一种矿山智能化建井方法

技术领域

本发明涉及智能建井技术领域，尤其涉及一种矿山智能化建井方法。

背景技术

目前立井施工仍然存在很多困难，例如第四系软弱层松散沉积物厚度为43.6-91.62米，承载能力极差，表层深厚流沙层难以加固，传统的冻结法施工可能发生井筒透水，溃沙事故，所以导致钻井工艺的钻进效率低，厚流沙层也会导致井壁难以加固，深厚基岩会导致钻进效率低下发生泥包钻头的现象。

公开号为CN11509773A的中国发明专利中公开了一种智能化建井控制系统与方法，该智能化建井控制系统包括智能控制系统，所述智能控制系统包括斜井掘进控制系统、综合保障系统和竖井钻进控制系统，所述斜井掘进控制系统连接有综合保障系统，所述综合保障系统连接有竖井钻进控制系统，所述斜井掘进控制系统包括巷道防治水系统、皮带机智能控制系统、智能通风系统、支护自动控制系统和斜井掘进机控制系统，所述巷道防治水系统连接有斜井掘进机控制系统。利用敞开式全断面掘进机掘进智能控制体系完成斜井掘进智能控制，实现智能化斜井掘进、协同控制；通过竖井钻进控制系统可以完成对竖井掘进时的智能控制，实现智能化竖井掘进，但是该系统并未在具体的工作流程上进行设计，在钻头遭遇泥包钻头时无法进行自我清理，只能进行更换，这极大的耽误了效率。

发明内容

要解决的问题：通过钻具系统对钻头进行清理，对泥包钻头的现象进行处理，避免因频繁更换钻头耽误效率。

为解决上述问题，本发明公开一种矿山智能化建井方法，包括如下步骤。

步骤一：方案准备，图纸准备，施工准备，确定建井位置，准备钻井设备。

步骤二：设备安装与调试。

步骤三：井筒钻进。

步骤四：预制井壁并将井壁下沉。

步骤五：壁后填充。

步骤六：风硐及安全出口施工。

步骤七：完工检查。

所述步骤三中的掘进机由掘进机旋转和提调系统控制，在井口设置钻进速度检测系统，以实时监测钻进速度；设置钻具系统，用以实时监测是否泥包钻头。

钻具系统，包括安装板，安装板上固定装有多个连接杆，连接杆上铰接有钻头，钻头通过动力源驱动进行挖掘，钻头为齿式钻头，安装板内竖直滑动装有安装架，安装架上滑动装有清理杆，清理杆和安装架之间装有延迟弹簧，清理杆的数量与安装板的沟槽数量相同，安装架上设置清理结构，清理杆上设置有传感器，安装板内装有电缸，电缸带动安装架上下移动。

进一步地，所述清理结构包括电机，电机固定安装在安装架上，电机的转轴上固定装有丝杠，安装架上滑动装有移动板，丝杠控制移动板在安装架上移动，移动板的下端对钻头进行清理。

进一步地，移动板内铰接有两个转轴，转轴上固定装有齿轮，转轴上铰接有轴套，轴套与齿轮之间通过扭簧连接，轴套上固定装有清理板，移动板内固定装有支撑杆，支撑杆上滑动装有齿条，齿条与齿轮啮合，齿条的下端低于移动板的下端，支撑杆与齿条之间装有复位弹簧。

