一种治理煤矿巷道底鼓的设备

1.本发明涉及煤矿巷道底鼓治理技术领域，具体涉及一种治理煤矿巷道底鼓的设备。


背景技术：

2.在煤矿生产中，几乎所有回采巷道都会出现不同程度的底鼓，尤其随着近些年来媒炭开采逐渐走向深部，进而地应力相应増大，巷道底鼓问题日趋突出严重，从而暴露出很多影响煤矿安全生产的问题。底鼓是煤矿井巷中常发生的一种动力现象，它与围岩的性质、矿山压力、开采深度及地质构造等直接相关。在巷道顶、底板移近量中，人们已经能够将顶板下沉和两帮移近控制在某种程度内，所以大约有2/3是由于底鼓引起的。底鼓使巷道变形、断面变小，影响通风、运输，制约矿井安全生产。这类问题给深采矿井，特别是软岩矿井的建设和生产的正常进行带来极大困难。
3.因此，研究煤矿巷道底鼓的机理及防治措施等问题，于我国建设高产高效矿井，提高人员安全保证有着重大的理论意义和实际应用价值。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种治理煤矿巷道底鼓的设备，解决现有的煤矿巷道底鼓治理难的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明实施例提供一种治理煤矿巷道底鼓的设备，包括：
7.钻机，所述钻机包括钻杆，所述钻杆的一端与钻机相连，钻杆的另一端设有钻头，所述钻杆设有向钻孔内输送排渣浆液的中空杆腔；
8.排渣机构，所述排渣机构包括混合装置、排出装置；所述混合装置将输入的排渣浆液和气体进行混合，并向所述钻机的钻杆中空杆腔输送；所述排出装置将钻孔内的排渣浆液排出；
9.搅拌结构，所述搅拌结构设置在钻杆外壁，随钻杆的转动对与之接触的排渣浆液形成沿钻杆轴向的作用力；
10.破碎结构，所述破碎结构设置于钻杆外壁，随钻杆的转动形成切割作用力。
11.在一种具体的实施方案中，所述搅拌结构是设置在钻杆外壁的多个搅拌瓣片，所述多个搅拌瓣片至少包括沿着钻杆旋转方向向下倾斜的正向搅拌瓣片、逆着钻杆旋转方向向下倾斜的逆向搅拌瓣片。
12.在一种具体的实施方案中，多个所述正向搅拌瓣片沿着第一螺旋线间隔设置于钻杆外壁，多个所述逆向搅拌瓣片沿着第二螺旋线间隔设置于钻杆外壁，所述第一螺旋线、第二螺旋线的旋向与钻杆旋转方向相反，所述逆向搅拌瓣片沿着钻杆径向的尺寸小于正向搅拌瓣片沿着钻杆径向的尺寸。
13.在一种具体的实施方案中，所述正向搅拌瓣片、逆向搅拌瓣片的倾斜角度不大于
30
°
。
14.在一种具体的实施方案中，所述破碎结构是对置在钻杆外壁的至少一组破碎瓣片，所述破碎瓣片沿钻杆径向平置，且对置的破碎瓣片沿钻杆轴向距离偏差为0.5mm-10mm。
15.在一种具体的实施方案中，所述排渣机构还包括设置在钻孔顶部位置的孔口管，所述排出装置在孔口管上设有导流管，所述导流管引导排渣浆液从所述孔口管腔内向外排出。
16.在一种具体的实施方案中，所述排渣机构还包括沉淀池，所述排渣机构将排渣浆液通过设置在孔口管上的导流管进入沉淀池中，进行过滤沉淀后，将排渣浆液再次输入所述混合装置。
17.在一种具体的实施方案中，所述混合装置包括气液调节阀，所述气液调节阀调节输入混合装置的排渣浆液和气体的流量混合比例。
18.在一种具体的实施方案中，所述钻头沿轴向设有排渣气液通道，所述排渣气液通道连通钻杆的中空杆腔，所述钻头底部设有多个蜂巢通道，所述蜂巢通道连通所述排渣气液通道与钻头外部。
19.在一种具体的实施方案中，所述孔口管具有置入钻孔内的第一预定距离，并且具有凸出巷道底面的第二预定距离。
