CN111140170A - 一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备及成孔工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备及成孔工艺。成套装备包括大扭矩钻机、导孔钻具和扩孔钻具，大扭矩钻机包括导轨组件、稳钻支撑组件和钻进回转装置；稳钻支撑组件安装在大扭矩钻机的回转大盘上，用以向钻机提供钻孔过程中的支撑；钻进回转装置安装在导轨组件上，根据钻进的工序，钻进回转装置驱动导孔钻具旋转实现高速钻进或驱动扩孔钻具旋转实现低速大扭矩回扩；导轨组件安装在稳钻支撑组件上，能实现钻进回转装置钻进位置及方向的调整，并为钻进回转装置的回扩钻孔提供所需的起拔力。成孔工艺包括导孔过程和回扩过程，可有效解决松软煤层煤柱横向大直径成孔时作业困难、效率低、成孔率低、劳动强度高等问题。

Description

一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备及成孔工艺

技术领域

本发明属于煤矿井下成套设备领域，具体涉及一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备及成孔工艺。

背景技术

在煤矿井下煤层开采后会形成采空区，由于煤层开采过程中会造成瓦斯流动并向采空区聚集，形成上隅角瓦斯。针对上隅角瓦斯的治理方法有多中，其中经济成本低、治理效果好的方法就是利用在煤柱区施工大直径孔，并且在孔内安装瓦斯抽放管进行采空区瓦斯抽采。

松软煤层煤柱区大直径扩孔常采用正向钻大直径孔，钻孔完成后拆掉钻具再进行正向推管，将瓦斯抽放管推入孔内。这样施工虽然可以一次成孔，但施工效率较低，且施工期间由于采用螺旋钻杆钻进，现场出煤量大，工人作业强度高，钻孔的成孔率低，成孔后由于钻杆过重导致内孔偏斜较多，安装护壁管困难等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备及成孔工艺，以解决煤矿井下针对松软煤层煤柱区大直径成孔困难、效率低等问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种在松软煤层煤柱区横向大直径成孔的工艺，其特征在于：包括导孔过程和回扩过程；

（1）在导孔过程中，钻机在煤柱一侧的作业区域内将导孔钻具钻入煤柱，并持续向前推进，直至导孔钻具上的导孔钻头钻透煤柱，进入煤柱另一侧的作业区域；

（2）在回扩过程中，将导孔钻具钻杆上的导孔钻头拆掉并更换为回扩钻头，并在回扩钻头即将进入煤柱时，依次在回扩钻头上安装分动器、连接管和瓦斯抽放管；然后钻机驱动回扩钻头边旋转边后退，同时分动器拖动与之连接的连接管以及与连接管相连的瓦斯抽放管进入煤柱，在瓦斯抽放管进入煤柱的过程中，进行瓦斯抽放管的逐根安装，直至整个煤柱完成瓦斯抽放管的安装，此时回扩钻头退出钻孔，得到大直径成孔，拆除扩孔钻头、分动器和连接管，将钻机移至下一孔位，并在钻杆上再次安装导孔钻头继续施工。

一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，包括大扭矩钻机、导孔钻具和扩孔钻具，所述大扭矩钻机包括导轨组件、稳钻支撑组件和钻进回转装置；所述稳钻支撑组件安装在大扭矩钻机的回转大盘上，用以向钻机提供钻孔过程中的前、后及上方支撑；所述钻进回转装置安装在导轨组件上，根据钻进的工序，钻进回转装置驱动导孔钻具旋转实现高速钻进或驱动扩孔钻具旋转实现低速大扭矩回扩；所述导轨组件安装在稳钻支撑组件上，能够实现钻进回转装置钻进位置及方向的调整，并为钻进回转装置的回扩钻孔提供所需的起拔力。

所述稳钻支撑组件包括能够为钻机提供上支撑的立柱组件、能够为钻机提供前支撑的前支撑组件以及能够为钻机提供后支撑的后支撑组件；立柱组件设有两组，立柱组件包括外柱体和设置在外柱体内的内部油缸，外柱体固定在所述的回转大盘上，立柱体内的内部油缸推动竖向支撑部上下伸缩，以实现对钻机的上支撑。

