CN115874954B - 一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩石钻探技术领域，具体公开了一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，包括钻具驱动机组和工作面框架，所述工作面框架安装于所述钻具驱动机组的外侧，所述钻具驱动机组的传动端装接有钻探杆件；通过填充结构用于耐屈服强度的补强，增加钻杆装接点位置于所产生的高强震动以及屈服强度增大的承受力，同时对接状态下环形装配于让位槽腔的接点压力感应模块，在第一补强套筒进入对接母头后，分别位于钻探杆件的对接点首、中、尾部位置，使钻探杆件对接点位置受压时，经接点压力感应模块反馈当前受顶板层面瞬时压力所产生的接点屈服形变状态，使操作人员可及时获知钻探异常，进而及时将形变接点钻探杆件从钻孔内提升更换。

Description

一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置

技术领域

本发明涉及岩石钻探技术领域，特别涉及一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置。

背景技术

采掘面顶板岩层主要由老顶（基本顶）、直接顶、伪顶和煤层结构层所组成，其中老顶通常位于最上部，与直接顶岩石之间会保持相当间距，由砂岩、石灰岩和砂砾岩所组成，因此老顶底层结构拥有很大的厚度，同时因多岩层结构组成，坚硬程度相较于其于的结构层更高，该影响使钻探设备在老顶区间钻探至底层节点后，受制于底层节点岩坚硬度影响，其钻探钻杆接点位置因钻头端与老顶底结构层接触时，因老顶中层和底层硬度的瞬时变化产生的高强震动以及屈服强度增大，可能造成形变或脱杆现象的产生，而采掘工作面人员无法即时发现钻杆接点位置的屈服形变状态，进而产生钻探作业障碍。为此，我们提出一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，包括钻具驱动机组和工作面框架，所述工作面框架安装于所述钻具驱动机组的外侧，用于架设在钻探工作面的支撑，所述钻具驱动机组的传动端装接有钻探杆件，所述钻探杆件外侧设有接点对接组件，所述接点对接组件的内侧安装有用于将所述钻探杆件装接点补强并反映当前装接点屈服状态的接点屈服强度加强组件，所述接点屈服强度加强组件包括第一补强套筒和对接母头，所述第一补强套筒和所述对接母头安置于所述钻探杆件的上下两端，所述第一补强套筒的内侧通过内装接套环与所述钻探杆件的内壁固定连接，所述第一补强套筒贯穿所述对接母头且与所述对接母头滑动连接，用于相邻所述钻探杆件装接点承受屈服力的补强，所述第一补强套筒的底端固定连接有置送卡环，所述第一补强套筒和所述置送卡环的外壁均固定连接有若干个呈环形分布的接点压力感应模块。

本发明进一步的改进在于，所述接点对接组件包括第一接点套壳和第二接点套壳，所述第一接点套壳和所述第二接点套壳固定连接于所述钻探杆件的上下两端，用于所述钻探杆件端头钻探时与顶板层面结构的外接触防护。

本发明进一步的改进在于，所述第一补强套筒开设有两个让位槽腔，所述接点压力感应模块设于所述让位槽腔的内侧，用于所述对接母头和所述钻探杆件螺纹拧接点屈服状态反应的监测。

本发明进一步的改进在于，所述对接母头与所述第二接点套壳之间具有端头卡置腔，用于所述钻探杆件装接时前后端头的相互对位。

本发明进一步的改进在于，所述钻探杆件顶端内侧设有埋置腔槽，所述置送卡环随所述第一补强套筒滑动贯穿所述对接母头后，置于所述埋置腔槽内侧位置。

本发明进一步的改进在于，一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，具体包括以下步骤：

步骤S1、将钻探装置整体装带至采掘钻探工作面，通过首端钻探杆件与钻具驱动机组驱动端之间装接之后，将用于钻探的中段钻探杆件之间相互装配，进而适应当前工作面所需钻探长度；

