，在标记位置开始进行打钻；当新加装的钻杆钻进完成后，先解除钻进完成的钻杆与钻机之间的连接，而后钻机钻进部分向后退一段距离，取一段新钻杆，将新钻杆与钻机连接，调整钻机钻进部分，使新钻杆与完成钻进的钻杆紧密连接。

步骤四、重复步骤三，直至打钻机的钻头到达S2位置，其中， S2＝钻孔设计长度S3－塌孔情况可能发生的位置S1，然后取第n根钻杆进行加装继续钻进；

步骤五：当钻孔长度达到设计长度时，停止打钻开始进行退钻工作，打钻机钻进部分向后退一段距离，解除最后一截钻杆与打钻机和上一截钻杆之间的连接，将最后一截钻杆卸下；将裸露在外的碳纤维杆通过顶进装置，推送到空心钻杆中，钻进部分向前移，然后将钻进部分与钻杆重新连接；之后重复该步骤，直至全部钻杆退钻完成；

如果钻杆长度L3＞圆柱形支架长度L2，则当第n根钻杆打钻完成时，取第n+1根钻杆与之组装，然后取组装好圆柱形支架的碳纤维杆，将其插入空心钻杆之中，最后将第n+1支空心钻杆与打钻机连接；而后再次进行打钻过程，当第n+1支钻杆打钻完后，取长度相等的钻杆和碳纤维杆各一根，先取新的碳纤维杆与空心钻杆内的碳纤维杆螺纹连接，而后在碳纤维杆外套新的钻杆，最后将钻杆与钻机重新连接，再次进行打钻工作；之后重复上述操作。

如果钻杆长度L3＜支架长度L2＜mL3，则当第n+m－1根钻杆打钻完成时，取第n+m根钻杆与之组装，然后取组装好圆柱形支架的碳纤维杆，将其插入空心钻杆之中，最后将第n+m支空心钻杆与打钻机连接，而后再次进行打钻过程，当第n+m支钻杆打钻完后，取长度相等的钻杆和碳纤维杆各一根，先取新的碳纤维杆与空心钻杆内的碳纤维杆螺纹连接，而后在碳纤维杆外套新的钻杆，最后将钻杆与钻机重新连接，再次进行打钻工作；之后重复上述操作。

步骤六、从供风管路上引一条气管，用阀门将碳纤维杆和气管连接起来，打开阀门，通过碳纤维杆向圆柱形支架中间的柔性气囊中充气，使柔性气囊膨胀变大同时撑开圆柱形支架，使圆柱形支架四周与钻孔壁紧贴；然后卸掉气管，打开阀门，将柔性气囊中的气体全部放出，使柔性气囊再次收缩，圆柱形支架的X型结构中间轴处有反向齿，使得支架撑开之后保持对钻孔壁的支护作用，而不会再次收缩；卸掉阀门。

步骤七、取出碳纤维杆：如果塌孔位置距离钻孔口较远，碳纤维支架过长回收有困难，则使用固定装置将碳纤维杆固定在钻机上，通过退钻的方式将碳纤维杆退出；如果塌孔位置距离孔口较近，碳纤维支架较短回收简单，则用手将碳纤维杆依次抽出。

步骤八、开始进行封孔作业。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。