所述导轨组件包括导轨、驱动导轨沿相应滑道前后移动的直线驱动机构；所述的两组立柱组件之间设有能够升降的横梁，用以调整导轨俯仰角度的调角组件中的调角支架转动连接在所述横梁上，调角组件中伸缩机构一端固定在所述回转大盘上，另一端固定在所述调角支架上，调角支架上设有所述滑道，以滑动安装所述的导轨。

所述钻进回转装置安装在所述导轨上，并由直线驱动机构驱动沿导轨前后移动；钻进回转装置包括低速大扭矩马达、动力转接器和钻杆连接组件，动力转接器和低速大扭矩马达的输出轴连接，动力转接器滑动设置在导轨上，用于实现扭矩和推拉力向钻杆连接组件的传递，钻杆连接组件的末端和导孔钻具中的钻杆连接，以实现扭矩和推拉力向钻杆的传递。

所述大扭矩钻机还包括履带式底盘、动力系统、操作机构和液压油箱，操作机构控制所连接的各个执行机构完成动作。

所述导孔钻具包括钻杆和导孔钻头，导孔钻头可拆卸的安装在钻杆上。

所述扩孔钻具包括回扩钻头，回扩钻头包括圆筒体和位于圆筒体中心并与圆筒体同轴、且能够支撑圆筒体的连接杆，在圆筒体和连接杆之间倾斜设置多个刀臂，回扩钻头在随钻杆旋转过程中，回扩钻头的刀臂实现对煤体的切割，且回扩钻头上设有通风通水管道，以将煤渣排出。

所述回扩钻头中连接杆一端和所述钻杆连接，另一端和分动器相连，分动器为两端可独立旋转并传递拉力的装置，分动器一端和所述钻杆连接后，随回扩钻头旋转，分动器另一端和连接管连接，对连接管产生拉力，连接管和瓦斯抽放管相接。

所述回扩钻头上的通风通水管道包括设置在连接杆杆体中心的空心通道以及设置在连接杆杆体上的通孔，通孔设置在多个刀臂所围成的区域内，且通孔外端朝向所述圆筒体倾斜，在通风或通水后，利用气流或水流将切削产生的碎屑朝回扩的反向冲出。

该装备还包括升高设备，以将操作人员升高至所需高度，进行扩孔钻具和瓦斯抽放管的安装，所述升高设备还具有旋转起吊装置，以实现所需重物的起吊。

本发明所述的“横向大直径成孔”中“横向”包括水平方向或斜向上及斜向下，以区别于自上而下的打孔。

本发明与现有技术对比，有效解决了松软煤层煤柱横向大直径成孔时作业困难、作业效率低、成孔率低、工人劳动强度高等问题，实现了设备的成套化，作业效率更可靠。

本发明中钻进回转装置采用动力转接器和钻杆连接组件，不仅可以有效实现扭矩的传递，而且还可以在回扩钻孔中有效传递推拉力，所用的低速大扭矩马达既可以省去减速箱的设置，使得整个设备结构更加紧凑，力传递效率更高。

本发明在回扩钻孔中，产生较大的起拔力，为了确保设备在该过程的稳定，本发明对稳钻支撑装置进行改进，使其和钻机设备的支地油缸配合，从上、下、前、后多方向加以支撑，可有效提高钻机设备在钻进及回扩钻孔中的稳定性。

