CN111706252B - 一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置 - Google Patents
一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其包括钻杆、抽采筒、钻头组件、变径扩孔组件以及支撑组件，其中所述钻杆远离钻孔的一端中心孔采用旋转接头与供水管路相连，所述供水管路能够为钻杆的中心孔提供冲洗液，位于所述钻孔中的钻杆的外圆周上套设有抽采筒，钻孔及变径扩孔时，钻孔中的瓦斯能够进入到抽采筒中，并通过瓦斯收集管收集至外部存储罐中，实现了预抽采，防止瓦斯泄漏；所述钻杆密封转动的设置在所述抽采筒中，且所述钻杆远离钻孔的一端由坑道钻机进行驱动，所述钻杆的另一端依次设置有变径扩孔组件和钻头组件；且，钻孔及变径扩孔时，所述钻杆伸入所述钻孔中后由支撑组件支撑在所述钻孔的内壁中。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯抽采技术领域，具体是一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置。
背景技术
目前煤矿的瓦斯突出情况较为普遍，尤其是少有人关注的采空区瓦斯涌出，而解决此类问题的根本措施就是降低煤层中的瓦斯含量，从而保障工作人员的生命安全，普通的钻机施工的顶板高位定向钻孔时，钻孔效率较低，其原因之一便是钻头结构较为简单，仅靠刀头的旋转切削，无法应对复杂的地质环境，另外，在钻进的过程中，少量瓦斯逐渐释放，如果对此忽视，不加以收集，有可能会造成事故的发生，另外，钻孔后的后续抽采过程中，随着瓦斯浓度的下降，钻孔周围的裂隙结构会发生变化，为了提高后续封孔的稳固性，需要在钻孔中进行扩孔，以便后续的注浆封孔，然后现有的钻孔设备功能简单，其仅能够实现钻孔而无法扩孔，因此现有的操作过程，往往是在钻孔之后，将钻杆抽出，换上扩孔钻头进行扩孔，导致整体的效率偏低。
因此，本领域技术人员提供了一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其包括钻杆、抽采筒、钻头组件、变径扩孔组件以及支撑组件，其中所述钻杆远离钻孔的一端中心孔采用旋转接头与供水管路相连，所述供水管路能够为钻杆的中心孔提供冲洗液，
位于所述钻孔中的钻杆的外圆周上套设有抽采筒，钻孔及变径扩孔时，钻孔中的瓦斯能够进入到抽采筒中，并通过瓦斯收集管收集至外部存储罐中；
所述钻杆密封转动的设置在所述抽采筒中，且所述钻杆远离钻孔的一端由坑道钻机进行驱动，所述钻杆的另一端依次设置有变径扩孔组件和钻头组件；
且，钻孔及变径扩孔时，所述钻杆伸入所述钻孔中后由支撑组件支撑在所述钻孔的内壁中。
进一步，作为优选，所述变径扩孔组件包括安装座、伸缩杆、梯形柱、驱动头以及扩孔头组件，其中，所述安装座固定在钻杆伸出抽采筒的延伸端上，所述安装座的内部设置有滑动设置在钻杆延伸端的梯形柱，所述梯形柱的滑动动作由固定在安装座外部的伸缩杆进行驱动；
所述梯形柱的斜面上顶撑有多个呈圆周排布的所述驱动头，所述驱动头还采用变径杆滑动穿出所述安装座；
所述变径杆垂直于钻杆的轴向排布，且所述变径杆远离驱动头的一端设置有所述扩孔头组件，通过所述梯形柱的轴向移动，能够驱动所述扩孔头组件进行径向伸缩，从而实现变径扩孔。
进一步，作为优选，所述扩孔头组件包括保护座、浮动座、扩孔钻头以及角度调节杆，其中，所述保护座采用多组缓冲弹簧与浮动座相连接；
所述保护座中对称固定有两组角度调节杆，所述角度调节杆的输出端与浮动座相铰接；
两组所述扩孔钻头对称固定在浮动座中；
所述变径杆固定穿过所述保护座与浮动座相铰接；
所述浮动座与保护座之间的外圆周上还固定连接有可弹性伸缩的密封筒。
进一步，作为优选，两个所述角度调节杆的伸缩步调不同，以便调节浮动座相对于保护座的倾斜角度。
