CN109296319B - 一种瓦斯抽采孔钻设装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采孔钻设装置，本发明操作简单，实用性较强，钻孔抽采一体化，通过转动钻头组件快速打孔，并将抽采筒一并插入到钻孔中，在钻孔的过程中，利用高压水泵对抽采内腔注水，溢出的水则通过小孔喷射出去，进而抑制钻孔内煤炭粉尘的飞扬，避免了抽采的瓦斯内含有大量煤炭粉尘，通过过滤网与排放管配合，便于在抽采的过程中过滤掉大颗粒煤炭，以防大颗粒煤炭集聚过多而产生堵塞的问题。此外，本发明采用外主钻头公转、内子钻头自转的方式，可以大大的提高钻设效率，实现对坚硬岩层的高效钻设，钻设效率高，内子钻头更换方便。

Description

一种瓦斯抽采孔钻设装置

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体是一种瓦斯抽采孔钻设装置。

背景技术

瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯，瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故，瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg/m³，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸，瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。

目前对于瓦斯的抽采工作效率比较低下，且容易造成瓦斯外漏，钻孔产生的煤炭粉尘会与瓦斯混合在一起，造成瓦斯抽采洁净度，其次瓦斯抽采需要用到抽气泵，抽气泵强大的吸力会吸收部分大颗粒煤炭粒，当大颗粒煤炭粒过多则会造成抽采管道受堵，不利于高效率抽采工作。而且，对于煤矿下的坚硬岩石层来说，一般的钻头不仅容易损坏，而且，钻设效率非常低，需要极大的电机转动功率采能够实现钻设，钻设孔时十分缓慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种瓦斯抽采孔钻设装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种瓦斯抽采孔钻设装置，包括抽采筒、驱动轴组件、钻头组件、高压注水泵和抽采泵，其中，所述驱动轴组件同轴套设在所述抽采筒内，且所述驱动轴组件与所述抽采筒之间采用轴承进行支撑可转动安装，所述驱动轴组件的前端伸出所述抽采筒且前端设置有钻头组件；其特征在于，

所述抽采筒的内壁与所述驱动轴组件的外壁之间构设有腔体，该腔体构设为注水抽气腔体，且抽采筒的后端设置有与所述注水抽气腔体连通的高压水泵接头和抽气泵接头，所述高压水泵接头连接所述高压注水泵，所述抽气泵接头连接所述抽采泵；

所述钻头组件包括外主钻头和多个内子钻头,，所述外主钻头为前端横截面小后端横截面大的锥体结构，且所述外主钻头的侧壁上设置有多个所述内子钻头,，各个所述内子钻头,均绕其自身轴线自转，所述外主钻头绕驱动轴组件的中心轴线自转，所述内子转头,的自身轴线与所述外主钻头绕驱动轴组件的中心轴线相垂直；

所述外主钻头和多个内子钻头,均采用所述驱动轴组件驱动转动。

作为本发明进一步的方案：所述内子钻头为两组，两组内子钻头,沿着所述外主钻头的中心轴线间隔布置，每组内子钻头,均为多个且圆周阵列在所述外主钻头上，且所述内子钻头,的端部伸出所述外主钻头的外侧端面。

作为本发明进一步的方案：所述驱动轴组件包括外主轴和内主轴，所述内主轴同轴套设在所述外主轴的中心孔内，所述外主轴的端部固定连接在所述外主钻头的后端，所述内主轴伸入所述外主钻头内部，且所述内主轴与所述内子钻头,之间设置有传动驱动组件。

作为本发明进一步的方案：所述外主钻头包括驱动座、主钻头本体，所述驱动座固定连接在所述外主轴端部，所述主钻头本体内部为中空结构，所述主钻头本体的后端固定在所述驱动座上，所述内主轴伸入所述主钻头本体的中空结构腔体内，所述内主轴与所述驱动座之间还设置有轴承。

