CN103925202A - 煤矿用积水抽排孔底泵 - Google Patents

Abstract

一种煤矿用积水抽排孔底泵，至少包含固定组件、传动组件、驱动组件和活塞组件，所述固定组件至少包含外管、内套管、弹性层和端盖，所述传动组件包括传动轴，所述驱动组件包括驱动轴、推拉杆和传动小球，所述活塞组件包括上单向阀、下单向阀、内缸、外缸和推杆；由此，本发明能将该孔底泵与钻杆连接下入孔内通过钻杆的转动即可完成抽水作业，不需配备额外动力及机具，使用钻杆作为动力传输机具和排水通道，避免了近水平长钻孔抽排机具下入困难的问题；且操作方便，结构简单，有效提高了瓦斯抽采效果。

Description

煤矿用积水抽排孔底泵

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采近水平长钻孔积水抽排的技术领域，尤其涉及能提高瓦斯抽采效果、避免钻孔积水严重影响瓦斯解吸与运移缺陷的一种煤矿用积水抽排孔底泵。

背景技术

对于一些采用水力排渣的低渗透性煤层瓦斯抽采下斜钻孔，在钻孔施工完毕后的相当一段时间内孔内水散发不掉，如孔内液柱压力较大会阻碍煤层瓦斯的解析与释放，严重影响瓦斯抽采效果。

在瓦斯抽放钻孔施工完毕后，使用某种方法抽出孔内水可减少对地层的压力损害，同时能够使瓦斯抽放负压直接发挥作用，减小负压的压力损失，有利于煤层瓦斯的解析与释放，能够提高抽采效果。

目前实现孔内排水可通过以下三种方案实现：

1、孔口抽水

使用孔口抽水装置从孔口抽出孔内水，孔内水往孔口流动的压差来自于大气压差，1个大气压大小为10m高度水柱压力，当孔内水位低于孔口10m时则不能排水。

2、气举反循环抽水

往钻杆与孔壁的环状间隙中供入高压气，孔内液体在风压的作用下沿着钻杆内孔排出，目前矿井的压风在0.3MPa～0.8MPa之间，且易受其它用风设备的影响，压力不稳定；对于定向长钻孔，高压气在孔内压力衰减快，影响了孔内排水的深度。

如果要使“气举反循环”能够顺利安全的排出孔内液体，则需配备压力较高、性能稳定的空气压缩机，在煤矿井下为孔内排水专门配备空压机，成本太高，推广性不强。

3、井底泵抽水

目前水井抽水，油井抽油使用的方式都是井底动力泵，常见的有有杆泵、电潜泵。

有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。有杆泵采油具有结构简单、适应性强、维修管理方便、和寿命长的特点，是目前国内外应用最广泛的机械采油方式。使用有杆泵排水时，对于上下起伏的近水平定向钻孔下至孔底非常困难，还需连接泵杆和轴向驱动装置，系统复杂，造价大。

电潜泵是由多级叶导轮串接起来的一种电动离心泵，当潜油电机带动泵轴上的叶导轮高速旋转时，处于叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，其压力和速度同时增加，在导轮的进一步作用下速度能又转变成压能，同时流向下一级叶轮入口。如此逐次地通过多级叶导轮的作用，流体压能逐次增高而在获得足以克服泵出口以后管路阻力的能量时而流至地面。使用电潜泵排水时，也存在下至孔底困难的问题，还存在电缆连接问题，电机必须做成防爆电机，孔口需配备供电装置。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿用积水抽排孔底泵，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种简单易行、且无需外部动力，能有效实现“吸水”和“排水”过程以提高瓦斯抽采效果、避免钻孔积水严重影响瓦斯解吸与运移缺陷的一种煤矿用积水抽排孔底泵。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿用积水抽排孔底泵，至少包含固定组件、传动组件、驱动组件和活塞组件，其特征在于：

所述固定组件至少包含外管、内套管、弹性层和端盖，所述外管为中空管，其后端内周缘设有内键槽以连接驱动，所述内套管活动套合于所述外管内，所述端盖盖合于所述内套管的前开口，所述弹性层的外径大于所述外管的外径，内径大于所述内套管的外径以活动套在内套管外；

所述传动组件包括传动轴，所述传动轴的后端固结于所述外管的后端内缘，前端插入所述内套管内且设有内花键套；

所述驱动组件包括驱动轴、推拉杆和传动小球，所述驱动轴的后端开有能嵌入所述传动轴的内花键套的花键轴，所述驱动轴的前端开有供所述推拉杆滑动伸入的内凹孔，所述内凹孔上铣有引导传动小球运动的螺旋形状的半圆形的轨道槽，所述推拉杆的外缘设有容置所述传动小球的半圆球凹槽，所述驱动轴的轨道槽的前端设有安装孔和安装孔堵头；

