CN106761410B - 一种双通道钻冲扩一体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿钻探技术领域，涉及一种双通道钻冲扩一体装置。本发明由依次通过螺纹连接的双通道高压水辫、双通道密封钻杆、第一连接头、双通道钻扩短节、第二连接头、钻孔钻头组成，在双通道高压水辫、双通道密封钻杆和双通道钻扩装置内部均设置有独立的双通道，双通道贯通了双通道高压水辫、双通道密封钻杆和双通道钻扩装置，双通道分别为高压水通道和低压水通道。本发明具有操控简单、运行平稳、节约能源、适用性强、维护简便等优点，而且低压水时可以冷却钻头以正常钻进，高压水时在不退钻的情况下可以水力增透和冲孔，且高压水推动滑锁向左移动，进而带动扩孔钻头张开对瓦斯抽采孔进行扩孔，从而达到钻冲扩一体的效果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿钻探技术领域，涉及一种双通道钻冲扩一体装置。
背景技术
煤炭企业生产过程中的五大典型灾害：瓦斯、水灾、粉尘、顶板、火，这些事故时有发生，尤以瓦斯爆炸以其破坏性强、经济损失大、人员死亡多等显著特点对煤矿安全生产造成严重危害，煤层瓦斯治理主要手段就是通过钻孔抽采，钻孔的开设需要借助钻机。煤矿井下在探放水孔、瓦斯抽采探放施工过程中，对钻孔需进行高压水冲孔、扩孔，以达到瓦斯抽采、扩孔的目的。现有申请号为201420200796.0的一种煤矿穿层钻孔高压水射流钻扩装置，通过钻机、钻杆、钻头和高压水射流系统的作用，利用大功率的增压泵提供高压水进行扩孔，以达到加速排出钻屑和增加成孔深度的效果。现有技术中提供高压水需要大功率的增压泵，占用体积，不利于井下施工，同时也极大的消耗能源和资源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是避免使用大功率的增压泵提供高压水造成的资源和能源的浪费，且避免高压供水设备的操作复杂、维护麻烦、运行不稳定的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种双通道钻扩一体装置，由依次通过锥螺纹连接的双通道高压水辫、双通道密封钻杆、第一连接头、双通道钻扩短节、第二连接头、钻孔钻头组成，其中双通道钻扩短节由转换节本体、转换节本体内部的阀芯组合和转换节本体矩形孔部位的扩孔钻头组成，在双通道高压水辫、双通道密封钻杆和双通道钻扩短节内部均设置有独立的双通道管路，双通道贯通了双通道高压水辫、双通道密封钻杆和双通道钻扩短节，双通道管路分别为高压水通道和低压水通道，双通道入口都位于双通道高压水辫；低压水通道的出口为双通道钻扩短节内预设管孔的出水口，以实现低压水通过低压水通道冷却钻孔钻头和排渣；高压水通道的出口作用于双通道钻扩短节内部，以实现高压水通过高压水管道作用于阀芯组合从而推动扩孔钻头达到扩孔的目的。
进一步，所述的双通道高压水辫包括底座、壳体以及水辫-钻杆连接头，底座与壳体通过螺纹连接，壳体与水辫-钻杆连接头通过锥螺纹连接；高压水接头座通过螺栓固定在底座上，高压水接头座通过螺纹与高压水快插接头相连接，低压水接头座通过螺纹连接在底座上且两者之间设有用于与高压水通道管旋转密封的开放式沟槽，低压水接头座设有螺纹与低压水快插接头相连接；
进一步，壳体内部设置锁紧螺垫、圆锥滚子轴承、轴承套管，底座内部设有密封套，密封套上设有旋转密封与轴承套管相配合；壳体外部设有用于注油的压注式油杯和紧固螺钉，紧固螺钉用于压紧锁紧螺垫和底座；壳体底部设有用于密封的骨架油封；锁紧螺垫设有螺纹与壳体内部的螺纹相配，锁紧螺垫内设有骨架油封；轴承套管内部中空为低压水通道，外部分别与密封套、锁紧螺垫、圆锥滚子轴承相配合，其一端设有左旋内螺纹，另一端设有左旋外螺纹；