进一步，作为优选，所述钻头组件包括钻头框、外转钻头以及冲击钻孔组件，其中，所述钻头框固定在缓存仓上，所述缓存仓固定在钻杆的延伸端端部，且与钻杆的中心孔相连通设置；
所述钻头框远离缓存仓的一端固定有外转钻头；
所述外转钻头为空腔结构，且所述外转钻头上开设有多个通孔，所述缓存仓采用连接管与外转钻头的空腔相连接；
所述缓存仓中滑动设置有活塞，所述活塞的另一端采用连杆连接有限位柱，所述限位柱的另一端连接有冲击钻孔组件；
所述活塞与缓存仓靠近限位柱的一端还设置有多个恢复弹簧。
进一步，作为优选，所述冲击钻孔组件包括伸缩座、缓冲抵靠座以及冲击钻头，其中所述伸缩座固定在限位柱上，所述伸缩座上转动设置有冲击钻头，所述冲击钻头固定在伸缩座内部的缓冲抵靠座上；
还包括固定座和稳定块，所述固定座固定在外转钻头的内腔中，所述伸缩座滑动设置在固定座中，所述固定座的内壁上还固定有环形稳定块，用于支撑所述伸缩座。
进一步，作为优选，所述钻头框与安装座之间还密封连接有连接筒。
进一步，作为优选，所述抽采筒的外部靠近变径扩孔组件的位置处固定有抽采环，所述抽采环的内部同轴固定有防水透气膜，所述抽采环上还开设有多个径向通孔。
进一步，作为优选，所述支撑组件包括支撑网架以及稳定囊，所述支撑网格固定套设在抽采筒的外部，所述支撑网架的外部固定套设有稳定囊，所述稳定囊中充有气体。
进一步，作为优选，所述支撑网架为栏栅结构，以便环空中的废液经过所述支撑网架回流至外部废水收集槽中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本装置在位于钻孔中的钻杆的外圆周上套设抽采筒，钻孔中的瓦斯能够通过抽采环进入到抽采筒与钻杆之间的抽采空间中，并通过瓦斯收集管收集至外部存储罐中，实现预抽采，避免了瓦斯的泄漏；
2.本装置在钻孔时，钻头框以及外转钻头能够随着钻杆的转动而转动，从而实现钻孔，另外，来自于钻杆中心孔的冲洗液能够通过连接管进入到外转钻头中并喷射出，在对钻头降温的同时提高了钻孔效率，另外冲洗液能够从钻孔的环空中排出，从而将其中的碎屑煤体排出；并且，随动钻进组件中的冲击钻头能够进行左右往复运动，其左右往复运动的驱动力来源于冲洗液，充分利用了资源，进一步提高了钻孔效率。
3.本装置在变径扩孔时，扩孔钻头能够随着钻杆进行周向转动实现扩孔，并且，两个角度调节杆能够实现扩孔钻头的微量进给运动，为后续由梯形柱提供的大幅度进给运动提供了良好的基础，在保护扩孔钻头的同时，提高了扩孔效率。
附图说明
图1为一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置的结构示意图；
图2为一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置的左半部分结构示意图；
图3为图2的部分放大结构示意图；
图4为一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置中变径扩孔组件的结构示意图
图5为一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置中变径扩孔组件的工作示意图；
图中：1、钻杆；2、抽采筒；3、抽采空间；4、支撑网架；5、稳定囊；6、瓦斯收集管；7、抽采环；8、防水透气膜；12、供水管路；13、钻头组件；14、变径扩孔组件；15、钻头框；16、缓存仓；17、连接管；18、外转钻头；19、活塞；20、限位柱；21、随动钻进组件；22、安装座；23、伸缩杆；24、连接筒；25、梯形柱；26、驱动头；27、扩孔头组件；28、伸缩座；29、固定座；30、稳定块；31、缓冲抵靠座；32、冲击钻头；33、变径杆；34、保护座；35、浮动座；36、扩孔钻头；38、角度调节杆；39、密封筒。
具体实施方式