所述活塞组件包括上单向阀、下单向阀、内缸、外缸和推杆，所述外缸固定于所述内套管内，所述内缸滑动套合于所述外缸内，所述内缸的前端内缘固定有所述下单向阀，后端固结于所述推杆的前端，所述推杆的后端连接所述推拉杆的前端，所述上单向阀位于所述下单向阀的后侧且相对所述外缸轴向固定，由此，当推拉杆连接带动推杆轴向往复运动，内缸也随之往复运动，所述下单向阀相对上单向阀往复运动，从而两个单向阀往复打开关闭，实现吸水和排水两个过程。

其中：所述推拉杆的前端设有销子，所述推杆的后端套合于所述销子，从而实现了推拉杆和推杆的连接，并提供一定的间隙，避免刚性冲击。

其中：所述外缸和内缸之间设有密封用的O型圈。

其中：所述下单向阀包含下阀座体、下小球、下弹簧和下压环，所述下阀座体为中空筒体且固定于所述内缸的前端内缘，所述下压环固定于所述下阀座体的后端内缘，所述下小球位于所述下阀座体内且直径小于所述下阀座体的内径，且所述下小球和所述下压环之间设有下弹簧，下阀座体的前端内缘设有避免所述下小球从前端脱出的凸缘。

其中：所述上单向阀包含上阀座体、上小球、上弹簧、固定环和螺纹管，所述固定环固定于所述外缸的后端内缘且设有内螺纹，所述螺纹管设有与所述固定环的内螺纹螺合的后外螺纹以及螺入上阀座体的内螺纹的前外螺纹，所述上阀座体为中空筒体，所述上小球位于所述上阀座体内且直径小于所述上阀座体的内径，所述上小球和所述螺纹管之间设有上弹簧，所述上阀座体的前端内缘设有避免所述上小球从前端脱出的凸缘。

通过上述结构可知，本发明实现了如下技术效果：

1、施工完近水平长钻孔后，将该孔底泵与钻杆连接下入孔内通过钻杆的转动即可完成抽水作业，不需配备额外动力及机具；

2、使用钻杆作为动力传输机具和排水通道，避免了近水平长钻孔抽排机具下入困难的问题；

3、操作方便，结构简单，有效提高了瓦斯抽采效果。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明煤矿用积水抽排孔底泵的结构示意图。

图2显示了本发明驱动组件的结构示意图。

图2A显示了图2中A-A向的剖视图。

图2B显示了图2中B-B向的剖视图。

图3显示了本发明活塞组件的结构示意图。

附图标记：

1-端盖；2-弹性层；3-前内管；4-下单向阀；5-外管；6-上单向阀；7-推拉杆；8-轴承管；9-安装孔堵头；10-传动小球；11-驱动轴；12-轴承；13-压盖；14-传动轴；15-O型圈；16-后内管；17-中内管；18-销子；19-固定环；20-螺纹管；21推拉杆；22-O型密封圈；23-内缸；24-外缸；25-轨道槽；41-下阀座体；42-下小球；43-下弹簧；44-下压环；61-上阀座体；62-上小球；63-上弹簧。

具体实施方式

参见图1至3，显示了本发明的煤矿用积水抽排孔底泵。

所述煤矿用积水抽排孔底泵至少包含固定组件、传动组件、驱动组件和活塞组件。

其中，所述固定组件至少包含外管5、内套管、弹性层2和端盖1，所述外管5为中空管，其后端内周缘设有内键槽以连接驱动，由此，可将钻杆套入所述内建槽进行驱动旋转，所述内套管活动（即可转动和可滑动的）套合于所述外管5内，所述端盖1盖合于所述内套管的前开口，所述弹性层2的一端固定于端盖上，所述弹性层2的外径大于所述外管5的外径，内径稍大于所述内套管的外径以活动套在内套管外。

所述内套管可包含依次连接的前内管3、中内管17和后内管16，所述中空管17和后内管16之间还包含有轴承管8，各管的直径相同并依次固结。

其中，所述外管5和内套管之间还可设一O型圈15，以在两者之间起密封作用，当本发明下至孔底后通过钻机给钻杆加压，来至钻杆的压力通过外管传至橡胶制成的弹性层上，弹性层发生压缩变形与孔壁产生摩擦力矩，将本发明固定在孔底，防止内管随钻杆一起转动。

所述传动组件包括传动轴14，所述传动轴14的后端固结于所述外管5的后端内缘，前端插入所述内套管内且设有内花键套，所述传动轴14的前端外缘和内套管之间设有轴承12，中部设有压盖13，所述内花键套的作用是将钻杆的回转扭矩传递给驱动轴。下钻时人工操作使传动组件的内花键套与驱动组件的驱动轴的花键轴部位错开，将钻具下至孔底后少许转动钻杆，传动组件的内花键套与驱动总成驱动轴的花键轴位置对上，加大给进压力，花键套套进花键轴，同时外管可压缩弹性橡胶。

