CN117868928A - 钻杆结构和钻机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种钻杆结构和钻机，钻杆结构包括杆体、钻头组件和锁止机构，杆体底部形成有开口的腔体；钻头组件包括钻头和连接于钻头的芯管，芯管远离钻头的一端活动插装于腔体，芯管侧壁形成有配合部；锁止机构具有锁止位置和解锁位置，锁止机构包括锁止件、活动杆和滑轨；锁止件一端可解锁地锁止于配合部，锁止件另一端通过活动杆可解锁地连接于芯管；滑轨固定连接于腔体的内侧壁，且活动杆滑动连接于滑轨；在锁止位置，锁止件锁止于配合部且能够随芯管的转动而绕芯管的轴线跟随转动；在解锁位置，锁止件脱离配合部后随芯管的转动而将活动杆脱离于芯管。该钻杆结构可以在钻头被缠住时快速脱卡，进而减少因卡钻而脱卡困难的情况发生。

Description

钻杆结构和钻机

技术领域

本公开涉及煤矿施工设备领域，具体地，涉及一种钻杆结构和钻机。

背景技术

为了提高工人在煤矿巷道中施工作业的安全性，煤矿巷道的顶板目前大多采用锚杆和锚索来进行支护加固，这种加固方式提高了巷道下施工作业的安全性，但在从地面向下对巷道进行钻孔作业时，会导致钻头在贯通巷道时，被巷道中的锚杆锚索缠住，进而产生卡钻后脱卡困难的情况发生。

发明内容

本公开的目的是提供一种钻杆结构和钻机，该钻杆结构可以在钻头被锚杆锚索缠住时进行快速脱卡，进而减少因卡钻而脱卡困难的情况发生，以至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本公开的第一方面，提供一种钻杆结构，包括杆体，底部形成有开口的腔体；钻头组件，包括钻头以及连接于所述钻头的芯管，所述芯管远离所述钻头的一端活动插装于所述腔体，所述芯管的侧壁形成有配合部；以及锁止机构，具有锁止位置和解锁位置，所述锁止机构包括锁止件、活动杆和滑轨；所述锁止件的一端可解锁地锁止于所述配合部，所述锁止件的另一端通过所述活动杆可解锁地连接于所述芯管；所述滑轨固定连接于所述腔体的内侧壁，且所述活动杆滑动连接于所述滑轨；在所述锁止位置，所述锁止件锁止于所述配合部且能够随所述芯管的转动而绕所述芯管的轴线跟随转动；在所述解锁位置，所述锁止件脱离于所述配合部后随所述芯管的转动而将所述活动杆脱离于所述芯管。

可选地，所述活动杆包括第一杆体，以及连接于所述第一杆体的连接组件，所述第一杆体通过所述连接组件可拆卸地连接于所述芯管；所述锁止件包括连接于所述第一杆体远离所述连接组件一端的第二杆体，以及连接于所述第二杆体且与所述配合部可拆卸连接的锁止部。

可选地，所述连接组件包括连接于所述芯管的安装轴，所述第一杆体的一端设有与所述安装轴连接的安装孔，所述安装孔沿其轴向可拆卸地连接于所述安装轴，所述杆体在第一方向转动时，所述安装轴插装于所述安装孔以实现转动连接；当所述杆体在与所述第一方向相反的第二方向转动时，所述安装轴能够脱离于所述安装孔以实现杆体与所述芯管的分离；和/或，所述第一杆体和所述第二杆体之间设有铰接件，所述第二杆体通过所述铰接件相对所述第一杆体旋转。

可选地，所述安装轴轴线的延伸方向平行于所述芯管的外侧壁的切线方向，且垂直于所述芯管轴线的延伸方向。

可选地，所述活动杆和所述连接组件的数量均为多个，且沿所述芯管的周向间隔布置，所述连接组件与所述活动杆一一对应。

可选地，所述第一杆体上设有能够沿所述滑轨的延伸方向滑动的滑动轴承组件。

可选地，所述锁止件构造为连接于所述第二杆体且朝向所述芯管方向延伸的凸起，所述配合部构造为内凹于所述芯管外侧壁的凹槽。

可选地，所述杆体包括螺纹连接的第一套筒和第二套筒，所述滑轨设于所述第一套筒，所述锁止件能够通过所述第二杆体穿过所述第二套筒后与所述配合部锁止。

可选地，所述杆体在沿第一方向转动时，所述第一套筒螺纹锁紧于所述第二套筒，所述芯管跟随所述第一套筒的转动而转动，所述杆体在沿与所述第一方向相反的第二方向转动时，所述第一套筒螺纹脱开于所述第二套筒。