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其包括钻杆1、抽采筒2、钻头组件、变径扩孔组件以及支撑组件，其中所述钻杆1远离钻孔的一端中心孔采用旋转接头与供水管路12相连，所述供水管路12能够为钻杆1的中心孔提供冲洗液，
位于所述钻孔中的钻杆1的外圆周上套设有抽采筒2，钻孔及变径扩孔时，钻孔中的瓦斯能够进入到抽采筒2中，并通过瓦斯收集管6收集至外部存储罐中，实现预抽采，避免了瓦斯的泄漏；
所述钻杆1密封转动的设置在所述抽采筒2中，且所述钻杆1远离钻孔的一端由坑道钻机进行驱动，所述钻杆1的另一端依次设置有变径扩孔组件14和钻头组件13；
且，钻孔及变径扩孔时，所述钻杆1伸入所述钻孔中后由支撑组件支撑在所述钻孔的内壁中。
本实施例中，如图2和图4，所述变径扩孔组件14包括安装座22、伸缩杆23、梯形柱25、驱动头26以及扩孔头组件27，其中，所述安装座22固定在钻杆1伸出抽采筒2的延伸端上，从而使得安装座22能够随着钻杆1的转动而转动，所述安装座22的内部设置有滑动设置在钻杆1延伸端的梯形柱25，较佳的，梯形柱25可设置为不可相对于钻杆1转动，具体的，在钻杆1的延伸端开设有轴向延伸的滑槽，梯形柱上设置有滑动设置在滑槽中的滑块，所述梯形柱25的滑动动作由固定在安装座22外部的伸缩杆23进行驱动，从而进一步保证了梯形柱25能够随着钻杆1的转动而转动；
所述梯形柱25的斜面上顶撑有多个呈圆周排布的所述驱动头6，所述驱动头6还采用变径杆33滑动穿出所述安装座22；
所述变径杆33垂直于钻杆1的轴向排布，且所述变径杆33远离驱动头6的一端设置有所述扩孔头组件27，通过所述梯形柱25的轴向移动，能够驱动所述扩孔头组件27进行径向伸缩，从而实现变径扩孔。
本实施例中，如图4，所述扩孔头组件27包括保护座34、浮动座35、扩孔钻头36以及角度调节杆38，其中，所述保护座34采用多组缓冲弹簧与浮动座35相连接；
所述保护座34中对称固定有两组角度调节杆38，所述角度调节杆38的输出端与浮动座35相铰接；
两组所述扩孔钻头36对称固定在浮动座35中，在变径扩孔时，扩孔钻头36能够随着钻杆1进行周向转动，从而实现扩孔；
所述变径杆33固定穿过所述保护座34与浮动座35相铰接；
所述浮动座35与保护座34之间的外圆周上还固定连接有可弹性伸缩的密封筒39。
作为较佳的实施例，两个所述角度调节杆38的伸缩步调不同，以便调节浮动座35相对于保护座34的倾斜角度，从而能够为扩孔钻头提供的微量进给运动，为后续由梯形柱25提供的大幅度进给运动提供了良好的基础，在保护扩孔钻头的同时，提高了扩孔效率。
本实施例中，如图2和图3，所述钻头组件13包括钻头框15、外转钻头18以及冲击钻孔组件21，其中，所述钻头框15固定在缓存仓16上，所述缓存仓16固定在钻杆1的延伸端端部，且与钻杆1的中心孔相连通设置；
所述钻头框15远离缓存仓16的一端固定有外转钻头18，从而使得，钻头框15以及外转钻头18能够随着钻杆1的转动而转动；
所述外转钻头18为空腔结构，且所述外转钻头18上开设有多个通孔，所述缓存仓16采用连接管17与外转钻头18的空腔相连接，来自于钻杆1中心孔的冲洗液能够通过连接管17进入到外转钻头18中并喷射出，在对钻头降温的同时提高了钻孔效率，另外冲洗液能够从钻孔的环空中排出，将其中的碎屑煤体排出；
所述缓存仓16中滑动设置有活塞19，所述活塞19的另一端采用连杆连接有限位柱20，所述限位柱20的另一端连接有冲击钻孔组件21，所述活塞19与缓存仓16靠近限位柱20的一端还设置有多个恢复弹簧，为了让活塞能够来回滑动，来自于钻杆1中心孔中的冲洗液为脉冲式进入，从而推动活塞向左移动，而左侧的煤块又会限制内转钻头32继续移动，在恢复弹簧的作用下，活塞恢复至初始状态，等待冲洗液的下一次脉冲进入。
本实施例中，如图3，所述冲击钻孔组件21包括伸缩座28、缓冲抵靠座31以及冲击钻头32，其中所述伸缩座28固定在限位柱20上，所述伸缩座28上转动设置有冲击钻头32，所述冲击钻头32固定在伸缩座28内部的缓冲抵靠座31上；