其中，所述驱动组件包括驱动轴11、推拉杆7和传动小球10，所述驱动轴11的后端开有可嵌入所述传动轴14的内花键套的花键轴，所述驱动轴11的前端开有供所述推拉杆7滑动伸入的内凹孔，所述内凹孔上铣有引导传动小球10运动的螺旋形状的半圆形的轨道槽25，所述推拉杆7的外缘设有容置所述传动小球10的半圆球凹槽，所述驱动轴11的轨道槽25的前端设有安装孔和安装孔堵头9，由此，在组装时，可将传动小球通过安装孔进行安装，再固定安装孔堵头9以避免传动小球的脱离。因此，驱动轴11的回转可以转化为推拉杆7的轴向往复运动，所述推拉杆7和内套筒之间设有轴承，可选的是，所述推拉杆7和内套筒的轴承管8之间设有轴承，所述推拉杆7和内套管之间的轴承抵靠所述驱动轴11的前端以轴向定位驱动轴11，所述推拉杆7的前端铣有花键槽，所述推拉杆7和内套管之间的轴承内设有花键，由此，避免了推拉杆7相对内套筒的旋转，因此，在驱动轴11由传动轴14进行驱动旋转时，将传动轴14的旋转转换为推拉杆7的轴向运动。

所述活塞组件包括上单向阀6、下单向阀4、内缸23、外缸24和推杆21，所述外缸24固定于所述内套管内，可选的是，所述外缸24固定于所述内套管的前内管3，所述内缸23滑动套合于所述外缸24内，所述内缸23的前端内缘固定有所述下单向阀4，后端固结于所述推杆21的前端，所述推杆21的后端连接所述推拉杆7的前端，所述上单向阀6位于所述下单向阀4的后侧且相对所述外缸24轴向固定，由此，当推拉杆7连接带动推杆21轴向往复运动，内缸23也随之往复运动，所述下单向阀4相对上单向阀6往复运动，从而两个单向阀往复打开关闭，实现吸水和排水两个过程。

可选的是，所述推拉杆7的前端设有销子18，所述推杆21的后端套合于所述销子18，从而实现了推拉杆7和推杆21的连接，并提供一定的间隙，避免刚性冲击。

可选的是，所述外缸24和内缸23之间设有密封用的O型圈22。

参见图3，所述下单向阀4包含下阀座体41、下小球42、下弹簧43和下压环44，所述下阀座体41为中空筒体且固定于所述内缸23的前端内缘，所述下压环44固定于所述下阀座体41的后端内缘，所述下小球42位于所述下阀座体41内且直径小于所述下阀座体41的内径，且所述下小球42和所述下压环44之间设有下弹簧43，下阀座体41的前端内缘设有避免所述下小球42从前端脱出的凸缘，由此实现下单向阀4的单向开启和闭合。

所述上单向阀6包含上阀座体61、上小球62、上弹簧63、固定环19和螺纹管20，所述固定环19固定于所述外缸24的后端内缘且设有内螺纹，所述螺纹管20设有与所述固定环19的内螺纹螺合的后外螺纹以及螺入上阀座体61的内螺纹的前外螺纹，所述上阀座体61为中空筒体，所述上小球62位于所述上阀座体61内且直径小于所述上阀座体61的内径，所述上小球62和所述螺纹管20之间设有上弹簧63，所述上阀座体61的前端内缘设有避免所述上小球62从前端脱出的凸缘，以实现上单向阀6的单向开启和闭合，且上单向阀6相对外缸24轴向固定。

如图1所示，当钻孔施工完毕后将本发明的外管5的一端与钻杆连接，下钻时人工操作使传动组件的传动轴14上花键套与驱动组件的驱动轴11的花键轴部位错开，防止下钻过程中弹性层2受到压缩产生变形影响钻具下放。将钻具下至孔底后少许转动钻杆，传动轴14的花键套与驱动轴11的花键轴位置对上，加大给进压力，传动轴14花键套可以套进驱动轴11花键轴，同时外管5压缩弹性橡胶2，弹性橡胶2压缩变形后与孔壁产生摩擦力矩，将本发明内管13固定、防止转动。转动钻杆，传动轴14将回转扭矩传递给驱动轴11。

