CN108756757A - 注液式矿用钻头式扩孔器 - Google Patents

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Abstract

注液式矿用钻头式扩孔器，包括钻扩孔杆、钻孔刀具和扩孔刀具，钻扩孔杆的中心线沿前后方向设置，钻扩孔杆前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔，钻扩孔杆内沿中心线方向开设有注水孔，注水孔的前端与高压水腔连通，钻孔刀具的后端滑动连接在高压水腔内，扩孔刀具沿钻扩孔杆的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具的前部内侧与扩孔刀具的圆锥表面顶压配合。本发明采用调节水压的方式分别进行钻孔和扩孔的作业，具有结构简单，操作方便、体积小、质量轻、技术灵活可靠，钻扩和扩孔动力来源统一，扩孔稳定，刀具易回收，实现边钻边扩的优点，大大提高了锚杆锚固的牢靠性，确保工人在井下作业的安全性。

Description

注液式矿用钻头式扩孔器
技术领域
本发明属于巷道支护技术领域，具体涉及一种注液式矿用钻头式扩孔器。
背景技术
锚杆用于井下巷道支护具有结构简单、施工方便、适应性强等特点。由此近年来锚杆支护已经成为巷道支护的主要方式，但是在锚杆支护的工程应用中锚杆的失效形式主要是支护过程以及锚固过程中遇到孔壁上粘附的煤灰或破碎松软的围岩等时锚杆与孔壁之间的滑移失稳。经试验并研究，对锚固孔的孔底进行扩孔是解决锚杆滑移失稳问题的手段之一，这样可使锚杆通过注入的锚固剂与锚固孔孔壁锚固牢靠，但目前尚未有专门对锚固孔在钻孔的同时对孔底进行扩孔的装置。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种注液式矿用钻头式扩孔器，其利用改变液压动力和利用扩孔机械的特性完成锚杆钻孔扩孔操作，扩出的孔为圆锥孔，改变了锚杆在一般圆柱孔内受力较弱的状态，增加了锚杆的锚固力，有效的解决了锚杆与围岩的滑移失稳问题，对井下安全作业有重要意义。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：注液式矿用钻头式扩孔器，包括钻扩孔杆、钻孔刀具和扩孔刀具，钻扩孔杆的中心线沿前后方向设置，钻扩孔杆前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔，钻扩孔杆内沿中心线方向开设有注水孔，注水孔的前端与高压水腔连通，钻孔刀具的后端滑动连接在高压水腔内，扩孔刀具沿钻扩孔杆的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具的前部内侧与扩孔刀具的圆锥表面顶压配合。
钻孔刀具的外形为前粗后细呈圆锥形结构，钻孔刀具前端面均匀设置有若干个第一金刚石刀头，钻孔刀具内部沿垂直方向设置有通水孔，钻孔刀具后端设置有滑动连接在高压水腔内壁的滑座，高压水腔内壁沿轴向方向设置有花键槽，滑座外圆周均匀设置有与花键槽滑动配合的花键，高压水腔内壁的前部固定设置有限定滑座位置的环形挡圈。
扩孔刀具的内侧面均匀设置有若干个第二金刚石刀头，每个扩孔刀具的前端均通过销轴铰接在钻扩孔杆前端，销轴平行于钻扩孔杆的切线方向，扩孔刀具的后端内侧设置有位于扩孔刀具和钻孔刀具之间的凸块，凸块内侧设置有金刚石耐磨层，凸块后侧与环形挡圈之间设置有拉伸弹簧，在拉伸弹簧的作用下，以销轴的铰接点，凸块内侧的金刚石耐磨层与钻孔刀具的圆锥面顶压配合。
注水孔前端与高压水腔后端之间通过前大后小的喇叭口过渡连通。