还包括固定座29和稳定块30，所述固定座29固定在外转钻头18的内腔中，所述伸缩座28滑动设置在固定座29中，所述固定座29的内壁上还固定有环形稳定块30，用于支撑所述伸缩座28。
为了提高钻头框与安装座22之间的密封性与稳固性，所述钻头框15与安装座22之间还密封连接有连接筒24。
本实施例中，所述抽采筒2的外部靠近变径扩孔组件14的位置处固定有抽采环7，所述抽采环7的内部同轴固定有防水透气膜8，所述抽采环7上还开设有多个径向通孔。
本实施例中，所述支撑组件包括支撑网架4以及稳定囊5，所述支撑网格4固定套设在抽采筒2的外部，所述支撑网架4的外部固定套设有稳定囊5，所述稳定囊5中充有气体。
本实施例中，所述支撑网架4为栏栅结构，以便环空中的废液经过所述支撑网架4回流至外部废水收集槽中。
在具体实施时，将钻杆1远离钻孔一端的中心孔采用旋转接头与供水管路12相连，而供水管路12能够为钻杆1的中心孔提供脉冲式进入的冲洗液，
在位于钻孔中的钻杆1的外圆周上套设抽采筒2，钻孔及变径扩孔时，钻孔中的瓦斯能够通过抽采环7进入到抽采筒2与钻杆1之间的抽采空间3中，并通过瓦斯收集管6收集至外部存储罐中，实现预抽采，避免了瓦斯的泄漏；
在变径扩孔时，扩孔钻头36能够随着钻杆1进行周向转动实现扩孔，并且，两个角度调节杆38能够实现扩孔钻头的微量进给运动，为后续由梯形柱25提供的大幅度进给运动提供了良好的基础，在保护扩孔钻头的同时，提高了扩孔效率，为后续的注浆封孔提供了较好的基础。
在钻孔时，钻头框15以及外转钻头18能够随着钻杆1的转动而转动，从而实现钻孔，另外，来自于钻杆1中心孔的冲洗液能够通过连接管17进入到外转钻头18中并喷射出，在对钻头降温的同时提高了钻孔效率，另外冲洗液能够从钻孔的环空中排出，从而将其中的碎屑煤体排出；并且，随动钻进组件中的冲击钻头32能够进行左右往复运动，进一步提高了钻孔效率。
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发明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 (9)
1.一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其包括钻杆(1)、抽采筒(2)、钻头组件、变径扩孔组件以及支撑组件，其中所述钻杆(1)远离钻孔的一端中心孔采用旋转接头与供水管路(12)相连，所述供水管路(12)能够为钻杆(1)的中心孔提供冲洗液，其特征在于：
位于所述钻孔中的钻杆(1)的外圆周上套设有抽采筒(2)，钻孔及变径扩孔时，钻孔中的瓦斯能够进入到抽采筒(2)中，并通过瓦斯收集管(6)收集至外部存储罐中；
所述钻杆(1)密封转动的设置在所述抽采筒(2)中，且所述钻杆(1)远离钻孔的一端由坑道钻机进行驱动，所述钻杆(1)的另一端依次设置有变径扩孔组件(14)和钻头组件(13)；
且，钻孔及变径扩孔时，所述钻杆(1)伸入所述钻孔中后由支撑组件支撑在所述钻孔的内壁中；
所述变径扩孔组件(14)包括安装座(22)、伸缩杆(23)、梯形柱(25)、驱动头(26)以及扩孔头组件(27)，其中，所述安装座(22)固定在钻杆(1)伸出抽采筒(2)的延伸端上，所述安装座(22)的内部设置有滑动设置在钻杆(1)延伸端的梯形柱(25)，所述梯形柱(25)的滑动动作由固定在安装座(22)外部的伸缩杆(23)进行驱动；
所述梯形柱(25)的斜面上顶撑有多个呈圆周排布的所述驱动头(26)，所述驱动头(26)还采用变径杆(33)滑动穿出所述安装座(22)；
所述变径杆(33)垂直于钻杆(1)的轴向排布，且所述变径杆(33)远离驱动头(26)的一端设置有所述扩孔头组件(27)，通过所述梯形柱(25)的轴向移动，能够驱动所述扩孔头组件(27)进行径向伸缩，从而实现变径扩孔。
