CN203847002U - 采煤扩径钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及采煤钻头装置技术领域，是一种采煤扩径钻头，其包括上接头、外筒、活塞筒、下接头和中心筒；上接头的上部外壁上一体固定有安装环台，在安装环台上固定安装有外筒，外筒的下端位于安装环台下方，在安装环台下方的上接头上沿圆周分布有至少一个的流通孔，在安装环台下方的上接头上套装有活塞筒。本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，切削臂的张开由钻井液压力控制不受角度限制，可以对煤层以上部分以小直径井眼钻进，煤层内钻头以大直径钻进，整个过程控制简单可靠，钻柱提拉后切削臂在扭力弹簧作用下自动收回，起钻容易，提高煤层开采效率，在钻进过程中，钻井液可以将岩屑、煤粉、煤渣由环空带出地面，实现排屑功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及采煤钻头装置技术领域，是一种采煤扩径钻头。
背景技术
壁式采煤法和柱式采煤法是目前世界煤矿开采主要方法，目前我国深层煤传统工艺开采最大深度约为1200m，随着地层深度的增加，井底温度和压力增加，超过1500m深度的煤藏资源难以通过传统方法开采。但是我国2000m以下埋深的煤藏资源约有12000亿吨，随着浅层煤炭资源大量开采，深层煤开采必定是未来煤炭产业的支柱并日益显现其重要性。有关学者提出了运用油气开采钻井工艺来开采深层煤，综合采煤经济性和采煤效率，在煤层以上地层钻小直径井眼，到达煤层以后以大直径钻头钻进，用钻井液将煤粒携带到地面进行分离。公开号为2876307的中国专利文献公开了一种滑动伸缩无级变径煤层钻头，该方案依靠钻柱推顶实现变径钻刀的张开动作，结构简单。但是存在以下两点不足：（1）无排屑设计，煤粉、煤渣不能及时排除；（2）钻柱推力通过支撑杆作用到变径钻刀端部，只有当支撑杆和变径钻刀之间夹角小于135°时才能在钻柱推力作用下实现变径钻刀的完全伸出；公开号为20259658U的中国专利文献公开了一种矿用可变径钻头，该钻头可以在回钻过程中通过提拉钻柱张开回钻扩孔切削臂，实现回钻扩孔，但是该钻头无排屑设计，无法用于钻井采煤。
发明内容
本实用新型提供了一种采煤扩径钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的采煤用钻头无排屑功能和使用受角度限制的问题。
本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种采煤扩径钻头，包括上接头、外筒、活塞筒、下接头和中心筒；上接头的上部外壁上一体固定有安装环台，在安装环台上固定安装有外筒，外筒的下端位于安装环台下方，在安装环台下方的上接头上沿圆周分布有至少一个的流通孔，在安装环台下方的上接头内通过花键套装有活塞筒，活塞筒的上端位于上接头、安装环台和外筒形成的环形腔内，在下接头内通过花键套装有连接头，上接头的下端与连接头的上端固定安装在一起，在下接头的上端固定安装有内径小于连接头外径的挡环，活塞筒的外壁上沿圆周铰接有至少两个的支撑臂，下接头的上部外壁上对应支撑臂铰接有切削臂，支撑臂的下端与切削臂的中部铰接在一起，在支撑臂与切削臂的铰接处安装有扭力弹簧，切削臂的外侧面上分布有切削齿，流通孔下方的上接头上沿圆周分布有至少一个的轴向滑孔，在上接头的内腔中套装有中心筒，活塞筒与中心筒之间通过销钉连接，销钉设置在轴向滑孔内，在上接头和中心筒的下部内腔中固定安装有节流装置。
下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：