本公开的第二方面，提供一种钻机，所述钻机包括钻杆结构，所述钻杆结构可采用上述任一可选方案中所述的钻杆结构。

通过上述技术方案，即本公开所提供的钻杆结构，当钻头被井下的锚杆锚索缠住时，工作人员可以远程操纵杆体向上提起，此时腔体相对于芯管向上移动，由于滑轨固定连接于腔体的内侧壁，在杆体向上提起的过程中，活动杆会沿着滑轨的延伸方向相对滑动，活动杆朝向远离芯管的一侧滑动，进而带动锁止件脱离于配合部，此时锁止机构已完成从锁止位置到解锁位置的变化，最后通过旋转杆体，由于芯管已经脱离于杆体，芯管便不会跟随杆体的转动而转动，在杆体的旋转过程中，活动杆会脱离于芯管，进而完成脱卡，该钻杆结构可以在钻机卡钻时更便于进行脱卡，可以减少因卡钻而导致钻头脱卡困难的情况发生。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式中提供的钻杆结构脱卡后的正视图；

图2是本公开示例性实施方式中提供的钻杆结构的侧视图；

图3是本公开示例性实施方式中提供的钻杆结构内部结构的正视图；

图4是本公开示例性实施方式中提供的钻杆结构脱卡后内部结构的正视图；

图5是图4中B位置的局部放大图；

图6是本公开示例性实施方式中提供的钻杆结构脱卡后完全解体的正视图。

附图标记说明

1-杆体；101-腔体；110-第一套筒；120-第二套筒；2-钻头组件；201-钻头；202-芯管；203-配合部；3-锁止机构；310-锁止件；311-第二杆体；312-锁止部；320-活动杆；321-第一杆体；3211-安装孔；322-连接组件；3221-安装轴；330-滑轨；340-铰接件；350-滑动轴承组件。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指相对于部件或结构本身轮廓的上、下，也可以是参照图1至图6中图面方向的上、下，“内、外”是指相对于部件或结构本身轮廓的内、外，“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性，此外，不同参考附图中的同一附图标记表示相同的要素。

发明人经研究发现，为了提高煤矿巷道中施工作业的安全性，煤矿巷道的顶板目前大多采用锚杆和锚索来进行支护加固，这种加固方式提高了巷道下施工作业的安全性，但在从地面向下对巷道进行钻孔作业时，会导致钻头在贯通巷道时，被巷道中的锚杆锚索缠住，进而产生卡钻的风险，且经查阅相关技术后发现，现有的脱卡装置通常在钻头发生卡钻情况时，是通过钻头侧壁的撞击伸缩杆来撞击钻头所在卡钻位置的巷道侧壁，进而将巷道侧壁的岩石或土壤击碎，以扩大钻头的活动空间进行脱卡，而该种脱卡方式容易造成撞击伸缩杆长时间撞击后产生损坏的问题。

基于上述现有技术所存在的问题，本公开的第一方面，提供一种钻杆结构，该钻杆结构可以在钻头被锚杆锚索缠住时进行脱卡，进而避免卡钻的风险发生，参考图1至图6所示，该钻杆结构包括杆体1、钻头组件2以及锁止机构3，杆体1的底部形成有开口的腔体101；钻头组件2包括钻头201以及连接于钻头201的芯管202，芯管202远离钻头201的一端活动插装于腔体101，芯管202的侧壁形成有配合部203；锁止机构具有锁止位置和解锁位置，锁止机构3包括锁止件310、活动杆320和滑轨330；锁止件310的一端可解锁地锁止于配合部203，锁止件310的另一端通过活动杆320可解锁地连接于芯管202；滑轨330固定连接于腔体101的内侧壁，且活动杆320滑动连接于滑轨330；在锁止位置，锁止件310锁止于配合部203且能够随芯管202的转动而绕芯管202的轴线跟随转动；在解锁位置，锁止件310脱离于配合部203后随芯管202的转动而将活动杆320脱离于芯管202。