2.根据权利要求1所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述扩孔头组件(27)包括保护座(34)、浮动座(35)、扩孔钻头(36)以及角度调节杆(38)，其中，所述保护座(34)采用多组缓冲弹簧与浮动座(35)相连接；
所述保护座(34)中对称固定有两组角度调节杆(38)，所述角度调节杆(38)的输出端与浮动座(35)相铰接；
两组所述扩孔钻头(36)对称固定在浮动座(35)中；
所述变径杆(33)固定穿过所述保护座(34)与浮动座(35)相铰接；
所述浮动座(35)与保护座(34)之间的外圆周上还固定连接有可弹性伸缩的密封筒(39)。
3.根据权利要求2所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：两个所述角度调节杆(38)的伸缩步调不同，以便调节浮动座(35)相对于保护座(34)的倾斜角度。
4.根据权利要求1所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述钻头组件(13)包括钻头框(15)、外转钻头(18)以及冲击钻孔组件(21)，其中，所述钻头框(15)固定在缓存仓(16)上，所述缓存仓(16)固定在钻杆(1)的延伸端端部，且与钻杆(1)的中心孔相连通设置；
所述钻头框(15)远离缓存仓(16)的一端固定有外转钻头(18)；
所述外转钻头(18)为空腔结构，且所述外转钻头(18)上开设有多个通孔，所述缓存仓(16)采用连接管(17)与外转钻头(18)的空腔相连接；
所述缓存仓(16)中滑动设置有活塞(19)，所述活塞(19)的另一端采用连杆连接有限位柱(20)，所述限位柱(20)的另一端连接有冲击钻孔组件(21)；
所述活塞(19)与缓存仓(16)靠近限位柱(20)的一端还设置有多个恢复弹簧。
5.根据权利要求4所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述冲击钻孔组件(21)包括伸缩座(28)、缓冲抵靠座(31)以及冲击钻头(32)，其中所述伸缩座(28)固定在限位柱(20)上，所述伸缩座(28)上转动设置有冲击钻头(32)，所述冲击钻头(32)固定在伸缩座(28)内部的缓冲抵靠座(31)上；
还包括固定座(29)和稳定块(30)，所述固定座(29)固定在外转钻头(18)的内腔中，所述伸缩座(28)滑动设置在固定座(29)中，所述固定座(29)的内壁上还固定有环形稳定块(30)，用于支撑所述伸缩座(28)。
6.根据权利要求4所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述钻头框(15)与安装座(22)之间还密封连接有连接筒(24)。
7.根据权利要求1所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述抽采筒(2)的外部靠近变径扩孔组件(14)的位置处固定有抽采环(7)，所述抽采环(7)的内部同轴固定有防水透气膜(8)，所述抽采环(7)上还开设有多个径向通孔。
8.根据权利要求3所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述支撑组件包括支撑网架(4)以及稳定囊(5)，所述支撑网架(4)固定套设在抽采筒(2)的外部，所述支撑网架(4)的外部固定套设有稳定囊(5)，所述稳定囊(5)中充有气体。
9.根据权利要求8所述一种基于变径扩孔的顶板高位定向钻孔瓦斯抽采装置，其特征在于：所述支撑网架(4)为栏栅结构，以便环空中的废液经过所述支撑网架(4)回流至外部废水收集槽中。
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