进一步，水辫-钻杆连接头一端设有左旋内螺纹与轴承套管相配，另一端设有外锥螺纹与双通道密封钻杆相配，水辫-钻杆连接头内部中空为低压水通道；高压水通道管与高压水接头座相配，一端设有与轴承套管相配的左旋外螺纹且左旋外螺纹处开设有用于通低压水的透水孔，另一端设有支撑在水辫-钻杆连接头内部的台阶且台阶内部设有双通道密封钻杆相配的密封面和用于安放密封的沟槽。
进一步，所述双通道密封钻杆为中心轴设有空腔通道的钻杆，钻杆两端设有相适配的外锥螺纹接头和内锥螺纹接头，双通道密封钻杆内部设有左支撑、高压水通道管、右支撑、挡圈，高压水通道管在靠近外锥螺纹一端设有密封凸台，靠近内锥螺纹一端设有密封沟槽；双通道密封钻杆内部空腔部分为低压水通道，左支撑和右支撑均设置有用于通低压水的透水孔。
进一步，所述双通道钻扩短节由转换节本体、转换节本体内部的阀芯组合和转换节本体矩形孔部位的扩孔钻头组成，阀芯组合位于转换节本体沿其轴向的通孔内部。
进一步，阀芯组合包括阀芯套筒、压力调节套、弹簧、滑锁和滑锁连接头，阀芯套筒与通孔同轴设置，压力调节套设置于阀芯套筒内部且与阀芯套筒同轴设置，弹簧一端固定设置于压力调节套内，另一端与滑锁连接。
进一步，扩孔钻头包括支撑杆和刀片，支撑杆与滑锁连接头销连接且可在转换节本体上开设的矩形孔内伸缩，刀片位于支撑杆末端，支撑杆上设置有沿支撑杆轴向延伸的长槽，转换节本体上设置有支撑杆上长槽对应的限位轴且限位轴位于长槽内。
进一步，转换节本体两端为螺纹接头，分别连接双通道密封钻杆和钻孔钻头，与双通道密封钻杆的连接端设置了低压水入口和高压水入口，高压水出口位于转换节本体沿其轴向的通孔内部并且作用于通孔内的滑锁从而带动整个阀芯组合及扩孔钻头运动，低压水从低压水入口进入转换节本体内预设的低压水通道，预设的低压水通道共有六个且沿转换节本体的圆周分布，其中四个低压水通道的出水口通向钻头连接处，另两个低压水通道的出水口通向转换节本体开设的矩形孔处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种操控简单、运行平稳、维护简便的双通道钻冲扩一体装置，通过低压水流经低压水通道以冷却钻头，使得装置正常钻进，通过高压水可在小功率增水泵作用下通过高压水通道达到钻头顶部，在不退钻的情况下可以水力增透和冲孔，且高压水推动滑锁向左移动，进而带动扩孔钻头张开对瓦斯抽采孔进行扩孔，从而达到低压水、高压水分开，双通道钻冲扩一体的效果。
附图说明
图1 为本发明整体结构示意图。
图2 为本发明中的双通道高压水辫结构示意图。
图3 为本发明中的双通道密封钻杆结构示意图。
图4为本发明中的双通道钻扩短节沿矩形孔中心横切面的结构示意图。
图5为本发明中的双通道钻扩短节沿矩形孔中心纵切面的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1~4对本发明作进一步说明：
本发明一种双通道钻冲扩一体装置的主要功能部位是双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2和双通道钻扩短节4，双通道高压水辫1与双通道密封钻杆2的一端通过相配合的螺纹连接，双通道密封钻杆2的另一端与双通道钻扩短节4通过第一连接头3螺纹连接，双通道钻扩短节4通过第二连接头5与钻孔钻头6螺纹连接，第一连接头3一端设有与双通道密封钻杆2相连的内锥螺纹，另一端设有与双通道钻扩短节4相连的螺纹，内部中空为低压水通道；第一连接头3在靠近内锥螺纹一端设有密封沟槽，在另一端靠近螺纹处设有端面密封沟槽，第二连接