一种煤层钻孔滞后封孔专用二次清孔疏通装置及清孔方法与流程

本发明涉及煤矿井下钻孔二次清孔，特别涉及一种煤层钻孔滞后封孔专用二次清孔疏通装置及清孔方法。

背景技术：

1、在煤矿井下瓦斯抽采、探水等钻孔工程施工中，常规施工流程为完成钻孔钻进作业后，及时开展封孔作业，以保障后续抽采、探测作业顺利推进。但在实际井下复杂工况下，受施工工序衔接、现场设备调配、交叉作业干扰等多种因素影响，多数钻孔完成钻进后无法立即实施封孔作业，钻孔会处于长时间敞孔闲置状态，为孔道堵塞、孔壁坍塌等问题埋下极大隐患。井下巷道及煤层围岩始终处于动态采动应力作用下，钻孔成型后会打破围岩原有应力平衡，敞孔状态下孔壁煤岩体易出现松动、碎落、片帮现象，脱落的煤渣、岩屑会大量堆积在封孔段孔道内部。特别是对于软煤而言，煤体自身强度低、裂隙发育、自稳能力极差，在采动应力扰动下极易发生塑性变形、塌孔缩径，钻孔封孔段更容易出现堵塞；同时井下渗水、粉尘堆积、围岩微裂隙挤压变形等因素，会进一步加剧封孔段堵塞、缩径问题，导致后续封孔设备、管路无法正常下入孔内，严重影响封孔施工进度与封孔密封质量，极易造成瓦斯抽采漏气、探水数据失真等工程缺陷，埋下矿井安全隐患。针对上述钻孔堵塞问题，目前行业内尚无专用的小型便捷式二次清孔设备，现有处理方式存在明显弊端。传统解决方案需重新调度、移位大型钻机进行二次扫孔清渣，而钻机搬迁、对位、调试工序繁琐，作业耗时久、劳动强度大，严重降低施工效率，延误工程进度，大幅增加施工成本。部分现场采用封孔管人工捅捣清孔，但封孔管刚性不足、冲击力有限，仅能清理孔口浅层松散杂物，无法破除封孔段压实堆积的岩渣与堵塞体，清孔效果极差，难以彻底疏通孔道，无法满足标准化封孔施工要求。综上，现有清孔方式适配性差、效率低、清孔不彻底，无法适配井下钻孔延后封孔后的二次清孔作业需求，尤其难以应对软煤层钻孔封孔段严重堵孔难题，严重制约井下钻孔工程施工质量与效率。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种煤层钻孔滞后封孔专用二次清孔疏通装置及清孔方法，以解决现有清孔设备适配性差、清孔效果差、转运困难的问题。

2、为了实现上述目的，一种煤层钻孔滞后封孔专用二次清孔疏通装置，包括支撑单元和排渣单元；

3、所述排渣单元包括钻头、绞龙、驱动转轴、控制箱及移动板车；所述钻头固定于绞龙前端，所述绞龙后端与驱动转轴刚性连接，由驱动转轴驱动旋转；所述驱动转轴装配于控制箱上并与控制箱电连接，所述控制箱固定安装于移动板车上；所述绞龙为中空裸式螺旋结构，以钻孔孔道作为排渣通道；

4、所述支撑单元为分体式拼接结构，沿绞龙的进给方向依次包括转向部分、定向移动调节部分和角度调节部分；所述角度调节部分设有供绞龙穿设通行的中空导向通道，所述中空导向通道的底部装配有多组伸缩支撑腿，用于调节绞龙进给倾角以匹配钻孔倾角；所述定向移动调节部分设有供绞龙穿设通行的中空进给通道，所述中空进给通道的内壁加工有内螺纹，构成螺纹进给限位结构，用于与绞龙的螺旋叶片啮合，以约束并控制绞龙的螺旋进给与回撤，所述中空进给通道的底部也装配有多组伸缩支撑腿，用于适配角度调节部分和转向部分的高度；所述转向部分设有供绞龙穿设通行的中空转向通道，所述中空转向通道呈弯曲构型，用于引导绞龙改变行进方向，使绞龙由巷道轴向转向为巷道径向，所述转向部分的底部前端装配有伸缩支撑腿，转向部分的尾部设置有可伸缩的尾部软管。

5、上述方案中：所述角度调节部分整体长度为200~300mm，所述中空导向通道包括第一半圆底和第一盖板，所述第一半圆底和第一盖板均为截面呈半圆的管状结构，第一半圆底的两侧对称固设有第一连接梁，其中一侧第一连接梁开设螺栓孔，另一侧第一连接梁装配合页并通过合页与第一盖板铰接，第一盖板与第一半圆底通过紧固螺栓对接装配，合围形成完整的管状通道。该结构设计紧凑，适配井下狭小作业空间，为绞龙顺利入孔提供了基础保障。