采用上述技术方案，平时扩孔刀具在拉伸弹簧的作用下处于收缩状态，扩孔刀具的前端内侧与钻孔刀具的前部外圆周接触。工作时，将本发明的钻扩孔杆的后端安装在钻杆前端，高压水通过钻杆内部的水孔进入钻扩孔杆内部的注水孔，水经过所述的喇叭口后，水压会减小，从而充满高压水腔，由于钻孔刀具内的通水孔的直径相对于高压水腔的直径要小得多，所以高压水会将钻孔刀具的滑座向前顶，从而使钻孔刀具向前伸长，又由于环形挡圈的阻挡，使钻孔刀具的滑座不至于脱离高压水腔。由于钻孔刀具的外圆周由于是前粗后细的圆锥体结构，在拉伸弹簧的作用下，钻孔刀具的外圆周面与凸块的内端下部始终保持顶压接触，随着钻孔刀具向前移动，凸块以销轴为中心线向后转动，扩孔刀具也以销轴为中心线向内旋转，在钻孔过程中扩孔刀具的旋转直径始终小于钻孔刀具的旋转直径；与此同时，钻机驱动钻杆和钻扩孔杆高速旋转，钻扩孔杆通过花键与花键槽的配合带动钻孔刀具旋转，钻孔刀具前端的第一金刚石刀头对巷道壁进行钻孔。当钻到一定深度需要扩孔时，逐渐减小水压使钻孔刀具的滑座沿高压水腔向后移动，钻孔刀具也向后移动，钻孔刀具的圆锥面会驱动扩孔刀具下端内侧设置的凸块以销轴为中心线向前转动，拉伸弹簧进一步被拉伸，扩孔刀具也以销轴为中心线向外旋转，扩孔刀具的旋转直径逐渐增大；
由于在钻孔时工人会主动向前推钻机，所以在水压减小后，钻孔刀具会下降到高压水腔的最后部，这时扩孔刀具张开到最大，扩孔直径也达到最大，这样就将钻孔进一步进行扩孔。需要退出钻杆时，只需要再加大水压，水压驱动滑座在高压水腔内向前移动，钻孔刀具也向前移动，凸块与钻孔刀具外圆锥面接触处的外径逐渐减小，凸块在拉伸弹簧的作用下，凸块以销轴为中心线向后转动，扩孔刀具也以销轴为中心线向内旋转，扩孔刀具的旋转直径逐渐减小，直到扩孔刀具的旋转直径小于等于钻孔刀具的最大钻孔直径后，向后拉动钻杆和扩孔器，一起退出钻孔。
本发明中凸块内侧的金刚石耐磨层与钻孔刀具外圆锥面的顶压配合是关键点，金刚石耐磨层可以减小凸块的磨损，确保钻孔刀具向后移动时驱动凸块向前转动，同时拉伸弹簧进一步被拉伸。
本发明中的高压水腔内壁沿轴向方向设置有花键槽，滑座外圆周均匀设置有与花键槽滑动配合的花键，这样既起到轴向滑动配合的作用，而且可起到钻杆转动带动钻孔刀具转动的作用。
综上所述，本发明采用调节水压的方式分别进行钻孔和扩孔的作业，并且水流还具有将钻孔过程中的煤屑和岩屑从钻孔壁与钻扩孔杆之间的环形间隙排出的作用。本发明具有结构简单，操作方便、体积小、质量轻、技术灵活可靠，钻扩和扩孔动力来源统一，扩孔稳定，刀具易回收，实现边钻边扩的优点，大大提高了锚杆锚固的牢靠性，确保工人在井下作业的安全性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A-A剖视图；
图3是图1中扩孔刀具的侧视图；
图4是采用本发明进行钻孔时的示意图；
图5是采用本发明进行扩孔时的示意图；
图6是钻杆和扩孔器退出后钻扩孔的示意图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明的注液式矿用钻头式扩孔器，包括钻扩孔杆1、钻孔刀具2和扩孔刀具3，钻扩孔杆1的中心线沿前后方向设置，钻扩孔杆1前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔4，钻扩孔杆1内沿中心线方向开设有注水孔5，注水孔5的前端与高压水腔4连通，钻孔刀具2的后端滑动连接在高压水腔4内，扩孔刀具3沿钻扩孔杆1的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具3的前部内侧与扩孔刀具3的圆锥表面顶压配合。
钻孔刀具2的外形为前粗后细呈圆锥形结构，钻孔刀具2前端面均匀设置有若干个第一金刚石刀头6，钻孔刀具2内部沿垂直方向设置有通水孔7，钻孔刀具2后端设置有滑动连接在高压水腔4内壁的滑座8，高压水腔4内壁沿轴向方向设置有花键槽9，滑座8外圆周均匀设置有与花键槽9滑动配合的花键10，高压水腔4内壁的前部固定设置有限定滑座8位置的环形挡圈11。
扩孔刀具3的内侧面均匀设置有若干个第二金刚石刀头12，每个扩孔刀具3的前端均通过销轴13铰接在钻扩孔杆1前端，销轴13平行于钻扩孔杆1的切线方向，扩孔刀具3的后端内侧设置有位于扩孔刀具3和钻孔刀具2之间的凸块16，凸块16内侧设置有金刚石耐磨层，凸块16后侧与环形挡圈11之间设置有拉伸弹簧14，在拉伸弹簧14的作用下，以销轴13的铰接点，凸块16内侧的金刚石耐磨层与钻孔刀具2的圆锥面顶压配合。
注水孔5前端与高压水腔4后端之间通过前大后小的喇叭口15过渡连通，喇叭口15起到减少水流阻力，并使水压能对滑座8后侧面压力保持均匀的作用。
