CN101761350B - 小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，可有效解决巷道底板钻孔钻进效率低、成孔直径大、钻孔深度浅的问题，其方案是，包括水套、钻杆套筒和钻杆，水套套装在输出轴上，水套上端固定在钻机水套接口上，水套下端与水套接头连接，水套接头与钻杆中的套筒连接，旋转钻杆接头上端与输出轴连接，旋转钻杆接头下端与接口套连接，钻杆接口套与钻杆中的上接口连接套连接，钻杆之间的连接是旋转钻杆上端连接上接口连接套，下端连接下接口连接件，上接口连接套与下接口连接套连接，构成钻杆的旋转推进结构，钻杆套筒通过轴承及轴承连接套与旋转钻杆连接，钻杆套筒之间经连接套连接在一起，结构独特、实用方便，是底板锚杆钻孔的小孔径钻进设备上的创新。

Description

小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置

一、技术领域

本发明涉及钻孔钻进的装置，尤其是一种小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置。

二、背景技术

随着我国煤炭开采强度的加大，矿井开采深度不断增加，巷道底臌现象越来越突出，而底板锚杆锚索支护是治理巷道底臌最行之有效的方法。目前，矿井巷道底板锚杆锚索钻孔钻进的方式主要有三类：①利用顶板锚杆钻机及其钻杆钻进，通过高压风吹孔或高压水冲孔进行排渣，先钻进后排渣；②利用麻花钻杆钻进，通过麻花钻杆的旋转进行排渣；③利用全液压坑道钻机通过高强推进力进行钻孔。第一种方式随着钻进深度的增加排渣难度不断加大，导致钻机推进困难，并且是先钻进后排渣，钻进断断续续，导致钻进速度迟缓；第二种方式随着钻进深度的增加，经常出现卡钻现象，而且钻屑排出困难，钻进速率较低，前两种方式虽然可以小孔径(直径φ＜35mm)钻进，但成孔较浅，钻进速度较慢；第三种方式钻进速度较快，成孔较深，可以达到锚杆孔深度的要求，但设备笨重，操作不便，而且成孔大(直径φ＞90mm)，必须使用特制的锚杆或锚索锚固时才能达到“三径匹配”的要求，导致支护成本较高。因此，研制出一种成孔直径小、钻进速度快、钻孔深度满足要求的巷道底板钻进装置是解决巷道底板锚杆支护的关键问题，故改进和创新势在必行。

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种小孔径巷道底板钻孔快速钻进的装置，可有效解决巷道底板钻孔钻进效率低、成孔直径大、钻孔深度浅的问题，其解决的技术方案是，包括水套、钻杆套筒和钻杆，水套套装在输出轴上，水套上端通过固定孔利用配套螺杆固定在钻机水套接口上，水套下端与水套接头连接，水套接头与钻杆中的套筒连接，旋转钻杆接头上端与输出轴连接，旋转钻杆接头下端与接口套连接，钻杆接口套与钻杆中的上接口连接套连接，钻杆之间的连接是旋转钻杆上端连接上接口连接套，下端连接下接口连接件，上接口连接套与下接口连接套连接，构成钻杆的旋转推进结构，钻杆套筒通过轴承及轴承连接套与旋转钻杆连接，钻杆套筒之间经连接套连接在一起，结构独特、实用方便，是底板锚杆钻孔的小孔径钻进设备上的创新。

