CN104343390B - 一种水利扩孔系统 - Google Patents
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Abstract
一种水利扩孔系统，包括水源、连接管、水泵、供水接头、钻头和钻杆，钻头和供水接头分别安装在钻杆的两端，供水接头连接在水泵的出口上，水泵进水口通过连接管与水源连通，本发明通过改进整体结构中的部件来提高整体系统的性能，解决了具体部件引发的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种扩孔装置，尤其是涉及一种水利扩孔系统。
背景技术
根据矿井瓦斯治理规划，采用现有抽放瓦斯的措施，钻孔中的瓦斯浓度往往达不到预期效果，主要是因为煤层透气性差，通过实验研究提出了水力冲孔的施工要领、水力冲孔及其消突机理，研究表明，采用底板岩巷穿层钻孔与水力冲孔区域消突措施，可有效消除突出应力，大幅度的增加煤层的透气性，保障了工作面的安全高效回采。
而采取水压冲孔时，需要不断更换钻杆钻头，因为开始要通入低压水采用钻头钻孔，然后通入高压水进行扩孔，然而扩孔时必须采用通高压水的钻杆，更换相当麻烦而且需要两套装置。
高压供水器是为钻头和钻杆提供冷却水的重要装置，由于煤层开采的特殊性，因此要求开采过程中温度不能过高，因此冷却系统要求比较严格，为了给钻头钻杆提供冷却水，需要采用高压供水器，由于钻头钻杆一直在转动，因此需要高压供水器的与钻杆之间通过连接接头连接，以保证提供冷却水的同时，不影响钻杆的转动，现有的接头由于设置的其内的供水口与钻杆内的水口不在一条直线上，供高压水时，容易冲击接头的密封处，很容易造成密封处漏水，从而影响整个系统的密封性，造成达到钻头处的水压变低，影响使用效果。
为了冷却钻头方便打孔有时候需要通入高压水即为压力在1MPa-40MPa的冷却水，采用现有的钻杆往往出现在连接处漏水的情况，这样不仅使得到达钻头的水量不足，同时水压也会变低，影响使用，之前申请了密封钻杆，然而密封段设置靠近两段钻杆外部的接缝处，在钻杆连接时由于误差造成的倾斜，会严重影响密封效果。
钻头在煤层开采过程中依然存在着耐磨性比价低，由于钻孔时就是通过钻头打磨煤层而钻孔，然而耐磨性低必然造成了使用寿命短，因此现有钻头一般只能钻进50米。
发明内容
本发明的目的是为解决钻头耐磨性低、钻杆密封性差以及供水接头使用不便的问题，提供一种水利扩孔系统。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：
一种水利扩孔系统，包括水源、连接管、水泵、供水接头、钻头和钻杆，钻头和供水接头分别安装在钻杆的两端，供水接头连接在水泵的出口上，水泵进水口通过连接管与水源连通，所述的钻头包括钻头上体、保径部分和钻头冠部，保径部分设置在钻头上体上，固定在保径部分的刮刀上的切削齿构成了钻头冠部，水泵为钻头提供冷却水并从出水口流出，所述的保径部分的刮刀设置有三组，且任意两组刮刀之间设置有排屑槽，所述的排屑槽为一个呈圆弧面的凹槽，且自钻头冠部至钻头上体方向周向距离逐渐增大，保径部分的侧壁上设置有沿轴向分布的辅助刀片，且每个保径部分的刮刀上设置的切削齿均有三个且成三角型分布，切削齿的切削方向保持一致，且同一组切削齿中位于后边的切削齿前端与前边切削齿的后端连为一体；
所述的钻杆包括复数段内部为中空结构的杆体，所述的杆体包括钻孔段、位于钻孔段两端的连接头和连接座，所述连接头包括外壁上设置有锥螺纹的锥螺纹接头和将锥螺纹接头连接至钻孔段上的连接段I，连接座包括开设有锥螺纹孔的锥螺纹座和与连接段I配合的连接段II，在锥螺纹接头的另一端上设置有凸起段构成密封连接段I，在锥螺纹座的末端上开设有一段光孔构成与密封连接段I配合的密封连接段II，所述的密封连接段I包括凸起段、开设在凸起段上的凹槽和安装在凹槽内的密封圈，所述的密封连接段II为内壁光滑且恰好与密封圈构成密封配合的光洁面；
所述的供水接头包括轴心处开设有轴向通孔的变径轴、与高压供水器出水端连接的胶管接头和与钻杆连接的连接套，变径轴一端固定插入胶管接头内，另一端转动安装在连接套内，胶管接头和连接套的轴心处均开设有通孔且与变径轴上通孔相互连通构成供水通道以实现供水器的水输出给钻杆，所述的变径轴通过一对轴承转动设置在连接套上，变径轴伸入连接套的末端处设置有密封圈以保证变径轴和连接套间的密封性，靠近密封圈的轴承与连接套接触的处开设有凹槽以减少轴承受到的摩擦，轴承之间设置有轴承夹套以保证轴承的安装位置，所述的变径轴上还设置有用于将轴承压设在连接套内的轴承压盖以限制轴承沿变径轴轴向自由滑动。
