CN111794681B - 中心通孔可开闭式高低压切换装置 - Google Patents

Abstract

一种中心通孔可开闭式水力扩孔装置，包含外管接手以及位于外管接手内的中心通孔开闭组件，所述中心通孔开闭组件包括底座、活动环、弹簧、连杆、合页盖和压盖，所述弹簧套合于连杆的外缘，一端抵靠于底座，另一端抵靠于活动环，所述连杆一端固定于底座，另一端铰接于合页盖，所述活动环设有空腔，所述空腔的上半部分套装所述合页盖，下半部分连杆贯穿，所述压盖在合页盖从空腔中伸出时能抵靠合页盖向内转动以闭合中心通孔；由此，本发明其结构简单，操作方便，可重复使用，解决现有随钻水力扩孔技术在煤矿井下碎软煤层顺层孔施工瓦斯抽采钻孔时，提钻后造穴点之间的通道被堵导致的护孔筛管不能下放到钻孔深度的问题。

Description

中心通孔可开闭式高低压切换装置

技术领域

本发明涉及煤矿井下钻探的技术领域，尤其涉及一种适用于煤矿井下碎软煤层顺层孔随钻式水力扩孔及筛管护孔钻孔的施工的中心通孔可开闭式高低压切换装置。

背景技术

近年来，随着水力钻、扩工艺及配套装备的开发及推广应用，诸多煤矿利用该技术实现了抽采效率提升，减少了抽采达标时间，加快了煤巷掘进速度，有效缓解了“抽、掘、采”接替紧张局面。

目前，市场在用的水力扩孔工艺配套的水力扩孔装置，中心通孔被活塞体阻挡，其高低压切换动作是通过开、闭活塞体与外管内壁之间的环形空间来实现的。低压水钻进时，环形空间打开，水流通过环形空间向钻头供水，实现钻进；高压水扩孔时，环形空间关闭，高压水通过外管上的水眼射流，实现扩孔；钻孔完成后，活塞复位，环形空间打开。此种结构能够满足水流通过该装置，但不能满足筛管等刚性构件通过该装置内孔。

因此，水力扩孔技术应用至碎软煤层顺层孔施工时，出现了如下问题：

1、顺层孔水力造穴普遍采用等间距布置造穴点，无论是前进式水力扩孔方式还是后退式水力扩孔方式，两个造穴点之间都会存在“咽喉部位”，钻孔成孔提钻后，“咽喉部位”极易坍塌堵塞，进而影响抽采效果；

2、为了保证抽采效果，在碎软煤层顺层孔水力扩孔成孔后需下入护孔筛管，但是，“咽喉部位”的存在以及造穴点空间的增大都会导致筛管不能下放到钻孔深度，仍需下入开闭式钻头+大通径钻杆的钻具组合扫孔并从钻具内孔下放筛管；

3、开闭式钻头+大通径钻杆的钻具组合扫孔过程中极易钻出新孔；

4、钻孔完成后再下入开闭式钻头+大通径钻杆会增大工人劳动强度，增加辅助时间，降低了施工效率。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种中心通孔可开闭式高低压切换装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中心通孔可开闭式高低压切换装置，其结构简单，操作方便，可重复使用，解决现有随钻水力扩孔技术在煤矿井下碎软煤层顺层孔施工瓦斯抽采钻孔时，提钻后造穴点之间的通道被堵导致的护孔筛管不能下放到钻孔深度的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种中心通孔可开闭式水力扩孔装置，包含外管接手以及位于外管接手内的中心通孔开闭组件，其特征在于：

所述外管接手为圆筒状结构，包含第一端和第二端，所述第一端连接至钻头，第二端连接于钻杆；

所述中心通孔开闭组件包括底座、活动环、弹簧、连杆、合页盖和压盖，所述底座和压盖分别列于两端，所述连杆沿轴向延伸，一端固定于底座，另一端铰接于合页盖，所述弹簧套合于连杆的外缘且一端抵靠于底座、另一端抵靠于活动环，所述活动环设有空腔，所述空腔的上半部分套装所述合页盖，下半部分供连杆贯穿从而活动环在连杆上向底座滑动时合页盖从空腔内伸出，所述压盖位于活动环的外侧，所述压盖为圆环状，其内侧在合页盖从空腔中伸出时能抵靠合页盖向内转动以闭合中心通孔。