四、附图说明

图1为本发明结构立体图。

图2为本发明剖面主视结构图。

图3为本发明水套剖面主视结构图。

图4为本发明进水接头剖面主视结构图。

图5为本发明第一橡胶密封圈立体结构图。

图6为本发明排渣接头剖面主视结构图。

图7为本发明按钮套、按钮和按钮弹簧装配结构图。

图8为本发明凸头、弹簧和凸头套装配结构图。

图9为本发明第二橡胶密封圈立体结构图。

图10为本发明水套接头剖面主视结构图。

图11为本发明套筒的剖面主视结构图。

图12为本发明输出轴的剖面主视结构图。

图13为本发明的旋转钻杆接头的立体结构图。

图14为本发明的旋转钻杆接头的剖面主视结构图。

图15为本发明的第三橡胶密封圈的剖面图。

图16为本发明接口套的剖面主视结构图。

图17为本发明上接口连接件的剖面主视结构图。

图18为本发明下接口连接件的剖面主视结构图。

图19为本发明下接口连接件的主视图。

图20为本发明连接套的剖面主视结构图。

图21为本发明轴承连接套的立体结构图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-图21给出，本发明包括水套、钻杆套筒和钻杆，水套2套装在输出轴1上，水套上端通过固定孔7利用配套螺杆固定在钻机水套接口上，水套下端与水套接头28连接，水套接头与钻杆4中的套筒30连接，旋转钻杆接头3上端与输出轴1连接，旋转钻杆接头3下端与接口套29连接，接口套与钻杆中的上接口连接件31连接，钻杆4之间的连接是旋转钻杆32上端连接上接口连接件31，下端连接下接口连接件36，上接口连接件与下接口连接件连接，构成钻杆的旋转推进结构，钻杆套筒40通过轴承38及轴承连接套37与旋转钻杆32连接，钻杆套筒之间经连接套35连接在一起。

所说的水套2为中空柱状体且上端呈偏心状，上端有水套接口槽41和固定孔7，水套上端壁厚处开有进水孔25与进水接头5连接，进水孔下端开有进水道22通往水室26，水室相邻下部有密封室19，上部有密封室20，分别安装一个第一橡胶密封圈42，下端开有按钮槽24，按钮槽下部有密封室17，安装有与第一橡胶密封圈42同形状的第二橡胶密封圈48，密封室17下部有钻渣室18，钻渣室上开有排渣孔43，水套下端有水套接头口50，水套接头50外壁有外螺纹，进水接头5为内空的圆柱体，其上的进水端39上端与外部高压水管连接，下端外壁有外螺纹45与内壁有内螺纹的进水孔25连接在一起，第一橡胶密封圈42套在输出轴1上，用来密闭水室；所说的按钮槽24由水套外壁向内呈阶梯状变化，内有按钮套11、按钮12和按钮弹簧13，按钮槽内壁上的内螺纹与按钮套外壁上的外螺纹46连接，按钮弹簧13在按钮套内并套在按钮内部；所说的排渣孔43内壁有螺纹，与排渣接头6上左端外壁上的外螺纹连接；所说的排渣接头6分支两个管路，分别是排渣口15和进水口16，排渣口通过胶管与泵连接，进水口连接高压水管。

所说的水套接头28是上端口加大的圆柱筒，内壁有内螺纹49，下端口内壁略加厚并有内螺纹；所说的套筒30上端内壁加厚且有外螺纹44，下端内壁加厚且有内螺纹51。

所说的输出轴1是钻杆的动力输出部分，上部粗，在进水孔27处变细，进水孔27呈十字交叉型贯通输出轴并与内部的进水道连通，下端有钻杆接头槽59，为六棱柱形，钻杆接头槽上端有密闭室56，安装有第三橡胶密封圈58，输出轴中部开有按钮孔55；所说的旋转钻杆接头3为中空柱体，上端外壁为圆柱形，并有密闭槽14，中上部外壁为六棱柱形，六棱柱上开有按钮槽23，下部为圆柱形，并且下端开口处内壁上有内螺纹57，按钮槽23内壁有内螺纹且与凸头套10外螺纹47连接，凸头套10内有凸头8和弹簧9，钻杆接头槽59与旋转钻杆接头3经六棱形部位相连接。

所说的接口套29上端有外螺纹52，下端有锥形内螺纹53，中部外壁开有钻杆槽54；钻杆套筒40内有两端伸出套筒的旋转钻杆32，旋转钻杆上端与上接口连接件31相连接，下端与下接口连接件36相连接，旋转钻杆上下两端经轴承38和轴承连接套37与钻杆套筒40固定在一起，构成有排水排渣通道66的排渣结构，轴承38为密闭式轴承，轴承38内圈固定在旋转钻杆32上，轴承38外圈固定在轴承连接套37上，旋转钻杆32外周壁上有螺旋式环绕的环筋33，旋转钻杆32内有进水通道21，排渣结构经连接套35相互连接在一起，轴承连接套37是圆形的环状体，环状体外周壁上有向外侧凸起的凸台34，钻杆套筒40为中空的筒状体，钻杆套筒两端部外壁上有为一体的加厚层，加厚层上有外螺纹。