通过这种方式，在钻杆结构正常向下钻孔作业时，即为图3所示的状态，此时锁止件310的一端锁止于芯管202上的配合部203，锁止机构3整体可以跟随芯管202绕芯管202的中心轴线进行旋转，芯管202的旋转可以带动钻头201旋转而进行向下钻孔，当钻头201被井下的锚杆锚索缠住时，工作人员可以远程操纵杆体1向上提起，此时腔体101相对于芯管202向上移动，由于滑轨330固定连接于腔体101的内侧壁，在杆体1向上提起的过程中，活动杆320会沿着滑轨330的延伸方向相对滑动，即由图3转变为图4的状态，活动杆320朝向远离芯管202的一侧滑动，进而带动锁止件310脱离于配合部203，此时锁止机构3已完成从锁止位置到解锁位置的变化，最后通过旋转杆体1，由于芯管202已经脱离于杆体1，芯管202便不会跟随杆体1的转动而转动，在杆体1的旋转过程中，活动杆320会脱离于芯管202，进而完成脱卡，该钻杆结构可以在钻机卡钻时更便于进行脱卡，脱卡后，可以将钻头组件2整体留在井下，将其余部件向上吊起后，将新的钻头组件2的芯管202插装于腔体101，再次进行钻孔作业。这样，也可以减少因卡钻现象的发生而导致钻杆结构的大部分零件被废弃在井下的情况。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，活动杆320包括第一杆体321，以及连接于第一杆体321的连接组件322，第一杆体321通过连接组件322可拆卸地连接于芯管202；锁止件310包括连接于第一杆体321远离连接组件322一端的第二杆体311，以及连接于第二杆体311且与配合部203可拆卸连接的锁止部312。通过这种方式，参考图4和图5所示，第一杆体321和通过连接组件322与芯管202可拆卸连接，可以便于锁止机构3在由锁止位置切换到解锁位置时，第一杆体321能够更方便地脱离于芯管202，其中，连接组件322可以是任意合适的能够相对于第一杆体321和芯管202之间可拆卸的结构，例如卡扣挂钩、螺纹配合、轴孔配合等结构，第二杆体311可以在锁止机构3由锁止位置切换到解锁位置时，向远离芯管202的一侧进行移动，参考图1至图4所示，杆体1的侧壁上可以设置供第二杆体311穿过的槽体，在锁止部312脱离于配合部203时，第二杆体311可以从腔体101内移动至杆体1的外侧，以完成解锁操作。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，连接组件322包括连接于芯管202的安装轴3221，第一杆体321的一端设有与安装轴3221连接的安装孔3211，安装孔3211沿其轴向可拆卸地连接于安装轴3221，杆体1在第一方向转动时，安装轴3221插装于安装孔3211以实现转动连接；当杆体1在于所述第一方向相反的第二方向转动时，安装轴3221能够脱离于安装孔3211以实现杆体1与芯管202的分离；和/或，第一杆体321和第二杆体311之间设有铰接件340，第二杆体311通过铰接件340相对于第一杆体321旋转。通过这种方式，在钻杆结构正常工作时，芯管202的转动会带动安装轴3221绕着芯管202的旋转中心进行转动，此时安装轴3221和安装孔3211轴孔配合，同时，安装轴3221一端设有一个止挡面(参考图5所示，止挡面为安装轴3221在图5后侧的方形面)，止挡面可以抵接在第一杆体321在图5中朝向图面方向内侧的一面，此时第一方向可以是从图4的图面方向从上到下观看的情况下，芯管202逆时针旋转的方向，第二方向可以是芯管202顺时针旋转的方向，在芯管202逆时针旋转时，止挡面会挡住安装孔3211，进而挡住第一杆体321，让第一杆体321能够跟随芯管202一起逆时针旋转，在芯管202顺时针旋转时，安装轴3221会脱离于安装孔3211，此时第一杆体321与芯管202分离，进而完成脱卡后将芯管202和钻头201废弃在井下，将其余部件带到井上；而铰接件340可以让第一杆体321和第二杆体311之间更加灵活地连接，即锁止机构在由锁止位置转变为解锁位置时，第一杆体321会沿着滑轨330滑动，此时第一杆体321会通过铰接件340带动第二杆体311进行摆动，以更灵活地将锁止部312脱离于配合部203。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，安装轴3221轴线的延伸方向平行于芯管202的外侧壁的切线方向，且垂直于所述芯管202轴线的延伸方向。通过这种方式，在锁止机构由锁止位置向解锁位置转变时，芯管202会相对于杆体1发生相对旋转，安装轴3221会与安装孔3211发生相对位移，而安装轴3221的轴线以上述方式进行布置，安装轴3221可以更流畅地脱离于安装孔3211，这样，在脱卡操作时，可以防止安装轴3221与安装孔3211因连接不当而造成无法相互分离的情况，进而减少脱卡困难的情况发生，可以提高脱卡过程的顺畅度。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，活动杆320和连接组件322的数量均为多个，且沿芯管202的周向间隔布置，连接组件322与活动杆320一一对应。通过这种方式，多个活动杆320分别连接于多个连接组件322，而也可以在芯管202的侧壁设置多个配合部203，这样，多个活动杆320上的锁止件310可以与多个配合部203一一对应锁止，这样，该钻该结构在处于锁止位置时，多个锁止件310和多个配合部203的相互配合可以更牢固地将芯管202锁止在腔体101内，在钻井施工时可以为钻头201和芯管202提供更稳定的连接性能。