所述的保径部分的中心轴处还设置有截面呈圆形的凹槽，且凹槽内设置有辅助切削齿和出水口。
杆体内开设有沿其长度方向贯通的冷却孔。
杆体上开设有排屑槽且排屑槽为U型槽。
所述的密封连接段I远离锥螺纹接头的一端上设置有定位段，所述的密封连接段II上开设有与定位段配合的定位孔，定位孔与密封连接段II之间的过渡面为光洁面，保证定位孔与定位段配合时密封性。
密封连接段I为一段呈圆柱体状的凸起段，所述的密封连接段II为一个呈圆柱体状的孔。
胶管接头与变径轴连接处设置有O型圈以保证连接处的密封效果。
所述的轴承压盖与变径轴连接处安装有轴用弹性挡圈以限制轴承压盖沿变径轴轴向自由滑动。
所述的轴承压盖与轴承连接的一端上还设置有一个卡设在连接套内孔凹槽上的孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈与轴承压盖配合以限制轴承沿变径轴轴向自由滑动。
本发明的有益效果是：本发明通过改进整体结构中的部件来提高整体系统的性能，解决了具体部件引发的技术问题。
本发明的钻头在刮刀上设置的切削齿均有三个且成三角型分布，使得切削时候切削齿之间构成一个尖刀形状，切削更方便，同时在保径部分的侧壁上设置有沿轴向分布的辅助刀片，可以使得保径部分也可以有切削效果，这样设置使得钻头的整体切削效果加强，同时由于辅助刀片的存在减轻了保径部分的摩擦程度从而提高了整个钻头的耐磨性，提高了钻头的使用寿命，使得钻头的钻进深度到达100米，比普通钻头的钻进深度提高一倍。
本发明的钻杆设置有密封段，能够保证在通入高压水时，钻杆各段之间的连接处密封严密不会出现漏水的情形，这样就保证了钻杆内的水压，而且在钻杆上设置有定位孔和定位段减少了安装误差，避免了钻杆倾斜，同时将密封段设置在远离两个钻杆外部的接缝处，而且定位孔与密封连接段II之间的过渡面为光洁面构成了保护密封圈的台阶面，有效的解决了由于安装倾斜造成的密封失效的问题，同时各段采用锥螺纹连接，安装方便，开设有排屑槽，使排屑更加顺畅。
本发明的供水接头通过变径轴、胶管接头和连接套三个主要部件构成了连接头，并通过三者轴向处沿轴向的通孔构成了供水通道避免了接头内水通道出现夹角，从而保证了连接处的密封性保证了到达钻头的水压。
同时供水接头在各个连接处均设置有密封部件，保证了密封性，同时通过轴承配合保证了连接头一端固定一端转动，从而实现钻杆在转动过程中供水。
同时供水接头仅有极少数的几个部件，结构简单，设计相当合理，部件之间拆卸安装也极其方便，便于更换接头中容易损坏的部位，从而节约成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中供水接头的结构示意图。
图3为本发明中钻杆的结构示意图。
图4为图3中钻杆的安装配合示意图。
图5为本发明中钻头的结构示意图。
图6为本发明中图5的侧视图。
图示标记：1、水源；2、连接管；3、水泵；4、供水接头；401、胶管接头；402和411、O型圈；403、变径轴；404、轴用弹性挡圈；405、轴承压盖；406、弹性挡圈；407、轴承；408、轴承夹套；409、连接套；410、密封圈；5、钻杆；501、连接段II；502、锥螺纹座；503、定位孔；504、钻孔段；505、锥螺纹接头；506、密封连接段I；507、定位段；508、密封圈；509、连接段I；510、冷却孔；511、密封连接段II ；6、钻头；601、刮刀；602、辅助刀片；603、出水口；604、辅助切削齿；605、切削齿；606、排泄槽；607、钻头冠部；608、保径部分；609、钻头上体。
具体实施方式
图中所示，具体实施方式如下：
一种水利扩孔系统，包括水源1、连接管2、水泵3、供水接头4、钻头6和钻杆5，钻头6和供水接头4分别安装在钻杆5的两端，供水接头4连接在水泵3的出口上，水泵进水口通过连接管与水源连通，所述的钻头6包括钻头上体609、保径部分608和钻头冠部607，保径部分608设置在钻头上体609上，固定在保径部分608的刮刀601上的切削齿605构成了钻头冠部607，水泵3为钻头6提供冷却水并从出水口603流出，所述的保径部分608的刮刀601设置有三组，且任意两组刮刀601之间设置有排屑槽606，所述的排屑槽606为一个呈圆弧面的凹槽，且自钻头冠部607至钻头上体609方向周向距离逐渐增大，保径部分608的侧壁上设置有沿轴向分布的辅助刀片602，且每个保径部分608的刮刀601上设置的切削齿605均有三个且成三角型分布，切削齿605的切削方向保持一致，且同一组切削齿605中位于后边的切削齿605前端与前边切削齿605的后端连为一体；