其中：所述第一端内设有内螺纹，所述外管接手靠近第二端的管壁上设对称中心轴线设置的水眼和具有内螺纹的限位销孔。

其中：所述底座的外缘设有与外管接手的内螺纹啮合的外螺纹从而将底座固定至外管接手内。

其中：所述底座设有限制所述活动环移动的限位圆环柱。

其中：所述连杆的一端设有连杆轴孔，与所述合页盖的合页轴孔通过轴销装配形成铰接的连接体，以使所述合页盖能通过轴销相对连杆进行旋转。

其中：所述合页盖数量与所述连杆数量相同，所述合页盖包含本体，所述本体边缘设有连接部，所述连接部设有合页轴孔，从而合页盖向内旋转时能闭合形成一个圆形或其它结构来封闭中心通孔。

其中：所述活动环的环形区域设有对称于轴线的空腔，所述活动环环形区域还设有对称于自身轴线的圆孔，所述空腔与所述圆孔间隔分布，各自中心连线夹角为90°。

其中：所述压盖设有对称于中心轴线的圆柱支腿，所述圆柱支腿与所述圆孔相适配，所述压盖还设有对应于所述空腔的限位凸台以对合页盖进行抵靠闭合。

其中：还设有限位销，所述限位销的外壁设有啮合于所述限位销孔内螺纹的外螺纹以固定于所述外管接手，所述限位销伸入外管接手以对压盖的位置进行限位。

其中：所述限位销端面设有槽口以便于其拧卸。

通过上述内容可知，本发明的中心通孔可开闭式高低压切换装置具有如下效果：

1、其结构简单，操作方便，适用广泛，可重复使用，节约成本，提高效率。

2、低压水钻进时，水力扩孔装置中心通孔打开，水流通过所述中心通孔向钻头供水，实现正常钻进；在高压水射流扩孔时，该装置中心通孔闭合，高压水从外管接手水眼射流而出，实现高压水扩孔作业；待全孔完成后，关闭水源，弹簧复位，该装置中心通孔打开，此时，可通过该装置中心通孔下入护孔筛管，实现不提钻下筛管，解决现有随钻水力扩孔技术在煤矿井下碎软煤层顺层孔施工瓦斯抽采钻孔时，提钻后造穴点之间的通道被堵导致的护孔筛管不能下放到钻孔深度的问题。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的中心通孔可开闭式高低压切换装置的剖面示意图。

图2显示了本发明中外管接手的剖面示意图。

图3A显示了本发明外管接手内的结构示意图。

图3B显示了图3A去除了活动环的结构示意图。

图4显示了本发明中底座的结构示意图。

图5显示了本发明中活动环的结构示意图。

图6显示了本发明中连杆、合页盖、轴销组成的连接体的结构示意图。

图7显示了本发明中压盖的结构示意图。

图8显示了本发明中限位销的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更容易让本领域技术人员理解并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-图8所示，其是本发明一种中心通孔可开闭式水力扩孔装置的实施例一，尤其可以满足煤矿井下普遍在用的Ф32mm护孔筛管的下入。

所述中心通孔可开闭式水力扩孔装置包含外管接手1以及位于外管接手1内的中心通孔开闭组件。

其中，参见图2，所述外管接手1为圆筒状结构，其外径Ф90mm，管体壁厚7mm，所述外管接手1包含第一端A和第二端B，所述第一端A连接至钻头且内设有内螺纹10，第二端B连接于钻杆，所述外管接手1靠近第二端B的管壁上设对称中心轴线设置的水眼11和具有内螺纹的限位销孔12。

参见图1、图3A和图3B，所述中心通孔开闭组件包括底座2、活动环3、弹簧4、连杆5、合页盖6、轴销7和压盖8，所述底座2和压盖8分别列于两端，所述连杆5为两根且沿轴向延伸，两根连杆对称设置且一端固定于底座2，所述弹簧4套合于两连杆5的外缘，所述弹簧4的一端抵靠于底座2，另一端抵靠于活动环3，所述活动环3贯穿两连杆且能沿两连杆滑动，两连杆5的另一端可通过轴销7分别铰接于合页盖6，所述活动环3设有容置合页盖6的两空腔31，从而活动环在连杆5上向底座2滑动时合页盖6能从空腔31内伸出，本领域技术人员可知的是，所述连杆5的数量可根据需要进行设置，可设置一根以及一根以上，对应空腔的数量和位置也可随之改变，所述压盖8位于活动环3的外侧，所述压盖8为圆环状，其内侧在合页盖6从空腔中伸出时能抵靠合页盖6向内闭合中心通孔。

