CN210217627U - 一种水动力组合式扩孔钻头 - Google Patents

Abstract

一种水动力组合式扩孔钻头，包括钻杆体，钻杆体内部设置有与冷却水源连通的冷却水系统，冷却水系统包括高压供水管路和低压供水管路，所述的钻杆体划分为中间刀具安装段、限制刀具转动段和水动力切换段，限制刀具转动段和水动力切换段位于中间刀具安装段的两端且三段连为一体结构，本实用新型通过初始高压水实现扩孔刀具的自动展开，无需拆卸安装，效率高，工人工作强度低，减轻了矿井下工人的负担。

Description

一种水动力组合式扩孔钻头

技术领域

本实用新型涉及一种扩孔装置，尤其是涉及一种水动力组合式扩孔钻头。

背景技术

煤炭是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井硐和采掘面等等。煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地质时期中，以石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪的地层中产煤最多，是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46～97%，呈褐色至黑色，具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。

煤的开采

采煤向来是一项最艰苦的工作，当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同，一般相应的采用矿井开采（埋藏较深）和露天开采（埋藏较浅）两种方式。可露天开采的资源量在总资源量中的比重大小，矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比，我国煤矿中含瓦斯比例高，为了保证矿井的安全需要在矿井中安放瓦斯抽放管，为提高瓦斯抽采率，常常采用增大钻孔直径的方法。但是传统增大钻孔直径的方法存在着一系列的不利因素，例如钻孔突出危险性增加，垮孔现象严重，排渣困难，成孔长度短等因素，同时钻孔直径的扩大对钻机提出了更高的要求，现有钻机已经无法满足其呈几何倍数增长的负荷的要求。而传统的扩孔装置需要人工更换刀具，效率低，工人在矿井下施工劳动强度过大。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决现有的扩孔装置效率低的问题，提供一种水动力组合式扩孔钻头。

本实用新型为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种水动力组合式扩孔钻头，包括钻杆体，钻杆体内部设置有与冷却水源连通的冷却水系统，冷却水系统包括高压供水管路和低压供水管路，所述的钻杆体划分为中间刀具安装段、限制刀具转动段和水动力切换段，限制刀具转动段和水动力切换段位于中间刀具安装段的两端且三段连为一体结构，位于中间刀具安装段的钻杆体上安装有沿钻杆体长度方向设置的扩孔刀具，扩孔刀具的其中一端通过转轴转动安装在钻杆体上，初始状态下的扩孔刀具的中心线与钻杆体的中心线重合且扩孔刀具的宽度不大于钻杆体的外径，扩孔刀具的中心位置开设有冷却水孔，扩孔刀具远离转轴的一端开设有射流喷嘴，射流喷嘴与冷却水孔连通通过射流喷嘴喷出的冷却水来推动扩孔刀具转动，扩孔刀具靠近转轴的一端端部挖设有凹槽，凹槽内固定安装有中空的顶销壳体，顶销壳体内滑动安装有顶销，顶销的其中一端向外延伸贯穿顶销壳体后伸入限制刀具转动段，顶销壳体内还安装有第一弹簧，第一弹簧的一端顶压在扩孔刀具上的凹槽底部另一端顶压在顶销上，通过第一弹簧的弹性作用力将顶销卡在限制刀具转动段上以限制扩孔刀具的自由转动，

所述的限制刀具转动段的钻杆体上开设有用于容纳顶销的销孔，销孔远离顶销的一端内加工有阀芯孔，阀芯孔内安装有沿钻杆体长度方向自由滑动的阀芯，阀芯的其中一端穿入销孔中，阀芯的另一端上设置有凸台并通过凸台顶在阀盖上，阀芯上的凸台向外延伸一段贯穿阀盖并延伸至第一水动力腔，第一水动力腔与钻杆上的冷却水系统连通，阀芯外部套设有第二弹簧，第二弹簧的一端顶在阀芯的凸台上，第二弹簧的另一端顶在阀芯孔内壁上，通过第二弹簧的弹性作用力将阀芯顶压在阀盖上以限制阀芯自由顶出顶销，通过第一动力腔的冷却水推动阀芯克服第二弹簧的弹性作用力滑动并将销孔中的顶销顶出以实现扩孔刀具的自由转动，