在一些实施方式中，参考图3至图6所示，第一杆体321上设有能够沿滑轨330的延伸方向滑动的滑动轴承组件350。通过这种方式，具体可以参考图3和图4所示，钻杆结构在由图3的锁止位置转变为图4的解锁位置时，杆体1会相对于芯管202向上移动，在此过程中，由于杆体1与芯管202的相对移动，图3中的两个第一杆体321会分别通过两个滑动轴承组件350进行摆动，两个滑动轴承组件350会沿着图3中横向延伸的两个滑轨330分别朝向远离芯管202的一侧移动，即参考图3至图4的变化，在图3中，第一杆体321处于竖直状态，在图4中，第一杆体321通过滑动轴承组件350的滑动而带动其自身进行摆动，进而摆动至图4所示的水平状态，此时第二杆体311也跟随第一杆体321的摆动而穿过杆体1侧壁的槽体移动至杆体1外，以完成从锁止位置到解锁位置的转变。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，锁止件310构造为连接于第二杆体311且朝向芯管202方向延伸的凸起，配合部203构造为内凹于芯管202外侧壁的凹槽。通过这种方式，在锁止位置时，多个凸起可以插入到芯管202外侧壁的凹槽内，在钻杆结构正常工作时，第二杆体311可以通过凸起与凹槽相互插接配合的方式跟随芯管202进行转动，在解锁位置时，凸起脱离于芯管202外侧壁的凹槽，第二杆体311不跟随芯管202进行转动，以完成脱卡。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，杆体1包括螺纹连接的第一套筒110和第二套筒120，滑轨330设于第一套筒110，锁止件310能够通过第二杆体311穿过第二套筒120后与配合部203锁止。通过这种方式，当钻杆结构在井下发生卡钻时，为避免杆体1受井下锚杆锚索的卡钻限位而无法转动的情况，可以将杆体1制作为可以相互分离的第一套筒110和第二套筒120，这样，在进行脱卡操作时，第一套筒110可以相对于第二套筒120发生相对转动，进而将第二套筒120螺纹脱开于第一套筒110，此时可以将脱卡后的钻头201、芯管202以及第二套筒120全部舍弃在井下，将剩余部件提到地面上，以完成脱卡，这样，可以保证脱卡过程中的顺利进行，可以避免该钻杆结构在卡钻时无法脱卡的情况。

在一些实施方式中，参考图1至图6所示，杆体1在沿第一方向转动时，第一套筒110螺纹锁紧于第二套筒120，芯管202跟随第一套筒110的转动而转动，杆体1在沿与第一方向相反的第二方向转动时，第一套筒110螺纹脱开于第二套筒120。通过这种方式，在该钻杆结构正常工作时，第一套筒110可以沿第一方向转动，此时第二套筒120螺纹锁紧于第一套筒110，芯管202也可以跟随第一套筒110沿着第一方向进行转动，在发生卡钻情况时，钻杆结构由锁止位置切换到解锁位置后，第一套筒110可以沿着与第一方向相反的第二方向进行转动，此时第一套筒110螺纹脱开于第二套筒120后，芯管202也通过沿第二方向转动而将安装轴3221脱离于连接于滑轨330的第一杆体321上的安装孔3211，进而完成芯管202与第一套筒110的分离，以完成脱卡的整体流程。

需要说明的是，本公开对于第一方向和第二方向的具体朝向不做具体限定，只需满足第一方向与第二方向选项相反即可，例如，当第一方向是芯管202顺时针旋转时，第二方向即为芯管202逆时针旋转；当第一方向是芯管202逆时针旋转时，第二方向即为芯管202顺时针旋转。

本公开的第二方面提供一种钻机，该钻机包括钻杆结构，而该钻杆结构可以包括上述具体实施方式中的所有有益效果。

为便于本领域技术人员更方便地理解钻杆结构脱卡的工作原理，本公开示例性地描述钻杆结构脱卡的整体过程，例如可以包括以下步骤：

S1：钻杆结构在正常工作状态时，为图3所示的姿态；

S2：当钻杆结构发生卡钻时，由于钻头201被锚杆锚索卡住，此时钻杆停转，向上提起第一套筒110和第二套筒120。

S3：芯管202与第一套筒110内的上部机构脱开，即为图4中芯管202的所在位置。

S4：芯管202的下移带动两个第一杆体321进行摆动，两个第一杆体321中部的滑动轴承组件350分别沿着滑轨330朝向远离芯管202的方向滑动，第一杆体321由图3的竖直位置转变为图4的水平位置；第一杆体321连接于芯管202的一端通过安装轴3221和安装孔3211发生相对转动(图5所示)。