本发明在回扩钻孔中采用特殊设计的扩孔钻具，在回扩钻孔中，使得切割产生的碎屑沿切削的反向排出，这样可以提高回扩扩孔时的排渣效率，进而提高扩孔效率。

本发明所采用的导孔钻具和扩孔钻具可以实现煤柱区横向成孔、下入大直径瓦斯抽放管一体化作业的目的，有效缩短了现场施工时间、提升了煤矿井下煤柱区大直径成孔的效率。

附图说明

图1为本发明所用大扭矩钻机的结构示意图；

图2为本发明中稳钻支撑组件及导轨组件的结构示意图；

图3为本发明中稳钻支撑组件及导轨组件的侧视图；

图4为本发明中钻进回转装置的结构示意图；

图5为本发明中动力转接器上固定箱体的结构示意图；

图6为本发明中钻杆连接组件的结构示意图；

图7为导孔时所用的导孔钻具的结构示意图；

图8为回扩钻孔时所用的扩孔钻具的结构示意图；

图9为回扩钻头的结构意图；

图10为瓦斯抽放管的结构示意图；

图11为本发明中履带式升高车的结构示意图；

图12为本发明中旋转起吊装置的结构示意图；

图13为采用本发明进行横向大直径成孔时导孔过程的示意图；

图14为采用本发明进行横向大直径成孔时回扩过程的示意图；

图中标记：1、大扭矩钻机，2、履带式升高车，3、导孔钻具，4、扩孔钻具，5、瓦斯抽放管，6、煤柱；

101、履带式底盘，102、动力系统，103、操作机构，104、液压油箱，105、回转大盘，106、稳钻支撑组件，107、导轨组件，108、钻进回转装置；

106-1、立柱组件，106-1a、竖向支撑部，106-1b、外柱体，106-1c提升油缸，106-1d、抱箍，106-2、前支撑组件，106-3、后支撑组件；

107-1、导轨，107-2、调角组件，107-2a、调角支架，107-2b、调角油缸，107-3、平移油缸；

108-1、低速大扭矩马达；108-2、动力转接器，108-2a、旋转轴，108-2b、轴承，108-2c、密封结构，108-2d、固定箱体，108-2d-1、介质流入接口，108-2d-2、介质流出接口；108-3、钻杆连接组件，108-3a、传拉盘，108-3b、连接轴，108-3b-1、径向凸台，108-3c、压盖；

201、一级升降机构，202、二级升降机构，203、工具槽，204、旋转起吊装置；204-1、旋转底座，204-2、立柱，204-3、伸缩横梁，204-3a、内部伸缩油缸，204-3b、横梁外管，204-3c、横梁内管，204-4、回转装置，204-5、起吊绳索，204-6、定滑轮，204-7、动滑轮；

301、钻杆，302、导孔钻头；

401、连接杆，401-1、通孔，402、刀臂，403、圆筒体，404、分动器，405、连接管；

501、短节，502、固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图所示，一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，包括大扭矩钻机1、履带式升高车2、钻具套装和瓦斯抽放管5，钻具套装包括导孔钻具3和扩孔钻具4，导孔钻具3用于小孔径导孔作业，扩孔钻具4用于在导孔作业完成后的小孔径回扩，以得到大直径孔。

如图1~6为大扭矩钻机的整体及各个部件的结构示意图，所述的大扭矩钻机1包括履带底盘101、动力系统102、操作机构103、液压油箱104、回转大盘105、稳钻支撑组件106、导轨组件107和钻进回转装置108。其中履带式底盘101、动力系统102、操作机构103和液压箱104作为通用的底盘组件，本发明所述的履带式升高车2也采用相同的底盘组件，其工作原理也相同。

所述的履带式底盘101包含履带行走机构及支地油缸，通过履带行走机构实现设备的自由移动，同时通过布置在履带底盘101四个角的支地油缸实现设备的支撑功能；所述动力系统102固定在履带底盘101上，包含电机及液压泵，电机旋转驱动液压泵旋转，使液压泵可以从液压油箱104中吸入低压油并进行做功输出高压油；操作机构103对动力系统中液压泵输出的高压油进行换向、调节流量、调节压力等操作使液压油进入执行机构中，驱动执行机构动作，执行机构为设备所设置的各个油缸；液压油箱104固定在履带底盘101上，为动力系统102的液压泵提供低压油，同时利用储存的液压油以及油箱箱体对做功后的液压油进行冷却。

所述回转大盘105设置在履带底盘101上，由液压马达驱动旋转，并带动安装在回转大盘105上的其他机构转动，对钻孔角度进行调整；同时回转大盘105通过与底盘的连接，使稳钻支撑组件106中的立柱组件106-1在向上支撑时可将力直接作用到履带底盘101上，保持设备施工时的稳定性。

所述稳钻支撑组件106中的立柱组件106-1设有两组，立柱组件106-1包括固定在回转大盘105上的外柱体106-1b，外柱体106-1b柱腔内设有内部油缸，可以驱动所连接的竖向支撑部106-1a竖直上下伸缩，以顶紧在上方顶板上，实现对钻机设备的上支撑，所述竖向支撑部106-1a的顶端还设有上支撑板，上支撑板上设有凸出于板面的锥形固定头，以提高支撑的稳定性。

