CN113775293A - 一种用于钻头定向钻进的换向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于钻头定向钻进的换向装置，属于煤矿钻机技术领域，包括转向壳体，转向壳体的内部一端旋转摆动设置检测定位钻杆，转向壳体的内部另一端转动设置外段为空心的钻杆连接轴，钻杆连接轴的内端设置铰接座，检测定位钻杆的内端铰接在铰接座内，检测定位钻杆的内端设置转向块，钻杆连接轴的内部空心用于通入压力水，转向壳体上沿轴向开设滑孔，滑孔内滑动设置顶杆，顶杆的尾部沿轴向开设盲孔，钻杆连接轴上开设过水孔，转向壳体上设置两端分别与盲孔和过水孔相连通的压力管路。本发明利用控制通入钻杆连接轴内腔中的水的压力来实现控制钻进角度，普通钻杆稍加改造就能应用，有效提高了普通钻机的利用率且节约资源。

Description

一种用于钻头定向钻进的换向装置
技术领域
本发明涉及煤矿钻机技术领域，具体涉及一种用于钻头定向钻进的换向装置。
背景技术
煤矿用深孔钻车是新一代履带行走的探水、探瓦斯、探断层、放顶、注水等的钻孔设备，主要用于掘进工作面有防突措施要求的在软岩或煤层中实施密集形钻孔，也适用于其他场合。在煤矿井下钻孔施工过程中，由于钻杆自重、遇到岩石等情况，会造成钻杆产生弧度，成孔线性效果与设计产生偏差。尤其在定向钻孔，深孔钻孔时，偏差更为明显，造成实际施工与设计严重不符。而现今市场上的定向钻机的核心定向技术均采用孔底马达控制角度进行定向钻进，缺陷是整套专用设备不仅成本昂贵，而且普通钻机利用率低，造成资源的浪费。
因此，本发明是对在现有普通钻机的基础上，使常规钻杆能带动钻头精确转向装置同样实现定向定位的目的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于钻头定向钻进的换向装置，利用控制通入钻杆连接轴内腔中的水的压力来实现控制钻进角度，只需与普通钻杆连接，并对普通钻机进行改造就能实现定向钻进，无需采用成本昂贵的孔底螺杆马达及通缆钻杆，有效提高了普通钻机的利用率且节约资源。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于钻头定向钻进的换向装置，包括转向壳体，所述转向壳体的内部一端旋转摆动设置有检测定位钻杆，所述转向壳体的内部另一端转动设置有外段为空心的钻杆连接轴，所述钻杆连接轴的内端设置有铰接座，所述检测定位钻杆的内端铰接在所述铰接座内，所述检测定位钻杆的内端设置有转向块，所述钻杆连接轴的内部空心用于通入压力水，所述转向壳体上沿轴向开设有滑孔，所述滑孔内滑动设置有与所述转向块相配合的顶杆，所述顶杆的尾部沿轴向开设有盲孔，所述钻杆连接轴上开设有过水孔，所述转向壳体上设置有两端分别与所述盲孔和所述过水孔相连通的压力管路。
进一步地，所述转向壳体包括主壳体、副壳体、定向套和端盖，所述副壳体位于所述主壳体和所述端盖之间，所述压力管路设置在所述副壳体上，所述主壳体的一端设置有定向套，所述副壳体和所述端盖通过螺栓紧固在所述主壳体的另一端，且所述定向套的内径大于所述检测定位钻杆的外径。
进一步地，所述检测定位钻杆通过第二轴承转动设置在所述转向壳体的内部一端，且所述第二轴承安装在所述定向套内。
进一步地，所述压力管路包括环形水槽和连通水槽，所述环形水槽沿所述钻杆连接轴的径向开设在所述副壳体上，所述连通水槽的一端与所述环形水槽相连通另一端与所述盲孔相连通。
进一步地，所述盲孔的端部设置有外沿，面向所述外沿的所述滑孔的端部开设有阶梯孔，所述阶梯孔内设置有复位弹簧。
进一步地，所述副壳体内且位于所述环形水槽的两侧分别设置一个第一密封圈。
进一步地，所述滑孔内设置有第二密封圈。
进一步地，所述检测定位钻杆的外端安装有钻头。
进一步地，所述主壳体的外表面设置有翅片。
进一步地，所述副壳体内设置有与所述钻杆连接轴相配合的第一轴承。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明主要是利用高低压水相互切换，实现控制定位装置的转角；
2、本发明无需采用孔底螺杆马达及通缆钻杆成本大幅度降低；
3、本发明只需与普通钻杆连接，并对普通钻机进行改造就能实现定向钻进。
4、本发明维护方便，且与钻机动力头连接，大大提高了钻进效率。
附图说明
图1为本发明在正常打钻状态下的结构示意图；
图2为本发明在转向状态下的结构示意图；
图3为本发明与钻头的装配结构示意图；
附图标记：
