一种消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置及其使用方法

本发明属于瓦斯抽采，具体涉及一种消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置及其使用方法。

背景技术：

1、岩层的地质构造主要分为两种类型：一种是天然形成的地质运动构造，另一种则是人为活动导致的破坏和改变。这两种构造方式都对岩层结构有影响，会导致瓦斯抽采空白带等现象。这些现象使岩层非均质性增强，钻具在钻进过程中会受力不均，导致孔轨迹偏斜。特别是当岩层中的软硬层性差异较大时，钻孔偏斜的效果会更加明显。

2、近年来，煤矿开采的深度与规模持续扩大，与此同时，带来的安全风险亦不容忽视。瓦斯作为煤矿事故的重要诱因，严重威胁着煤炭企业的生产安全以及矿工的生命健康。为了有效控制和减少瓦斯带来的风险，钻机技术在瓦斯抽采领域的应用逐渐得到推广。但在实际应用中存在一些问题：第一，钻机因为煤层等原因导致未按设定轨迹形成抽采钻孔，可能导致治理空白带的出现；第二，在松软煤层中形成的抽采钻孔在抽采过程中容易塌陷，可能导致治理空白带的出现，进而影响瓦斯抽采效果。

3、综上所述，开展消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带技术的研究有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置及其使用方法，能够全面解决未按设定轨迹形成抽采钻孔、松软煤层中形成的抽采钻孔在抽采过程中容易塌陷的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

3、第一方面，本发明提供一种消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，包括第一驱动电机，所述第一驱动电机前端安装有第一转轴，所述第一转轴前端设有钻头，所述钻头前端安装有钻刀，所述第一驱动电机后部设有导向模块，所述导向模块后部安装有可弯曲的韧性柱，所述可弯曲的韧性柱上部设有多组防塌方稳固轴架。

4、所述导向模块包含有调向球，所述调向球后部设有调向液压伸缩轴架，所述调向液压伸缩轴架前端固定安装有调向板，所述调向板两侧设有调板箱，且所述调向板插入所述调板箱中，所述调板箱中设有三组调节弹簧架，所述调节弹簧架一端与调向板固定连接，另一端与调板箱内部连接；所述防塌方稳固轴架内部设有压缩架，所述压缩架一端设有第一稳定架且与防塌方稳固轴架固定连接，另一端连接有第一滑板。

5、可选的，所述第一驱动电机内部设有定位器，所述钻头上部设有压力感应器，所述可弯曲的韧性柱外部连接有动力模块，所述动力模块内部设有控制器。

6、可选的，所述导向模块内部设有第二驱动电机，所述第二驱动电机前端设有第二转轴，所述第二转轴前端安装有导向操作台，所述导向操作台两侧设有第一滑轨，所述第一滑轨中嵌套有第二滑板。

7、所述第二转轴两侧设有第三驱动电机，所述第三驱动电机输出端设有第一丝杆，所述第一丝杆上套接有第二滑板，所述第二滑板一侧设有调向转杆架，所述调向转杆架侧部安装有第二稳定架，所述第二稳定架一侧设有液压泵，所述液压泵前端设有调向液压伸缩轴架，所述调向液压伸缩轴架最前端设有调向球；所述导向模块内部两侧设有两组滑槽，所述滑槽内部嵌套有调板箱，每组所述滑槽上下两侧安装有弹性收纳轴，所述弹性收纳轴内部设有弹性遮挡帘架，所述弹性遮挡帘架一端与弹性收纳轴连接，另一端与所述调板箱连接。

8、可选的，所述可弯曲的韧性柱上部卡接有卡环，所述卡环上部设有卡座，所述卡座内侧设有磁吸附板，所述卡座一侧设有第三稳定架，所述第三稳定架上部设有第一滑座，所述第一滑座上部设有第四驱动电机，所述第四驱动电机输出端设有第二丝杆，所述第二丝杆上部套接有第三滑板，所述第三滑板下部套接在所述第一滑座中，所述第三滑板前端设有分离推板。

9、可选的，每组所述防塌方稳固轴架上部中间位置设有瓦斯抽采孔，每组所述防塌方稳固轴架两侧安装有插架。

10、可选的，每组所述防塌方稳固轴架内部两侧设有第五驱动电机，所述第五驱动电机输出端设有第三丝杆，所述第三丝杆上部套接有第一滑板，所述第一滑板底部滑动连接有第二滑座，所述第一滑板上部设有压缩架，所述压缩架内部设有压缩弹簧。

11、可选的，所述第五驱动电机底部设有第四稳定架，所述第四稳定架安装在所述第二滑座上部，所述第二滑座底部设有两组第五稳定架，且所述第五稳定架吸附在所述卡座中的磁吸附板上。

12、第二方面，本发明提供一种第一方面所述的松软煤层消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置的使用方法，包括如下步骤：

13、s1、在控制器中加载根据煤层设计的抽采预设方案；

14、s2、通过卡环、磁吸附板、第五稳定架、压缩架以及第一稳定架将防塌方稳固轴架安装到可弯曲的韧性柱上部；

15、s3、启动第一驱动电机和动力模块，钻刀钻入煤层，接着钻头扩孔，第一驱动电机实时检测位置信息形成钻孔轨迹传输到控制器中分析，压力感应器实时感应在煤层中受到的压力信息，当压力值过小时，记录位置信息，传输到控制器中记录为松软煤层；

16、s4、当控制器分析出钻孔轨迹与抽采预设方案不一致时，动力模块停止，第二驱动电机启动，调整调向液压伸缩轴架位置，接着第三驱动电机启动，调整调向液压伸缩轴架角度，接着液压泵启动，调向液压伸缩轴架展开；调向液压伸缩轴架前端的调向球在抽采钻孔与煤层接触挤压受力从而调整钻头和钻刀的角度，将钻孔轨迹逐渐回归抽采预设方案；