两立柱组件106-1的外柱体106-1b之间还设有横梁，横梁两端通过抱箍106-1d滑动套设在外柱体106-1b上，抱箍106-1d和提升油缸106-1c的缸体固定连接，提升油缸106-1c的活塞向下伸出后，可实现对横梁的提升。

所述的导轨组件107包括导轨107-1，导轨107-1通过调角组件107-2安装在所述横梁上，所述调角组件107-2包括调角支架107-2a和调角油缸107-2b，调角支架107-2a的一端铰接在所述横梁上，另一端和调角油缸107-2b的活塞转动连接，调角油缸107-2b的缸体端部铰接在所述的回转大盘105上，在调角油缸107-2b的伸缩作用下，可以实现调角支架107-2a的俯仰角调整。

所述导轨107-1可滑动的设置在所述调角支架107-2a的滑道上，并由所设置的平移油缸107-3实现导轨107-1在滑道上的前后移动，平移油缸107-3的缸体固定在调角支架107-2a上，活塞和导轨107-1固定连接。导轨107-1上安装有用于钻孔的钻具和驱动钻杆旋转的钻进回转装置108，调角组件107-2对调角支架107-2a的调整，实现导轨107-1俯仰角度的调整，进一步实现对钻具钻进方向的调整。

所述稳钻支撑组件106还包括设置在导轨107-1前端和后端的前支撑组件106-2和后支撑组件106-3，本实施例中，前支撑组件106-2固定在导轨107-1前端，当导轨107-1向前移动后，前支撑组件106-2中的前支撑板支撑在前方的煤柱上，后支撑组件106-3中具有伸缩油缸，伸缩油缸安装在导轨107-1的上下平面之间，伸缩油缸的活塞和后支撑板连接，通过伸缩油缸的动作，使得后支撑板向后伸出支撑在煤壁或岩壁上；这样通过前支撑组件106-2和后支撑组件106-3就可以实现设备的前后支撑。

在实施时，前支撑组件106-2也可由伸缩油缸控制前后移动，此时后支撑组件106-3固定在导轨107-1后端。

进一步的，所述前支撑板和后支撑板上均设有多个凸出于板面的锥形固定头，在支撑时，可以增大和煤柱、煤壁或岩壁之间的摩擦力，提高支撑的稳定性。

所述的钻进回转装置108采用低速大扭矩马达108-1以及用于扭矩及推拉力传递的动力转接器108-2和钻杆连接组件108-3，动力转接器108-2包括固定箱体108-2d、旋转轴108-2a和轴承108-2b，所述固定箱体108-2d和所述低速大扭矩马达108-1的机身固连，所述旋转轴108-2a通过轴承108-2b转动安装在固定箱体108-2d内部，所述旋转轴108-2a的一端和低速大扭矩马达108-1的输出轴通过花键或平键直接连接，以传递扭矩，旋转轴108-2a的另一端通过钻杆连接组件108-3与钻杆301连接，以实现扭矩和推拉力向钻杆301的传递。

所述固定箱体108-2d底部和导轨107-1上的推进油缸相连，推进油缸推动钻进回转装置108沿导轨107-1前后移动，实现钻具的钻进和回扩。

为了实现对轴承108-2b的降温，在固定箱体108-2d内接入循环流动的降温介质，因此，固定箱体108-2d上分别设置介质流入接口108-2d-1和介质流出接口108-2d-2，并在固定箱体108-2d两端的箱盖和旋转轴108-2a之间设有密封结构108-2c，以免降温介质泄漏。