所说的旋转钻杆32的上端和下端有直径小于钻杆的连接体，且外壁上有外螺纹，上部连接体经上外螺纹和上接口连接件31下部的圆柱体内螺纹旋装在上接口连接件31圆柱体内；所说的上接口连接件31由上体和下体构成，上体呈圆锥体，外周壁上有外螺纹60，中心有和进水通道21直径相同的顶部通道，下体为中空的圆柱体，圆柱体内有内螺纹62，圆柱体上部外侧有卡槽61。

所说的下接口连接件36为中空的筒体，筒体内有筒体内螺纹63，外壁上有卡槽64，筒体内上部和旋转钻杆32的下部连接体形状大小相匹配，筒体内下部和上接口连接件31的圆锥体大小形状相配应。

所说的连接套35为中空的筒状体，两端部内壁上有为一体的加厚层，加厚层上有连接套内螺纹65，连接套经连接套内螺纹65与钻杆套筒40连接在一起；接口套29与上接口连接件31和下接口连接件36连接部分为锥形螺纹。

所说的钻杆4与钻机接头连接，套筒30安装在上接口连接件31端部的钻杆套筒40上，拧过钻杆套筒螺纹部分，套筒30在钻杆套筒40端部上接口连接处可以自由滑动，上接口连接件31与接口套29对接，完成旋转推进钻杆的连接，套筒管30与水套接头28对接。

所说的连接套35安装在上接口连接件31端部的钻杆套筒上，拧过钻杆套筒螺纹部分，连接套35在钻杆套筒40端部上接口连接处可以自由滑动，但无法脱离钻杆套筒，然后将上接口连接件31与另一钻杆的下接口连接件对接，完成旋转推进钻杆的链接，连接套35与另一钻杆的钻杆套筒对接。

本发明的使用情况是，底板钻孔钻进时，钻机输出轴1带动旋转钻杆接头3，并通过接口套29、上接口连接件31和旋转钻杆32传递给钻头旋转推进破岩，高压水经过进水接头5进入进水道22，然后进入水室26，通过输出轴1的进水孔27进入旋转钻杆32的内孔，然后经过接口套29、上接口连接件31进入旋转钻杆32的进水通道21输送到孔底，进行冲洗钻孔和冷却钻头，悬浮有钻屑的污水通过旋转钻杆32和钻杆套筒40之间的排水排渣通道66向上利用自吸泵在排渣接头6中的排渣口15抽出孔外，完成钻进和排渣任务，在排渣过程中若排渣通道66被堵，打开进水阀通过进水口16反向冲洗排渣通道，凸头8在弹簧9的作用下弹出至输出轴1的按钮孔55，从而阻止了钻进及抽杆过程中钻杆的滑落，钻杆接头槽59与旋转钻杆接头3经六棱形部位相连接，使得旋转钻杆接头3钻进后不至于被卡死，接口套29与上接口连接件31和下接口连接件36连接部分为锥形螺纹，使得其安装快捷、拆卸容易，第一橡胶密封圈42置于密闭室19和密闭室20内，防止高压水外漏而造成冲洗钻孔困难，防止高压水从输出轴1中的钻杆接头槽59与旋转钻杆接头3外壁支架流出而影响凸头8的功能，在旋转钻杆接头3的密闭槽14上安装有第三橡胶密封圈58，在钻杆4与钻机接头连接时，先将套筒30安装在上接口连接件31端部的钻杆套筒40上，拧过钻杆套筒螺纹部分，套筒30在钻杆套筒40端部上接口连接处可以自由滑动，但无法脱离钻杆套筒，然后将上接口连接件31与接口套29对接，完成旋转推进钻杆的连接，最后拉出的套筒30与水套接头28对接；钻杆套筒40在一对密闭式轴承38及轴承连接套37的作用下，不随钻杆4旋转运动，进而保护了孔壁，当钻打深锚杆孔时，需要接长钻杆，首先将连接套35安装在上接口连接件31端部的钻杆套筒上，拧过钻杆套筒螺纹部分，连接套35在钻杆套筒40端部的上接口连接处可以自由滑动，但无法脱离钻杆套筒，然后将上接口连接件31与另一钻杆的下接口连接件对接，完成旋转推进钻杆的链接，最后拉出的连接套35与另一钻杆的钻杆套筒对接，即完成了钻杆连接，钻杆之间实现快速连接、密闭和拆卸，当拆卸钻杆时，应先将连接套35反转，钻杆套筒一端脱离连接套35，由于内部旋转推进钻杆在钻进过程中，将上接口连接件31和下接口连接件36拧的过紧，利用特制扳手分别卡住上接口连接件31与下接口连接件36上的卡槽反转卸掉；拆卸与钻机连接的钻杆时，先将套筒30反转退至钻杆套筒40上，然后用手按下按钮12即可拉出连接有旋转钻杆接头3的钻杆，或使用扳手分别卡住上接口连接件31与接口套29上的卡槽反转卸掉。