作为本发明进一步的方案：所述传动驱动组件包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、子钻头主轴、联轴器和齿轮轴，所述内主轴的端部通过联轴器与所述齿轮轴连接，所述齿轮轴上套设固定设置有两个间隔布置的主动锥齿轮，所述主钻头本体上设置有沿着径向方向延伸的安装孔，所述安装孔内采用滑动轴承设置有所述子钻头主轴，所述子钻头主轴的外端可拆卸的设置有所述内子钻头,，所述子钻头主轴的内端设置有所述从动锥齿轮，各个所述从动锥齿轮均与所述主动锥齿轮啮合传动，通过所述内主轴驱动所述子钻头主轴带动所述内子钻头转动。

作为本发明进一步的方案：所述子钻头主轴的外端设置有连接孔，所述内子钻头本体的下端通过螺栓连接在所述子钻头主轴的外端的连接孔上，所述内子钻头本体的外端中心设置有凹槽，所述螺栓设置在凹槽内，所述内子钻头本体的上端四周设置有刀刃，所述滑动轴承的外端设置有密封盖，所述密封盖与所述安装孔的外端构设有槽孔，通过螺栓实现对内子钻头的安装与拆卸更换。

作为本发明进一步的方案：所述抽采筒的一端外壁固定连接有固定环，且抽采筒的一端靠近轴承外侧位置处设置有分布均匀的小孔，所述抽采筒的上表面一端靠近固定环的一侧位置处连接有高压水泵接头，且抽采筒的下表面一端靠近固定环的一侧位置处连接有排放管，所述高压水泵接头的一侧设置有抽气泵接头。

作为本发明进一步的方案：所述抽采筒中轴处开设有驱动轴组件安装槽，所述驱动轴组件安装槽的外侧构设为注水抽气腔体，所述注水抽气腔体的内部一端固定连接有过滤网，所述驱动轴组件安装槽的内径大于驱动轴组件的外径，所述过滤网为圆环状，且过滤网位于排放管与抽气泵接头之间位置处。

作为本发明进一步的方案：所述排放管的下端转动连接有活塞，所述活塞与排放管的连接处增设有橡胶垫。

作为本发明进一步的方案：所述抽气泵接头的中部安装有第一阀门，且抽气泵接头与外界抽气泵通过导管相连接，所述高压水泵接头的中部安装有第二阀门，且高压水泵接头与外界高压水泵通过导水管相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明操作简单，实用性较强，钻孔抽采一体化，通过转动钻头组件快速打孔，并将抽采筒一并插入到钻孔中，在钻孔的过程中，利用高压水泵对注水抽气腔体注水，溢出的水则通过小孔喷射出去，进而抑制钻孔内煤炭粉尘的飞扬，避免了抽采的瓦斯内含有大量煤炭粉尘，通过过滤网与排放管配合，便于在抽采的过程中过滤掉大颗粒煤炭，以防大颗粒煤炭集聚过多而产生堵塞的问题。此外，本发明采用外主钻头公转、内子钻头自转的方式，可以大大的提高钻设效率，实现对坚硬岩层的高效钻设，钻设效率高，内子钻头更换方便。

附图说明

图1为一种瓦斯抽采孔钻设装置的结构示意图；

图2为一种瓦斯抽采孔钻设装置的内部结构示意图；

图3为一种瓦斯抽采孔钻设装置中抽采筒剖面的结构示意图。

图4为一种瓦斯抽采孔钻设装置中钻头组件的结构示意图。

图5为一种瓦斯抽采孔钻设装置中内子钻头的连接结构示意图。

图中：1、抽采筒；2、轴承；3、钻头组件；4、小孔；5、固定环；6、活塞；7、排放管；8、驱动轴组件；9、第一阀门；10、抽气泵接头；11、高压水泵接头；12、第二阀门；13、注水抽气腔体；14、过滤网；15、驱动轴组件槽，16、后端内子钻头，17、前端内子钻头，18、齿轮轴，19、主钻头本体，20、子钻头主轴，21、从动锥齿轮，22、主动锥齿轮，23、驱动座，24、联轴器，25、滑动轴承，26、内主轴，27、刀刃，28、密封盖，29、螺栓，30、内子钻头本体，31、槽孔。