所述的轴承108-2b采用圆锥滚子轴承，并成对布置在旋转轴108-2a的两端，在实现旋转轴108-2a旋转的同时，还可以传递轴向的推拉力。

所述的钻杆连接组件108-3包括传拉盘108-3a、连接轴108-3b和压盖108-3c，所述动力转接器108-2上的旋转轴108-2a端部加工外螺纹，所述传拉盘108-3a加工与之配合的内螺纹，通过螺纹连接将传拉盘108-3a固定在旋转轴108-2a的外侧，以实现推拉力的传递，传拉盘108-3a的端面沿圆周方向均设多个螺纹孔，所述旋转轴108-2a的端部或端面和所述连接轴108-3b的一端通过扭矩传递结构实现连接并传递扭矩；所述连接轴108-3b的一端带有径向凸台108-3b-1，且该端面和所述旋转轴108-2a配合以传递扭矩，连接轴108-3b另一端和钻杆301连接；所述压盖108-3c为中空的回转体，中心为中空，可以套在连接轴108-3b上直至卡在连接轴108-3b的径向凸台108-3b-1位置，在压盖108-3c端面沿圆周均布有多个圆孔，圆孔的数量和所述传拉盘108-3a上螺纹孔的数量一致，然后通过螺栓穿过这些圆孔和传拉盘108-3a的螺纹孔螺纹连接，将连接轴108-3b压在旋转轴108-2a的端面上，这样利用均布的螺栓就可以实现旋转轴108-2a推拉力传递至连接轴108-3b；所述旋转轴108-2a端部设有凸止口，相应的连接轴108-3b端部设有和凸止口配合的凹止口，两者配合实现对连接轴108-3b的定位，以确保连接轴108-3b和旋转轴108-2a的同轴。

所述的扭矩传递结构通过凸凹配合实现扭矩的传递，例如，花键和键槽配合的结构，花键设置在旋转轴108-2a上，键槽设置在连接轴108-3b上，或者花键设置在连接轴108-3b上，键槽设置在旋转轴108-2a上；或者扭矩传递结构为类似花键的凸台与凹槽的配合结构，还可以是圆柱销结构，在旋转轴108-2a端面和连接轴108-3b端面均设有安装圆柱销的销孔，圆柱销的两端分别固定在旋转轴108-2a端面和连接轴108-3b端面的销孔内。

对于连接轴108-3b的定位，还可以间接地进行定位，即通过压盖108-3c实现定位，具体的为：所述旋转轴108-2a和压盖108-3c之间通过止口结构配合，实现对压盖108-3c的定位，所述压盖108-3c和连接轴108-3b之间通过止口结构，实现压盖108-3c对连接轴108-3b的定位，从而确保连接轴108-3b和旋转轴108-2a的同轴。

钻杆301和连接轴108-3b的安装采用本领域常见的形式，即连接轴108-3b端部加工成圆锥面，实现和钻杆301的固定安装。

为了便于压盖108-3c的拆卸，在压盖108-3c上还设有拆卸孔，拆卸孔可以为螺纹孔，这样在拆卸压盖108-3c时，可以将螺栓拧入拆卸孔，并顶在传拉盘108-3a上，继续拧紧螺栓，即可实现压盖108-3c的顶出拆卸。

大扭矩钻机施工时，通过履带底盘101将设备移动到施工位置，通过操作机构103驱动回转大盘105调整角度，使得导轨107-1朝向煤柱进行施工；通过操作机构103控制履带底盘101上的支地油缸支撑地面、控制立柱组件106-1的竖向支撑部106-1a向上伸出，支撑煤壁顶部，完成对设备的上下支撑；通过操作机构103驱动调角组件107-2的调角油缸107-2b，对导轨107-1倾角进行调整，使得导轨107-1到达施工角度；通过操作机构103驱动平移油缸107-3使导轨107-1向前移动，直至导轨107-1前端的前支撑组件106-2可以支撑在煤柱上，然后通过操作机构103驱动导轨107-1内的伸缩油缸，使得后支撑组件106-3的后支撑板向后伸出，支撑到煤壁上，实现导轨107-1的前后支撑；导轨支撑完成后通过钻进回转装置108驱动钻具旋转，同时通过导轨107-1内部的推进油缸驱动钻进回转装置108沿导轨107-1前进，实现钻具钻进；设备通过钻具实现钻孔打通后，在煤柱的另一侧安装回扩钻头，即可进行钻头回扩，这时可以利用导轨107-1内的推进油缸起拔钻进回转装置108，实现设备的回扩钻孔；钻进回转装置108利用低速大扭矩马达108-1通过动力转接器108-2驱动钻具的旋转，保证了设备回扩钻孔时的低速稳定性，提高了设备作业的效率。