步骤S2、将中段钻探杆件之间相互装配对接时，首先将第一补强套筒以及置送卡环向对接母头内侧插接，通过对接母头螺纹旋拧实现两个钻探杆件之间的固定，此时第一补强套筒和第二补强套筒相互套接，且钻探杆件的尾后端套接于端头卡置腔，使两个钻探杆件接点内受填充结构支撑，实现耐屈服强度的补强；

步骤S3、第一补强套筒进入对接母头内侧之后，置送卡环到达埋置腔槽位置，而让位槽腔到达对接母头内侧位置，进而反馈当前受顶板层面瞬时压力所产生的接点屈服形变状态，使操作人员及时获知钻探异常，将产生屈服形变状态位置的中钻探杆件提升取出后快速找准更换。

与现有技术相比，本发明通过第一补强套筒以及置送卡环向对接母头内侧插接，使第一补强套筒和第二补强套筒相互套接，此时钻探杆件的尾后端进入端头卡置腔，使钻探杆件相接点内通过填充结构用于耐屈服强度的补强，增加钻杆装接点位置于所产生的高强震动以及屈服强度增大的承受力，同时对接状态下环形装配于让位槽腔的接点压力感应模块，在第一补强套筒进入对接母头后，分别位于钻探杆件的对接点首、中、尾部位置，使钻探杆件对接点位置受压时，经接点压力感应模块反馈当前受顶板层面瞬时压力所产生的接点屈服形变状态，使操作人员可及时获知钻探异常，进而及时将形变接点钻探杆件从钻孔内提升更换，避免因继续作业所造成的钻探障碍扩大。

附图说明

图1为本发明一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置的组成图。

图2为本发明一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置中钻探杆件、接点对接组件和接点屈服强度加强组件的示意图。

图3为图2中A部的放大图。

图中：1、钻具驱动机组；2、工作面框架；3、钻探杆件；31、埋置腔槽；4、接点对接组件；41、第一接点套壳；42、第二接点套壳；5、接点屈服强度加强组件；51、第一补强套筒；511、让位槽腔；52、对接母头；521、第二补强套筒；522、端头卡置腔；53、内装接套环；54、接点压力感应模块；55、置送卡环。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，包括钻具驱动机组1和工作面框架2，工作面框架2安装于钻具驱动机组1的外侧，用于架设在钻探工作面的支撑，钻具驱动机组1的传动端装接有钻探杆件3，钻探杆件3外侧设有接点对接组件4，接点对接组件4的内侧安装有用于将钻探杆件3装接点补强并反映当前装接点屈服状态的接点屈服强度加强组件5，接点屈服强度加强组件5包括第一补强套筒51和对接母头52，第一补强套筒51和对接母头52安置于钻探杆件3的上下两端，第一补强套筒51的内侧通过内装接套环53与钻探杆件3的内壁固定连接，第一补强套筒51贯穿对接母头52且与对接母头52滑动连接，用于相邻钻探杆件3装接点承受屈服力的补强，第一补强套筒51的底端固定连接有置送卡环55，第一补强套筒51和置送卡环55的外壁均固定连接有若干个呈环形分布的接点压力感应模块54。