所述的水动力切换段的钻杆体内设置有第二水动力腔，第二水动力腔的两端分别设置有高压出水口和低压出水口，第二水动力腔的高压出水口通过高压供水管路通入第一水动力腔和冷却水孔，靠近第二水动力腔的低压出水口一端的钻杆体内设置有低压畅通高压封闭的封堵装置，所述的封堵装置包括安装在钻杆体内的中空的活塞套，活塞套内滑动穿设有中空的活塞，活塞的穿出活塞套的一端与第二水动力腔的低压出水孔连通，活塞套远离第二水动力腔的一端上安装有用于封堵活塞套的密封件，密封件和活塞套之间安装有推动活塞复位的第三弹簧，活塞的侧壁上开设有与低压水通道连通的出水口，第二水动力腔的水压达到设定值时推动活塞克服第三弹簧的弹性作用力进入活塞套内并通过活塞套密封活塞上的出水口以限制低压出水口与低压水通道连通，封堵装置远离第二水动力腔的一端的钻杆体内还安装有限制冷却水流向的单向阀装置。

所述的密封件采用内六角丝堵，

所述的单向阀装置包括单向阀座、单向阀芯和第四弹簧，单向阀座上轴向方向开设有通孔，单向阀芯顶压在单向阀座上并密封通孔，第四弹簧的一端顶压在单向阀座上，第四弹簧的另一端顶压在钻杆体上，单向阀芯的侧壁上开设有进水口，单向阀芯远离单向阀座的一端轴向开设有与进水口连通的出水孔，单向阀芯在第四弹簧的弹性作用力和反向水压力下顶压在单向阀座上以限制通孔的导通，当水压力克服第四弹簧的弹性作用力和反向水压力后打开并导通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过初始高压水实现扩孔刀具的自动展开，无需拆卸安装，效率高，工人工作强度低，减轻了矿井下工人的负担。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图示标记：1、钻杆体；101、限制刀具转动段；1011、第一水动力腔；102、中间刀具安装段；103、水动力切换段；2、阀芯；3、阀盖；4、扩孔刀具；5、第一弹簧；6、顶销；7、顶销壳体；8、转轴；9、射流喷嘴；10、活塞；11、活塞套；12、第二弹簧；13、内六角丝堵；14、单向阀座；15、单向阀芯；16、第四弹簧；17、第二水动力腔；1701、高压出水口；1702、低压出水口；18、第三弹簧。

具体实施方式

图1所示，具体实施方式如下：

一种水动力组合式扩孔钻头，包括钻杆体1，钻杆体1内部设置有与冷却水源连通的冷却水系统，冷却水系统包括高压供水管路和低压供水管路，高压供水管路和低压供水管路对于本申请而言是指高于设定水压力和低于设定水压力来定义的，高压供水管路和低压供水管路为钻杆体上的常规设置，对于本领域的技术人员来说均知道是如何设置的不属于本申请的重点因此不再本申请中详细描述，所述的钻杆体划分为中间刀具安装段102、限制刀具转动段101和水动力切换段103，限制刀具转动段101和水动力切换段103位于中间刀具安装段102的两端且三段连为一体结构，由于钻杆体1的结构复杂一体成型生产不方便，因此采用拼接生产，拼接技术属于本领域技术人员的常规技术因此不再详细描述，位于中间刀具安装段102的钻杆体上安装有沿钻杆体长度方向设置的扩孔刀具4，扩孔刀具4的其中一端通过转轴8转动安装在钻杆体1上，初始状态下的扩孔刀具4的中心线与钻杆体1的中心线重合且扩孔刀具4的宽度不大于钻杆体1的外径，避免扩孔刀具4过宽影响前期钻孔，扩孔刀具4的中心位置开设有冷却水孔，扩孔刀具远离转轴的一端开设有射流喷嘴9，射流喷嘴9与冷却水孔连通，通过射流喷嘴,9出的冷却水来推动扩孔刀具4转动，扩孔刀具4靠近转轴8的一端端部挖设有凹槽，凹槽内固定安装有中空的顶销壳体7，顶销壳体7内滑动安装有顶销6，顶销6的其中一端向外延伸贯穿顶销壳体后伸入限制刀具转动段，顶销壳体内还安装有第一弹簧5，第一弹簧5的一端顶压在扩孔刀具4上的凹槽底部，第一弹簧5的另一端顶压在顶销6上，通过第一弹簧5的弹性作用力将顶销6卡在限制刀具转动段上以限制扩孔刀具的自由转动，