头5一端设有与双通道钻扩短节连接的内螺纹，另一端设有与钻孔钻头6相连的外螺纹，内部中空可供低压水流至钻孔钻头6；双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2和双通道钻扩短节4的内部都分别设置有高压水通道和低压水通道的双通道，并且双通道贯通双通道高压水辫1、双通道密封钻杆2和双通道钻扩装置，使得高压水最终作用于双通道钻扩短节4的阀芯组合从而推动扩孔钻头达到冲孔、扩孔的目的，使得低压水冷却双通道钻扩短节4的扩孔钻头6和钻孔钻头。
双通道高压水辫1使用时用钻机动力端加紧钻杆传递动力并且与水泵相连通过预设通道供水，本发明的双通道高压水辫1由底座7、壳体8和水辫-钻杆连接头9三部分组成，底座7与壳体8通过螺纹连接，壳体8与水辫-钻杆连接头9通过锥螺纹连接，双通道高压水辫1内部有两个供水通道，分别为高压水通道和低压水通道，因此双通道高压水辫1的底座7上设有高压水接头座10和低压水接头座11，高压水接头座10通过螺栓固定在底座7上，高压水接头座10通过螺纹与高压水快插接头相连接，低压水接头座11通过螺纹连接在底座7上且两者之间设有用于与高压水通道管12旋转密封的开放式沟槽，低压水接头座11设有螺纹与低压水快插接头相连接，高压水快插接头通过水管与小功率的增压泵相连，增压泵提供可推动双通道钻扩短节4中的滑锁29的压力，高压水接头座10与高压水通道连接端设有用于安放密封圈的沟槽和开放式的旋转密封沟槽，低压水接头座11的一端与底座7、轴承套管14进行密封，其另一端有左旋的外螺纹与壳体8连接，并设有安放密封套的台阶孔；壳体8外部设有用于注油的压注式油杯19和紧固螺钉18，紧固螺钉18用于压紧锁紧螺垫17和底座7，壳体8底部设有用于密封的骨架油封21，壳体8内部空腔，一端设有内螺纹，可与低压接头座11、锁紧螺垫17相连接，且外部设有紧固螺钉18连接，壳体8内部空腔装有圆锥滚子轴承15，圆锥滚子轴承15内有相应的轴承套管14，轴承套管14外部分别与密封套16、锁紧螺垫17、圆锥滚子轴承15相配合，密封套16与低压接头座11相配合，密封套16外部设有用于密封的沟槽，密封套内孔设有与轴承套管相配合的旋转密封沟槽，锁紧螺垫17设有与壳体8相配合的左旋外螺纹，锁紧螺垫内部设有与轴承套管相配合的骨架密封沟槽20，轴承套管内部设有低压水通道13和高压水通道管12，轴承套管14一端设有内螺纹与高压水通道管12上的外螺纹相配合并开设有通低压水的透水孔，另一端设有与水辫-钻杆连接头9相连接的外螺纹和用于密封的台阶面；钻杆连接端的水辫-钻杆连接头9处也设有用通透低压水的支撑套且尾端有与双通道钻杆密封连接的高压水管道，高压水通道管12尾端设有与双通道密封钻杆2相连接密封沟槽，轴承套管14、高压水通道管12和水辫-钻杆连接头9三者一起旋转。
双通道密封钻杆2包括中心轴设有空腔通道的钻杆，钻杆两端设有相适配的外锥螺纹接头23和内锥螺纹接头22，内部空腔设有左支撑24、高压水通道管27、右支撑25、挡圈26，钻杆的空腔通道内在临近内锥螺纹处有密封沟槽和用于安放左支撑的台阶面；钻杆的空腔通道内在临近外锥螺纹一端设有挡圈连接的可拆卸的高压水通道管27，通过右支撑25安放于内部设有的台阶面位置；左支撑24、右支撑25均设有用于流通低压水的通孔；右支撑25还设有与双通道短节相连接的密封沟槽。