具体实施方式

请参阅图1～5，本发明实施例中，一种瓦斯抽采孔钻设装置，包括抽采筒1、驱动轴组件8、钻头组件3、高压注水泵和抽采泵，其中，所述驱动轴组件同轴套设在所述抽采筒1内，且所述驱动轴组件与所述抽采筒1之间采用轴承进行支撑可转动安装，所述驱动轴组件8的前端伸出所述抽采筒1且前端设置有钻头组件3；其特征在于，所述抽采筒1的内壁与所述驱动轴组件8的外壁之间构设有腔体，该腔体构设为注水抽气腔体13，且抽采筒1的后端设置有与所述注水抽气腔体13连通的高压水泵接头11和抽气泵接头10，所述高压水泵接头11连接所述高压注水泵，所述抽气泵接头10连接所述抽采泵；所述钻头组件3包括外主钻头3和多个内子钻头，比如，后端内子钻头16和前端内子钻头17，所述外主钻头3为前端横截面小后端横截面大的锥体结构，且所述外主钻头3的侧壁上设置有多个所述后端内子钻头16，前端内子钻头17，各个所述后端内子钻头16，前端内子钻头17均绕其自身轴线自转，所述外主钻头绕驱动轴组件8的中心轴线自转，所述后端内子钻头16，前端内子钻头17的自身轴线与所述外主钻头绕驱动轴组件8的中心轴线相垂直；所述外主钻头3和多个后端内子钻头16，前端内子钻头17均采用所述驱动轴组件8驱动转动。

在本实施例中，所述内子钻头为两组，一组为后端内子钻头16，另一组为前端内子钻头17沿着所述外主钻头3的中心轴线间隔布置，后端内子钻头16，前端内子钻头17均为多个且圆周阵列在所述外主钻头3上，且所述后端内子钻头16，前端内子钻头17的端部伸出所述外主钻头3的外侧端面。

作为较佳的实施例，所述驱动轴组件8包括外主轴和内主轴26，所述内主轴同轴套设在所述外主轴的中心孔内，所述外主轴的端部固定连接在所述外主钻头3的后端，所述内主轴26伸入所述外主钻头3内部，且所述内主轴与所述内子钻头16,17之间设置有传动驱动组件。

所述外主钻头包括驱动座23、主钻头本体19，所述驱动座23固定连接在所述外主轴端部，所述主钻头本体内部为中空结构，所述主钻头本体19的后端固定在所述驱动座23上，所述内主轴26伸入所述主钻头本体的中空结构腔体内，所述内主轴26与所述驱动座之间还设置有轴承。

所述传动驱动组件包括主动锥齿轮22、从动锥齿轮21、子钻头主轴20、联轴器24和齿轮轴18，所述内主轴26的端部通过联轴器24与所述齿轮轴18连接，所述齿轮轴18上套设固定设置有两个间隔布置的主动锥齿轮22，所述主钻头本体19上设置有沿着径向方向延伸的安装孔，所述安装孔内采用滑动轴承25设置有所述子钻头主轴20，所述子钻头主轴20的外端可拆卸的设置有所述内子钻头16,17，所述子钻头主轴20的内端设置有所述从动锥齿轮21，各个所述从动锥齿轮均与所述主动锥齿轮啮合传动，通过所述内主轴驱动所述子钻头主轴带动所述内子钻头转动。

所述子钻头主轴20的外端设置有连接孔，所述内子钻头本体30的下端通过螺栓29连接在所述子钻头主轴20的外端的连接孔上，所述内子钻头本体30的外端中心设置有凹槽26，所述螺栓29设置在凹槽26内，所述内子钻头本体30的上端四周设置有刀刃27，所述滑动轴承的外端设置有密封盖28，所述密封盖28与所述安装孔的外端构设有槽孔31，通过螺栓实现对内子钻头的安装与拆卸更换

作为较佳的实施例，抽采筒1的一端外壁固定连接有固定环5，且抽采筒1的一端靠近轴承2外侧位置处设置有分布均匀的小孔4，抽采筒1的上表面一端靠近固定环5的一侧位置处连接有高压水泵接头11，高压水泵接头11的中部安装有第二阀门12，且高压水泵接头11与外界高压水泵通过导水管相连接，利用高压水泵对注水抽气腔体13注水，当注水抽气腔体13注满水后，溢出的水则通过小孔4喷射出去，对钻头组件3与抽采筒1之间的空间进行降尘，还可避免小孔4堵塞。

