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CN111852452A - 一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法 - Google Patents

一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法 Download PDF

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CN111852452A CN202010819570.9A CN202010819570A CN111852452A CN 111852452 A CN111852452 A CN 111852452A CN 202010819570 A CN202010819570 A CN 202010819570A CN 111852452 A CN111852452 A CN 111852452A
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杨科
刘文杰
魏祯
窦礼同
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Abstract

本发明公开一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法，包括钻杆、连接头A、空心筒、连接槽、喷水孔、空心钻头、空心高强度透明套管、连接头B、推送杆、凹槽、环套装置、固定装置、固定环、卡刺、封孔帽、钻杆放置孔、钻机、钻孔窥视探头、破碎岩石、钻孔，其特征在于：所述钻杆截面为六边形，内部为空心圆孔，钻杆之间通过连接头A进行连接，钻杆最前端连接有空心钻头；每节空心高强度透明套管通过连接头B进行连接，在每节空心高强度透明套管最前端套有固定环；每节推送杆通过连接头B进行连接，其将钻孔窥视探头推送至空心高强度透明套管中，以此来监测围岩变形情况。该装置可实现对成型后易塌孔的钻孔进行精准探测，对复杂条件下围岩变形探测工作具有重要的意义。

Description

一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，具体涉及适用于观测破碎围岩变形及裂隙扩展情况的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法。
背景技术
煤矿进行煤柱钻孔、水压致裂等工作时，需要精准探测巷道围岩以及煤层顶板的岩层结构，包括岩层属性、岩层完整程度和裂隙发育状况，以便为巷道支护和水压致裂提供依据。钻孔窥视用于检测煤层结构、巷道顶板离层(破碎)、钻孔质量、巷道灌浆效果，尤其在锚网支护的巷道顶板离层观测，工作面顶板岩层构造的观察，都可以通过显示器直观、清晰的显示出来。通过数码记录仪，存在计算机中供工作人员分析，及时做出客观判断和决策。即能尽量避免事故的发生，又可以作为决定巷道支护形式和参数依据，减少不必要的投入。因此，采用钻孔窥视仪是探测顶板及上覆围岩地质条件的一种可靠的方法，对围岩稳定性控制具有重要意义。
目前钻孔窥视仪器的技术成熟，生产的厂家、型号也比较多，但基本结构一般包括光电探头、推送杆、固定装置、隔爆箱、显示器和录像机、电缆线等几个部分。煤矿常用的钻孔窥视仪光电探头直径一般为φ22mm，钻孔直径φ28mm，推送杆直径φ20mm，推送杆材料一般为金属不锈钢管，每节钢管长度1m。钻孔深度一般为10-20m，电缆线直径φ5mm，电缆线内部有光电探头的电源线和向主机输送信号的数据线，内置电池可工作6h。
国内煤矿对顶板进行钻孔窥视的基本程序是，首先用锚索钻机从顶板向上打10-20m的钻孔，钻孔直径φ28mm，然后用水对钻孔冲洗干净，开启钻孔窥视仪，用推送杆把连接有电缆线的光电探头送入钻孔，输送过程中进行录像或照片，记录不同深度处的岩层信息，后期处理分析。
然而，在很多情况下，特别是高应力软弱巷道，其顶板条件较差，容易造成钻孔的变形和塌陷，在钻孔窥视仪进入孔道的过程中，容易导致钻孔窥视仪的探头卡在塌陷和变形的钻孔中，造成大量的经济损失。同时在使用该装置窥视钻孔深部时，窥测人员需将大量的时间浪费在推送杆的安装及拆卸过程中。第一，由于其推送杆节数较多，在携带和接杆过程中浪费了大量的人力和时间，严重影响到窥视实验的效率。第二，在窥视深孔时，连接的推送杆较多，如推送杆间啮合不紧固，会使推送杆的整体刚度降低，进而增加了往钻孔内推送探头的难度。第三，因为在推送杆的一端要安装有探头及视频电缆(视频电缆与深度编码器相连接)，所以会随着窥视深度的增加，视频电缆难免会有出现跑偏现象致使测距出现较大误差，在记录窥视图形时造成不准确。