S5：第一杆体321的摆动带动第二杆体311朝向远离芯管202的方向移动，锁止部312与芯管202侧壁上的配合部203脱开，第二杆体311从腔体101内通过第二套筒120侧壁的开槽移动至杆体1的外部(即图4所示的状态)。

S6：第一套筒110顺时针转动，连接于滑轨330的第一杆体321上的安装孔3211脱离于芯管202上的安装轴3221，第一套筒110与第二套筒120螺纹脱开。

S7：向上提起第一套筒110，此时第一套筒110以及锁止机构3被上提至地面，将脱卡后的第二套筒120、芯管202以及钻头201留在井下，完成脱卡过程(即图6所示的完全解体的状态)，将新的第二套筒120螺接于第一套筒110，将新的芯管202插入至腔体101内，即可再次将该钻杆结构伸入井下进行钻井作业。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种钻杆结构，其特征在于，包括：

杆体，底部形成有开口的腔体；

钻头组件，包括钻头以及连接于所述钻头的芯管，所述芯管远离所述钻头的一端活动插装于所述腔体，所述芯管的侧壁形成有配合部；以及

锁止机构，具有锁止位置和解锁位置，所述锁止机构包括锁止件、活动杆和滑轨；所述锁止件的一端可解锁地锁止于所述配合部，所述锁止件的另一端通过所述活动杆可解锁地连接于所述芯管；所述滑轨固定连接于所述腔体的内侧壁，且所述活动杆滑动连接于所述滑轨；

在所述锁止位置，所述锁止件锁止于所述配合部且能够随所述芯管的转动而绕所述芯管的轴线跟随转动；

在所述解锁位置，所述锁止件脱离于所述配合部后随所述芯管的转动而将所述活动杆脱离于所述芯管。

2.根据权利要求1所述的钻杆结构，其特征在于，所述活动杆包括第一杆体，以及连接于所述第一杆体的连接组件，所述第一杆体通过所述连接组件可拆卸地连接于所述芯管；

所述锁止件包括连接于所述第一杆体远离所述连接组件一端的第二杆体，以及连接于所述第二杆体且与所述配合部可拆卸连接的锁止部。

3.根据权利要求2所述的钻杆结构，其特征在于，所述连接组件包括连接于所述芯管的安装轴，所述第一杆体的一端设有与所述安装轴连接的安装孔，所述安装孔沿其轴向可拆卸地连接于所述安装轴，所述杆体在第一方向转动时，所述安装轴插装于所述安装孔以实现转动连接；当所述杆体在与所述第一方向相反的第二方向转动时，所述安装轴能够脱离于所述安装孔以实现杆体与所述芯管的分离；

和/或，

所述第一杆体和所述第二杆体之间设有铰接件，所述第二杆体通过所述铰接件相对所述第一杆体旋转。

4.根据权利要求3所述的钻杆结构，其特征在于，所述安装轴轴线的延伸方向平行于所述芯管的外侧壁的切线方向，且垂直于所述芯管轴线的延伸方向。

5.根据权利要求2所述的钻杆结构，其特征在于，所述活动杆和所述连接组件的数量均为多个，且沿所述芯管的周向间隔布置，所述连接组件与所述活动杆一一对应。

6.根据权利要求2所述的钻杆结构，其特征在于，所述第一杆体上设有能够沿所述滑轨的延伸方向滑动的滑动轴承组件。

7.根据权利要求2所述的钻杆结构，其特征在于，所述锁止件构造为连接于所述第二杆体且朝向所述芯管方向延伸的凸起，所述配合部构造为内凹于所述芯管外侧壁的凹槽。

8.根据权利要求2-7中任意一项所述的钻杆结构，其特征在于，所述杆体包括螺纹连接的第一套筒和第二套筒，所述滑轨设于所述第一套筒，所述锁止件能够通过所述第二杆体穿过所述第二套筒后与所述配合部锁止。

9.根据权利要求8所述的钻杆结构，其特征在于，所述杆体在沿第一方向转动时，所述第一套筒螺纹锁紧于所述第二套筒，所述芯管跟随所述第一套筒的转动而转动，所述杆体在沿与所述第一方向相反的第二方向转动时，所述第一套筒螺纹脱开于所述第二套筒。

10.一种钻机，包括钻杆结构，其特征在于，所述钻杆结构采用如权利要求1-9任意一项所述的钻杆结构。