参见图4，在其中一个优选实施例中，所述底座2的外缘设有与外管接手1的内螺纹10啮合的外螺纹20，从而将底座2固定至外管接手1的第一端内，所述底座2的底座中心通孔23优选为Ф36mm，以满足Ф32mm护孔筛管的通过，其中，所述底座2还设有限制所述活动环3受力后向左侧移动的限位圆环柱22，所述限位圆环柱22与所述底座2外缘之间的环形区域设有对称于中心轴线的2个透孔21。

参见图5，所述连杆5的一端设有连杆轴孔50，与所述合页盖6的合页轴孔60通过所述轴销7装配形成铰接的连接体，以使所述合页盖6能通过轴销7相对连杆进行旋转，所述连杆5的另一端穿过所述透孔21以固定于所述底座2，其中，所述合页盖6包含半圆形的本体，所述本体的圆弧边缘中部设有连接部，所述连接部设有合页轴孔，从而两个合页盖6向内旋转时能闭合形成一个圆形结构，对中心通孔进行封闭。

参见图6，所述活动环3的活动环中心通孔30为Ф36mm，以满足Ф32mm护孔筛管的通过，所述活动环3的外径与所述外管接手1内径相同，以能在其内进行滑动，所述活动环3的环形区域设有对称于轴线的空腔31，所述空腔31的上半部分大致为一方形以套装所述合页盖6和所述轴销7，下半部分为与所述连杆5外径匹配的圆孔以供连杆5贯穿，所述活动环3环形区域还设有对称于自身轴线的圆孔32，所述空腔31与所述圆孔32间隔分布，各自中心连线夹角为90°。

参见图7，所述压盖8的压盖中心通孔80为Ф36mm，以满足Ф32mm护孔筛管的通过，所述压盖8的外径与所述外管接手1内径相同，以能在其内滑动，所述压盖8设有对称于中心轴线的圆柱支腿81，所述圆柱支腿81与所述圆孔32相适配以对压盖8和活动环3的相对位置进行定位，所述压盖8还设有对称于自身轴线的限位凸台82，所述限位凸台82对应于所述空腔31的位置以更好的实现对合页盖6的抵靠闭合，所述圆柱支腿81与所述限位凸台82间隔分布，各自中心连线夹角为90°。

其中，所述压盖与所述外管接手之间设有密封圈，以密封两者之间的环形间隙。

参见图1和图8，还设有限位销9，所述限位销的外壁设有啮合于所述限位销孔12内螺纹的外螺纹，以固定于所述外管接手1，所述限位销9伸入外管接手1以对压盖8的位置进行限位。

其中，所述限位销端面设有槽口91以便于其拧卸。

由此，通过上述结构，依次将底座2、弹簧4、活动环3装入外管接手1内，并通过调整使透孔21的中心轴线与空腔31的中心轴线同轴，再将连杆5、合页盖6、轴销7的连接体依次穿过空腔31、弹簧4、透孔21，然后再将盖板8的支腿81装入活动环3的圆孔31内，最后将限位销9装配至限位销孔12。

其中，所述底座2装配至所述外管接手1后，可通过电焊将两者焊死，以防频繁使用导致啮合螺纹松动。

其中，所述连接体依次穿过所述空腔31和透孔21，并使轴销7的轴线与空腔31上半部分腔壁平行，再通过电焊的方式将连杆5固定于底座2。

其中，所述圆柱支腿81完全装入圆孔31后，限位凸台82抵住所述合页盖6，用以限制所述合页盖6沿所述轴销7逆时针方向旋转，当压盖8向左侧移动时，其推动所述合页盖6沿所述轴销7顺时针方向旋转。