发明内容
本发明的目的就是针对装备技术的不足，设计一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法，准确探测破碎围岩变形情况，为围岩的稳定性控制提供一定的数据支撑。
一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，包括钻杆、连接头A、空心筒、连接槽、喷水孔、空心钻头、空心高强度透明套管、连接头B、推送杆、凹槽、环套装置、固定装置、固定环、卡刺、封孔帽、钻杆放置孔、钻机、钻孔窥视探头、破碎岩石、钻孔，其特征在于：所述钻杆截面为六边形，内部为空心圆孔，每节钻杆之间通过连接头A进行连接，钻杆最前端连接有空心钻头；所述每节空心高强度透明套管通过连接头B进行连接，在每节套管最前端套有固定环；所述每节推送杆通过连接头B进行连接，其将钻孔窥视探头推送至空心套管中，以此来监测围岩变形情况。
进一步地，所述每节钻杆之间通过连接头A连接，连接头A上设有连接槽，在两节钻杆套在一起时，连接槽闭合，从而形成整体的杆状结构。
进一步地，所述每节钻杆前端侧面设有喷水孔，将钻孔岩壁上的岩屑、煤屑清理干净，便于钻孔窥视仪进行观测。
进一步地，所述空心高强度透明套管通过连接头B连接，连接头B上设有螺纹，通过内外螺纹咬合使得套管形成整体结构，空心高强度透明套管直径稍小于空心筒直径；所述推送杆如前所述，推送杆上的凹槽用于固定钻孔窥视探头上所连接的电缆线，推送杆直径稍小于空心高强度透明套管直径。
进一步地，所述卡刺在空心高强度透明套管上呈环向均匀布置，在弹性作用下扩张外延，使其扩张外延后直径大于钻孔直径，支撑住钻孔壁；所述封孔帽防止岩屑进入空心筒内。
进一步地，待钻孔完成后，所述钻杆下端通过环套装置将钻杆固定，通过固定装置将环套装置固定在钻孔口的围岩上，从而起到固定钻杆的作用；待钻杆逐一退出钻孔后，如前所述将空心高强度透明套管进行固定。
本发明提供了一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置的使用方法，包括以下步骤：
1)通过综合分析，确定钻孔探测位置，将含封孔帽的固定环送入第一节钻杆的空心筒内，然后将空心钻头与钻杆连接，钻杆插入钻机的钻杆放置孔中，启动钻机进行钻孔。
2)当钻孔钻至一节钻杆进入孔内时，通过连接头A连接第二节钻杆，然后继续钻孔，反复增加钻杆，直至达到钻孔设计深度；由于每节钻杆上部侧面设有喷水孔，钻孔在形成过程中通过水的冲刷将孔壁内的煤屑、岩屑清理干净。
3)此时将下端裸露的钻杆利用环套装置将其套住，然后通过固定装置将其固定在围岩上，使得钻杆保持稳定，然后让钻杆和钻机分离。
4)将不含封孔帽的固定环套在每节空心高强度透明套管前端，然后将空心高强度透明套管第一节送入钻孔内，通过连接头B连接第二节空心高强度透明套管，通过反复增加空心高强度透明套管长度，直至送至设计深度。
5)拆掉环套装置和固定装置，将钻杆逐节退出。随着每节钻杆退出，每节空心高强度透明套管上的卡刺在弹性作用下支撑住钻孔壁，从而将空心高强度透明套管固定在钻孔内，待钻杆全部退出，再利用环套装置和固定装置将空心高强度透明套管彻底固定。
6)利用推送杆将钻孔窥视探头推送至空心高强度透明套管中，通过增加推送杆长度将钻孔窥视探头推送至围岩所需探测位置，同时与钻孔窥视探头连接的电缆线顺着推送杆的凹槽顺延下来，连接钻孔窥视仪主机进行窥视以及数据传输；由于每节空心高强度透明套管长度固定，故能够计算钻孔窥视探头探测所处的位置。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置及方法，可实现对成型后易塌孔的钻孔进行精准探测，也就避免了孔内破碎岩石对光电探头造成损坏，对复杂条件下围岩变形探测的正常工作具有重要的意义；该装置结构简单，操作简便，成本低，能够适应地下复杂环境，在本技术领域具有广泛的实用性。
附图说明
图1是钻杆结构示意图。
图中：1-钻杆，2-连接头A，3-空心筒，4-连接槽。
图2是钻杆上部结构示意图。
图中：5-喷水孔，6-空心钻头。
图3是空心高强度透明套管结构示意图。
图中：7-空心高强度透明套管，8-连接头B。
图4是推送杆结构示意图。