所述的限制刀具转动段101的钻杆体上开设有用于容纳顶销的销孔，销孔远离顶销的一端内加工有阀芯孔，阀芯孔内安装有沿钻杆体长度方向自由滑动的阀芯2，阀芯2的其中一端穿入销孔中，阀芯2的另一端上设置有凸台并通过凸台顶在阀盖3上，阀芯2上的凸台向外延伸一段贯穿阀盖并延伸至第一水动力腔1011，第一水动力腔1011与钻杆上的冷却水系统连通，阀芯2外部套设有第二弹簧12，第二弹簧12的一端顶在阀芯2的凸台上，第二弹簧12的另一端顶在阀芯孔内壁上，通过第二弹簧12的弹性作用力将阀芯2顶压在阀盖3上以限制阀芯自由顶出顶销，通过第一动力腔的冷却水推动阀芯克服第二弹簧的弹性作用力滑动并将销孔中的顶销顶出以实现扩孔刀具的自由转动，

所述的水动力切换段103的钻杆体内设置有第二水动力腔17，第二水动力腔17的两端分别设置有高压出水口1701和低压出水口1702，第二水动力腔17的高压出水口1701通过高压供水管路通入第一水动力腔1011和冷却水孔，靠近第二水动力腔的低压出水口1702一端的钻杆体内设置有低压畅通高压封闭的封堵装置，在水压低于设定压力时高压出水口1701和低压出水口1702中均有水流出，当水压达到设定压力时高压出水口1701保持畅通出水，但是低压出水口在封堵装置作用下封死不再出水，与高压出水口1701连通的第一水动力腔1011和冷却水孔中均通入高压水，在高压水的作用下克服第二弹簧12的弹性作用力将顶销6顶出销孔，扩孔刀具4可以自由转动，然后从射流喷嘴9喷出的高压水的反向作用力推动扩大刀具4转动打开，所述的封堵装置包括安装在钻杆体内的中空的活塞套11，活塞套11内滑动穿设有中空的活塞10，活塞10的穿出活塞套11的一端与第二水动力腔的低压出水孔连通，活塞套11远离第二水动力腔的一端上安装有用于封堵活塞套的内六角丝堵13，内六角丝堵13和活塞套之间安装有推动活塞复位的第三弹簧18，活塞10的侧壁上开设有与低压水通道连通的出水口，第二水动力腔的水压达到设定值时推动活塞10克服第三弹簧18的弹性作用力进入活塞套11内并通过活塞套密封活塞上的出水口以限制低压出水口与低压水通道连通，封堵装置远离第二水动力腔的一端的钻杆体内还安装有限制冷却水流向的单向阀装置。

所述的单向阀装置包括单向阀座14、单向阀芯15和第四弹簧16，单向阀座14上轴向方向开设有通孔，单向阀芯15顶压在单向阀座14上并密封通孔，第四弹簧16的一端顶压在单向阀座14上，第四弹簧16的另一端顶压在钻杆体1上，单向阀芯15的侧壁上开设有进水口，单向阀芯15远离单向阀座的一端轴向开设有与进水口连通的出水孔，单向阀芯15在第四弹簧16的弹性作用力和反向水压力下顶压在单向阀座上以限制通孔的导通，当水压力克服第四弹簧的弹性作用力和反向水压力后打开并导通。