在本实施例中，为了保证钻探中位于相互对接钻探杆件3的接合接点抗形变强度，用以完成老顶区间底层节点位置的钻探，通过设置接点屈服强度加强组件5解决上述问题，在中段相邻钻探杆件3经钻具驱动机组1进行下探前，将相邻钻探杆件3的头尾两端对接，其中，第一接点套壳41和第一补强套筒51部分装接于钻探杆件3的尾后端，对接母头52和第二接点套壳42部分装接于钻探杆件3的头前端，将相邻两个钻探杆件3的头尾端对接时，首先将第一补强套筒51以及置送卡环55向对接母头52方向插接，直至对接母头52到达钻探杆件3尾后端的内螺纹槽位置后，通过螺纹旋拧将两个钻探杆件3之间螺接固定，此时第一补强套筒51置入第二补强套筒521内侧完成相互套接，而钻探杆件3的尾后端同时置入端头卡置腔522内侧位置，减少钻探杆件3相互对接点位置间隙，使两个钻探杆件3相接点内受填充结构支撑，提高受压时接点位置的抗形变力，实现耐屈服强度的补强，在第一补强套筒51置入对接母头52内侧之后，置送卡环55贯穿对接母头52并到达预留的埋置腔槽31位置，同时位于第一补强套筒51中部位置让位槽腔511内侧的接点压力感应模块54到达对接母头52内侧位置，而位于第一补强套筒51上端位置的让位槽腔511则位于钻探杆件3顶头端位置，在钻探杆件3外侧的第一接点套壳41和第二接点套壳42相互对接，通过钻具驱动机组1驱动端输送钻探杆件3向采掘面顶板岩层下钻时，第一接点套壳41、第二接点套壳42和对接母头52位置若因下钻到达顶板底层面与其坚硬岩层接触产生瞬时压力出现过度形变，则通过分隔式排布的接点压力感应模块54将对接点形变状态感应，反馈当前受顶板层面瞬时压力所产生的接点屈服形变状态，使操作人员可及时获知钻探过程中钻杆因到达老顶底层因高强震动以及屈服强度增大所产生的异常，进而可第一时间将产生屈服形变状态位置的中钻探杆件3提升取出后快速找准更换，用以快速恢复钻探作业的正常运行。

其中，接点对接组件4包括第一接点套壳41和第二接点套壳42，第一接点套壳41和第二接点套壳42固定连接于钻探杆件3的上下两端，用于钻探杆件3端头钻探时与顶板层面结构的外接触防护；第一接点套壳41和第二接点套壳42在相邻钻探杆件3的头尾两端拧接后，将钻探杆件3接合点部分防护厚度增加，旨于增加两个钻探杆件3接合点位置的抗挤压效果。

其中，第一补强套筒51开设有两个让位槽腔511，接点压力感应模块54设于让位槽腔511的内侧，用于对接母头52和钻探杆件3螺纹拧接点屈服状态反应的监测；让位槽腔511留有接点压力感应模块54接触检测时的让位空间，避免接点压力感应模块54产生微小形变变化并未产生钻探影响时，因接点压力感应模块54直接与第一接点套壳41接触触发误响应信号，在本实施例中，接点压力感应模块54可为压力传感器，在钻探杆件3接点处形变产生时，通过接点压力感应模块54感应压力信号，并通过连接外部服务器终端将感应信号直接回馈，使操作人员可及时在钻头端与老顶底结构层接触时产生的高强震动以及屈服强度增大产生后，获得钻探杆件3接点形变程度。

其中，对接母头52与第二接点套壳42之间具有端头卡置腔522，用于钻探杆件3装接时前后端头的相互对位；两个钻探杆件3相互接合完成后，钻探杆件3尾底端置入端头卡置腔522内，给于钻探杆件3尾底端一个内置让位空间，并通过第二接点套壳42覆盖于钻探杆件3的低尾端起到钻进过程中与岩层接触时的外挤压防护作用。

其中，钻探杆件3顶端内侧设有埋置腔槽31，置送卡环55随第一补强套筒51滑动贯穿对接母头52后，置于埋置腔槽31内侧位置；埋置腔槽31给于置送卡环55以及环形分布于置送卡环55外侧的接点压力感应模块54埋置空间，在第一补强套筒51向对接母头52内侧推进直至置送卡环55到达埋置腔槽31内侧位置后，置送卡环55外侧设置的接点压力感应模块54在钻探杆件3的顶头端位置因钻探过产生管壁形变时，将信息上传反馈。