所述的钻杆5包括复数段内部为中空结构的杆体，所述的杆体包括钻孔段504、位于钻孔段504两端的连接头和连接座，所述连接头包括外壁上设置有锥螺纹的锥螺纹接头505和将锥螺纹接头505连接至钻孔段504上的连接段I509，连接座包括开设有锥螺纹孔的锥螺纹座502和与连接段I509配合的连接段II501，在锥螺纹接头505的另一端上设置有凸起段构成密封连接段I506，在锥螺纹座502的末端上开设有一段光孔构成与密封连接段I506配合的密封连接段II511，所述的密封连接段I506包括凸起段、开设在凸起段上的凹槽和安装在凹槽内的密封圈508，所述的密封连接段II511为内壁光滑且恰好与密封圈构成密封配合的光洁面；
所述的供水接头4包括轴心处开设有轴向通孔的变径轴403、与高压供水器出水端连接的胶管接头401和与钻杆连接的连接套409，变径轴403一端固定插入胶管接头401内，另一端转动安装在连接套409内，胶管接头401和连接套409的轴心处均开设有通孔且与变径轴403上通孔相互连通构成供水通道以实现供水器的水输出给钻杆，所述的变径轴403通过一对轴承407转动设置在连接套409上，变径轴403伸入连接套409的末端处设置有密封圈410以保证变径轴403和连接套409间的密封性，靠近密封圈410的轴承407与连接套409接触的处开设有凹槽以减少轴承407受到的摩擦，轴承407之间设置有轴承夹套408以保证轴承407的安装位置，所述的变径轴403上还设置有用于将轴承407压设在连接套409内的轴承压盖405以限制轴承407沿变径轴403轴向自由滑动。
所述的保径部分608的中心轴处还设置有截面呈圆形的凹槽，且凹槽内设置有辅助切削齿604和出水口603。
所述的杆体内开设有沿其长度方向贯通的冷却孔510。
所述的杆体上开设有排屑槽且排屑槽为U型槽。
所述的密封连接段I506远离锥螺纹接头505的一端上设置有定位段507，所述的密封连接段II511上开设有与定位段配合的定位孔503，定位孔503与密封连接段II511之间的过渡面为光洁面，保证定位孔503与定位段507配合时密封性。
所述的密封连接段I506为一段呈圆柱体状的凸起段，所述的密封连接段II511为一个呈圆柱体状的孔。
所述的胶管接头401与变径轴403连接处设置有O型圈402以保证连接处的密封效果。
所述的轴承压盖405与变径轴403连接处安装有轴用弹性挡圈404以限制轴承压盖405沿变径轴403轴向自由滑动。
所述的轴承压盖405与轴承407连接的一端上还设置有一个卡设在连接套409内孔凹槽上的孔用弹性挡圈406，孔用弹性挡圈406与轴承压盖405配合以限制轴承407沿变径轴403轴向自由滑动。
本发明中的供水接头连接水泵和钻杆，其中胶管接头与水泵的出水端连接，连接套与钻杆连接，连接套远离与变径轴连接的一端的外径上设置有螺纹以便于连接在钻杆上，采用螺纹连接方式并在末端设置有O型圈以保证密封性，在钻杆转动时连接套不断转动，而变径轴和胶管接头1固定在供水器上保持不动，保证了在钻杆工作时，供水器不断供水，同时三个部件内的通孔构成供水通道，通道一端与供水器的输出端连接，另一端与钻杆内的冷却水通道连通，接头整个通道为直通道避免了冲击造成的密封不严。
本发明中所述的钻杆可以为圆弧多棱钻杆也可以为普通圆柱形钻杆，也可以为搅龙圆柱形钻杆，圆弧多棱钻杆是指杆体包括至少两段截面呈正三角形，且为中空结构的杆体，所述的杆体正三角形截面的三个角呈圆角，三个圆角位于同一圆周上，正三角形截面的三个边呈向内凹的圆弧状，杆体的内壁形状和外壁形状一致，普通圆柱形钻杆是指杆体包括至少两段截面呈圆柱形，且为中空结构的杆体，所述的搅龙圆柱形钻杆为圆柱形钻杆外表面开设有螺纹型凹槽的圆柱形钻杆。
Claims (9)
1.一种水利扩孔系统，包括水源（1）、连接管（2）、水泵（3）、供水接头（4）、钻头（6）和钻杆（5），钻头（6）和供水接头（4）分别安装在钻杆（5）的两端，供水接头（4）连接在水泵（3）的出口上，水泵进水口通过连接管与水源连通，其特征在于：所述的钻头（6）包括钻头上体（609）、保径部分（608）和钻头冠部（607），保径部分（608）设置在钻头上体（609）上，固定在保径部分（608）的刮刀（601）上的切削齿（605）构成了钻头冠部（607），水泵（3）为钻头（6）提供冷却水并从出水口（603）流出，所述的保径部分（608）的刮刀（601）设置有三组，且任意两组刮刀（601）之间设置有排屑槽（606），所述的排屑槽（606）为一个呈圆弧面的凹槽，且自钻头冠部（607）至钻头上体（609）方向周向距离逐渐增大，保径部分（608）的侧壁上设置有沿轴向分布的辅助刀片（602），且每个保径部分（608）的刮刀（601）上设置的切削齿（605）均有三个且成三角型分布，切削齿（605）的切削方向保持一致，且同一组切削齿（605）中位于后边的切削齿（605）前端与前边切削齿（605）的后端连为一体；