本实用新型所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本实用新型所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本实用新型所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种水动力组合式扩孔钻头，包括钻杆体，钻杆体内部设置有与冷却水源连通的冷却水系统，冷却水系统包括高压供水管路和低压供水管路，其特征在于：所述的钻杆体划分为中间刀具安装段、限制刀具转动段和水动力切换段，限制刀具转动段和水动力切换段位于中间刀具安装段的两端且三段连为一体结构，位于中间刀具安装段的钻杆体上安装有沿钻杆体长度方向设置的扩孔刀具，扩孔刀具的其中一端通过转轴转动安装在钻杆体上，初始状态下的扩孔刀具的中心线与钻杆体的中心线重合且扩孔刀具的宽度不大于钻杆体的外径，扩孔刀具的中心位置开设有冷却水孔，扩孔刀具远离转轴的一端开设有射流喷嘴，射流喷嘴与冷却水孔连通通过射流喷嘴喷出的冷却水来推动扩孔刀具转动，扩孔刀具靠近转轴的一端端部挖设有凹槽，凹槽内固定安装有中空的顶销壳体，顶销壳体内滑动安装有顶销，顶销的其中一端向外延伸贯穿顶销壳体后伸入限制刀具转动段，顶销壳体内还安装有第一弹簧，第一弹簧的一端顶压在扩孔刀具上的凹槽底部，第一弹簧的另一端顶压在顶销上，通过第一弹簧的弹性作用力将顶销卡在限制刀具转动段上以限制扩孔刀具的自由转动，

所述的限制刀具转动段的钻杆体上开设有用于容纳顶销的销孔，销孔远离顶销的一端内加工有阀芯孔，阀芯孔内安装有沿钻杆体长度方向自由滑动的阀芯，阀芯的其中一端穿入销孔中，阀芯的另一端上设置有凸台并通过凸台顶在阀盖上，阀芯上的凸台向外延伸一段贯穿阀盖并延伸至第一水动力腔，第一水动力腔与钻杆上的冷却水系统连通，阀芯外部套设有第二弹簧，第二弹簧的一端顶在阀芯的凸台上，第二弹簧的另一端顶在阀芯孔内壁上，通过第二弹簧的弹性作用力将阀芯顶压在阀盖上以限制阀芯自由顶出顶销，通过第一动力腔的冷却水推动阀芯克服第二弹簧的弹性作用力滑动并将销孔中的顶销顶出以实现扩孔刀具的自由转动，

所述的水动力切换段的钻杆体内设置有第二水动力腔，第二水动力腔的两端分别设置有高压出水口和低压出水口，第二水动力腔的高压出水口通过高压供水管路通入第一水动力腔和冷却水孔，靠近第二水动力腔的低压出水口一端的钻杆体内设置有低压畅通高压封闭的封堵装置，所述的封堵装置包括安装在钻杆体内的中空的活塞套，活塞套内滑动穿设有中空的活塞，活塞的穿出活塞套的一端与第二水动力腔的低压出水孔连通，活塞套远离第二水动力腔的一端上安装有用于封堵活塞套的密封件，密封件和活塞套之间安装有推动活塞复位的第三弹簧，活塞的侧壁上开设有与低压水通道连通的出水口，第二水动力腔的水压达到设定值时推动活塞克服第三弹簧的弹性作用力进入活塞套内并通过活塞套密封活塞上的出水口以限制低压出水口与低压水通道连通，封堵装置远离第二水动力腔的一端的钻杆体内还安装有限制冷却水流向的单向阀装置。

2.根据权利要求1所述的一种水动力组合式扩孔钻头，其特征在于：所述的密封件采用内六角丝堵。

3.根据权利要求1所述的一种水动力组合式扩孔钻头，其特征在于：所述的单向阀装置包括单向阀座、单向阀芯和第四弹簧，单向阀座上轴向方向开设有通孔，单向阀芯顶压在单向阀座上并密封通孔，第四弹簧的一端顶压在单向阀座上，第四弹簧的另一端顶压在钻杆体上，单向阀芯的侧壁上开设有进水口，单向阀芯远离单向阀座的一端轴向开设有与进水口连通的出水孔，单向阀芯在第四弹簧的弹性作用力和反向水压力下顶压在单向阀座上以限制通孔的导通，当水压力克服第四弹簧的弹性作用力和反向水压力后打开并导通。

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