双通道钻扩短节4由转换节本体、转换节本体内部的阀芯组合和转换节本体矩形孔部位的扩孔钻头组成，阀芯组合位于转换节本体沿其轴向的通孔内部，阀芯组合包括阀芯套筒30、压力调节套33、弹簧31、滑锁29和滑锁连接头32，阀芯套筒30与通孔同轴设置，压力调节套33设置于阀芯套筒30内部且与阀芯套筒30同轴设置，压力调节套33与阀芯套筒30通过螺纹连接，弹簧31一端固定设置于压力调节套33内，另一端与滑锁29连接，滑锁29与压力调节套33之间设有防尘圈；转换节本体上开设有矩形孔44，扩孔钻头位于矩形孔部位，且可在矩形孔内伸缩，扩孔钻头包括两个支撑杆34和支撑杆末端设置的刀片36，支撑杆34与滑锁连接头32销连接且可在转换节本体上开设的矩形孔44内伸缩，支撑杆34上设置有沿支撑杆轴向延伸的长槽37，转换节本体上设置有支撑杆34上长槽37对应的限位轴35且限位轴位于长槽内；
转换节本体两端为螺纹接头，分别连接双通道密封钻杆2和钻孔钻头6，与双通道密封钻杆2的连接端设置了低压水入口39和高压水入口39，高压水出口位于转换节本体沿其轴向的通孔内部并且作用于通孔内的滑锁从而带动整个阀芯组合及扩孔钻头运动，转换节本体的通孔部位预留有泄压孔43，当高压水推动滑锁29到达泄压孔43的位置，高压水从泄压孔43泄出，减弱了对滑锁的压力并由弹簧31带动滑锁复位，从而限制了滑锁的行程而限制了扩孔钻头的展开程度，低压水从低压水入口39进入转换节本体内预设的低压水通道40，预设的低压水通道共有六个且沿转换节本体的圆周分布，其中四个低压水通道的出水口42通向钻孔钻头6连接处，另两个低压水通道的出水口41通向转换节本体开设的矩形孔44处。
本发明一种双通道钻冲扩一体装置，在使用时，通过把双通道高压水辫、双通道密封钻杆、第一连接头、双通道钻扩短节、第二连接头、钻孔钻头进行连接形成双通道钻冲扩一体装置且保证各部件内部的双通道对接通畅，其工作原理就是通过开设了高压水通道和低压水通道的双通道，使得高压水不直接用于冲扩和扩孔，而是利用水压推动伸缩的扩孔钻头，进行扩孔和排渣，使得高压水的压力提供仅需要小功率的增压泵即可，减少了能源消耗和供能成本，而低压水流经预设管道用于冷却钻头，使钻头能够正常运转。
Claims (8)
1.一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，由依次通过锥螺纹连接的双通道高压水辫(1)、双通道密封钻杆(2)、第一连接头(3)、双通道钻扩短节(4)、第二连接头(5)、钻孔钻头(6)组成，所述双通道密封钻杆（2）为中心轴设有空腔通道的钻杆，钻杆两端分别设有相适配的外锥螺纹接头（23）和内锥螺纹接头（22）；所述双通道钻扩短节(4)由转换节本体、转换节本体内部的阀芯组合和转换节本体矩形孔部位的扩孔钻头组成，其中阀芯组合位于转换节本体沿其轴向的通孔内部；在双通道高压水辫（1）、双通道密封钻杆（2）和双通道钻扩短节（4）内部均设置有独立的双通道管路，双通道贯通了双通道高压水辫（1）、双通道密封钻杆（2）和双通道钻扩短节（4），双通道管路分别为高压水通道和低压水通道，双通道管路的入口都位于双通道高压水辫（1）；低压水通道的出口为双通道钻扩短节（4）内预设管孔的出水口，以实现低压水通过低压水通道冷却钻头和排渣；高压水通道的出口作用于双通道钻扩短节（4）内部，以实现高压水通过高压水管道作用于阀芯组合从而推动扩孔钻头达到扩孔的目的。
2.如权利要求1所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述的双通道高压水辫（1）包括底座(7)、壳体(8)以及水辫-钻杆连接头(9)，底座(7)与壳体(8)通过螺纹连接，壳体（8）与水辫-钻杆连接头（9）通过锥螺纹连接；高压水接头座（10）通过螺栓固定在底座（7）上，高压水接头座（10）通过螺纹与高压水快插接头相连接，低压水接头座（11）通过螺纹连接在底座（7）上且两者之间设有用于与高压水通道管（12）旋转密封的开放式沟槽，低压水接头座（11）设有螺纹与低压水快插接头相连接。