20.本发明的实施例提供的治理煤矿巷道底鼓的设备，通过钻机的动力驱动，带动钻杆及钻头旋转，对巷道底板进行钻孔作业，钻杆设有向钻孔内输送排渣浆液的中空杆腔，以便于从外部引入排渣浆液将钻孔底部的碎渣携带排出；排渣机构包括混合装置、排出装置，混合装置将输入的排渣浆液和气体进行混合，并向所述钻机的钻杆中空杆腔输送，可在钻孔底部形成上浮的气泡，形成对碎渣的包裹性和悬浮性，有助于排出装置将钻孔内的排渣浆液排出；设置在钻杆外壁的搅拌结构随钻杆的转动对与之接触的排渣浆液形成沿钻杆轴向的作用力，能够进一步增大排渣浆液的流动性和排出能力；设置于钻杆外壁的破碎结构随钻杆的转动形成切割作用力，形成对钻头的补充切割、破碎效用，进一步减小碎屑尺寸，有助于排渣浆液向外排出。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
22.图1为本发明一实施例中排渣设备的整体结构示意图；
23.图2为本发明一实施例中搅拌瓣片的一侧视示意图；
24.图3为本发明一实施例中搅拌瓣片和破碎瓣片的一侧视示意图；
25.图4为本发明一实施例中钻头结构的示意图。
26.主要附图标记说明：
27.10-钻机；11-钻杆；12-钻头；13-气液调节阀；14-排渣浆液泵；15-沉淀池；16-孔口管；17-导流管；20-搅拌瓣片；30-破碎瓣片；40-排渣气液通道。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明专利的实施示例，所述实施例的示例在附图中表示出。下面结合附图对本发明的具体实施方式作实施例的描述，旨在解释本发明专利，不可理解为对本发明专利的限制。
29.以下结合附图对本发明进行进一步详细的说明。
30.如图1所示，本发明的实施例提供一种治理煤矿巷道底鼓的设备，该设备可以包括：
31.钻机10，所述钻机10包括钻杆11，所述钻杆11的一端与钻机10相连，钻杆11的另一端设有钻头12，所述钻杆11设有向钻孔内输送排渣浆液的中空杆腔；
32.排渣机构，所述排渣机构包括混合装置、排出装置；所述混合装置将输入的排渣浆液和气体进行混合，并向所述钻机10的钻杆11中空杆腔输送；所述排出装置将钻孔内的排渣浆液排出；
33.搅拌结构，所述搅拌结构设置在钻杆11外壁，随钻杆11的转动对与之接触的排渣浆液形成沿钻杆11轴向的作用力；
34.破碎结构，所述破碎结构设置于钻杆11外壁，随钻杆11的转动形成切割作用力。
35.该设备通过钻机10的动力驱动，带动钻杆11及钻头12旋转，对巷道底板进行钻孔作业，钻杆11设有向钻孔内输送排渣浆液的中空杆腔，以便于从外部引入排渣浆液将钻孔底部的碎渣携带排出；排渣机构包括混合装置、排出装置，混合装置将输入的排渣浆液和气体进行混合，并向所述钻机10的钻杆11中空杆腔输送，可在钻孔底部形成上浮的气泡，形成对碎渣的包裹性和悬浮性，有助于排出装置将钻孔内的排渣浆液排出；设置在钻杆11外壁的搅拌结构随钻杆11的转动对与之接触的排渣浆液形成沿钻杆11轴向的作用力，能够进一步增大排渣浆液的流动性和排出能力；设置于钻杆11外壁的破碎结构随钻杆11的转动形成切割作用力，形成对钻头12的补充切割、破碎效用，进一步减小碎屑尺寸，有助于排渣浆液向外排出。
36.可选的，在本发明的一个实施例中，所述搅拌结构是设置在钻杆11外壁的多个搅拌瓣片20，所述多个搅拌瓣片20至少包括沿着钻杆11旋转方向向下倾斜的正向搅拌瓣片、逆着钻杆11旋转方向向下倾斜的逆向搅拌瓣片。
37.请参阅图2、图3，通过设置正向搅拌瓣片和逆向搅拌瓣片，使得在钻杆11的旋转带动下，正向搅拌瓣片对排渣浆液形成向上的扰动力，逆向搅拌瓣片对排渣浆液形成向下的扰动力，从而构建局部双向搅拌功能，在钻杆11及钻孔壁之间形成螺旋状上升的紊流且防止岩煤渣沉淀。
38.可选的，在本发明的一个实施例中，多个所述正向搅拌瓣片沿着第一螺旋线间隔设置于钻杆11外壁，多个所述逆向搅拌瓣片沿着第二螺旋线间隔设置于钻杆11外壁，所述第一螺旋线、第二螺旋线的旋向与钻杆11旋转方向相反，所述逆向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸小于正向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸。
