CN110107344B - 一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置及方法，包括连接在一起的钻头和钻杆，造穴装置还包括传动机构和括径机构，括径机构位于钻杆的外侧且对称设置，括径机构包括过渡板和两个括径板，括径板和过渡板的表面均设有括径齿，两个括径板的一端与过渡板铰接、另一端铰接有套筒，传动机构包括驱动杆、传动杆和调节螺杆，本发明能够利用括径机构和传动机构进行括径造穴，利用机械结构括径造穴，造穴的孔径尺寸准确、可控，孔径尺寸能够无级调节，本发明的造穴方发能够对造穴段进行分段、多级括径造穴，避免产生大量颗粒煤块堵塞煤粉排出通道，而且减小了括径机构的载荷。

Description

一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置及方法

技术领域

本发明涉及煤层瓦斯抽采钻孔造穴的技术领域，特别涉及一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置及方法。

背景技术

瓦斯是煤层形成过程中，与煤炭共生共储的一种伴生气体。在一定的浓度条件下，能够发生燃烧和爆炸。瓦斯爆炸事故的发生不仅会破坏采矿设备，造成极大的财产损失，而且会造成严重的人员伤亡。瓦斯以其极大的危害性成为制约煤矿安全生产的关键因素之一。为此，加强瓦斯抽采，降低煤层瓦斯含量，是防治瓦斯灾害发生的根本措施。

我国地质构造的复杂多样性、成煤环境的特殊性，导致煤层渗透性普遍较差，尤其是构造煤发育区，煤层的渗透性更低。为此，提高煤层的透气性，尤其是构造发育区煤层的透气性，是进行瓦斯高效抽采的关键。针对构造煤发育区煤层增透，以往学者提出了水力压裂、水力冲孔、水力造穴、松动爆破等一系列改造措施。这些改造措施，具有一定的增透效果，尤其是水力造穴增透效果显著。但是，水力造穴增透过程中，由于煤体强度差异，导致水力作用下煤体破坏后，造穴尺寸不均一，破坏钻孔排渣通道，甚至大块煤块堵塞排渣通道，降低增透效果。同时，水力造穴过程中，对于造穴大小难以准确控制，导致不同区域增透效果差距较大，抽采过程中可能存在抽采盲区。为此，迫切需要一种装置或工艺，可以对构造煤发育区瓦斯抽采孔进行均匀扩径、造穴，进而实现煤层的均匀卸压，提高煤层的渗透性，实现煤层瓦斯的高效抽采。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置及方法。

本发明的技术方案是：一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，包括连接在一起的钻头和钻杆，所述造穴装置还包括传动机构和至少一对括径机构，所述括径机构位于钻杆的外侧且对称设置，所述括径机构包括过渡板和两个括径板，所述括径板和所述过渡板的表面均设有括径齿，两个所述括径板的一端与所述过渡板铰接、另一端铰接有套筒，所述传动机构包括驱动杆、传动杆和与所述括径机构对应的至少一对调节螺杆，所述调节螺杆位于所述钻杆外侧且位于括径机构下方，所述传动杆位于所述钻杆内且两端伸出所述钻杆的侧壁，所述驱动杆的一端伸入钻杆且与所述传动杆通过锥齿轮配合，所述传动杆与所述调节螺杆也通过锥齿轮配合，所述调节螺杆上配合有调节螺母，所述括径机构的一个所述套筒固定在钻杆外侧表面、另一个所述套筒固定在调节螺母上。

优选的，所述调节螺杆通过两侧的第一支撑体支撑在钻杆的外侧表面，所述传动杆通过两侧的第二支撑体支撑在钻杆的侧壁上，所述驱动杆通过第三支撑体支撑在钻杆的内侧表面。

优选的，所述调节螺杆的一端设置从动锥齿轮，所述传动杆的两端均设有传动锥齿轮甲和传动锥齿轮乙，所述驱动杆伸入所述钻杆的一端设有驱动锥齿轮，所述传动锥齿轮甲位于钻杆的外侧且与所述从动锥齿轮配合，所述传动锥齿轮乙位于钻杆的内侧，其中一个所述传动锥齿轮乙与所述驱动锥齿轮配合。