图7~9为导孔钻具3和扩孔钻具4的结构示意图。

如图7所示，所述导孔钻具3包括钻杆301和导孔钻头302，导孔钻头302可拆卸的安装在钻杆301上。

如图8、9所示，所述扩孔钻具4包括回扩钻头，回扩钻头包括圆筒体403和位于圆筒体403中心并与圆筒体403同轴、且可以支撑圆筒体403的连接杆401，在圆筒体403和连接杆401之间倾斜设置多个刀臂402，回扩钻头在安装在钻杆301上并随钻杆301旋转过程中，回扩钻头的刀臂402实现对煤体的切割，且回扩钻头上设有通风通水管道，以将煤渣排出。

所述回扩钻头中连接杆401一端和所述钻杆301连接，另一端和分动器404相连，分动器404为两端可独立旋转并传递拉力的装置，分动器404一端和所述回扩钻头的连接杆401连接，并随回扩钻头旋转，分动器404另一端和连接管405连接，对连接管405产生拉力，而不传递扭力，连接管405和瓦斯抽放管5相接。

所述回扩钻头上的通风通水管道包括设置在连接杆401杆体中心的空心通道以及设置在连接杆401杆体上的通孔401-1，通孔401-1设置在多个刀臂402所围成的区域内，且通孔401-1外端朝向所述圆筒体403倾斜，在通风或通水后，利用气流或水流将切削产生的碎屑朝回扩的反向冲出通孔401-1。

本发明所用瓦斯抽放管5根据钻孔长度以及钻进速度，逐根增加，每根瓦斯抽放管5具有如图10所示的结构，瓦斯抽放管5的管体一端具有直径小于管体的短节501，该短节501可以插入另一瓦斯抽放管5端部，且插入后，短节501外壁和另一瓦斯抽放管5管体内壁相贴合，相邻瓦斯抽放管5通过管体以及短节501上设置的固定孔502对正后，由紧固件将其固定，紧固件常选择选择固定螺栓或者铆钉锚固等形式。

在实施时，钻杆301和钻进回转装置108相连，利用导孔钻头302进行对煤柱的小直径导孔作业，当导孔钻头302打穿煤柱后，在煤柱另一侧的作业区域内，拆掉导孔钻头302，并安装回扩钻头，钻杆301边旋转边后退，回扩钻头旋转通过刀臂402切割煤体，切割的同时通过通风通水管道将煤渣排出，减少钻进设备的施工压力，在此过程中，由于分动器404的采用，回扩钻头只对连接管405产生拉力，不产生扭力，连接管405在拉力作用下，将所连接的瓦斯抽放管5逐根拖入煤体，以实现瓦斯抽放管5在煤体的安装。这样利用本发明就可以实现在煤柱上横向打钻、导孔、回扩及下套管的一体化作业。

在安装扩孔钻具4时，需要升高设备将操作人员和物料送至所需的高度。因此，本发明还使用一种履带式升高车2，如图11、12所示，履带式升高车2采用和图1所示的大扭矩钻机1同样的底盘结构，并在该底盘结构上设置升降平台201和旋转起吊装置204，升降平台内部伸缩油缸在操作机构控制下伸缩，控制平台的升降，其作用在于将操作人员送至合适的高度；旋转起吊装置204在外力作用下可以实现左右旋转，旋转起吊装置204上端安装有液压马达，通过液压马达的旋转实现起吊装置绳索的收放，实现对绳索前端悬挂的重物的升降。