所述的钻杆（5）包括复数段内部为中空结构的杆体，所述的杆体包括钻孔段（504）、位于钻孔段（504）两端的连接头和连接座，所述连接头包括外壁上设置有锥螺纹的锥螺纹接头（505）和将锥螺纹接头（505）连接至钻孔段（504）上的连接段I（509），连接座包括开设有锥螺纹孔的锥螺纹座（502）和与连接段I（509）配合的连接段II（501），在锥螺纹接头（505）的另一端上设置有凸起段构成密封连接段I（506），在锥螺纹座（502）的末端上开设有一段光孔构成与密封连接段I（506）配合的密封连接段II（511），所述的密封连接段I（506）包括凸起段、开设在凸起段上的凹槽和安装在凹槽内的密封圈（508），所述的密封连接段II（511）为内壁光滑且恰好与密封圈构成密封配合的光洁面；
所述的供水接头（4）包括轴心处开设有轴向通孔的变径轴（403）、与高压供水器出水端连接的胶管接头（401）和与钻杆连接的连接套（409），变径轴（403）一端固定插入胶管接头（401）内，另一端转动安装在连接套（409）内，胶管接头（401）和连接套（409）的轴心处均开设有通孔且与变径轴（403）上通孔相互连通构成供水通道以实现供水器的水输出给钻杆，所述的变径轴（403）通过一对轴承（407）转动设置在连接套（409）上，变径轴（403）伸入连接套（409）的末端处设置有密封圈（410）以保证变径轴（403）和连接套（409）间的密封性，靠近密封圈（410）的轴承（407）与连接套（409）接触的处开设有凹槽以减少轴承（407）受到的摩擦，轴承（407）之间设置有轴承夹套（408）以保证轴承（407）的安装位置，所述的变径轴（403）上还设置有用于将轴承（407）压设在连接套（409）内的轴承压盖（405）以限制轴承（407）沿变径轴（403）轴向自由滑动。
2.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的保径部分（608）的中心轴处还设置有截面呈圆形的凹槽，且凹槽内设置有辅助切削齿（604）和出水口（603）。
3.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的杆体内开设有沿其长度方向贯通的冷却孔（510）。
4.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的杆体上开设有排屑槽且排屑槽为U型槽。
5.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的密封连接段I（506）远离锥螺纹接头（505）的一端上设置有定位段（507），所述的密封连接段II（511）上开设有与定位段配合的定位孔（503），定位孔（503）与密封连接段II（511）之间的过渡面为光洁面，保证定位孔（503）与定位段（507）配合时密封性。
6.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的密封连接段I（506）为一段呈圆柱体状的凸起段，所述的密封连接段II（511）为一个呈圆柱体状的孔。
7.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的胶管接头（401）与变径轴（403）连接处设置有O型圈（402）以保证连接处的密封效果。
8.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的轴承压盖（405）与变径轴（403）连接处安装有轴用弹性挡圈（404）以限制轴承压盖（405）沿变径轴（403）轴向自由滑动。
9.根据权利要求1所述的一种水利扩孔系统，其特征在于：所述的轴承压盖（405）与轴承（407）连接的一端上还设置有一个卡设在连接套（409）内孔凹槽上的孔用弹性挡圈（406），孔用弹性挡圈（406）与轴承压盖（405）配合以限制轴承（407）沿变径轴（403）轴向自由滑动。
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