39.通过将正向搅拌瓣片沿第一螺旋线间隔设置，对排渣浆液形成向上的连续输送通道和输送力，构建排渣浆液绕钻杆11轴线的近似公转效果；通过将逆向搅拌瓣片沿第二螺旋线间隔设置，并且逆向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸小于正向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸，使得沿钻杆11轴向相邻的逆向搅拌瓣片和正向搅拌瓣片之间的排渣浆液形成局
部翻转效用，构建排渣浆液的近似自转效果，为保证排渣浆液的局部翻转效果，优选地，逆向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸小于正向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸的1/2，同时避免影响正向搅拌瓣片对排渣浆液构建的向上的连续输送通道和输送力。进一步地，逆向搅拌瓣片沿着钻杆11周向的尺寸小于正向搅拌瓣片沿着钻杆11径向的尺寸，以进一步保障排渣浆液的局部翻转作用空间和向上连续输送的通畅能力。
40.可选的，在本发明的一个实施例中，所述正向搅拌瓣片、逆向搅拌瓣片的倾斜角度不大于30
°
。
41.本例中，根据正向搅拌瓣片、逆向搅拌瓣片对排渣浆液的摩擦力和轴向作用力关系，通过流体模拟，倾斜角度不大于30
°
，并采用弧形结构，以构建有效的紊流效果和向上的输送能力。
42.可选的，在本发明的一个实施例中，所述破碎结构是对置在钻杆11外壁的至少一组破碎瓣片30，所述破碎瓣片30沿钻杆11径向平置，且对置的破碎瓣片30沿钻杆11轴向距离偏差为0.5mm-10mm。
43.请参阅图3，本例中，破碎瓣片30沿钻杆11径向平置，随钻杆11的转动形成切割作用面，可保证对岩煤渣沿钻杆11周向的切割效果，但为了进一步保证对岩煤渣沿钻杆11轴向的切割效果，本实施例将对置的破碎瓣片30沿钻杆11轴向距离偏差设置为0.5mm-10mm，形成局部切割作用力和局部切片效应，不仅保障了对岩煤渣沿钻杆11轴向的立体切割效果，同时避免破碎瓣片30沿钻杆11轴向距离偏差过大时造成的切块尺寸过大，以及切割作用范围过大易发生的卡阻、打刀的情况。
44.可选的，在本发明的一个实施例中，所述排渣机构还包括设置在钻孔顶部位置的孔口管16，所述排出装置在孔口管16上设有导流管17，所述导流管17引导排渣浆液从所述孔口管16腔内向外排出。
45.通过在钻孔顶部设置孔口管16，可以在巷道底板施工位置构建安全作业环境，防止排渣浆液溢出到底板表面，提高钻机10施工质量。
46.可选的，在本发明的一个实施例中，所述孔口管16具有置入钻孔内的第一预定距离，并且具有凸出巷道底面的第二预定距离。
47.本例中，将孔口管16具有置入钻孔内的第一预定距离不小于500mm，同时，孔口管16凸出巷道底面第二预定距离，可进一步避免排渣浆液溢出到底板表面。
48.可选的，在本发明的一个实施例中，所述排渣机构还包括沉淀池15，所述排渣机构将排渣浆液通过设置在孔口管16上的导流管17进入沉淀池15中，进行过滤沉淀后，将排渣浆液再次输入所述混合装置。
49.由于排渣浆液的密度大于水的密度，在浆液压力以及钻杆11作用下，通过排渣浆液能够将岩煤石碎渣从下方携带入孔口管16，并经过7型导流管17流入沉淀池15，经过过滤沉淀，分离出岩煤渣，将排渣浆液再次输入混合装置，与高压气体混合后再次通过钻机10钻杆11注入钻孔内，循环使用，提高本方法的经济实用性。
50.可选的，在本发明的一个实施例中，所述混合装置包括气液调节阀13，所述气液调节阀13调节输入混合装置的排渣浆液和气体的流量混合比例。
