CN110374521B - 矿用正反转自动拆装式钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用正反转自动拆装式钻杆，包括不少于一个可顺次连接的钻杆单元，所述钻杆单元包括依次连接的母接头、管体和公接头，所述相邻连接的两钻杆单元通过公接头和母接头的配合可拆卸连接，所述公接头包括中空形成台阶孔的控制段及导入段，且控制段的内径大于导入段的内径，控制段孔内设置有顶卡机构，所述顶卡机构用于可被控制地保持或断开公接头与母接头的连接状态。对现有普通单向螺纹钻杆接头内部增设简易机构，利用钻杆钻孔时的切屑液压力的变化实现钻杆间锁定和解锁，实现钻杆正反转满足岩屑切削并解卡，省去了人工辅助拆卸装配的环节，与此同时，螺纹连接的结构可实现钻机自动拆卸。

Description

矿用正反转自动拆装式钻杆

技术领域

本发明涉及钻机附件技术领域，具体涉及一种矿用正反转自动拆装式钻杆。

背景技术

目前，煤矿井下钻孔施工所使用的钻杆多数为圆锥螺纹连接，只能满足单向旋扭，但在实际钻孔过程中，受复杂地层影响极易出现塌孔现象，进而引发卡钻和抱钻事故。因现用螺纹连接式钻杆无法实现反转，造成其解卡能力较弱。针对该问题，近年来相继开发了几种可满足正反转操作的钻杆结构，以提高钻杆的解卡能力，主要结构类型有：一类是采用三棱、六方等多面体形式的柱与孔进行插接对接，以传递正反转扭矩，用键销或螺钉进行轴向定位连接，以传递轴向载荷；通过实际应用情况看，上述几种结构的正反转钻杆，多数情况下联接接头强度差，性能不稳定，而且都需要人工现场辅助拆卸，不能利用钻机进行机械自动拆卸，降低了作业效率。

未来煤矿井下的钻孔施工将逐步实现自动化、智能化，因此当出现孔内卡钻或抱钻事故时，需要钻机自动判断并进行正反转操作以实现岩屑松动并解卡。目前所用方接头或花键套结构的钻杆虽然能实现正反转功能，但是无法实现钻机自动拆卸，因此无法满足自动钻机的作业要求。

因此，针对现有煤矿井下可正反转钻杆在拆卸时均需要人工配合、不能实现钻机自动拆卸的问题，本发明提供了一种矿用正反转自动拆装式钻杆，通过对现有普通单向螺纹钻杆接头内部增设简易机构，利用钻杆钻孔时的切屑液压力的变化实现钻杆间锁定和解锁，实现钻杆正反转满足岩屑松动并解卡，减少了人工辅助拆卸装配的环节，与此同时，螺纹连接的结构可实现钻机自动拆卸。因此，本发明可为未来煤矿井下实现钻机自动化打钻提供技术支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供矿用正反转自动拆装式钻杆，对现有普通单向螺纹钻杆接头内部增设简易机构，利用钻杆钻孔时的切屑液压力的变化实现钻杆间锁定和解锁，实现钻杆正反转满足岩屑松动并解卡，减少了人工辅助拆卸装配的环节，与此同时，螺纹连接的结构可实现钻机自动拆卸。因此，本发明可为未来煤矿井下实现钻机自动化打钻提供技术支撑。

本发明的矿用正反转自动拆装式钻杆，包括不少于一个可顺次连接的钻杆单元，所述钻杆单元包括依次连接的母接头、管体和公接头，所述相邻连接的两钻杆单元通过公接头和母接头的配合可拆卸连接，所述公接头包括中空形成台阶孔的控制段及导入段，且控制段的内径大于导入段的内径，控制段孔内设置有顶卡机构，所述顶卡机构用于可被控制地保持或断开公接头与母接头的连接状态。

进一步，所述导入段外表面为从根部到端部直径逐渐减小的螺纹锥面，所述螺纹锥面靠近端面位置卡设有密封垫圈，所述母接头的内贴合面与公接头外表面适形贴合且螺纹连接，所述控制段上周向设置有多个用于顶卡机构的作用端部分伸出的通孔。

进一步，所述顶卡机构包括设置于所述控制段孔内可轴向滑动且具有多个轴肩的芯轴，所述芯轴一端由台阶孔的内台阶端面限位另一端穿设于与控制段孔壁连接的弹簧座内，所述芯轴包括直径依次减小的保持段、解卡段、限位段及滑动段，所述保持段靠近台阶孔的内台阶端面用于支顶作用端部分伸出所述通孔保持公接头与母接头的连接状态，所述解卡段用于为作用端缩回提供让位空间断开公接头与母接头的连接，所述限位段与滑动段上套设有处于压缩状态的弹簧，弹簧一端与弹簧座连接另一端与限位段及解卡段之间的轴肩连接，所述滑动段与所述弹簧座之间滑动配合，所述限位段直径大于所述弹簧座内径。