上述节流装置包括支撑环、前门形板和后门形板；中心筒的下端内壁上一体固定有左条形伸出臂和右条形伸出臂，支撑环通过螺钉固定安装在上接头的下部内壁上，对应左条形伸出臂和右条形伸出臂的支撑环内壁上一体固定有左安装台和右安装台，在左安装台的右端和右安装台的左端分别有水平的安装槽，前门形板和后门形板均为与支撑环相配的半圆形的板体，前门形板的左端和右端以及后门形板的左端和右端分别固定安装有销轴，销轴的另一端分别位于对应的安装槽内并能沿着安装槽滑动，左条形伸出臂和右条形伸出臂分别位于前门形板和后门形板直边之间的左侧和右侧并分别与左安装台和右安装台相靠，在左条形伸出臂和右条形伸出臂之间的前门形板和后门形板的板体直边相互重叠，在前门形板和后门形板上方的左条形伸出臂和右条形伸出臂上各有一处对应的缩径处，在前门形板和后门形板上分别有小孔，前门形板和后门形板的外缘部分座在支撑环的上端面。
上述前门形板和后门形板的外缘部分为斜面，与前门形板和后门形板接触的支撑环部位为与前门形板和后门形板外缘部分的斜面相配的斜面。
上述活塞筒的外壁上沿圆周焊接有至少两个的支撑臂支座，支撑臂支座与支撑臂之间铰接在一起，下接头的上部外壁上对应支撑臂支座焊接有切削臂支座，切削臂支座与切削臂铰接在一起。
上述在安装环台下方的上接头上沿圆周均布六个流通孔，流通孔下方的上接头上沿圆周均布有三个的轴向滑孔。
上述在安装环台上通过螺纹固定安装有外筒，在上接头的下端面通过螺栓固定安装有连接头，在下接头的上端通过螺栓固定安装有内径小于连接头外径的挡环。
本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，切削臂的张开由钻井液压力控制不受角度限制，可以对煤层以上部分以小直径井眼钻进，煤层内钻头以大直径钻进，整个过程控制简单可靠，钻柱提拉后切削臂在扭力弹簧作用下自动收回，起钻容易，提高煤层开采效率，在钻进过程中，钻井液可以将岩屑、煤粉、煤渣由环空带出地面，实现排屑功能。
附图说明
附图1为本实用新型切削壁收缩状态下的主视半剖视结构示意图。
附图2为本实用新型节流装置打开状态时的主视半剖视结构示意图。
附图3为本实用新型切削臂完全张开状态时的主视半剖视结构示意图。
附图4为附图1的A-A向剖视结构示意图。
附图5为附图4的B-B向剖视结构示意图。
附图中的编码分别为：1为上接头，2为安装环台，3为外筒，4为流通孔，5为活塞筒，6为连接头，7为支撑臂支座，8为下接头，9为切削臂支座，10为挡环，11为支撑臂，12为切削臂，13为扭力弹簧，14为切削齿，15为轴向滑孔，16为中心筒，17为销钉，18为左条形伸出臂，19为右条形伸出臂，20为支撑环，21为螺钉，22为左安装台，23为右安装台，24为前门形板，25为后门形板，26为销轴，27为小孔。
具体实施方式
本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：
如附图1所示，该采煤扩径钻头包括上接头1、外筒3、活塞筒5、下接头8和中心筒16；上接头1的上部外壁上一体固定有安装环台2，在安装环台2上固定安装有外筒3，外筒3的下端位于安装环台2下方，在安装环台2下方的上接头1上沿圆周分布有至少一个的流通孔4，在安装环台2下方的上接头1内通过花键套装有活塞筒5，活塞筒5的上端位于上接头1、安装环台2和外筒3形成的环形腔内，在下接头8内通过花键套装有连接头6，上接头1的下端与连接头6的上端固定安装在一起，在下接头8的上端固定安装有内径小于连接头6外径的挡环10，活塞筒5的外壁上沿圆周铰接有至少两个的支撑臂11，下接头8的上部外壁上对应支撑臂11铰接有切削臂12，支撑臂11的下端与切削臂12的中部铰接在一起，在支撑臂11与切削臂12的铰接处安装有扭力弹簧13，切削臂12的外侧面上分布有切削齿14，流通孔4下方的上接头1上沿圆周分布有至少一个的轴向滑孔15，在上接头1的内腔中套装有中心筒16，活塞筒5与中心筒16之间通过销钉17连接，销钉17设置在轴向滑孔15内，在上接头1和中心筒16的下部内腔中固定安装有节流装置。活塞筒5可以相对上接头1进行轴向滑动但不发生径向位移，在上接头1的下端面固定安装有连接头6，连接头6可以相对下接头8进行轴向滑动但不发生径向位移，连接头6与下接头8以花键形式连接并传递扭矩，挡环10限制下接头8的轴向位移，防止下接头8向上移动脱出；节流装置能够起到对钻井液进行节流的作用，正钻进过程中节流装置保持打开状态，不对钻进液造成压力损失，在节流装置的作用下，节流装置上方的钻井液压力增大，钻进液由流通孔4进入上接头1、安装环台2、外筒3和活塞筒5形成的环形腔内，并推动活塞筒5下移，进而推动支撑臂11，支撑臂11推动切削臂12张开，如附图2所示，此时，支撑臂11与切削臂12之间夹角为120°，此时，节流装置打开，之后，在钻柱压力作用下上接头1下移，并推动活塞筒5下移，带动支撑臂11推出切削臂12，最后切削臂12相对于钻柱轴向垂直，如附图3所示，并在钻进过程中保持垂直，这样能使切削臂12的切削半径最大。