进一步地，所述移动板的下端为斜面，并与延迟弹簧的齿间形状贴合。

进一步地，所述清理杆的下端为弯折形状，并与钻头的沟槽贴合。

进一步地，所述步骤三中设置有泥浆循环检测系统，实时监测泥浆的含沙量。

进一步地，在钻进期间，向泥浆中加入膨润土、纯碱、广谱护壁剂和磺化褐煤，泥浆粘度过高时及时加水排浆。

进一步地，所述步骤四包括井壁预制系统、井壁养护与质量监控系统、井壁连接系统、精准下沉系统，悬浮下沉监控系统。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明通过传感器能够检测是否泥包钻头，泥包钻头会导致钻进效率下降同时容易损坏钻头，本发明能够及时发现问题，并准确定位问题所在；（2）本发明通过设置钻具系统能够及时检测是否泥包钻头，并进行及时的处理，节约了换钻头清理的时间提高了钻进效率；（3）本发明的清理板通过扭簧与齿轮连接，能够自主适应各种角度，适应任何型号的钻头；（4）本发明设置有泥浆循环检测系统，实时监测泥浆的粘稠度，并且能够及时预警和排出，同样增加的钻进的效率，并且保证了钻头的使用寿命。

附图说明

图1为本发明钻具系统的整体结构示意图。

图2为本发明钻具系统的内部结构示意图。

图3为图2中A处的放大图。

图4为本发明钻具系统清理钻头的示意图。

图5为图4中B处的放大图。

图6本发明移动板内部结构示意图。

图7为图6中C处的放大图。

图8为本发明钻具系统和泥浆循环检测系统的工作流程图。

附图标号：1-安装板；2-连接杆；3-钻头；4-清理杆；5-延迟弹簧；6-丝杠；7-移动板；8-电机；9-安装架；10-清理板；11-转轴；12-齿轮；13-轴套；14-扭簧；15-齿条；16-复位弹簧；17-支撑杆。

实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例：为解决上述问题，本发明公开一种矿山智能化建井方法，包括如下步骤。

步骤一：方案准备，图纸准备，施工准备，确定建井位置，准备钻井设备。

步骤二：设备安装与调试。

步骤三：井筒钻进，该步骤由竖井掘进机控制系统和地面控制系统，综合控制，掘进机由掘进机旋转和提调系统控制，在井口设置钻进速度检测系统，以实时监测钻进速度；设置钻具系统，用以实时监测是否泥包钻头，二者同时进行判断，泥包钻头但是不影响钻进速度，可以进行工作，钻进速度和泥包钻头同时预警，则停机清理，当没有发生泥包钻头但钻进速度降低时，检查其他系统的故障。

钻具系统，包括安装板1，安装板1上固定装有多个连接杆2，连接杆2上铰接有钻头3，钻头3通过动力源驱动进行挖掘，钻头3为齿式钻头，安装板1内竖直滑动装有安装架9，安装架9上滑动装有清理杆4，清理杆4和安装架9之间装有延迟弹簧5，清理杆4的数量与安装板1的沟槽数量相同，安装架9上设置清理结构，所述清理杆4的下端为弯折形状，并与钻头3的沟槽贴合。清理杆4上设置有传感器，安装板1内固定装有电缸，当检测到泥包钻头的时候，电缸带动清理杆4下降，清理杆4与钻头3接触，钻头3旋转进行清理。

在本实施例中，清理结构包括电机8，电机8固定安装在安装架9上，电机8的转轴上固定装有丝杠6，安装架9上滑动装有移动板7，丝杠6控制移动板7在安装架9上移动，移动板7的下端对钻头3进行清理。

移动板7内铰接有两个转轴11，转轴11上固定装有齿轮12，转轴11上铰接有轴套13，轴套13与齿轮12之间通过扭簧14连接，轴套13上固定装有清理板10，移动板7内固定装有支撑杆17，支撑杆17上滑动装有齿条15，支撑杆17与齿条15之间装有复位弹簧16，齿条15与齿轮12啮合，齿条15的下端高于清理杆4的下端，所述移动板7的下端为斜面，并与延迟弹簧5的齿间形状贴合。