采用所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置的施工方法按如下步骤进行操作：第一步，事先将水套安装在钻机上(在出厂前已完成安装)，将钻杆接头安装在输出轴内，凸头弹出卡在输出轴的按钮槽内，将水套接头与水套下端接口连接，完成钻机钻杆连接系统的安装；第二步，进水接头与进水孔与钻机高压水管阀门接通，排渣接头与自吸泵接通；第三步，将套筒连接管安装在上接口连接件外端的钻杆套筒上，拧过套筒螺纹部分，套筒连接管在钻杆套筒端部上接口连接件处可以自由滑动，但无法脱离钻杆套筒(在出厂前可完成安装)，然后将上接口连接件与接口套对接，拉出套筒连接件与水套接头对接，完成钻杆与钻机钻杆连接系统的安装；第四步，将安装有钻头的钻头连接套与下接口连接件连接，从而完成钻进前的准备工作；第五步，启动马达，打开进水阀和自吸泵通电开关进行钻进和排渣；第六步；深孔钻进时接长进行钻杆；第七步，退杆时，先将钻杆套筒反转退回钻杆外壁，然后利用扳手分别卡住上接口连接件与下接口连接件上的卡槽反转卸掉。拆卸与钻机相连的钻杆时，先将水套接头套筒反转退回钻杆外壁，然后用手按下水套上的按钮将钻杆抽出。

本发明的有益效果是在巷道底板锚杆孔小孔径深孔钻进过程中实现了连续作业、便捷快速、深孔钻进、拆装方便，本发明排渣效果好，结构独特、方便实用，能够提高巷道底板锚杆孔钻进的速度，成孔直径可达φ36mm，能够与普通顶板锚杆杆体直径相匹配，实现了底板锚杆钻孔小孔径的钻进，是巷道底臌治理上的一大进步，具有重要的实用价值和显著的经济效益。

Claims (8)

1.一种小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，包括水套、钻杆套筒和钻杆，其特征在于，水套(2)套装在输出轴(1)上，水套上端通过固定孔(7)利用配套螺杆固定在钻机水套接口上，水套下端与水套接头(28)连接，水套接头与钻杆(4)中的套筒(30)连接，旋转钻杆接头(3)上端与输出轴(1)连接，旋转钻杆接头下端与接口套(29)连接，接口套与钻杆中的上接口连接件(31)连接，钻杆(4)之间的连接是旋转钻杆(32)上端连接上接口连接件(31)，下端连接下接口连接件(36)，上接口连接件与下接口连接件连接，构成钻杆的旋转推进结构，钻杆套筒(40)通过轴承(38)及轴承连接套(37)与旋转钻杆(32)连接，钻杆套筒之间经连接套(35)连接在一起。

2.根据权利要求1所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的水套(2)为中空柱状体且上端呈偏心状，上端有水套接口槽(41)和固定孔(7)，水套上端壁厚处开有进水孔(25)与进水接头(5)连接，进水孔下端开有进水道(22)通往水室(26)，水室相邻下部有密封室(19)，上部有密封室(20)，分别安装一个第一橡胶密封圈(42)，水套下端开有按钮槽(24)，按钮槽下部有密封室(17)，安装有与第一橡胶密封圈(42)同形状的第二橡胶密封圈(48)，按钮槽下部的密封室(17)下部有钻渣室(18)，钻渣室上开有排渣孔(43)，水套下端有水套接头口(50)，水套接头口(50)外壁有外螺纹，进水接头(5)为内空的圆柱体，其上的进水端(39)上端与外部高压水管连接，下端外壁有外螺纹(45)与内壁有内螺纹的进水孔(25)连接在一起，第一橡胶密封圈(42)套在输出轴(1)上，用来密闭水室；所说的按钮槽(24)由水套外壁向内呈阶梯状变化，内有按钮套(11)、按钮(12)和按钮弹簧(13)，按钮槽内壁上的内螺纹与按钮套外壁上的外螺纹(46)连接，按钮弹簧(13)在按钮套内并套在按钮内部；所说的排渣孔(43)内壁有螺纹，与排渣接头(6)上左端外壁上的外螺纹连接；所说的排渣接头(6)分支两个管路，分别是排渣口(15)和进水口(16)，排渣口通过胶管与泵连接，进水口连接高压水管。

