CN208456645U - 锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置 - Google Patents

Abstract

锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，包括钻机、钻杆、钻扩孔杆、钻孔刀具和扩孔刀具，钻扩孔杆的后端外圆周设置有外连接螺纹，钻杆后端安装在钻机上，钻扩孔杆后端插入到钻杆前端内部并与钻杆螺纹连接，钻扩孔杆前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔，钻扩孔杆内沿中心线方向开设有注水孔，注水孔的前端与高压水腔连通，钻孔刀具的后端滑动连接在高压水腔内，扩孔刀具沿钻扩孔杆的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具的前部内侧与扩孔刀具的圆锥表面顶压配合。本实用新型采用调节水压的方式分别进行钻孔和扩孔的作业，钻扩和扩孔动力来源统一，实现边钻边扩的优点，大大提高了锚杆锚固的牢靠性，确保工人在井下作业的安全性。

Description

锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置

技术领域

本实用新型属于巷道支护技术领域，具体涉及一种锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置。

背景技术

锚杆用于井下巷道支护具有结构简单、施工方便、适应性强等特点。由此近年来锚杆支护已经成为巷道支护的主要方式，但是在锚杆支护的工程应用中锚杆的失效形式主要是支护过程以及锚固过程中遇到孔壁上粘附的煤灰或破碎松软的围岩等时锚杆与孔壁之间的滑移失稳。经试验并研究，对锚固孔的孔底进行扩孔是解决锚杆滑移失稳问题的手段之一，这样可使锚杆通过注入的锚固剂与锚固孔孔壁锚固牢靠，但目前尚未有专门对锚固孔在钻孔的同时对孔底进行扩孔的施工方法。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，其利用改变液压动力和利用扩孔机械的特性完成锚杆钻孔扩孔操作，扩出的孔为圆锥孔，改变了锚杆在一般圆柱孔内受力较弱的状态，增加了锚杆的锚固力，有效的解决了锚杆与围岩的滑移失稳问题，对井下安全作业有重要意义。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，包括钻机、钻杆、钻扩孔杆、钻孔刀具和扩孔刀具，钻杆和钻扩孔杆的中心线均沿前后方向设置，钻扩孔杆的后端外圆周设置有外连接螺纹，钻杆后端安装在钻机上，钻扩孔杆后端插入到钻杆前端内部并与钻杆螺纹连接，钻扩孔杆前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔，钻扩孔杆内沿中心线方向开设有注水孔，注水孔的前端与高压水腔连通，钻孔刀具的后端滑动连接在高压水腔内，扩孔刀具沿钻扩孔杆的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具的前部内侧与扩孔刀具的圆锥表面顶压配合。

钻孔刀具的外形为前粗后细呈圆锥形结构，钻孔刀具前端面及前端部外圆周面上均设置有若干个第一金刚石刀头，钻孔刀具内部沿垂直方向设置有通水孔，钻孔刀具后端设置有滑动连接在高压水腔内壁的滑座，高压水腔内壁沿轴向方向设置有花键槽，滑座外圆周均匀设置有与花键槽滑动配合的花键，高压水腔内壁的前部固定设置有限定滑座位置的环形挡圈。

扩孔刀具的内侧面、前端边沿和外侧面均设置有若干个第二金刚石刀头，每个扩孔刀具的前端均通过销轴铰接在钻扩孔杆前端，销轴平行于钻扩孔杆的切线方向，扩孔刀具的后端内侧设置有位于扩孔刀具和钻孔刀具之间的凸块，凸块后侧与环形挡圈之间设置有拉伸弹簧，在拉伸弹簧的作用下，以销轴的铰接点，凸块内侧与钻孔刀具的圆锥面顶压配合。

采用上述技术方案，本实用新型进行钻孔和扩孔的具体过程包括以下步骤：

（1）在巷道内规划的待支护区域确定钻锚固孔的位置；

（2）将钻机、钻杆、高压水管和一体式钻孔扩孔装置组装或连接；

（3）操控一体式钻孔扩孔装置对确定的锚固孔位置进行钻孔，钻孔达到设定深度后停止钻孔，对锚固孔的孔底进行扩孔；

（4）扩孔完成后，从锚固孔内退出一体式钻孔扩孔装置，完成钻孔和扩孔作业。

步骤（2）的具体过程为：将钻杆的后端安装到钻机的动力输出端上，把高压水管通过高压旋转密封接头与钻杆的后端连接，将钻扩孔杆的后端插到钻杆前端内部与钻杆同轴向螺纹连接为一体。