优选的，所述括径机构、所述调节螺杆及所述驱动杆均沿着所述钻杆的轴向方向布置，所述传动杆穿过所述钻杆的中心先且沿着径向方向布置。

优选的，所述括径板的两端均设有一对铰接有转轴的耳板，所述套筒和所述过渡板分别与括径板两端的转轴铰接。

优选的，所述钻头的一端为锥形体且表面设有括径齿、另一端为螺纹连接管，所述钻头的中部，所述钻杆为空心管结构，所述钻头的中心设有与所述钻杆连通的出水孔。

优选的，所述驱动杆的另一端位于钻杆外侧且连接驱动装置。

优选的，每对所述调节螺杆的螺纹旋向相反。

一种使用上述无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置的造穴方法，包括以下步骤：

步骤1，将造穴装置进行组装，并对造穴装置的完好性进行检查；

步骤2，开始钻进；

步骤3，所述造穴装置钻进至造穴段后，停止钻进，钻头继续转动，同时启动传动机构，括径机构的两个括径板收缩使过渡板向外扩展，开始括径造穴；

步骤4，括径机构的两个括径板收缩到预设尺寸后，停止传动机构，钻头继续转动一段时间后完成造穴；

步骤5，反向启动传动机构，将括径机构的两个括径板向下展开使过渡板向内回收，钻头继续钻进，进行下一个造穴段的括径造穴。

进一步地，在进行较长的造穴段括径造穴时：

在上述步骤1之前，根据煤层透气性、工作面采掘布置对最大造穴孔径进行优化设计，同时根据造穴段的煤体结构特征进行分级括径设计；

造穴装置先到达造穴段的前半段进行括径造穴，进行步骤3-5；

然后造穴装置到达造穴段的后半段进行括径造穴，进行步骤3-5；

最后造穴装置到达造穴段的前半段和后半段衔接处进行括径造穴，进行步骤3-5。

本发明的有益效果是：

本发明能够利用括径机构和传动机构进行括径造穴，利用机械结构括径造穴，造穴的孔径尺寸准确、可控，孔径尺寸能够无级调节。

本发明的造穴方发能够对造穴段进行分段、多级括径造穴，避免产生大量颗粒煤块堵塞煤粉排出通道，而且减小了括径机构的载荷。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大视图；

图4为图2中B处的局部放大视图；

图5为括径机构的端部连接处的局部结构示意图；

图6为括径机构的中部连接处的局部结构示意图；

图中：1、钻头；1-1、出水孔；2、钻杆；2-1、第一支撑体；2-2、第二支撑体；2-3、第三支撑体；3、括径板；3-1、耳板；3-2、转轴；4、过渡板；5、套筒；6、调节螺杆；6-1、从动锥齿轮；7、调节螺母；8、传动杆；8-1、传动锥齿轮甲；8-2、传动锥齿轮乙；9、驱动杆；9-1、驱动锥齿轮。

具体实施方式

本发明的具体实施方式参见图1-6：

本发明的技术方案为：

一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，如图1-6，包括连接在一起的钻头1和钻杆2，钻头1的一端为锥形体且表面设有括径齿、另一端为螺纹连接管，钻头1通过螺纹连接管与钻杆2螺纹连接，钻头1的中部，钻杆2为空心管结构，钻头1的中心设有与钻杆2连通的出水孔1-1，该造穴装置还包括传动机构和至少一对括径机构，括径机构位于钻杆2的外侧且对称设置，括径机构包括过渡板4和两个括径板3，括径板3和过渡板4的表面均设有括径齿，两个括径板3的一端与过渡板4铰接、另一端铰接有套筒5，括径板3的两端均设有一对铰接有转轴3-2的耳板3-1，套筒5和过渡板4分别与括径板3两端的转轴3-2铰接，传动机构包括驱动杆9、传动杆8和与括径机构对应的至少一对调节螺杆6，括径机构、调节螺杆6及驱动杆9均沿着钻杆2的轴向方向布置，传动杆8穿过钻杆2的中心先且沿着径向方向布置，调节螺杆6通过两侧的第一支撑体2-1支撑在钻杆2的外侧表面，传动杆8通过两侧的第二支撑体2-2支撑在钻杆2的侧壁上，驱动杆9通过第三支撑体2-3支撑在钻杆2的内侧表面，每对调节螺杆6的螺纹旋向相反，调节螺杆6位于钻杆2外侧且位于括径机构下方，传动杆8位于钻杆2内且两端伸出钻杆2的侧壁，驱动杆9的另一端位于钻杆2外侧且连接驱动装置，调节螺杆6的一端设置从动锥齿轮6-1，传动杆8的两端均设有传动锥齿轮甲8-1和传动锥齿轮乙8-2，驱动杆9伸入钻杆2的一端设有驱动锥齿轮9-1，传动锥齿轮甲8-1位于钻杆2的外侧且与从动锥齿轮6-1配合，传动锥齿轮乙8-2位于钻杆2的内侧，其中一个传动锥齿轮乙8-2与驱动锥齿轮9-1配合，调节螺杆6上配合有调节螺母7，括径机构的一个套筒5固定在钻杆2外侧表面、另一个套筒5固定在调节螺母7上。

该造穴装置中的第一支撑体2-1、第二支撑体2-2和第三支撑体2-3均采用现有支撑轴承，不再进行描述。

上述无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置的造穴方法，包括以下步骤：

步骤1，将造穴装置进行组装，并对造穴装置的完好性进行检查；

步骤2，开始钻进；

步骤3，造穴装置钻进至造穴段后，停止钻进，钻头1继续转动，同时启动传动机构，驱动杆9带动传动杆8转动，传动杆8带动两个螺纹旋向相反的调节螺杆6转动，调节螺母7随之移动，括径机构的两个括径板3收缩使过渡板4向外扩展，开始括径造穴；