电缸带动安装架9下降，清理杆4的最下端低于移动板7的最下端，首先清理杆4与钻头3接触，钻头3旋转开始清理，清理一段之后，齿条15的最下端与钻头3接触，齿条15相对移动板7上升，并带动齿轮12旋转，齿轮12通过扭簧14带动轴套13，当清理板10紧贴钻头3上的齿时，齿条15继续相对移动板7上升，此时清理板10不再移动，扭簧14会蓄力进行缓冲，此时钻头3停止旋转，电机8带动丝杠6旋转，丝杠6带动移动板7移动，使得清理板10清理齿间，清理板10的宽度宽于钻头3上的沟槽，保证在移动过程中清理板10不会错位，此后移动板7回到沟槽位置，钻头3继续旋转，清理板10继续清理下一个位置，如此反复，还设置有泥浆循环检测系统，实时监测泥浆的含沙量。

在钻进期间，向泥浆中加入膨润土、纯碱、广谱护壁剂和磺化褐煤，泥浆粘度过高时及时加水排浆，通过传感器能够检测是否为泥包钻头，泥包钻头会导致钻进效率下降同时容易损坏钻头；传感器可以设置成不同的种类，可以根据不同的钻头进行选择，有着更大的适用范围；通过钻进速度的检测和钻具系统能够判断出组钻进效率的下降是否为泥包钻头所致，大大降低了检查所用的时间，提高了故障排除效率。

步骤四：预制井壁并将井壁下沉，包括井壁预制系统、井壁养护与质量监控系统、井壁连接系统、精准下沉系统，悬浮下沉监控系统。

井壁下沉前进行准备工作，（1）进行调浆，满足井壁下沉的需要；（2）下沉前进行终孔测井；（3）计算每节井壁下沉时所需增加配重水，便于下沉时掌握；（4）找出井壁底的中心，焊好找正用的中心线支座；（5）井壁底安装逆止阀；（6）认真检查井壁底和其它井壁的壁后检查补注浆管；（7）验算井壁下沉时的漂浮高度，对漂浮高度不满足要求的井壁要提前加设支撑梁；（8）备齐井壁下沉时所需的设备、工具、材料。

井壁下沉时，（1）将井壁底吊至井口，对准临时锁口中心，缓慢下放，使支撑梁落在临时锁口上，并将支撑梁找平垫实；（2）井壁下沉到底设计后，进行方位和垂直度的找正。

步骤五：壁后填充。填充前，要准备砂浆搅拌站（含水泥仓）、输送泵、水泥浆搅拌站、注浆泵（配备一定数量的易损件），按计量及时准备好水泥，安装清水管路至搅拌站，挖砌存浆池、流浆沟槽，并接风管至存浆池内，以防池内水泥浆沉淀。在流浆沟和搅拌机放浆口及注浆泵进浆口加设过滤网，过滤结块水泥及其他杂物。

水泥浆充填要求：（1）下部150m采用5路内管水泥浆充填，充填前，必须加足配重水量，充填需在井壁漂浮下沉安装到底后10天内完成。

其他段高充填采用外管充填，安设4路注浆管，均匀布置。

（2）水泥砂浆应搅拌均匀，严禁杂物混入浆池内，水泥砂浆相对密度应满足设计要求。

（3）充填采用一泵一管制，并宜采用同型号输送泵，充填时要经常观察压力表读数，如发现压力表读数不正常，要及时查明原因，确保充填正常进行。

（4）第一段高注浆后养护时间不应少于48小时。

（5）在下一段高充填前，应在对称的四个方位探测实际深度。

（6）充填时要及时对输送泵的输送口进行清理，防止沉淀物堵塞输送口造成砂浆量不均匀。

（7）充填时要用水准仪、经纬仪对井壁监测，一旦发生上浮或偏斜，应当立即采取措施处理。

步骤六：风硐及安全出口施工，风硐施工顺序：破除砼锁口→降水井管施工→基坑降水→土方开挖→铺设砼垫层→结构施工→表面防水处理→土方回填夯实。

安全出口施工顺序：破除砼锁口→降水井管施工→基坑降水→土方开挖→铺设砼垫层→结构施工→表面防水处理→土方回填夯实。

步骤七：完工检查。