6、上述方案中：所述定向移动调节部分的整体长度为500~600mm，所述中空进给通道包括第二半圆底、第二盖板和第三盖板，所述第二半圆底、第二盖板和第三盖板均为截面呈半圆的管状结构，第二半圆底的两侧对称固设有第二连接梁，其中一侧第二连接梁开设螺栓孔，另一侧第二连接梁的前端装配合页并通过合页与第二盖板铰接、后端装配合页并通过合页与第三盖板铰接，所述第二盖板、第三盖板分别与第二半圆底通过紧固螺栓对接装配，形成前后两段管状结构，所述第三盖板的内壁设有内螺纹，所述内螺纹的螺纹参数与绞龙螺旋叶片的螺纹参数相匹配。绞龙正转时实现轴向前移，反转时实现轴向后退，无需额外推送设备即可完成自动化往复移动，有效提升清孔作业精度，该结构还保障了绞龙移动过程的稳定性，避免了偏移卡顿。

7、上述方案中：所述转向部分沿巷道径向的长度为200~300mm、沿巷道轴向的长度为500~800mm，所述中空转向通道为截面呈1/2~3/4圆的管状结构。转向部分衔接于定向移动调节部分后侧，可用于实现绞龙90°方位转向，将沿巷道轴向布置的绞龙转向为巷道径向，精准对接钻孔轴向。

8、上述方案中：所述中空导向通道的底部共设置四组呈矩形排布的伸缩支撑腿，所述中空进给通道的底部同样设置四组呈矩形排布的伸缩支撑腿，所述中空转向通道的底部前端共设置两组伸缩支撑腿，两组伸缩支撑腿在左右两侧呈八字形分布；每组伸缩支撑腿均包括上支撑腿与下支撑腿，所述上支撑腿的顶端与对应通道螺纹固定，底端与下支撑腿螺纹配合。

9、对应通道上设有接头，接头上设有螺纹安装孔，上支撑腿装配于螺纹安装孔中。

10、角度调节部分装配伸缩支撑腿的设计，通过旋拧下支撑腿可精准调节单组支撑腿的支撑高度，以此调整整个角度调节部分的水平倾角，使装置通道与待清孔钻孔倾角完全匹配。转向部分装配伸缩支撑腿的设计，可独立调节支撑高度，精准调整绞龙的爬升高度，适配不同高度的钻孔作业需求。定向移动调节部分装配伸缩支撑腿的设计，其两端能分别适配角度调节部分和转向部分的高度。

11、上述方案中：所述绞龙内部沿轴向设置有液体软管，所述液体软管的一端穿过驱动转轴，并与供水系统连通；所述钻头前端为锥形切削端，所述锥形切削端开设有倾斜朝向钻头后侧的出液孔，钻头内部沿轴向设置有进水通道，所述液体软管的另一端与进水通道的输入端连通，且与钻头形成转动配合，所述进水通道的输出端与出液孔连通；所述钻头前端外壁均匀布设有截割齿，钻头后端为圆柱形连接端，所述圆柱形连接端的两侧均设置有固定翼，所述固定翼的安装角度与绞龙螺旋叶片的角度完全匹配，固定翼与绞龙螺旋叶片通过紧固螺栓锁紧，从而实现钻头与绞龙的刚性固定，保证钻头与绞龙同步旋转。

12、具体的，所述出液孔的倾斜角度可为35°，出液孔相对水平线倾斜35°且朝向钻头后侧的设计，使得高压液体经出液孔喷出后，一方面可湿润孔内钻渣，彻底抑制清孔过程中的粉尘飞扬，实现无尘作业；另一方面可利用液体喷射反作用力为钻头提供前进推力，降低绞龙进给阻力，提升清孔效率。

13、截割齿可对钻孔内固结、堆积的钻渣、煤块进行切削破碎，解决板结钻渣难以清理的问题。固定翼作为连接件，方便绞龙与钻头安装固定。

14、上述方案中：所述角度调节部分与定向移动调节部分之间、定向移动调节部分与转向部分之间均通过端头软管对接连通；所述尾部软管为波纹收缩管，能在移动板车的推动下自动收缩；所述第一半圆底和第二半圆底上均开设有条形排渣窗。

15、通过端头软管实现两段结构的柔性连通，进一步约束绞龙移动轨迹，同时便于调节绞龙进入钻孔的方位角，进而使得绞龙前进方向能够适配不同方位角和不同倾角的钻孔，避免绞龙在衔接位置发生偏移、晃动，提升整体导向精度。

16、移动板车能在螺纹进给的作用下自动移动，尾部软管能在设备的带动下自动收缩，均无需人工手动推拉，降低了作业强度。

17、绞龙从钻孔排出的钻渣若落到半圆底板体上，可通过条形排渣窗自动掉落至巷道底板，避免钻渣堆积在支撑单元内部造成卡堵。

18、上述方案中：所述控制箱外接井下压风管路与供水系统，集成转速调节、水压调节、启停控制与正反转控制功能，其中转速设置有快、中、慢三挡，所述供水系统设置有大、中、小三挡水压模式与脉冲供水模式；