3.根据权利要求1所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的水套接头(28)是上端口加大的圆柱筒，内壁有内螺纹(49)，下端口内壁略加厚并有内螺纹；所说的套筒(30)上端内壁加厚且有外螺纹(44)，下端内壁加厚且有内螺纹(51)。

4.根据权利要求2所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的输出轴(1)是钻杆的动力输出部分，上部粗，在水室相邻的上下部密封室(20、19)之间的输出轴变细处有进水孔(27)，进水孔(27)呈十字交叉型贯通输出轴并与内部的进水道连通，下端有钻杆接头槽(59)，为六棱柱形，钻杆接头槽上端有密闭室(56)，安装有第三橡胶密封圈(58)，输出轴中部开有按钮孔(55)；所说的旋转钻杆接头(3)为中空柱体，上端外壁为圆柱形，并有密闭槽(14)，中上部外壁为六棱柱形，六棱柱上开有按钮槽(23)，旋转钻杆下部为圆柱形，下端开口处内壁上有内螺纹(57)，按钮槽(23)内壁有内螺纹与凸头套(10)外螺纹(47)连接，凸头套(10)内有凸头(8)和弹簧(9)，钻杆接头槽(59)与旋转钻杆接头(3)经六棱形部位相连接。

5.根据权利要求1所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的接口套(29)上端有外螺纹(52)，下端有锥形内螺纹(53)，中部外壁开有钻杆槽(54)；钻杆套筒(40)内有两端伸出套筒的旋转钻杆(32)，旋转钻杆上端与上接口连接件(31)相连接，下端与下接口连接件(36)相连接，旋转钻杆上下两端经轴承(38)和轴承连接套(37)与钻杆套筒(40)固定在一起，构成有排水排渣通道(66)的排渣结构，轴承(38)为密闭式轴承，轴承(38)内圈固定在旋转钻杆(32)上，轴承(38)外圈固定在轴承连接套(37)上，旋转钻杆(32)外周壁上有螺旋式环绕的环筋(33)，旋转钻杆(32)内有进水通道(21)，排渣结构经连接套(35)相互连接在一起，轴承连接套(37)是圆形的环状体，环状体外周壁上有向外侧凸起的凸台(34)，钻杆套筒(40)为中空的筒状体，钻杆套筒两端部外壁上有为一体的加厚层，加厚层上有外螺纹。

6.根据权利要求5所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的旋转钻杆(32)的上端和下端有直径小于旋转钻杆的连接体，外壁上有外螺纹，上部连接体经上外螺纹和上接口连接件(31)下部的圆柱体内螺纹旋装在上接口连接件(31)圆柱体内；所说的上接口连接件(31)由上体和下体构成，上体呈圆锥体，外周壁上有外螺纹(60)，中心有和进水通道(21)直径相同的顶部通道，下体为中空的圆柱体，圆柱体内有内螺纹(62)，圆柱体上部外侧有卡槽(61)。

7.根据权利要求1所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的下接口连接件(36)为中空的筒体，筒体内有筒体内螺纹(63)，外壁上有卡槽(64)，筒体内上部和旋转钻杆(32)的下部连接体形状大小相匹配，筒体内下部和上接口连接件(31)的圆锥体大小形状相配应。

8.根据权利要求1所述的小孔径巷道底板钻孔快速钻进装置，其特征在于，所说的钻杆(4)与钻机接头连接，套筒(30)安装在上接口连接件(31)端部的钻杆套筒(40)上，套筒(30)在钻杆套筒(40)端部上接口连接处可以自由滑动，上接口连接件(31)与接口套(29)对接，完成旋转推进钻杆的连接，套筒(30)与水套接头(28)对接。

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