其中，正常低压水钻进时，所述弹簧4阻止所述活动环3向左侧移动，整个装置中心通孔打开，中心通孔孔径为Ф36mm，低压水通过中心通孔向钻头供水，实现钻进。

其中，高压水水力扩孔时，所述压盖8右侧受高压水后推动所述活动3压缩所述弹簧4，直至活动环3左侧底面与所述底座2限位圆柱2顶面接触，在此整个运移过程中，所述合页盖6在所述限位凸台82和水压的作用下沿所述轴销7顺时针旋转，直至合页盖6底面盖合于活动环中心通孔30的右侧顶面，从而封闭装置中心通孔，高压水从所述水眼11射流，实现水力扩孔。

其中，完成钻进后下筛管作业时，关闭水源，所述弹簧4复位，推动所述活动环3、压盖8向右侧移动，所述合页盖6收回至所述空腔31内，此时，整个装置中心通孔完全打开，中心通孔孔径为Ф36mm，能够满足Ф32mm的筛管下入。

由此可见，本发明的优点在于：

1、其结构简单，操作方便，适用广泛，可重复使用，节约成本，提高效率。

2、低压水钻进时，水力扩孔装置中心通孔打开，水流通过所述中心通孔向钻头供水，实现正常钻进；在高压水射流扩孔时，该装置中心通孔闭合，高压水从外管接手水眼射流而出，实现高压水扩孔作业；待全孔完成后，关闭水源，弹簧复位，该装置中心通孔打开，此时，可通过该装置中心通孔下入护孔筛管，实现不提钻下筛管，解决现有随钻水力扩孔技术在煤矿井下碎软煤层顺层孔施工瓦斯抽采钻孔时，提钻后造穴点之间的通道被堵导致的护孔筛管不能下放到钻孔深度的问题。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (8)

1.一种中心通孔可开闭式水力扩孔装置，包含外管接手以及位于外管接手内的中心通孔开闭组件，其特征在于：

所述外管接手为圆筒状结构，包含第一端和第二端，所述第一端连接至钻头，第二端连接于钻杆，所述外管接手靠近第二端的管壁上设对称中心轴线设置的水眼和具有内螺纹的限位销孔；

所述中心通孔开闭组件包括底座、活动环、弹簧、连杆、合页盖和压盖，所述底座和压盖分别列于两端，所述连杆沿轴向延伸，一端固定于底座，另一端铰接于合页盖，所述弹簧套合于连杆的外缘且一端抵靠于底座、另一端抵靠于活动环，所述活动环设有空腔，所述空腔的上半部分套装所述合页盖，下半部分供连杆贯穿从而活动环在连杆上向底座滑动时合页盖从空腔内伸出，所述压盖位于活动环的外侧，所述压盖为圆环状，其内侧在合页盖从空腔中伸出时能抵靠合页盖向内转动以闭合中心通孔；

所述合页盖数量与所述连杆数量相同，所述合页盖包含本体，所述本体边缘设有连接部，所述连接部设有合页轴孔，从而合页盖向内旋转时能闭合形成一个圆形或其它结构来封闭中心通孔，所述活动环的环形区域设有对称于轴线的空腔，所述活动环环形区域还设有对称于自身轴线的圆孔，所述空腔与所述圆孔间隔分布，各自中心连线夹角为90°。

2.如权利要求1所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：所述第一端内设有内螺纹。

3.如权利要求1所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：所述底座的外缘设有与外管接手的内螺纹啮合的外螺纹从而将底座固定至外管接手内。

4.如权利要求1所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：所述底座设有限制所述活动环移动的限位圆环柱。

5.如权利要求1所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：所述连杆的一端设有连杆轴孔，与所述合页盖的合页轴孔通过轴销装配形成铰接的连接体，以使所述合页盖能通过轴销相对连杆进行旋转。

6.如权利要求1所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：所述压盖设有对称于中心轴线的圆柱支腿，所述圆柱支腿与所述圆孔相适配，所述压盖还设有对应于所述空腔的限位凸台以对合页盖进行抵靠闭合。

7.如权利要求1所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：还设有限位销，所述限位销的外壁设有啮合于所述限位销孔内螺纹的外螺纹以固定于所述外管接手，所述限位销伸入外管接手以对压盖的位置进行限位。

8.如权利要求7所述的中心通孔可开闭式水力扩孔装置，其特征在于：所述限位销端面设有槽口以便于其拧卸。

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