51.通过设置气液调节阀13，可调整排渣浆液和高压气体比例至设计要求，形成间断性气泡，通过钻机10钻杆11注入钻孔内，打孔过程中在钻孔底部不断形成向上的气泡，从而
进一步形成紊流效应，防止岩煤渣沉淀，提高排渣浆液排渣效率。这样，在搅拌瓣片20和高压气泡的双重搅动作用下，钻杆11和钻孔壁之间环形空间内的排渣浆液整体具有紊流效用，因此具有优良的流动性、包裹性及悬浮性，能够有效携带岩煤渣经底板表面的孔口管16流入沉淀池15。
52.可选的，在本发明的一个实施例中，所述钻头12沿轴向设有排渣气液通道40，所述排渣气液通道40连通钻杆11的中空杆腔，所述钻头12底部设有多个蜂巢通道，所述蜂巢通道连通所述排渣气液通道40与钻头12外部。
53.请参阅图1、图4，本实施例将钻头12与钻杆11的中空杆腔进一步匹配设计，通过排渣气液通道40以及多个蜂巢通道，使得排渣浆液由钻杆11中空杆腔经排渣气液通道40后，分别向多个蜂巢通道均匀分散流出至钻头12外部，使得钻头12位置各方向区域钻削的岩煤渣能够及时充分的被排渣浆液向上携带排出，避免产生作业盲区而造成局部堆积阻塞。
54.基于上述设备，本实施例提供一种治理煤矿巷道底鼓的方法，包括如下步骤：
55.s11、使用常用的钻机10设备，包括凿岩机、锚杆钻机、坑道钻机、地质钻机等大型机械，通过采用麻花钻杆的方式打一个深度范围为2m-3m，直径范围为28mm-200mm的孔；
56.s12、根据测量所打出的孔的深度，根据孔的深度安装孔口管16及7型导流管17，孔口管16深入钻孔内的第一预定距离不小于500mm，同时，孔口管16可凸出巷道底面第二预定距离，防止排渣浆液溢出孔口。
57.s13、将麻花钻杆替换为特制的具有搅拌瓣片20和破碎瓣片30的钻杆11；
58.s14、连接排渣机构混合装置的高压气体管路和排渣浆液管路，以及向钻机10的钻杆11中空杆腔的输送管路，通过钻杆11中空杆腔向钻孔内导入排渣浆液，并将7型导流管17连通至沉淀池15，通过排渣浆液泵14将沉淀池15内过滤后的排渣浆液向混合装置的排渣浆液管路输送。
59.s15、打开排渣浆液泵14，调节混合装置的气液调节阀13使高压气体、以及排渣浆液泵14输送来的排渣浆液的混合比例，使得排渣浆液由钻杆11中空杆腔流入钻头12的排渣气液通道40，并经钻头12底部多个蜂巢通道流出至钻孔后形成间断性气泡，开动钻机10进行深部打孔。
60.s16、开动钻机10进行深部打孔，以使所述钻头12破碎钻孔底部围岩，多个搅拌瓣片20对排渣浆液形成紊流效用及向上的输送效用，多个破碎瓣片30对岩煤渣进一步充分切削，将岩煤渣排入钻杆11与钻孔围岩壁的环形空间内，排渣浆液将岩煤渣携带至孔口管16处，从7型导流管17流入沉淀池15过滤后再循环使用。
61.开动钻机10打孔过程中，控制所述破碎瓣片30距离钻孔的至少一处内壁1～5mm，通过破碎瓣片30破碎钻孔底部围岩，以对碎渣形成有效的径向作用空间，不仅有利于将较大块煤岩碎块进一步破碎，同时有助于钻杆11形成连续的作业工况，避免滞速或卡顿，也有助于对排渣浆液形成顺畅的排出通道。
62.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.上述内容已详略描述了本发明的实施例，本领域的技术人员可根据现场施工情况在本发明范围内对装置及其使用方式进行设计与修改。
64.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