升降平台201上还设有二级升降台202，二级升降台202顶端设有工具槽203，用于放置物料，并支撑瓦斯抽放管5等，防止瓦斯抽放管5的滚动。

所述的旋转起吊装置204包含旋转底座204-1、立柱204-2、伸缩横梁204-3、横梁外管204-3b、横梁内管204-3c、起吊绳索204-5。旋转底座204-1固定在履带式底盘101上，旋转底座204-1上设有可自由旋转的旋转套管，将立柱204-2通过与之垂直的横梁和旋转底座204-1的旋转套管连接，立柱204-2底部安装在圆形轨道上，在外力作用下立柱204-2可以在圆形轨道上绕旋转底座204-1进行360度旋转；立柱204-2上端同样为旋转机构，与伸缩横梁的204-3的横梁外管204-3b连接，实现伸缩横梁204-3在外力作用下绕立柱204-2旋转；伸缩横梁204-3包括横梁外管204-3b与横梁内管204-3c及内部伸缩油缸204-3a，横梁内管204-3c在内部伸缩油缸204-3a的作用下实现横梁内管204-3c的前后伸缩，有效增加起吊挂钩的起吊范围；伸缩内管204-3c上安装有静滑轮204-6，起吊绳索204-5从滚筒出来绕过静滑轮204-6后穿过起吊挂钩上的动滑轮204-7后固定在横梁内管204-3c的前端，回转装置204-4通过滚筒旋转收放绳索，实现起吊挂钩的升降。实施时先通过外力将立柱204-2旋转到合适位置，再利用外力拖动起吊挂钩旋转伸缩横梁204-3至合适位置，利用回转装置204-4驱动滚筒旋转，释放起吊绳索204-5，使起吊挂钩下降，待起吊挂钩挂起重物后再利用回转装置204-4驱动滚筒回收起吊绳索204-5，使重物上升。

利用本发明进行松软煤层煤柱区横向大直径成孔的工艺包括导孔过程和回扩过程。

所述导孔过程如图13所示，在施工现场，首先将大扭矩钻机1开到煤柱左侧巷道，并在巷道内实施稳钻、找孔作业；然后，利用大扭矩钻机1将钻杆301、导孔钻头302钻入煤柱，大扭矩钻机1在推进油缸作用下向前推进，直至导孔钻头301钻透煤柱，进入煤柱右侧的作业区域内。

在导孔的同时，煤柱右侧的作业区域内，操作人员乘坐履带式升高车2升高至相应位置，以便于更换钻头，再利用旋转起吊装置204将所需的物料提升到工具槽203位置，为回扩过程做好物质准备。

所述回扩过程如图14所示，拆掉导孔钻头302，并安装回扩钻头，在回扩钻头即将进入煤柱时，依次安装分动器404、连接管405和瓦斯抽放管5；然后，大扭矩钻机1驱动钻杆301带动回扩钻头边旋转边后退，同时分动器404拖动与之相连的连接管405以及与连接管405相连的瓦斯抽放管5后退进入煤柱，在瓦斯抽放管5进入煤柱的过程中，利用履带式升高车2的二级升降台202逐根安装瓦斯抽放管5，直至整个煤柱完成瓦斯抽放管5的安装，此时，回扩钻头退出钻孔，得到大直径成孔，拆除扩孔钻具4，然后将设备移至下一孔位并再次安装导孔钻具3，继续施工。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种在松软煤层煤柱区横向大直径成孔的工艺，其特征在于：包括导孔过程和回扩过程；

（1）在导孔过程中，钻机在煤柱一侧的作业区域内将导孔钻具（3）钻入煤柱，并持续向前推进，直至导孔钻具（3）上的导孔钻头（302）钻透煤柱，进入煤柱另一侧的作业区域；

（2）在回扩过程中，将导孔钻具（3）钻杆（301）上的导孔钻头（302）拆掉并更换为回扩钻头，并在回扩钻头即将进入煤柱时，依次在回扩钻头上安装分动器（404）、连接管（405）和瓦斯抽放管（5）；然后钻机驱动回扩钻头边旋转边后退，同时分动器（404）拖动与之连接的连接管（405）以及与连接管（405）相连的瓦斯抽放管（5）进入煤柱，在瓦斯抽放管（5）进入煤柱的过程中，进行瓦斯抽放管（5）的逐根安装，直至整个煤柱完成瓦斯抽放管（5）的安装，此时回扩钻头退出钻孔，得到大直径成孔，拆除回扩钻头、分动器（404）和连接管（405），并在钻杆（301）上再次安装导孔钻头（302），将钻机移至下一孔位继续施工。

2.一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，包括大扭矩钻机（1）、导孔钻具（3）和扩孔钻具（4），其特征在于：所述大扭矩钻机（1）包括稳钻支撑组件（106）、导轨组件（107）和钻进回转装置（108）；所述稳钻支撑组件（106）安装在大扭矩钻机（1）的回转大盘（105）上，用以向钻机提供钻孔过程中的前、后及上方支撑；所述钻进回转装置（108）安装在导轨组件（107）上，根据钻进的工序，钻进回转装置（108）驱动导孔钻具（3）旋转实现高速钻进或驱动扩孔钻具（4）旋转实现低速大扭矩回扩；所述导轨组件（107）安装在稳钻支撑组件（106）上，导轨组件（107）能够实现钻进回转装置（108）钻进位置及方向的调整，并为钻进回转装置（108）的回扩钻孔提供所需的起拔力。