步骤（3）的具体过程为：在开始钻孔前，扩孔刀具在拉伸弹簧的作用下处于收缩状态，扩孔刀具的前端内侧与钻孔刀具的前部外圆周接触；打开高压水管上的阀门，启动钻机，高压水通过钻杆内部的水孔进入钻扩孔杆内部的注水孔，高压水进入到高压水腔内后对滑座后侧面顶压，由于钻孔刀具内的通水孔的直径相对于高压水腔的直径要小得多，所以高压水会将钻孔刀具的滑座向前顶，从而使钻孔刀具向前伸长，又由于环形挡圈的阻挡，使钻孔刀具的滑座不至于脱离高压水腔；钻孔刀具的外圆周由于是前粗后细的圆锥体结构，在拉伸弹簧的作用下，钻孔刀具的外圆周面与凸块的内端下部始终保持顶压接触，随着钻孔刀具向前移动，凸块以销轴为中心线向后转动，扩孔刀具也以销轴为中心线向内旋转，在钻孔过程中扩孔刀具的旋转直径始终小于钻孔刀具的旋转直径；与此同时，钻机驱动钻杆和钻扩孔杆高速旋转，钻扩孔杆通过花键与花键槽的配合带动钻孔刀具旋转，钻孔刀具前端的第一金刚石刀头对巷道壁进行钻孔，直到钻孔达到设定深度后停止钻杆向前移动；逐渐减小水压，由于钻孔刀具前端与孔底之间的压力推动钻孔刀具向后移动，钻孔刀具后端的滑座就沿高压水腔向后移动，钻孔刀具的外圆锥面会驱动扩孔刀具下端内侧设置的凸块以销轴为中心线向前转动，拉伸弹簧进一步被拉伸，扩孔刀具也以销轴为中心线向外旋转，扩孔刀具的旋转直径逐渐增大，随着水压的降低，钻孔刀具的滑座会下降到高压水腔的最后部，这时扩孔刀具向外张开到最大，扩孔直径也达到最大，扩孔刀具及扩孔刀具上的第二金刚石刀头对锚固孔的孔底进行扩孔。

步骤（4）的具体过程为：扩孔完成后，再加大水压，高压水在高压水腔内驱动滑座在高压水腔内向前移动，钻孔刀具也向前移动，凸块与钻孔刀具的外圆锥面接触处的外径逐渐减小，凸块在拉伸弹簧的作用下，凸块以销轴为中心线向后转，扩孔刀具也以销轴为中心线向内旋转，扩孔刀具的旋转直径逐渐减小，直到扩孔刀具的旋转直径小于等于钻孔刀具的最大钻孔直径后，向后拉动钻杆，将一体式钻孔扩孔装置退出钻孔，关闭高压水管上的阀门，关闭钻机。

本实用新型中的高压水腔内壁沿轴向方向设置有花键槽，滑座外圆周均匀设置有与花键槽滑动配合的花键，这样既起到轴向滑动配合的作用，而且可起到钻杆转动带动钻孔刀具转动的作用。

本实用新型中凸块与钻孔刀具外圆锥面的顶压配合是关键点，确保钻孔刀具向后移动时驱动凸块向前转动，同时拉伸弹簧进一步被拉伸。

综上所述，本实用新型设计新颖，原理科学，采用调节水压的方式分别进行钻孔和扩孔的作业，并且水流还具有将钻孔过程中的煤屑和岩屑从钻孔壁与钻扩孔杆之间的环形间隙排出的作用，本实用新型具有操作方便、体积小、质量轻、技术灵活可靠，钻扩和扩孔动力来源统一，扩孔稳定，刀具易回收，实现边钻边扩的优点，大大提高了锚杆锚固的牢靠性，确保工人在井下作业的安全性。