图中：9-推送杆，10-凹槽。
图5是钻杆、空心高强度透明套管固定示意图。
图中：11-环套装置，12-固定装置。
图6是钻孔内空心高强度透明套管固定装置示意图。
图中：13-固定环，14-封孔帽，15-卡刺。
图7是钻机结构示意图。
图中：16-钻杆放置孔，17-钻机。
图8是钻孔内钻孔窥视探头探测示意图
图中：7-空心高强度透明套管，9-推送杆，15-卡刺，18-钻孔窥视探头，19-破碎岩石，20-钻孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-8所示，一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，包括钻杆(1)、连接头A(2)、空心筒(3)、连接槽(4)、喷水孔(5)、空心钻头(6)、空心高强度透明套管(7)、连接头B(8)、推送杆(9)、凹槽(10)、环套装置(11)、固定装置(12)、固定环(13)、封孔帽(14)、卡刺(15)、钻杆放置孔(16)、钻机(17)、钻孔窥视探头(18)、破碎岩石(19)、钻孔(20)，其特征在于：所述钻杆(1)截面为六边形，内部为空心圆孔，每节钻杆(1)之间通过连接头A(2)进行连接，钻杆(1)最前端连接有空心钻头(6)；所述每节空心高强度透明套管(7)通过连接头B(8)进行连接，在每节空心高强度透明套管(7)最前端套有固定环(13)；所述每节推送杆(9)通过连接头B(8)进行连接，其将钻孔窥视探头(18)推送至空心高强度透明套管(7)中，以此来监测围岩变形情况。
进一步地，所述每节钻杆(1)之间通过连接头A(2)连接，连接头A(2)上设有连接槽(4)，在两节钻杆(1)套在一起时，连接槽(4)闭合，从而形成整体的杆状结构。
进一步地，所述每节钻杆(1)前端侧面设有喷水孔(5)，将钻孔(20)岩壁上的岩屑、煤屑清理干净，便于钻孔窥视仪(18)进行观测。
进一步地，所述空心高强度透明套管(7)通过连接头B(8)连接，连接头B(8)上设有螺纹，通过内外螺纹咬合使得空心高强度透明套管(7)形成整体结构，空心高强度透明套管(7)直径稍小于空心筒(3)直径；所述推送杆(9)如前所述，推送杆(9)上的凹槽(10)用于固定钻孔窥视探头(18)上所连接的电缆线，所述推送杆(9)直径稍小于空心高强度透明套管(7)直径。
进一步地，所述卡刺(15)在空心高强度透明套管(7)上呈环向均匀布置，在弹性作用下扩张外延，使其扩张外延后直径大于钻孔(20)直径，支撑住钻孔(20)壁；所述封孔帽(14)防止岩屑进入空心筒(3)内。
进一步地，待钻孔(20)完成后，所述钻杆(1)下端通过环套装置(11)将钻杆(1)固定，通过固定装置(12)将环套装置(11)固定在钻孔(20)口的围岩上，从而起到固定钻杆(1)的作用；待钻杆(1)逐一退出钻孔(20)后，如前所述将空心高强度透明套管(7)进行固定。
本发明提供了一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置的使用方法，包括以下步骤：
1)通过综合分析，确定钻孔(20)探测位置，将含封孔帽(14)的固定环(13)送入第一节钻杆(1)的空心筒(3)内，然后将空心钻头(6)与钻杆(1)连接，钻杆(1)插入钻机(17)的钻杆放置孔(16)中，启动钻机(17)进行钻孔(20)。
2)当钻孔(20)钻至一节钻杆(1)进入孔内时，通过连接头A(2)连接第二节钻杆(1)，然后继续钻孔(20)，反复增加钻杆(1)，直至达到钻孔(20)设计深度；由于每节钻杆(1)上部侧面设有喷水孔(5)，钻孔(20)在形成过程中通过水的冲刷将孔壁内的煤屑、岩屑清理干净。
3)此时将下端裸露的钻杆(1)利用环套装置(11)将其套住，然后通过固定装置(12)将其固定在围岩上，使得钻杆(1)保持稳定，然后让钻杆(1)和钻机(17)分离。
4)将不含封孔帽(14)的固定环(13)套在每节空心高强度透明套管(7)前端，然后将空心高强度透明套管(7)第一节送入钻孔(20)内，通过连接头B(8)连接第二节空心高强度透明套管(7)，通过反复增加空心高强度透明套管(7)长度，直至送至设计深度。
5)拆掉环套装置(11)和固定装置(12)，将钻杆(1)逐节退出。随着每节钻杆(1)退出，每节空心高强度透明套管(7)上的卡刺(15)在弹性作用下支撑住钻孔(20)壁，从而将空心高强度透明套管(7)固定在钻孔(20)内，待钻杆(1)全部退出，再利用环套装置(11)和固定装置(12)将空心高强度透明套管(7)彻底固定。