3.如权利要求2所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述壳体（8）内部设置锁紧螺垫（17）、圆锥滚子轴承（15）、轴承套管（14），壳体（8）外部设有用于注油的压注式油杯（19）和紧固螺钉（18），紧固螺钉（18）用于压紧锁紧螺垫（17）和底座；底座（7）内部设有密封套（16），密封套上设有旋转密封与轴承套管（14）相配合；壳体（8）底部设有用于密封的骨架油封，锁紧螺垫（17）设有螺纹与壳体（8）内部的螺纹相配，锁紧螺垫内设有骨架油封；轴承套管（14）内部中空为低压水通道（13），外部分别与密封套（16）、锁紧螺垫（17）、圆锥滚子轴承（15）相配合。
4.如权利要求3所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述水辫-钻杆连接头（9）一端设有左旋内螺纹与轴承套管（14）相配，另一端设有外锥螺纹与双通道密封钻杆（2）相配，水辫-钻杆连接头（9）内部中空为低压水通道；高压水通道管（12）与高压水接头座（10）相配，其一端设有与轴承套管（14）一端相配的左旋外螺纹且左旋外螺纹处开设有用于通低压水的透水孔，而轴承套管（14）的另一端设有支撑在水辫-钻杆连接头（9）内部的台阶且台阶内部设有与双通道密封钻杆（2）相配的密封面和用于安放密封的沟槽。
5.如权利要求1所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述双通道密封钻杆（2）内部设有左支撑（24）、高压水通道管（27）、右支撑（25）、挡圈（26），高压水通道管在靠近外锥螺纹一端设有密封凸台，靠近内锥螺纹一端设有密封沟槽；双通道密封钻杆（2）内部空腔部分为低压水通道（28），左支撑（24）和右支撑（25）均设置有用于通低压水的透水孔。
6.如权利要求1所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述阀芯组合包括阀芯套筒（30）、压力调节套（33）、弹簧（31）、滑锁（29）和滑锁连接头（32），阀芯套筒（30）与通孔同轴设置，压力调节套（33）设置于阀芯套筒（30）内部且与阀芯套筒同轴设置，弹簧（31）一端固定设置于压力调节套（33）内，另一端与滑锁（29）连接。
7.如权利要求6所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述扩孔钻头包括支撑杆（34）和刀片（36），支撑杆（34）与滑锁连接头（32）销连接且可在转换节本体上开设的矩形孔（44）内伸缩，刀片（36）位于支撑杆末端，支撑杆上设置有沿支撑杆轴向延伸的长槽（37），转换节本体上设置有支撑杆上长槽对应的限位轴（35）且限位轴位于长槽（37）内。
8.如权利要求7所述的一种双通道钻冲扩一体装置，其特征在于，所述转换节本体两端为螺纹接头，分别连接双通道密封钻杆（2）和钻孔钻头（6），与双通道密封钻杆（2）的连接端设置了低压水入口（39）和高压水入口（38），高压水出口位于转换节本体沿其轴向的通孔内部并且作用于通孔内的滑锁从而带动整个阀芯组合及扩孔钻头运动，低压水从低压水入口（39）进入转换节本体内预设的低压水通道（40），预设的低压水通道共有六个且沿转换节本体的圆周分布，其中四个低压水通道的出水口（42）通向钻孔钻头连接处，另两个低压水通道的出水口（41）通向转换节本体开设的矩形孔（44）处。
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