附图说明

图1是本实用新型中一体式钻孔扩孔装置的结构示意图；

图2是图1中A-A剖视图；

图3是图1中扩孔刀具的侧视图；

图4是采用一体式钻孔扩孔装置进行钻孔时的示意图；

图5是采用一体式钻孔扩孔装置进行扩孔时的示意图；

图6是一体式钻孔扩孔装置退出后钻扩孔的示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本实用新型的锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，包括钻机、钻杆、钻扩孔杆1、钻孔刀具2和扩孔刀具3，钻杆和钻扩孔杆1的中心线沿前后方向设置，钻扩孔杆1的后端外圆周设置有外连接螺纹17，钻杆后端安装在钻机上，钻扩孔杆1后端插入到钻杆前端内部并与钻杆螺纹连接，钻扩孔杆1前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔4，钻扩孔杆1内沿中心线方向开设有注水孔5，注水孔5的前端与高压水腔4连通，钻孔刀具2的后端滑动连接在高压水腔4内，扩孔刀具3沿钻扩孔杆1的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具3的前部内侧与扩孔刀具3的圆锥表面顶压配合。

钻孔刀具2的外形为前粗后细呈圆锥形结构，钻孔刀具2前端面及前端部外圆周面上均设置有若干个第一金刚石刀头6，钻孔刀具2内部沿垂直方向设置有通水孔7，钻孔刀具2后端设置有滑动连接在高压水腔4内壁的滑座8，高压水腔4内壁沿轴向方向设置有花键槽9，滑座8外圆周均匀设置有与花键槽9滑动配合的花键10，高压水腔4内壁的前部固定设置有限定滑座8位置的环形挡圈11。

扩孔刀具3的内侧面、前端边沿和外侧面均设置有若干个第二金刚石刀头12，每个扩孔刀具3的前端均通过销轴13铰接在钻扩孔杆1前端，销轴13平行于钻扩孔杆1的切线方向，扩孔刀具3的后端内侧设置有位于扩孔刀具3和钻孔刀具2之间的凸块16，凸块16后侧与环形挡圈11之间设置有拉伸弹簧14，在拉伸弹簧14的作用下，以销轴13的铰接点，凸块16内侧与钻孔刀具2的圆锥面顶压配合。注水孔5前端与高压水腔4后端之间通过前大后小的喇叭口15过渡连通，喇叭口15起到减少水流阻力，并使水压能对滑座8后侧面压力保持均匀的作用。

采用本实用新型多锚固孔进行钻孔和扩孔的具体过程包括以下步骤：

（1）在巷道内规划的待支护区域确定钻锚固孔的位置；

（2）将钻机、钻杆、高压水管和一体式钻孔扩孔装置组装或连接；钻机、钻杆、高压水管在图中未示意出来；

（3）操控一体式钻孔扩孔装置对确定的锚固孔位置进行钻孔，钻孔达到设定深度后停止钻孔，对锚固孔的孔底进行扩孔；

（4）扩孔完成后，从锚固孔内退出一体式钻孔扩孔装置，完成钻孔和扩孔作业。

步骤（2）的具体过程为：将钻杆的后端安装到钻机的动力输出端上，把高压水管通过高压旋转密封接头与钻杆的后端连接，将钻扩孔杆1的后端插到钻杆前端内部与钻杆同轴向螺纹连接为一体，钻扩孔杆1便于与钻杆之间进行拆卸和安装。