步骤4，括径机构的两个括径板3收缩到预设尺寸后，停止传动机构，钻头1继续转动一段时间后完成造穴；

步骤5，反向启动传动机构，将括径机构的两个括径板3向下展开使过渡板4向内回收，钻头1继续钻进，进行下一个造穴段的括径造穴。

在进行较长的造穴段括径造穴时：

在上述步骤1之前，根据煤层透气性、工作面采掘布置对最大造穴孔径进行优化设计，同时根据造穴段的煤体结构特征进行分级括径设计；

造穴装置先到达造穴段的前半段进行括径造穴，进行步骤3-5；

然后造穴装置到达造穴段的后半段进行括径造穴，进行步骤3-5；

最后造穴装置到达造穴段的前半段和后半段衔接处进行括径造穴，进行步骤3-5。

Claims (7)

1.一种无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，包括连接在一起的钻头和钻杆，其特征在于：还包括传动机构和至少一对括径机构，所述括径机构位于钻杆的外侧且对称设置，所述括径机构包括过渡板和两个括径板，所述括径板和所述过渡板的表面均设有括径齿，两个所述括径板的一端与所述过渡板铰接、另一端铰接有套筒，所述传动机构包括驱动杆、传动杆和与所述括径机构对应的至少一对调节螺杆，所述调节螺杆位于所述钻杆外侧且位于括径机构下方，所述传动杆位于所述钻杆内且两端伸出所述钻杆的侧壁，所述驱动杆的一端伸入钻杆且与所述传动杆通过锥齿轮配合，所述传动杆与所述调节螺杆也通过锥齿轮配合，所述调节螺杆上配合有调节螺母，所述括径机构的一个所述套筒固定在钻杆外侧表面、另一个所述套筒固定在调节螺母上，所述调节螺杆通过两侧的第一支撑体支撑在钻杆的外侧表面，所述传动杆通过两侧的第二支撑体支撑在钻杆的侧壁上，所述驱动杆通过第三支撑体支撑在钻杆的内侧表面，所述调节螺杆的一端设置从动锥齿轮，所述传动杆的两端均设有传动锥齿轮甲和传动锥齿轮乙，所述驱动杆伸入所述钻杆的一端设有驱动锥齿轮，所述传动锥齿轮甲位于钻杆的外侧且与所述从动锥齿轮配合，所述传动锥齿轮乙位于钻杆的内侧，其中一个所述传动锥齿轮乙与所述驱动锥齿轮配合，所述括径机构、所述调节螺杆及所述驱动杆均沿着所述钻杆的轴向方向布置，所述传动杆穿过所述钻杆的中心线且沿着径向方向布置，所述第一支撑体、第二支撑体和第三支撑体均采用支撑轴承。

2.根据权利要求1所述的无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，其特征在于：所述括径板的两端均设有一对铰接有转轴的耳板，所述套筒和所述过渡板分别与括径板两端的转轴铰接。

3.根据权利要求2所述的无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，其特征在于：所述钻头的一端为锥形体且表面设有括径齿、另一端为螺纹连接管，所述钻杆为空心管结构，所述钻头的中心设有与所述钻杆连通的出水孔。

4.根据权利要求3所述的无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，其特征在于：所述驱动杆的另一端位于钻杆外侧且连接驱动装置。

5.根据权利要求4所述的无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置，其特征在于：每对所述调节螺杆的螺纹旋向相反。

6.一种使用权利要求5所述的无极扩径型瓦斯抽采孔钻进造穴装置的造穴方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将造穴装置进行组装，并对造穴装置的完好性进行检查；

步骤2，开始钻进；

步骤3，所述造穴装置钻进至造穴段后，停止钻进，钻头继续转动，同时启动传动机构，括径机构的两个括径板收缩使过渡板向外扩展，开始括径造穴；

步骤4，括径机构的两个括径板收缩到预设尺寸后，停止传动机构，钻头继续转动一段时间后完成造穴；

步骤5，反向启动传动机构，将括径机构的两个括径板向下展开使过渡板向内回收，钻头继续钻进，进行下一个造穴段的括径造穴。

7.根据权利要求6所述的造穴方法，其特征在于：

进行较长的造穴段括径造穴时：

在步骤1之前，根据煤层透气性、工作面采掘布置对最大造穴孔径进行优化设计，同时根据造穴段的煤体结构特征进行分级括径设计；

造穴装置先到达造穴段的前半段进行括径造穴，进行步骤3-5；

然后造穴装置到达造穴段的后半段进行括径造穴，进行步骤3-5；

最后造穴装置到达造穴段的前半段和后半段衔接处进行括径造穴，进行步骤3-5。