转向壳体100；主壳体110翅片111；；副壳体120；第一密封圈121；第一轴承122；定向套130；端盖140；压力管路150；环形水槽151；连通水槽152；第二轴承200；检测定位钻杆300；钻杆连接轴400；铰接座410；转向块420；滑孔430；阶梯孔431；复位弹簧432；第二密封圈433；顶杆440；盲孔450；外沿451；钻头500。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-3，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示：一种用于钻头定向钻进的换向装置，包括转向壳体，所述转向壳体的内部一端旋转摆动设置有检测定位钻杆，所述转向壳体的内部另一端转动设置有外段为空心的钻杆连接轴，所述钻杆连接轴的内端设置有铰接座，所述检测定位钻杆的内端铰接在所述铰接座内，所述检测定位钻杆的内端设置有转向块，所述钻杆连接轴的内部空心用于通入压力水，所述转向壳体上沿轴向开设有滑孔，所述滑孔内滑动设置有与所述转向块相配合的顶杆，所述顶杆的尾部沿轴向开设有盲孔，所述钻杆连接轴上开设有过水孔，所述转向壳体上设置有两端分别与所述盲孔和所述过水孔相连通的压力管路。
具体而言，如图1和图2所示，一种用于钻头定向钻进的换向装置，包括转向壳体100，所述转向壳体100的内部一端旋转摆动设置有检测定位钻杆300，所述转向壳体100的内部另一端转动设置有外段为空心的钻杆连接轴400，所述钻杆连接轴400的内端设置有铰接座410，所述检测定位钻杆300的内端铰接在所述铰接座410内，所述检测定位钻杆300的内端设置有转向块420，所述钻杆连接轴400的内部空心用于通入压力水，所述转向壳体100上沿轴向开设有滑孔430，所述滑孔430内滑动设置有与所述转向块420相配合的顶杆440，所述顶杆440的尾部沿轴向开设有盲孔450，所述钻杆连接轴400上开设有过水孔，所述转向壳体100上设置有两端分别与所述盲孔450和所述过水孔相连通的压力管路150。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，所述转向壳体100包括主壳体110、副壳体120、定向套130和端盖140，所述副壳体120位于所述主壳体110和所述端盖140之间，所述压力管路150设置在所述副壳体120上，所述主壳体110的一端设置有定向套130，所述副壳体120和所述端盖140通过螺栓紧固在所述主壳体110的另一端，且所述定向套130的内径大于所述检测定位钻杆300的外径。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了提高检测定位钻杆300旋转和摆动的顺畅性和可靠性，所述检测定位钻杆300通过第二轴承200转动设置在所述转向壳体100的内部一端，且所述第二轴承200安装在所述定向套130内。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，所述压力管路150包括环形水槽151和连通水槽152，所述环形水槽151沿所述钻杆连接轴400的径向开设在所述副壳体120上，所述连通水槽152的一端与所述环形水槽151相连通另一端与所述盲孔450相连通。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了实现顶杆440的自动复位，在所述盲孔450的端部设置有外沿451，面向所述外沿451的所述滑孔430的端部开设有阶梯孔431，所述阶梯孔431内设置有复位弹簧432。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了避免高压水逸出，在所述副壳体120内且位于所述环形水槽151的两侧分别设置一个第一密封圈121。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了避免高压水由滑孔430与顶杆440之间的缝隙逸出，在所述滑孔430内设置有第二密封圈433。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，所述检测定位钻杆300的外端安装有钻头500。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，所述主壳体110的外表面设置有翅片111。
根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了增加钻杆连接轴400与副壳体120之间的运动顺畅性，在所述副壳体120内设置有与所述钻杆连接轴400相配合的第一轴承122。
本发明的工作方法（或工作原理）：