17、s5、钻孔到设定位置后，第一驱动电机停止，动力模块反向作业，可弯曲的韧性柱拉动整个装置往外运动，当运动到记录为松软煤层的位置时，动力模块停止；

18、s6、在松软煤层处，第五驱动电机启动，防塌方稳固轴架被打开，且被压缩插入松软煤层中对松软煤层进行固定，防止其在后期瓦斯抽采过程中塌陷而形成瓦斯抽采钻场空白带；

19、s7、插入松软煤层后，启动第四驱动电机，通过分离推板将防塌方稳固轴架与可弯曲的韧性柱分离，接着动力模块继续反向运转，装置被从煤层中拉出，最后在所有抽采钻孔作业完毕后进行瓦斯抽采作业。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1.便捷钻头角度调整，精准钻孔轨迹。本发明通过导向模块中的导向操作台调整调向液压伸缩轴架与抽采钻孔的角度，控制钻头和钻刀按照预设的轨迹进行钻孔作业，精准钻孔轨迹，防止形成抽采空白带。

22、2.防止钻孔塌陷。本发明通过在松软煤层的抽采钻孔中便捷地安装多组防塌方稳固轴架，防止其在瓦斯抽采过程中塌陷，导致治理空白带的出现。

技术特征：

1.一种消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，包括第一驱动电机（1），所述第一驱动电机（1）前端安装有第一转轴（2），其特征在于：所述第一转轴（2）前端设有钻头（3），所述钻头（3）前端安装有钻刀（4），所述第一驱动电机（1）后部设有导向模块（5），所述导向模块（5）后部安装有可弯曲的韧性柱（6），所述可弯曲的韧性柱（6）上部设有多组防塌方稳固轴架（7）；

2.根据权利要求1所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于：所述第一驱动电机（1）内部设有定位器（11），所述钻头（3）上部设有压力感应器（31），所述可弯曲的韧性柱（6）外部连接有动力模块（9），所述动力模块（9）内部设有控制器（91）。

3.根据权利要求2所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于：所述导向模块（5）内部设有第二驱动电机（51），所述第二驱动电机（51）前端设有第二转轴（52），所述第二转轴（52）前端安装有导向操作台（53），所述导向操作台（53）两侧设有第一滑轨（531），所述第一滑轨（531）中嵌套有第二滑板（542）。

4.根据权利要求3所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于，所述第二转轴（52）两侧设有第三驱动电机（54），所述第三驱动电机（54）输出端设有第一丝杆（541），所述第一丝杆（541）上套接有第二滑板（542），所述第二滑板（542）一侧设有调向转杆架（543），所述调向转杆架（543）侧部安装有第二稳定架（544），所述第二稳定架（544）一侧设有液压泵（55），所述液压泵（55）前端设有调向液压伸缩轴架（551），所述调向液压伸缩轴架（551）最前端设有调向球（56）；

5.根据权利要求4所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于，所述可弯曲的韧性柱（6）上部卡接有卡环（61），所述卡环（61）上部设有卡座（62），所述卡座（62）内侧设有磁吸附板（621），所述卡座（62）一侧设有第三稳定架（63），所述第三稳定架（63）上部设有第一滑座（64），所述第一滑座（64）上部设有第四驱动电机（65），所述第四驱动电机（65）输出端设有第二丝杆（651），所述第二丝杆（651）上部套接有第三滑板（652），所述第三滑板（652）下部套接在所述第一滑座（64）中，所述第三滑板（652）前端设有分离推板（653）。

6.根据权利要求5所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于，每组所述防塌方稳固轴架（7）上部中间位置设有瓦斯抽采孔（71），每组所述防塌方稳固轴架（7）两侧安装有插架（72）。

7.根据权利要求6所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于，每组所述防塌方稳固轴架（7）内部两侧设有第五驱动电机（8），所述第五驱动电机（8）输出端设有第三丝杆（81），所述第三丝杆（81）上部套接有第一滑板（82），所述第一滑板（82）底部滑动连接有第二滑座（87），所述第一滑板（82）上部设有压缩架（83），所述压缩架（83）内部设有压缩弹簧（84）。

8.根据权利要求7所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于，所述第五驱动电机（8）底部设有第四稳定架（86），所述第四稳定架（86）安装在所述第二滑座（87）上部，所述第二滑座（87）底部设有两组第五稳定架（88），且所述第五稳定架（88）吸附在所述卡座（62）中的磁吸附板（621）上。

9.根据权利要求8所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置，其特征在于，所述钻刀（4）按照设计轨迹钻入煤层（10）且形成抽采钻孔（102），所述煤层（10）中一端为松软煤层（101）。

10.一种权利要求9所述的消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种消除煤层中瓦斯抽采钻场空白带的装置及其使用方法，属于瓦斯抽采技术领域，装置包括第一驱动电机，第一转轴前端设有钻头，钻头前端安装有钻刀，第一驱动电机后部设有导向模块，导向模块后部安装有可弯曲的韧性柱，可弯曲的韧性柱上部设有多组防塌方稳固轴架，导向模块包含有调向球，调向球后部设有调向液压伸缩轴架。本发明通过导向模块中的导向操作台调整调向液压伸缩轴架与抽采钻孔的角度，控制钻头和钻刀按照预设的轨迹进行钻孔作业，精准钻孔轨迹，防止形成抽采空白带；通过在松软煤层的抽采钻孔中便捷地安装多组防塌方稳固轴架，防止其在瓦斯抽采过程中塌陷，导致治理空白带的出现。

技术研发人员：张开仲,邢向前,王海锋,王亮,张浩宇,李嘉阳,周京,王小可,李宇乐
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5