19、所述驱动转轴包括气动马达和空心转轴，所述液体软管活动穿过空心转轴与供水系统连接，所述空心转轴上装设有从动齿轮，所述气动马达的输出端设有与从动齿轮啮合的主动齿轮，气动马达的输入端与井下压风管路连接，井下压风管路能为气动马达提供动力，驱动主动齿轮转动，进而带动从动齿轮及空心转轴转动，所述绞龙后端与空心转轴刚性连接，能随空心转轴同步旋转。

20、大挡水压适配钻渣堆积量大、钻头进给困难的工况，通过高压水流冲散固结钻渣；中挡水压为常规作业挡位，适配正常钻进、排渣作业；小挡水压适配钻孔本身存在积水、渗水的工况，避免水量过大造成孔内泥水溢出；脉冲供水模式可间歇性冲击钻渣，提升板结钻渣的破碎清理效果。

21、本发明还提出了一种煤层钻孔滞后封孔的清孔方法，采用上述的煤层钻孔滞后封孔专用二次清孔疏通装置，包括如下步骤：

22、s1、支撑单元组装与调试：根据待清孔钻孔的倾角、高度及方位，调节角度调节部分与转向部分的伸缩支撑腿，使角度调节部分前端与钻孔孔口轴向对齐；依次拼接安装调节角度调节部分、定向移动调节部分、转向部分，完成支撑单元组装；

23、s2、排渣单元穿装布置：将装配有钻头且内置液体软管的绞龙，依次贯穿尾部软管、转向部分、定向移动调节部分与角度调节部分，伸入待清孔钻孔内；

24、s3、动力连接与设备试运行：将井下压风管路、供水系统对接至控制箱对应接口；启动控制箱，以慢挡转速交替执行正转、反转，测试绞龙进给与回撤顺畅性；依次调节各挡供水压力，检查钻头上出液孔的出液状态，确认设备正常；

25、s4、分段循环清孔作业：锁紧所有盖板，以慢挡转速、正转模式控制绞龙前移设定距离；前移到位后解锁第三盖板，切换至中挡或快挡转速，完成该段钻渣的排出作业；重新锁紧第三盖板后继续前移绞龙，重复循环直至完成全段封孔段的清孔作业；作业过程中根据钻渣工况切换供水压力与供水模式；

26、s5、设备回撤与回收：关闭供水系统，切换至反转模式，锁紧第三盖板并以慢挡转速回撤绞龙与钻头；钻头完全退出后，拆解绞龙与支撑单元，拆分支撑单元各组件，完成设备回收。

27、上述方案中：步骤s1中，角度调节部分靠近钻孔的一侧距离钻孔孔口300mm布置，避免钻渣直接排至该部件上造成堆积卡堵；步骤s4中，绞龙单次前移的距离为500~1000mm，避免单次前移距离过长，阻力过大造成设备损坏；常规工况采用中挡水压模式供水，钻孔本身存在积水、渗水的工况采用小挡水压模式供水；当钻渣板结、进给受阻时，切换为大挡水压模式，并配合脉冲供水模式。

28、本发明的有益效果是：

29、1、工况适配性强：通过角度调节、高度调节、轴向径向转向的分体式支撑结构，可适配井下不同倾角、不同高度、不同布置方位的煤层钻孔，解决了传统清孔设备工况适配性差、对位困难的问题，适用范围广，尤其适配巷道与钻孔垂直布置的井下常规工况。2、清孔彻底、质量可靠：通过锥形钻头破碎板结钻渣，依托裸体绞龙直接以钻孔作为排渣通道的作业模式，无管道堵塞风险，孔壁脱落的碎煤、岩渣可随螺旋叶片稳定外排。相较于带套管绞龙结构，裸体绞龙无外部套管遮挡，孔壁掉落渣土可直接被螺旋叶片输送排出；若增设外置套管，掉落渣土易卡滞于套管与孔壁之间难以清理，大幅削弱清孔效果，裸体绞龙结构可有效规避上述缺陷。3、设备损耗低：可伸缩尾部软管隔离绞龙与巷道底板，避免无效摩擦磨损。4、自动化程度高、劳动强度低：依托第三盖板的螺纹进给限位结构，配合控制箱正反转控制，实现绞龙自动进给、回撤，作业无需多人协同操作，显著降低作业人员劳动强度，提升清孔效率。5、拆装转运便捷、实用性强：装置采用分体式拼接结构，组装、拆解简单；裸体绞龙取消外置套管，缩小设备整体体积，便于盘绕收纳；整体可搭载于移动板车上，灵活转运至各作业工位，适配井下狭小作业空间，无需大型钻机辅助，大幅降低施工成本。