可根据实际需要，对上述采煤扩径钻头作进一步优化或/和改进：
如附图4、5所示，节流装置包括支撑环20、前门形板24和后门形板25；中心筒16的下端内壁上一体固定有左条形伸出臂18和右条形伸出臂19，支撑环20通过螺钉21固定安装在上接头1的下部内壁上，对应左条形伸出臂18和右条形伸出臂19的支撑环20内壁上一体固定有左安装台22和右安装台23，在左安装台22的右端和右安装台23的左端分别有水平的安装槽，前门形板24和后门形板25均为与支撑环20相配的半圆形的板体，前门形板24的左端和右端以及后门形板25的左端和右端分别固定安装有销轴26，销轴26的另一端分别位于对应的安装槽内并能沿着安装槽滑动，左条形伸出臂18和右条形伸出臂19分别位于前门形板24和后门形板25直边之间的左侧和右侧并分别与左安装台22和右安装台23相靠，在左条形伸出臂18和右条形伸出臂19之间的前门形板24和后门形板25的板体直边相互重叠，在前门形板24和后门形板25上方的左条形伸出臂18和右条形伸出臂19上各有一处对应的缩径处，在前门形板24和后门形板25上分别有小孔27，前门形板24和后门形板25的外缘部分座在支撑环20的上端面。当前门形板24和后门形板25分别位于左条形伸出臂18和右条形伸出臂19上的缩径处下方时，左条形伸出臂18和右条形伸出臂19将前门形板24和后门形板25卡住，节流装置呈关闭状态，此时，钻井液由小孔27进行流通进而产生节流压差，为节流装置上方的液体提供压力；当左条形伸出臂18和右条形伸出臂19向下移动至前门形板24和后门形板25位于左条形伸出臂18和右条形伸出臂19上的缩径处时，前门形板24和后门形板25在钻井液压力的作用下，分别向缩径处运动，前门形板24和后门形板25的外缘部分与支撑环20的上端面脱离，这样，前门形板24和后门形板25向下打开，如附图2所示，此时，支撑臂11与切削臂12之间夹角为120°；钻进过程中节流装置保持打开状态，不对钻进液造成压力损失。
如附图1、2、3、4所示，前门形板24和后门形板25的外缘部分为斜面，与前门形板24和后门形板25接触的支撑环20部位为与前门形板24和后门形板25外缘部分的斜面相配的斜面。前门形板24和后门形板25外缘部分为斜面和支撑环20上的斜面更加方便于当前门形板24和后门形板25向中间运动时，前门形板24和后门形板25更有利于向下打开。
如附图1、2、3所示，活塞筒5的外壁上沿圆周焊接有至少两个的支撑臂支座7，支撑臂支座7与支撑臂11之间铰接在一起，下接头8的上部外壁上对应支撑臂支座7焊接有切削臂支座9，切削臂支座9与切削臂12铰接在一起。
如附图1、2、3所示，在安装环台2下方的上接头1上沿圆周均布六个流通孔4，流通孔4下方的上接头1上沿圆周均布有三个的轴向滑孔15。
如附图1、2、3所示，在安装环台2上通过螺纹固定安装有外筒3，在上接头1的下端面通过螺栓固定安装有连接头6，在下接头8的上端通过螺栓固定安装有内径小于连接头6外径的挡环10。
本实用新型可以对煤层以上部分以小直径井眼钻进，煤层内钻头以大直径钻进，提高煤层开采效率，在小井眼内切削臂12以钻井液压力控制张开，当张开角度到达设计角度时候，节流装置打开，钻井液压力降低，之后切削臂12在钻压作用下继续张开到达90°，整个过程控制简单可靠，切削臂12在钻压作用下始终保持90°张开状态进行扩径钻进，在扩径钻进的过程中能够使切削臂12的切削半径最大，钻柱提拉后切削臂12在扭力弹簧13作用下自动收回，起钻容易，当节流装置打开后，能够减小正常钻进过程中钻井液压力损失；并且本实用新型在钻进过程中，钻井液可以将岩屑、煤粉、煤渣由环空带出地面，实现排屑功能。