进一步，所述顶卡机构的作用端为滑设于所述通孔内的卡销，所述通孔外端设置有防止卡销滑出的卡销挡环，所述卡销根部形成直径大于所述卡销挡环内径的限位台阶。

进一步，所述母接头的内贴合面内形成用于卡销顶卡的沟槽。

进一步，所述保持段与所述控制段内孔之间设置有第一密封圈，所述第一密封圈靠近所述保持段端面。

进一步，所述保持段与所述解卡段轴面之间形成直径连续变化的过渡锥面。

进一步，所述弹簧座与所述滑动段之间设置有第二密封圈。

进一步，所述弹簧座与所述控制段孔内壁之间设置有第三密封圈。

进一步，所述公接头与管体之间，所述母接头与管体之间均为摩擦焊连接。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种矿用正反转自动拆装式钻杆，通过对现有普通单向螺纹钻杆接头内部增设简易机构，利用钻杆钻孔时的切屑液压力的变化实现钻杆间锁定和解锁，实现钻杆正反转满足岩屑松动并解卡，减少了人工辅助拆卸装配的环节，与此同时，螺纹连接的结构可实现钻机自动拆卸。因此，本发明可为未来煤矿井下实现钻机自动化打钻提供技术支撑。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的公母接头连接结构示意图；

图3为第一密封圈的放大图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的公母接头连接结构示意图,图3为第一密封圈的放大图，如图所示，本实施例中的矿用正反转自动拆装式钻杆包括不少于一个可顺次连接的钻杆单元，所述钻杆单元包括依次连接的母接头1、管体2和公接头3，所述相邻连接的两钻杆单元通过公接头3和母接头1的配合可拆卸连接，所述公接头3包括中空形成台阶孔的控制段31及导入段32，且控制段31的内径大于导入段32的内径，控制段31孔内设置有顶卡机构4，所述顶卡机构4用于可被控制地保持或断开公接头3与母接头1的连接状态。在钻孔施工时，水辫向钻杆内部提供压力超过0.5MPa的切屑液(一般地在煤矿钻孔施工中采用的是水，简称水压)，钻杆内部的水压在密封圈的作用下保证顶卡机构4的卡销44与高压水隔离，钻杆内部水压作用于保持段414的端部以实现对芯轴41施压向左移动支顶处卡销44保持公母接头处于连接卡锁状态，装卸钻杆是，水辫停止供水，钻杆内水压为零，芯轴4在弹簧43的回复力的作用下复位抵接至台阶孔内端面，此时解卡段412外表面支撑卡销44，卡销44退回至通孔311内失去去母接头1的卡锁作用，钻杆处于解卡状态。

本实施例中，所述导入段32外表面为从根部到端部直径逐渐减小的螺纹锥面，所述螺纹锥面靠近端面位置卡设有密封垫圈6，密封垫圈设置于导入段32前端的锥面上，使钻杆内部的水压与外界及顶卡机构4环境隔离，在公母接头结合的时候可对母接头1的导入进行导向，所述母接头1的内贴合面与公接头3外表面适形贴合并螺纹连接，所述控制段31上周向设置有多个用于顶卡机构4的作用端部分伸出的通孔311，通孔311开设于控制段31上，导入段32与控制段31一体成型，结构性强，加工简单，加工精度便于控制，钻杆单元间的公母接头之间通过螺纹连接以此来传递轴向力和扭矩，传统的钻杆采用的是单向右旋螺纹，只能承受单向扭矩，反向旋转的话，公母接头就会松扣造成公母接头连接断开，钻杆单元之间的连接便断开了，而本发明增设的顶卡机构4便可以控制无论钻杆是正传还是反转，都不会脱扣，不转的时候，卸掉水压，卡销44滑入通孔311内，钻杆就和普通连接钻杆一样，反转便可完成钻杆的拆装，钻杆螺纹对接即是一个完成相邻钻杆单元之间的转动和平动同步的过程，本发明中增设的顶卡机构4的卡销44在伸出通孔311并顺利卡入母接头的沟槽11中后，钻杆单元之间的轴向平动被阻，进而螺纹转动也就被阻止，即实现了钻杆单元之间的连接锁定。

本实施例中，所述顶卡机构4包括设置于所述控制段31孔内可轴向滑动且具有多个轴肩的芯轴41，所述芯轴41一端由台阶孔的内台阶端面限位另一端穿设于与控制段31孔壁连接的弹簧座42内，所述芯轴41包括直径依次减小的保持段411、解卡段412、限位段413及滑动段414，所述保持段411靠近台阶孔的内台阶端面用于支顶作用端部分伸出所述通孔311保持公接头3与母接头1的连接状态，所述解卡段412用于为作用端缩回提供让位空间断开公接头3与母接头1的连接，所述限位段413与滑动段414上套设有处于压缩状态的弹簧43，弹簧43一端与弹簧座42连接另一端与限位段413及解卡段412之间的轴肩连接，所述滑动段414与所述弹簧座42之间滑动配合，所述限位段413直径大于所述弹簧座42内径，滑动段414的长度决定了芯轴41在弹簧座42内的滑动长度。