当钻杆内为低压水时，钻杆连接轴400高速旋转带动检测定位钻杆300旋转，检测定位钻杆300带动钻头500旋转，当钻头500受到煤壁反作用力的情况下，检测定位钻杆300内端同时受到反作用力向后运动并紧贴钻杆连接轴400内端的铰接座410，钻杆进行直行打钻。当需要转向时，钻机停止钻进，钻杆连接轴400内通入高压水，当持续高压水的水压大于转向装置的反作用力时，推动转向装置内的顶杆，顶杆推动检测定位钻杆300内端的转向块向前运动，启动钻机带动钻杆连接轴400慢速旋转一定设置角度，钻杆连接轴400连接转向装置精确转角，从而实现定向功能。本发明在低压水时正常打孔钻进，高压水时顶杆伸出推动转向块旋转设定角度，再通过电子精确反馈实时位置，实现定向钻孔的目的。
此外，本发明能够在普通钻机基础上，加以改进，使其成为可调可控的定向钻机，通过监测获得钻头实时轨迹显示，提高了钻机的精度，在煤矿瓦斯治理方面，既有效利用普通钻机节约资源大大降低成本，又实现监控钻孔方向钻头定向的目的，普及性高，整体提高了瓦斯治理效率。同时，本发明节约了资源，有效提高普通钻机利用率，而且也响应国家技术创新要求。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：包括转向壳体(100)，所述转向壳体(100)的内部一端旋转摆动设置有检测定位钻杆(300)，所述转向壳体(100)的内部另一端转动设置有外段为空心的钻杆连接轴(400)，所述钻杆连接轴(400)的内端设置有铰接座(410)，所述检测定位钻杆(300)的内端铰接在所述铰接座(410)内，所述检测定位钻杆(300)的内端设置有转向块(420)，所述钻杆连接轴(400)的内部空心用于通入压力水，所述转向壳体(100)上沿轴向开设有滑孔(430)，所述滑孔(430)内滑动设置有与所述转向块(420)相配合的顶杆(440)，所述顶杆(440)的尾部沿轴向开设有盲孔(450)，所述钻杆连接轴(400)上开设有过水孔，所述转向壳体(100)上设置有两端分别与所述盲孔(450)和所述过水孔相连通的压力管路(150)。
2.如权利要求1所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述转向壳体(100)包括主壳体(110)、副壳体(120)、定向套(130)和端盖(140)，所述副壳体(120)位于所述主壳体(110)和所述端盖(140)之间，所述压力管路(150)设置在所述副壳体(120)上，所述主壳体(110)的一端设置有定向套(130)，所述副壳体(120)和所述端盖(140)通过螺栓紧固在所述主壳体(110)的另一端，且所述定向套(130)的内径大于所述检测定位钻杆(300)的外径。
3.如权利要求2所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述压力管路(150)包括环形水槽(151)和连通水槽(152)，所述环形水槽(151)沿所述钻杆连接轴(400)的径向开设在所述副壳体(120)上，所述连通水槽(152)的一端与所述环形水槽(151)相连通另一端与所述盲孔(450)相连通。
4.如权利要求2所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述盲孔(450)的端部设置有外沿(451)，面向所述外沿(451)的所述滑孔(430)的端部开设有阶梯孔(431)，所述阶梯孔(431)内设置有复位弹簧(432)。
5.如权利要求3所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述副壳体(120)内且位于所述环形水槽(151)的两侧分别设置一个第一密封圈(121)。
6.如权利要求1至5任一项所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述滑孔(430)内设置有第二密封圈(433)。
7.如权利要求1至5任一项所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述检测定位钻杆(300)的外端安装有钻头(500)。
8.如权利要求2所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述检测定位钻杆(300)通过第二轴承(200)转动设置在所述转向壳体(100)的内部一端，且所述第二轴承(200)安装在所述定向套(130)内。
9.如权利要求2所述的用于钻头定向钻进的换向装置，其特征在于：所述副壳体(120)内设置有与所述钻杆连接轴(400)相配合的第一轴承(122)。
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