6)利用推送杆(9)将钻孔窥视探头(18)推送至空心高强度透明套管(7)中，通过增加推送杆(9)长度将钻孔窥视探头(18)推送至围岩所需探测位置，同时与钻孔窥视探头(18)连接的电缆线顺着推送杆(9)的凹槽(10)顺延下来，连接钻孔窥视仪主机进行窥视以及数据传输；由于每节空心高强度透明套管(7)长度固定，故能够计算钻孔窥视探头(18)探测所处的位置。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，包括钻杆、连接头A、空心筒、连接槽、喷水孔、空心钻头、空心高强度透明套管、连接头B、推送杆、凹槽、环套装置、固定装置、固定环、卡刺、封孔帽、钻杆放置孔、钻机、钻孔窥视探头、破碎岩石、钻孔，其特征在于：所述钻杆截面为六边形，内部为空心圆孔，每节钻杆之间通过连接头A进行连接，钻杆最前端连接有空心钻头；所述每节空心高强度透明套管通过连接头B进行连接，在每节套管最前端套有固定环；所述每节推送杆通过连接头B进行连接，其将钻孔窥视探头推送至空心套管中，以此来监测围岩变形情况。
2.根据权利要求1所述的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，其特征在于：所述每节钻杆之间通过连接头A连接，连接头A上设有连接槽，在两节钻杆套在一起时，连接槽闭合，从而形成整体的杆状结构。
3.根据权利要求1所述的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，其特征在于：所述每节钻杆前端侧面设有喷水孔，将钻孔岩壁上的岩屑、煤屑清理干净，便于钻孔窥视仪进行观测。
4.根据权利要求1所述的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，其特征在于：所述空心高强度透明套管通过连接头B连接，连接头B上设有螺纹，通过内外螺纹咬合使得套管形成整体结构，空心高强度透明套管直径稍小于空心筒直径；所述推送杆如前所述，推送杆上的凹槽用于固定钻孔窥视探头上所连接的电缆线，推送杆直径稍小于空心高强度透明套管直径。
5.根据权利要求1所述的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，其特征在于：所述卡刺在空心高强度透明套管上呈环向均匀布置，在弹性作用下可扩张外延，其扩张外延后直径大于钻孔直径，支撑住钻孔壁；所述封孔帽防止岩屑进入空心筒内。
6.根据权利要求1所述的一种“钻推”一体的精准钻孔窥视装置，其特征在于：待钻孔完成后，所述钻杆下端通过环套装置将钻杆固定，通过固定装置将环套装置固定在钻孔口的围岩上，从而起到固定钻杆的作用；待钻杆逐一退出钻孔后，如前所述将空心高强度透明套管进行固定。
7.一种权利要求1～6任一项所述的“钻推”一体的精准钻孔窥视装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
1)通过综合分析，确定钻孔探测位置，将含封孔帽的固定环送入第一节钻杆的空心筒内，然后将空心钻头与钻杆连接，钻杆插入钻机的钻杆放置孔中，启动钻机进行钻孔。
2)当钻孔钻至一节钻杆进入孔内时，通过连接头A连接第二节钻杆，然后继续钻孔，反复增加钻杆，直至达到钻孔设计深度；由于每节钻杆上部侧面设有喷水孔，钻孔在形成过程中通过水的冲刷将孔壁内的煤屑、岩屑清理干净。
3)此时将下端裸露的钻杆利用环套装置将其套住，然后通过固定装置将其固定在围岩上，使得钻杆保持稳定，然后让钻杆和钻机分离。
4)将不含封孔帽的固定环套在每节空心高强度透明套管前端，然后将空心高强度透明套管第一节送入钻孔内，通过连接头B连接第二节空心高强度透明套管，通过反复增加空心高强度透明套管长度，直至送至设计深度。
5)拆掉环套装置和固定装置，将钻杆逐节退出。随着每节钻杆退出，每节空心高强度透明套管上的卡刺在弹性作用下支撑住钻孔壁，从而将空心高强度透明套管固定在钻孔内，待钻杆全部退出，再利用环套装置和固定装置将空心高强度透明套管彻底固定。
6)利用推送杆将钻孔窥视探头推送至空心高强度透明套管中，通过增加推送杆长度将钻孔窥视探头推送至围岩所需探测位置，同时与钻孔窥视探头连接的电缆线顺着推送杆的凹槽顺延下来，连接钻孔窥视仪主机进行窥视以及数据传输；由于每节空心高强度透明套管长度固定，故能够计算钻孔窥视探头探测所处的位置。
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