如图2、2A、2B所示，驱动轴的轨道槽带动传动小球做轴向往复运动，进而带动推拉杆21做轴向往复运动。

如图3所示，当内缸23在推拉杆21的作用下下行，图3中方向为左，上小球在上弹簧和钻杆内水压的作用下封住上阀座体的小孔，内缸23的内腔变大，腔内压力变小，在压差作用下下小球压缩下弹簧，上阀座体的小孔打开，进行吸水。

当内缸23在推拉杆21的作用下下行，图3中方向为右，下小球在下弹簧和内缸23内腔水压的作用下封住下阀座体小孔，内缸23的内腔变小，腔内压力变大，在压差作用上小球压缩上弹簧，上阀座体小孔打开，进行排水。

排水完毕后上提钻杆，对图1中弹性层2的压缩力解除，在弹力作用下恢复压缩前状态，随钻柱提至孔外。

本领域技术人员可知的是，可在前述的驱动轴、传动轴等部件上开有排水孔，以便于水的排出，这样的结构为常用的技术，在此不进行一一累述。

除了本发明的上述结构外，其余的一些细微的、常用的技术和变化虽然没有进行详细描述，但对本发明的实现并不起到决定性作用，通常也是本领域的一些常用技术，在此也不进行详细描述。

通过上述结构可知，本发明的优点在于：

1、施工完近水平长钻孔后，将该孔底泵与钻杆连接下入孔内通过钻杆的转动即可完成抽水作业，不需配备额外动力及机具；

2、使用钻杆作为动力传输机具和排水通道，避免了近水平长钻孔抽排机具下入困难的问题；

3、操作方便，结构简单，有效提高了瓦斯抽采效果。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (5)

1.一种煤矿用积水抽排孔底泵，至少包含固定组件、传动组件、驱动组件和活塞组件，其特征在于：

所述固定组件至少包含外管、内套管、弹性层和端盖，所述外管为中空管，其后端内周缘设有内键槽以连接驱动，所述内套管活动套合于所述外管内，所述端盖盖合于所述内套管的前开口，所述弹性层的外径大于所述外管的外径，内径大于所述内套管的外径以活动套在内套管外；

所述传动组件包括传动轴，所述传动轴的后端固结于所述外管的后端内缘，前端插入所述内套管内且设有内花键套；

所述驱动组件包括驱动轴、推拉杆和传动小球，所述驱动轴的后端开有能嵌入所述传动轴的内花键套的花键轴，所述驱动轴的前端开有供所述推拉杆滑动伸入的内凹孔，所述内凹孔上铣有引导传动小球运动的螺旋形状的半圆形的轨道槽，所述推拉杆的外缘设有容置所述传动小球的半圆球凹槽，所述驱动轴的轨道槽的前端设有安装孔和安装孔堵头；

所述活塞组件包括上单向阀、下单向阀、内缸、外缸和推杆，所述外缸固定于所述内套管内，所述内缸滑动套合于所述外缸内，所述内缸的前端内缘固定有所述下单向阀，后端固结于所述推杆的前端，所述推杆的后端连接所述推拉杆的前端，所述上单向阀位于所述下单向阀的后侧且相对所述外缸轴向固定，由此，当推拉杆连接带动推杆轴向往复运动，内缸也随之往复运动，所述下单向阀相对上单向阀往复运动，从而两个单向阀往复打开关闭，实现吸水和排水两个过程。

2.如权利要求1所述的煤矿用积水抽排孔底泵，其特征在于：所述推拉杆的前端设有销子，所述推杆的后端套合于所述销子，从而实现了推拉杆和推杆的连接，并提供一定的间隙，避免刚性冲击。

3.如权利要求1所述的煤矿用积水抽排孔底泵，其特征在于：所述外缸和内缸之间设有密封用的O型圈。

4.如权利要求1所述的煤矿用积水抽排孔底泵，其特征在于：所述下单向阀包含下阀座体、下小球、下弹簧和下压环，所述下阀座体为中空筒体且固定于所述内缸的前端内缘，所述下压环固定于所述下阀座体的后端内缘，所述下小球位于所述下阀座体内且直径小于所述下阀座体的内径，且所述下小球和所述下压环之间设有下弹簧，下阀座体的前端内缘设有避免所述下小球从前端脱出的凸缘。

5.如权利要求1或4所述的煤矿用积水抽排孔底泵，其特征在于：所述上单向阀包含上阀座体、上小球、上弹簧、固定环和螺纹管，所述固定环固定于所述外缸的后端内缘且设有内螺纹，所述螺纹管设有与所述固定环的内螺纹螺合的后外螺纹以及螺入上阀座体的内螺纹的前外螺纹，所述上阀座体为中空筒体，所述上小球位于所述上阀座体内且直径小于所述上阀座体的内径，所述上小球和所述螺纹管之间设有上弹簧，所述上阀座体的前端内缘设有避免所述上小球从前端脱出的凸缘。