本发明在工作使用时，如图4-6所示，平时扩孔刀具3在拉伸弹簧14的作用下处于收缩状态，扩孔刀具3的前端内侧与钻孔刀具2的前部外圆周接触。工作时，将本发明的钻扩孔杆1的后端安装在钻杆前端，高压水通过钻杆内部的水孔进入钻扩孔杆1内部的注水孔5，水经过所述的喇叭口15后，水压会减小，从而充满高压水腔4，由于钻孔刀具2内的通水孔7的直径相对于高压水腔4的直径要小得多，所以高压水会将钻孔刀具2的滑座8向前顶，从而使钻孔刀具2向前伸长，又由于环形挡圈11的阻挡，使钻孔刀具2的滑座8不至于脱离高压水腔4。由于钻孔刀具2的外圆周由于是前粗后细的圆锥体结构，在拉伸弹簧14的作用下，钻孔刀具2的外圆周面与凸块16的内端下部始终保持顶压接触，随着钻孔刀具2向前移动，凸块16以销轴13为中心线向后转动，扩孔刀具3也以销轴13为中心线向内旋转，在钻孔过程中扩孔刀具3的旋转直径始终小于钻孔刀具2的旋转直径；与此同时，钻机驱动钻杆和钻扩孔杆1高速旋转，钻扩孔杆1通过花键10与花键10槽9的配合带动钻孔刀具2旋转，钻孔刀具2前端的第一金刚石刀头6对巷道壁进行钻孔。然后在钻杆的旋转作用带动下，使钻孔刀具2旋转钻孔。当钻到一定深度需要扩孔时，逐渐减小水压使钻孔刀具2的滑座8沿高压水腔4向后移动，钻孔刀具2也向后移动，钻孔刀具2的圆锥面会驱动扩孔刀具3下端内侧设置的凸块16以销轴13为中心线向前转动，拉伸弹簧14进一步被拉伸，扩孔刀具3也以销轴13为中心线向外旋转，扩孔刀具3的旋转直径逐渐增大，
由于在钻孔时工人会主动向前推钻机，所以在水压减小后，钻孔刀具2会下降到高压水腔4的最后部，这时扩孔刀具3张开到最大，扩孔直径也达到最大，这样就将钻孔进一步进行扩孔。需要退出钻杆时，只需要再加大水压，水压驱动滑座8在高压水腔4内向前移动，钻孔刀具2也向前移动，凸块16与钻孔刀具2外圆锥面接触处的外径逐渐减小，凸块16在拉伸弹簧14的作用下，凸块16以销轴13为中心线向后转动，扩孔刀具3也以销轴13为中心线向内旋转，扩孔刀具3的旋转直径逐渐减小，直到扩孔刀具3的旋转直径小于等于钻孔刀具2的最大钻孔直径后，向后拉动钻杆和扩孔器，一起退出钻孔。
本发明中的高压水腔4内壁沿轴向方向设置有花键10槽9，滑座8外圆周均匀设置有与花键10槽9滑动配合的花键10，这样既起到轴向滑动配合的作用，而且可起到钻杆转动带动钻孔刀具2转动的作用。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.注液式矿用钻头式扩孔器，其特征在于：包括钻扩孔杆、钻孔刀具和扩孔刀具，钻扩孔杆的中心线沿前后方向设置，钻扩孔杆前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔，钻扩孔杆内沿中心线方向开设有注水孔，注水孔的前端与高压水腔连通，钻孔刀具的后端滑动连接在高压水腔内，扩孔刀具沿钻扩孔杆的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具的前部内侧与扩孔刀具的圆锥表面顶压配合。
2.根据权利要求1所述的注液式矿用钻头式扩孔器，其特征在于：钻孔刀具的外形为前粗后细呈圆锥形结构，钻孔刀具前端面均匀设置有若干个第一金刚石刀头，钻孔刀具内部沿垂直方向设置有通水孔，钻孔刀具后端设置有滑动连接在高压水腔内壁的滑座，高压水腔内壁沿轴向方向设置有花键槽，滑座外圆周均匀设置有与花键槽滑动配合的花键，高压水腔内壁的前部固定设置有限定滑座位置的环形挡圈。
3.根据权利要求2所述的注液式矿用钻头式扩孔器，其特征在于：扩孔刀具的内侧面均匀设置有若干个第二金刚石刀头，每个扩孔刀具的前端均通过销轴铰接在钻扩孔杆前端，销轴平行于钻扩孔杆的切线方向，扩孔刀具的后端内侧设置有位于扩孔刀具和钻孔刀具之间的凸块，凸块内侧设置有金刚石耐磨层，凸块后侧与环形挡圈之间设置有拉伸弹簧，在拉伸弹簧的作用下，以销轴的铰接点，凸块内侧的金刚石耐磨层与钻孔刀具的圆锥面顶压配合。
4.根据权利要求3所述的注液式矿用钻头式扩孔器，其特征在于：注水孔前端与高压水腔后端之间通过前大后小的喇叭口过渡连通。
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