本实施例中，所述顶卡机构4的作用端为滑设于所述通孔311内的卡销44，所述通孔311外端(即靠近母接头1的孔口)设置有防止卡销44滑出的卡销挡环45，一般地卡销挡环45以螺旋连接的方式设置于通孔311内，便于更换和调整，所述卡销44根部(与芯轴41接触的一端)形成直径大于所述卡销挡环45内径的限位台阶441，限位台阶441在卡销44的根部一体成型形成，可以保证卡销44不掉落出通孔311外，实现整个顶卡机构4的有效工作。

本实施例中，所述母接头1的内贴合面内形成用于卡销44顶卡的沟槽11，沟槽11为适形设置于母接头1的内贴合面内的环形凹槽，保证母接头1与公接头3任意角度对接时，卡销44的顺利顶入实现公母接头的连接。

本实施例中，所述保持段411与所述控制段31内孔之间设置有第一密封圈51，所述第一密封圈51靠近所述保持段411端面，避免在保持段411的端面承受水压时，水从芯轴41的保持段411及控制段31之间的间隙进入到顶卡机构4中，产生卸压或是影响顶卡机构4的工作环境进而影响顶卡机构4的正常工作。

本实施例中，所述保持段411与所述解卡段412轴面之间形成直径连续变化的过渡锥面，过渡锥面可以对卡销44起到一个导向作用，避免在芯轴41的滑动过程中，卡销44的抵接面发生突变形成卡死。

本实施例中，所述弹簧座42与所述滑动段414之间设置有第二密封圈52，保证顶卡机构4与管体2之间的空间相对独立。

本实施例中，所述弹簧座42与所述控制段31孔内壁之间设置有第三密封圈53，保证保证顶卡机构4与管体2之间的空间相对独立。

本实施例中，所述公接头3与管体2之间，所述母接头1与管体2之间均为摩擦焊连接，普通钻杆连接，只能单向转动地传递扭矩，不能反转，本专发明增设了顶卡机构之后可以在钻孔时，通过施加水压来实现顶卡机构4的开启，使钻杆处于可正反转的工作状态，停钻时，泄掉水压，钻杆回到和普通钻杆一样的工作状态(单向转动传递扭矩，正转为钻杆连接的工作状态，反转为卸掉钻杆)，为了实现钻杆的自动拆装，此时只需要反转钻杆便可逐个卸掉钻杆单元或是逐个加装钻杆单元，自动化程度高，工作效率明显提升。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：包括不少于一个可顺次连接的钻杆单元，所述钻杆单元包括依次连接的母接头、管体和公接头，相邻连接的两钻杆单元通过公接头和母接头的配合可拆卸连接，所述公接头包括中空形成台阶孔的控制段及导入段，且控制段的内径大于导入段的内径，控制段孔内设置有顶卡机构，所述顶卡机构用于可被控制地保持或断开公接头与母接头的连接状态，所述导入段外表面为从根部到端部直径逐渐减小的螺纹锥面，所述螺纹锥面靠近端面位置卡设有密封垫圈，所述母接头的内贴合面与公接头外表面适形贴合并螺纹连接，所述控制段上周向设置有多个用于顶卡机构的作用端部分伸出的通孔，所述顶卡机构包括设置于所述控制段孔内可轴向滑动且具有多个轴肩的芯轴，所述芯轴一端由台阶孔的内台阶端面限位另一端穿设于与控制段孔壁连接的弹簧座内，所述芯轴包括直径依次减小的保持段、解卡段、限位段及滑动段，所述保持段靠近台阶孔的内台阶端面用于支顶作用端部分伸出所述通孔保持公接头与母接头的连接状态，所述解卡段用于为作用端缩回提供让位空间断开公接头与母接头的连接，所述限位段与滑动段上套设有处于压缩状态的弹簧，弹簧一端与弹簧座连接另一端与限位段及解卡段之间的轴肩连接，所述滑动段与所述弹簧座之间滑动配合，所述限位段直径大于所述弹簧座内径。

2.根据权利要求1所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述顶卡机构的作用端为滑设于所述通孔内的卡销，所述通孔外端设置有防止卡销滑出的卡销挡环，所述卡销根部形成直径大于所述卡销挡环内径的限位台阶。

3.根据权利要求2所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述母接头的内贴合面内形成用于卡销顶卡的沟槽。

4.根据权利要求1所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述保持段与所述控制段内孔之间设置有第一密封圈，所述第一密封圈靠近所述保持段端面。

5.根据权利要求4所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述保持段与所述解卡段轴面之间形成直径连续变化的过渡锥面。

6.根据权利要求5所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述弹簧座与所述滑动段之间设置有第二密封圈。

7.根据权利要求6所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述弹簧座与所述控制段孔内壁之间设置有第三密封圈。

8.根据权利要求7所述的矿用正反转自动拆装式钻杆，其特征在于：所述公接头与管体之间，所述母接头与管体之间均为摩擦焊连接。

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