本发明的工作原理是：到达需钻探的采掘工作面后，将工作面框架2置入工作面支撑，之后将相邻钻探杆件3的头尾两端通过对接母头52螺接对接，第一补强套筒51置入第二补强套筒521内侧完成相互套接，而钻探杆件3的尾后端同时置入端头卡置腔522内侧位置，减少钻探杆件3相互对接点位置间隙，用于补强其对接点的抗屈服性能，在完成装接后即通过钻具驱动机组1驱动钻探杆件3开始钻进下探，而第一接点套壳41、第二接点套壳42和对接母头52位置若因下钻到达顶板底层面与其坚硬岩层接触产生瞬时压力出现过度形变时，通过分隔式排布的接点压力感应模块54将钻探杆件3对接点形变反应状态感应，并反馈到外部服务器，使操作人员可获知当前受顶板层面瞬时压力所产生的钻探杆件3接合处屈服形变状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，包括钻具驱动机组（1）和工作面框架（2），所述工作面框架（2）安装于所述钻具驱动机组（1）的外侧，用于架设在钻探工作面的支撑，其特征在于，所述钻具驱动机组（1）的传动端装接有钻探杆件（3），所述钻探杆件（3）外侧设有接点对接组件（4），所述接点对接组件（4）的内侧安装有用于将所述钻探杆件（3）装接点补强并反映当前装接点屈服状态的接点屈服强度加强组件（5）；

所述接点屈服强度加强组件（5）包括第一补强套筒（51）和对接母头（52），所述第一补强套筒（51）和所述对接母头（52）安置于所述钻探杆件（3）的上下两端，所述第一补强套筒（51）的内侧通过内装接套环（53）与所述钻探杆件（3）的内壁固定连接，所述第一补强套筒（51）贯穿所述对接母头（52）且与所述对接母头（52）滑动连接，用于相邻所述钻探杆件（3）装接点承受屈服力的补强，所述第一补强套筒（51）的底端固定连接有置送卡环（55），所述第一补强套筒（51）和所述置送卡环（55）的外壁均固定连接有若干个呈环形分布的接点压力感应模块（54）。

2.根据权利要求1所述的一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，其特征在于：所述接点对接组件（4）包括第一接点套壳（41）和第二接点套壳（42），所述第一接点套壳（41）和所述第二接点套壳（42）固定连接于所述钻探杆件（3）的上下两端，用于所述钻探杆件（3）端头钻探时与顶板层面结构的外接触防护。

3.根据权利要求2所述的一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，其特征在于：所述第一补强套筒（51）开设有两个让位槽腔（511），所述接点压力感应模块（54）设于所述让位槽腔（511）的内侧，用于所述对接母头（52）和所述钻探杆件（3）螺纹拧接点屈服状态反应的监测。

4.根据权利要求3所述的一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，其特征在于：所述对接母头（52）与所述第二接点套壳（42）之间具有端头卡置腔（522），用于所述钻探杆件（3）装接时前后端头的相互对位。

5.根据权利要求4所述的一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，其特征在于：所述钻探杆件（3）顶端内侧设有埋置腔槽（31），所述置送卡环（55）随所述第一补强套筒（51）滑动贯穿所述对接母头（52）后，置于所述埋置腔槽（31）内侧位置。

6.根据权利要求5所述的一种用于采掘工作面顶板岩石的钻探装置，其特征在于，具体包括以下使用步骤：

步骤S1、将钻探装置整体装带至采掘钻探工作面，通过首端钻探杆件（3）与钻具驱动机组（1）驱动端之间装接之后，将用于钻探的中段钻探杆件（3）之间相互装配，进而适应当前工作面所需钻探长度；

步骤S2、将中段钻探杆件（3）之间相互装配对接时，首先将第一补强套筒（51）以及置送卡环（55）向对接母头（52）内侧插接，通过对接母头（52）螺纹旋拧实现两个钻探杆件（3）之间的固定，此时第一补强套筒（51）和第二补强套筒（521）相互套接，且钻探杆件（3）的尾后端套接于端头卡置腔（522），使两个钻探杆件（3）相接点内受填充结构支撑，实现耐屈服强度的补强；

步骤S3、第一补强套筒（51）进入对接母头（52）内侧之后，置送卡环（55）到达埋置腔槽（31）位置，而让位槽腔（511）到达对接母头（52）内侧位置，进而反馈当前受顶板层面瞬时压力所产生的接点屈服形变状态，使操作人员及时获知钻探异常，将产生屈服形变状态位置的中钻探杆件（3）提升取出后快速找准更换。

Images