抽采筒1的下表面一端靠近固定环5的一侧位置处连接有排放管7，高压水泵接头11的一侧设置有抽气泵接头10，抽气泵接头10的中部安装有第一阀门9，且抽气泵接头10与外界抽气泵通过导管相连接，可便于利用抽气泵抽采瓦斯。

抽采筒1中轴处开设有驱动轴组件安装槽15，驱动轴组件安装槽15的外侧设置有注水抽气腔体13，注水抽气腔体13的内部一端固定连接有过滤网14，驱动轴组件安装槽15的内径大于驱动轴组件8的外径，过滤网14为圆环状，且过滤网14位于排放管7与抽气泵接头10之间位置处，排放管7的下端转动连接有活塞6，活塞6与排放管7的连接处增设有橡胶垫，通过过滤网14与排放管7配合，将大颗粒煤炭阻隔下来，并掉落到排放管7中，直至抽采结束后，拔出活塞6，将大颗粒煤炭排放出去，可防止大颗粒煤炭集聚过多而造成堵塞。

本发明的工作原理是：本发明设计合理，操作简单，将钻孔和抽采结合在一起，极大的提高了工作效率，首先关闭第一阀门9并打开第二阀门12，再通过电机带动钻头组件3钻动打孔，在钻头组件3推进的过程中利用高压水泵对注水抽气腔体13注水，当注水抽气腔体13注满水后，溢出的水则通过小孔4喷射出去，对钻头组件3与抽采筒1之间的空间进行降尘，该设计不仅能防煤炭堵塞小孔4，还能降低钻孔内煤炭粉尘的飞扬，避免后续抽采的瓦斯中含有大量煤炭粉尘，提高瓦斯抽采的清洁度，当钻到一定深度时，关闭第二阀门12，并将活塞6拔出，将注水抽气腔体13里的水排放出去，接着再将活塞6插到排放管7上，并打开第一阀门9，再利用抽气泵在注水抽气腔体13产生的负压进行抽采工作，在抽采的过程中一些大颗粒煤炭穿过小孔4，流入到注水抽气腔体13中，此时通过过滤网14与排放管7配合，将大颗粒煤炭阻隔下来，并掉落到排放管7中，直至抽采结束后，拔出活塞6，将大颗粒煤炭排放出去，该设计可防止大颗粒煤炭集聚过多而造成堵塞的问题。

本发明的钻头组件，采用外主钻头公转、内子钻头自转的方式，可以大大的提高钻设效率，实现对坚硬岩层的高效钻设，钻设效率高，内子钻头更换方便。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种瓦斯抽采孔钻设装置，包括抽采筒（1）、驱动轴组件（8）、钻头组件（3）、高压注水泵和抽采泵，其中，所述驱动轴组件同轴套设在所述抽采筒（1）内，且所述驱动轴组件与所述抽采筒（1）之间采用轴承进行支撑可转动安装，所述驱动轴组件（8）的前端伸出所述抽采筒（1）且前端设置有钻头组件（3）；其特征在于，

所述抽采筒（1）的内壁与所述驱动轴组件（8）的外壁之间构设有腔体，该腔体构设为注水抽气腔体（13），且抽采筒（1）的后端设置有与所述注水抽气腔体（13）连通的高压水泵接头（11）和抽气泵接头（10），所述高压水泵接头（11）连接所述高压注水泵，所述抽气泵接头（10）连接所述抽采泵；

所述钻头组件（3）包括外主钻头（3）和多个内子钻头（16,17），所述外主钻头（3）为前端横截面小后端横截面大的锥体结构，且所述外主钻头（3）的侧壁上设置有多个所述内子钻头（16,17），各个所述内子钻头（16,17）均绕其自身轴线自转，所述外主钻头绕驱动轴组件（8）的中心轴线自转，所述内子转头（16,17）的自身轴线与所述外主钻头绕驱动轴组件（8）的中心轴线相垂直；