以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种采煤扩径钻头，其特征在于包括上接头、外筒、活塞筒、下接头和中心筒；上接头的上部外壁上一体固定有安装环台，在安装环台上固定安装有外筒，外筒的下端位于安装环台下方，在安装环台下方的上接头上沿圆周分布有至少一个的流通孔，在安装环台下方的上接头内通过花键套装有活塞筒，活塞筒的上端位于上接头、安装环台和外筒形成的环形腔内，在下接头内通过花键套装有连接头，上接头的下端与连接头的上端固定安装在一起，在下接头的上端固定安装有内径小于连接头外径的挡环，活塞筒的外壁上沿圆周铰接有至少两个的支撑臂，下接头的上部外壁上对应支撑臂铰接有切削臂，支撑臂的下端与切削臂的中部铰接在一起，在支撑臂与切削臂的铰接处安装有扭力弹簧，切削臂的外侧面上分布有切削齿，流通孔下方的上接头上沿圆周分布有至少一个的轴向滑孔，在上接头的内腔中套装有中心筒，活塞筒与中心筒之间通过销钉连接，销钉设置在轴向滑孔内，在上接头和中心筒的下部内腔中固定安装有节流装置。
2.根据权利要求1所述的采煤扩径钻头，其特征在于节流装置包括支撑环、前门形板和后门形板；中心筒的下端内壁上一体固定有左条形伸出臂和右条形伸出臂，支撑环通过螺钉固定安装在上接头的下部内壁上，对应左条形伸出臂和右条形伸出臂的支撑环内壁上一体固定有左安装台和右安装台，在左安装台的右端和右安装台的左端分别有水平的安装槽，前门形板和后门形板均为与支撑环相配的半圆形的板体，前门形板的左端和右端以及后门形板的左端和右端分别固定安装有销轴，销轴的另一端分别位于对应的安装槽内并能沿着安装槽滑动，左条形伸出臂和右条形伸出臂分别位于前门形板和后门形板直边之间的左侧和右侧并分别与左安装台和右安装台相靠，在左条形伸出臂和右条形伸出臂之间的前门形板和后门形板的板体直边相互重叠，在前门形板和后门形板上方的左条形伸出臂和右条形伸出臂上各有一处对应的缩径处，在前门形板和后门形板上分别有小孔，前门形板和后门形板的外缘部分座在支撑环的上端面。
3.根据权利要求2所述的采煤扩径钻头，其特征在于前门形板和后门形板的外缘部分为斜面，与前门形板和后门形板接触的支撑环部位为与前门形板和后门形板外缘部分的斜面相配的斜面。
4.根据权利要求1或2或3所述的采煤扩径钻头，其特征在于活塞筒的外壁上沿圆周焊接有至少两个的支撑臂支座，支撑臂支座与支撑臂之间铰接在一起，下接头的上部外壁上对应支撑臂支座焊接有切削臂支座，切削臂支座与切削臂铰接在一起。
5.根据权利要求1或2或3所述的采煤扩径钻头，其特征在于在安装环台下方的上接头上沿圆周均布六个流通孔，流通孔下方的上接头上沿圆周均布有三个的轴向滑孔。
6.根据权利要求4所述的采煤扩径钻头，其特征在于在安装环台下方的上接头上沿圆周均布六个流通孔，流通孔下方的上接头上沿圆周均布有三个的轴向滑孔。
7.根据权利要求1或2或3所述的采煤扩径钻头，其特征在于在安装环台上通过螺纹固定安装有外筒，在上接头的下端面通过螺栓固定安装有连接头，在下接头的上端通过螺栓固定安装有内径小于连接头外径的挡环。
8.根据权利要求4所述的采煤扩径钻头，其特征在于在安装环台上通过螺纹固定安装有外筒，在上接头的下端面通过螺栓固定安装有连接头，在下接头的上端通过螺栓固定安装有内径小于连接头外径的挡环。
9.根据权利要求5所述的采煤扩径钻头，其特征在于在安装环台上通过螺纹固定安装有外筒，在上接头的下端面通过螺栓固定安装有连接头，在下接头的上端通过螺栓固定安装有内径小于连接头外径的挡环。
10.根据权利要求6所述的采煤扩径钻头，其特征在于在安装环台上通过螺纹固定安装有外筒，在上接头的下端面通过螺栓固定安装有连接头，在下接头的上端通过螺栓固定安装有内径小于连接头外径的挡环。
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Granted publication date: 20140924 |