步骤（3）的具体过程为：在开始钻孔前，扩孔刀具3在拉伸弹簧14的作用下处于收缩状态，扩孔刀具3的前端内侧与钻孔刀具2的前部外圆周接触；打开高压水管上的阀门，启动钻机，高压水通过钻杆内部的水孔进入钻扩孔杆1内部的注水孔5，高压水进入到高压水腔4内后对滑座8后侧面顶压，由于钻孔刀具2内的通水孔7的直径相对于高压水腔4的直径要小得多，所以高压水会将钻孔刀具2的滑座8向前顶，从而使钻孔刀具2向前伸长，又由于环形挡圈11的阻挡，使钻孔刀具2的滑座8不至于脱离高压水腔4；由于钻孔刀具2的外圆周由于是前粗后细的圆锥体结构，在拉伸弹簧14的作用下，钻孔刀具2的外圆周面与凸块16的内端下部始终保持顶压接触，随着钻孔刀具2向前移动，凸块16以销轴13为中心线向后转动，扩孔刀具3也以销轴13为中心线向内旋转，在钻孔过程中扩孔刀具3的旋转直径始终小于钻孔刀具2的旋转直径；与此同时，钻机驱动钻杆和钻扩孔杆1高速旋转，钻扩孔杆1通过花键10与花键10槽9的配合带动钻孔刀具2旋转，钻孔刀具2前端的第一金刚石刀头6对巷道壁进行钻孔，直到钻孔达到设定深度后停止钻杆向前移动；逐渐减小水压，由于钻孔刀具2前端与孔底之间的压力推动钻孔刀具2向后移动，钻孔刀具2后端的滑座8就沿高压水腔4向后移动，钻孔刀具2的外圆锥面会驱动扩孔刀具3下端内侧设置的凸块16以销轴13为中心线向前转动，拉伸弹簧14进一步被拉伸，扩孔刀具3也以销轴13为中心线向外旋转，扩孔刀具3的旋转直径逐渐增大，随着水压的降低，钻孔刀具2的滑座8会下降到高压水腔4的最后部，这时扩孔刀具3向外张开到最大，扩孔直径也达到最大，扩孔刀具3及扩孔刀具3上的第二金刚石刀头12对锚固孔的孔底进行扩孔。

步骤（4）的具体过程为：扩孔完成后，再加大水压，高压水在高压水腔4内驱动滑座8在高压水腔4内向前移动，钻孔刀具2也向前移动，凸块16与钻孔刀具2的外圆锥面接触处的外径逐渐减小，凸块16在拉伸弹簧14的作用下，凸块16以销轴13为中心线向后转，扩孔刀具3也以销轴13为中心线向内旋转，扩孔刀具3的旋转直径逐渐减小，直到扩孔刀具3的旋转直径小于等于钻孔刀具2的最大钻孔直径后，向后拉动钻杆，将一体式钻孔扩孔装置退出钻孔，关闭高压水管上的阀门，关闭钻机。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，其特征在于：包括钻机、钻杆、钻扩孔杆、钻孔刀具和扩孔刀具，钻杆和钻扩孔杆的中心线均沿前后方向设置，钻扩孔杆的后端外圆周设置有外连接螺纹，钻杆后端安装在钻机上，钻扩孔杆后端插入到钻杆前端内部并与钻杆螺纹连接，钻扩孔杆前端同轴向开设有前端敞口且呈圆柱形的高压水腔，钻扩孔杆内沿中心线方向开设有注水孔，注水孔的前端与高压水腔连通，钻孔刀具的后端滑动连接在高压水腔内，扩孔刀具沿钻扩孔杆的前端面的圆周方向均匀设置有若干个，扩孔刀具的前部内侧与扩孔刀具的圆锥表面顶压配合。

2.根据权利要求1所述的锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，其特征在于：钻孔刀具的外形为前粗后细呈圆锥形结构，钻孔刀具前端面及前端部外圆周面上均设置有若干个第一金刚石刀头，钻孔刀具内部沿垂直方向设置有通水孔，钻孔刀具后端设置有滑动连接在高压水腔内壁的滑座，高压水腔内壁沿轴向方向设置有花键槽，滑座外圆周均匀设置有与花键槽滑动配合的花键，高压水腔内壁的前部固定设置有限定滑座位置的环形挡圈。

3.根据权利要求2所述的锚固孔钻孔扩孔一体式施工装置，其特征在于：扩孔刀具的内侧面、前端边沿和外侧面均设置有若干个第二金刚石刀头，每个扩孔刀具的前端均通过销轴铰接在钻扩孔杆前端，销轴平行于钻扩孔杆的切线方向，扩孔刀具的后端内侧设置有位于扩孔刀具和钻孔刀具之间的凸块，凸块后侧与环形挡圈之间设置有拉伸弹簧，在拉伸弹簧的作用下，以销轴的铰接点，凸块内侧与钻孔刀具的圆锥面顶压配合。