3.根据权利要求2所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述稳钻支撑组件（106）包括能够为钻机提供上支撑的立柱组件（106-1）、能够为钻机提供前支撑的前支撑组件（106-2）以及能够为钻机提供后支撑的后支撑组件（106-2）；立柱组件（106-1）设有两组，立柱组件（106-1）包括外柱体（106-1b）和设置在外柱体（106-1b）内的内部油缸，外柱体（106-1b）固定在所述的回转大盘（105）上，立柱体（106-1b）内的内部油缸推动竖向支撑部（106-1a）上下伸缩，以实现对钻机的上支撑。

4.根据权利要求3所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述导轨组件（107）包括导轨（107-1）、驱动导轨（107-1）沿相应滑道前后移动的直线驱动机构；所述的两组立柱组件（106-1）之间设有能够升降的横梁，用以调整导轨（107-1）俯仰角度的调角组件（107-2）中的调角支架（107-2a）转动连接在所述横梁上，调角组件（107-2）中伸缩机构一端固定在所述回转大盘（105）上，另一端固定在所述调角支架（107-2a）上，调角支架（107-2a）上设有所述滑道，以滑动安装所述的导轨（107-1）。

5.根据权利要求4所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述钻进回转装置（108）安装在所述导轨（107-1）上，并由直线驱动机构驱动沿导轨（107-1）前后移动；钻进回转装置（108）包括低速大扭矩马达（108-1）、动力转接器（108-2）和钻杆连接组件（108-3），动力转接器（108-2）和低速大扭矩马达（108-1）的输出轴连接，且动力转接器（108-2）滑动设置在导轨（107-1）上，用于实现扭矩和推拉力向钻杆连接组件（108-3）的传递，钻杆连接组件（108-3）的末端和导孔钻具（3）中的钻杆（301）连接，以实现扭矩和推拉力向钻杆的传递。

6.根据权利要求2所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述大扭矩钻机（1）还包括履带式底盘（101）、动力系统（102）、操作机构（103）和液压油箱（104），操作机构（103）控制所连接的各个执行机构完成动作。

7.根据权利要求2所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述导孔钻具（3）包括钻杆（301）和导孔钻头（302），导孔钻头（302）可拆卸的安装在钻杆（301）上。

8.根据权利要求2所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述扩孔钻具（4）包括回扩钻头，回扩钻头包括圆筒体（403）和位于圆筒体（403）中心并与圆筒体（403）同轴、且能够支撑圆筒体（403）的连接杆（401），在圆筒体（403）和连接杆（401）之间倾斜设置多个刀臂（402），回扩钻头安装在所述钻杆（301）上并在随钻杆（301）旋转过程中，回扩钻头的刀臂（402）实现对煤体的切割，且回扩钻头上设有通风通水管道，以将煤渣排出。

9.根据权利要求8所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述回扩钻头中连接杆（401）一端和所述钻杆（301）连接，另一端和分动器（404）相连，分动器（404）为两端可独立旋转并传递拉力的装置，分动器（404）一端和所述钻杆连接后，随回扩钻头旋转，分动器（404）另一端和连接管（405）连接，对连接管（405）产生拉力，连接管（405）和瓦斯抽放管（5）相接。

10.根据权利要求8所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：所述回扩钻头上的通风通水管道包括设置在连接杆（401）杆体中心的空心通道以及设置在连接杆（401）杆体上的通孔（401-1），通孔（401-1）设置在多个刀臂（402）所围成的区域内，且通孔（401-1）外端朝向所述圆筒体（403）倾斜，在通风或通水后，利用气流或水流将切削产生的碎屑朝回扩的反向冲出。

11.根据权利要求2所述的一种松软煤层煤柱区横向大直径成孔的成套装备，其特征在于：还包括升高设备，以将操作人员升高至所需高度，进行扩孔钻具（4）和瓦斯抽放管（5）的安装，所述升高设备还具有旋转起吊装置（204），以实现所需重物的起吊。

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