所述外主钻头（3）和多个内子钻头（16,17）均采用所述驱动轴组件（8）驱动转动。

2.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述内子钻头为两组，两组内子钻头（16,17）沿着所述外主钻头（3）的中心轴线间隔布置，每组内子钻头（16,17）均为多个且圆周阵列在所述外主钻头（3）上，且所述内子钻头（16,17）的端部伸出所述外主钻头（3）的外侧端面。

3.根据权利要求2所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述驱动轴组件（8）包括外主轴和内主轴（26），所述内主轴同轴套设在所述外主轴的中心孔内，所述外主轴的端部固定连接在所述外主钻头（3）的后端，所述内主轴（26）伸入所述外主钻头（3）内部，且所述内主轴与所述内子钻头（16,17）之间设置有传动驱动组件。

4.根据权利要求3所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述外主钻头包括驱动座（23）、主钻头本体（19），所述驱动座（23）固定连接在所述外主轴端部，所述主钻头本体内部为中空结构，所述主钻头本体（19）的后端固定在所述驱动座（23）上，所述内主轴（26）伸入所述主钻头本体的中空结构腔体内，所述内主轴（26）与所述驱动座之间还设置有轴承。

5.根据权利要求4所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述传动驱动组件包括主动锥齿轮（22）、从动锥齿轮（21）、子钻头主轴（20）、联轴器（24）和齿轮轴（18），所述内主轴（26）的端部通过联轴器（24）与所述齿轮轴（18）连接，所述齿轮轴（18）上套设固定设置有两个间隔布置的主动锥齿轮（22），所述主钻头本体（19）上设置有沿着径向方向延伸的安装孔，所述安装孔内采用滑动轴承（25）设置有所述子钻头主轴（20），所述子钻头主轴（20）的外端可拆卸的设置有所述内子钻头（16,17），所述子钻头主轴（20）的内端设置有所述从动锥齿轮（21），各个所述从动锥齿轮均与所述主动锥齿轮啮合传动，通过所述内主轴驱动所述子钻头主轴带动所述内子钻头转动。

6.根据权利要求5所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述子钻头主轴（20）的外端设置有连接孔，内子钻头本体（30）的下端通过螺栓（29）连接在所述子钻头主轴（20）的外端的连接孔上，所述内子钻头本体（30）的外端中心设置有凹槽（26），所述螺栓（29）设置在凹槽（26）内，所述内子钻头本体（30）的上端四周设置有刀刃（27），所述滑动轴承的外端设置有密封盖（28），所述密封盖（28）与所述安装孔的外端构设有槽孔（31），通过螺栓实现对内子钻头的安装与拆卸更换。

7.根据权利要求4所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述抽采筒（1）的一端外壁固定连接有固定环（5），且抽采筒（1）的一端靠近轴承（2）外侧位置处设置有分布均匀的小孔（4），所述抽采筒（1）的上表面一端靠近固定环（5）的一侧位置处连接有高压水泵接头（11），且抽采筒（1）的下表面一端靠近固定环（5）的一侧位置处连接有排放管（7），所述高压水泵接头（11）的一侧设置有抽气泵接头（10）。

8.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述抽采筒（1）中轴处开设有驱动轴组件安装槽（15），所述驱动轴组件安装槽（15）的外侧构设为注水抽气腔体（13），所述注水抽气腔体（13）的内部一端固定连接有过滤网（14），所述驱动轴组件安装槽（15）的内径大于驱动轴组件（8）的外径，所述过滤网（14）为圆环状，且过滤网（14）位于排放管（7）与抽气泵接头（10）之间位置处。

9.根据权利要求8所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述排放管（7）的下端转动连接有活塞（6），所述活塞（6）与排放管（7）的连接处增设有橡胶垫。

10.根据权利要求1所述的一种瓦斯抽采孔钻设装置，其特征在于，所述抽气泵接头（10）的中部安装有第一阀门（9），且抽气泵接头（10）与外界抽气泵通过导管相连接，所述高压水泵接头（11）的中部安装有第二阀门（12），且高压水泵接头（11）与外界高压水泵通过导水管相连接。

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