65.以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，包括：钻机，所述钻机包括钻杆，所述钻杆的一端与钻机相连，钻杆的另一端设有钻头，所述钻杆设有向钻孔内输送排渣浆液的中空杆腔；排渣机构，所述排渣机构包括混合装置、排出装置；所述混合装置将输入的排渣浆液和气体进行混合，并向所述钻机的钻杆中空杆腔输送；所述排出装置将钻孔内的排渣浆液排出；搅拌结构，所述搅拌结构设置在钻杆外壁，随钻杆的转动对与之接触的排渣浆液形成沿钻杆轴向的作用力；破碎结构，所述破碎结构设置于钻杆外壁，随钻杆的转动形成切割作用力。2.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述搅拌结构是设置在钻杆外壁的多个搅拌瓣片，所述多个搅拌瓣片至少包括沿着钻杆旋转方向向下倾斜的正向搅拌瓣片、逆着钻杆旋转方向向下倾斜的逆向搅拌瓣片。3.如权利要求2所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，多个所述正向搅拌瓣片沿着第一螺旋线间隔设置于钻杆外壁，多个所述逆向搅拌瓣片沿着第二螺旋线间隔设置于钻杆外壁，所述第一螺旋线、第二螺旋线的旋向与钻杆旋转方向相反，所述逆向搅拌瓣片沿着钻杆径向的尺寸小于正向搅拌瓣片沿着钻杆径向的尺寸。4.如权利要求2或3所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述正向搅拌瓣片、逆向搅拌瓣片的倾斜角度不大于30
°
。5.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述破碎结构是对置在钻杆外壁的至少一组破碎瓣片，所述破碎瓣片沿钻杆径向平置，且对置的破碎瓣片沿钻杆轴向距离偏差为0.5mm-10mm。6.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述排渣机构还包括设置在钻孔顶部位置的孔口管，所述排出装置在孔口管上设有导流管，所述导流管引导排渣浆液从所述孔口管腔内向外排出。7.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述排渣机构还包括沉淀池，所述排渣机构将排渣浆液通过设置在孔口管上的导流管进入沉淀池中，进行过滤沉淀后，将排渣浆液再次输入所述混合装置。8.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述混合装置包括气液调节阀，所述气液调节阀调节输入混合装置的排渣浆液和气体的流量混合比例。9.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述钻头沿轴向设有排渣气液通道，所述排渣气液通道连通钻杆的中空杆腔，所述钻头底部设有多个蜂巢通道，所述蜂巢通道连通所述排渣气液通道与钻头外部。10.如权利要求1所述的治理煤矿巷道底鼓的设备，其特征在于，所述孔口管具有置入钻孔内的第一预定距离，并且具有凸出巷道底面的第二预定距离。

技术总结
本发明公开一种治理煤矿巷道底鼓的设备，涉及煤矿巷道底鼓治理技术领域，能够通过钻孔降低底板围岩承受的应力，有效解决巷道底鼓问题。包括：钻机，所述钻机包括钻杆，所述钻杆的一端与钻机相连，钻杆的另一端设有钻头，所述钻杆设有向钻孔内输送排渣浆液的中空杆腔；排渣机构，所述排渣机构包括混合装置、排出装置；所述混合装置将输入的排渣浆液和气体进行混合，并向所述钻机的钻杆中空杆腔输送；所述排出装置将钻孔内的排渣浆液排出；搅拌结构，所述搅拌结构设置在钻杆外壁，随钻杆的转动对与之接触的排渣浆液形成沿钻杆轴向的作用力；破碎结构，所述破碎结构设置于钻杆外壁，随钻杆的转动形成切割作用力。本发明适用于煤矿巷道底鼓治理场合。底鼓治理场合。底鼓治理场合。


技术研发人员：李学彬 郭东明 李海芬 张毅 周玉颖 王朝龙
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/20