CN213510447U - 一种煤矿用深孔扩径造穴装置 - Google Patents

Abstract

一种煤矿用深孔扩径造穴装置，设置在钻杆与钻头之间的连接位置处，包括杆体和母接头，所述杆体的圆周壁上沿其长度方向分别开设有两个对称的矩形槽，所述矩形槽内腔填设有与其大小相匹配的钻翅，所述钻翅一端一体连接有一连接臂，所述连接臂的自由端均倾斜朝向中心通孔方向内倾延伸并穿过杆体侧壁置入到中心通孔内后铰接在杆体侧壁设置；所述中心通孔内设置有用于驱动两个钻翅沿铰轴开合的水压驱动机构。本实用新型能够始终保证造穴尺寸均一恒定，准确控制造穴大小，为瓦斯抽采施工提供技术保障。

Description

一种煤矿用深孔扩径造穴装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿设备技术领域，具体为一种煤矿用深孔扩径造穴装置。

背景技术

我国地质构造的复杂多样性、成煤环境的特殊性，导致煤层渗透性普遍较差，尤其是构造煤发育区，煤层的渗透性更低。为此，提高煤层的透气性，尤其是构造发育区煤层的透气性，是进行瓦斯高效抽采的关键。针对构造煤发育区煤层增透，以往学者提出了水力压裂、水力冲孔、水力造穴、松动爆破等一系列改造措施。这些改造措施，具有一定的增透效果，尤其是水力造穴增透效果显著。但是，水力造穴增透过程中，由于煤体强度差异，导致水力作用下煤体破坏后，造穴尺寸不均一，破坏钻孔排渣通道，甚至大块煤块堵塞排渣通道，降低增透效果。同时，水力造穴过程中，对于造穴大小难以准确控制，导致不同区域增透效果差距较大，抽采过程中可能存在抽采盲区。另外，煤矿钻孔深孔施工中，深孔煤层压应力大、钻孔容易缩孔甚至坍塌，特别是在松软煤层下，深孔的施工尤为困难，需要在煤层深孔钻孔施工的同时，对深孔进行扩孔造穴。

综上，迫切需要一种装置，可以对构造煤发育区松软煤层瓦斯抽采孔进行均匀扩径、造穴，进而实现煤层的均匀卸压，提高煤层的渗透性，实现煤层瓦斯的高效抽采。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提出一种煤矿用深孔扩径造穴装置。

本实用新型为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种煤矿用深孔扩径造穴装置，设置在钻杆与钻头之间的连接位置处，包括一带有中心通孔的杆体和设置在杆体两端的分别用于连接钻杆和钻头的母接头，所述杆体的圆周壁上沿其长度方向分别开设有两个对称的矩形槽，所述矩形槽内腔填设有与其大小相匹配的钻翅，所述钻翅一端一体连接有一连接臂，所述连接臂的自由端均倾斜朝向中心通孔方向内倾延伸并穿过杆体侧壁置入到中心通孔内后铰接在杆体侧壁设置；

所述中心通孔内设置有用于驱动两个钻翅沿铰轴开合的水压驱动机构，所述水压驱动机构包括沿钻杆钻进方向依次设置的并均带有中心孔的活塞、压盘、阀体、压簧和抵靠座，所述连接臂抵靠在活塞与压盘之间，所述阀体一端穿过压盘抵靠在活塞上，另一端抵靠套设在压簧上，所述压簧另一端抵靠套设在所述抵靠座上，所述抵靠座固定设置在中心通孔端部处；

所述连接臂的自由端端部具有一朝向活塞的弧形壁，所述连接臂与钻翅底部相接处卡接在所述压盘的倾斜端壁上，所述活塞端部设置有一与弧形壁相抵靠的顶推曲面，以在水压大于压簧压缩弹力时，活塞沿钻进方向位移的同时通过顶推曲面推动弧形壁，使弧形壁贴靠顶推曲面滚动，进而使钻翅以铰轴为轴心完成张开动作，并在水压小于压簧压缩弹力时，活塞回复原位，钻翅闭合。

作为优选的，所述阀体的圆周沿钻进方向依次开设有高压水射流孔和低压水出孔，所述杆体圆周位于高压水射流孔和低压水出孔之间的位置处开设有高压水出孔，所述中心通孔内壁相邻低压水出孔位置处开设有低压水贯通槽，以在压簧自然状态下，阀体位于密封高压水出孔位置、低压水出孔与低压水贯通槽相互贯通，低压水穿过水压驱动机构由中心通孔端部排出，并在水压大于压簧压缩弹力时，活塞、压盘和阀体共同压缩压簧位移后使阀体密封低压水贯通槽、打开高压水出孔，高压水由高压水射流孔经高压水出孔射出。

作为优选的，所述钻翅沿钻杆转动方向的侧壁上均匀嵌设有多个用于煤层内扩径造穴的耐磨合金片。

作为优选的，所述钻翅闭合状态下，钻翅的侧壁与杆体的圆周壁位于同一圆周面上。

作为优选的，所述阀体的外径与中心通孔的内径相匹配。

作为优选的，所述压盘朝向连接臂一侧的端部为一呈圆台状结构并与连接臂相互贴靠的倾斜端面。

作为优选的，所述连接臂与钻翅内壁相接处的内夹角为135°。

作为优选的，所述抵靠座包括嵌设在中心通孔内的固定座和一体连接在固定座端部中心的用于套接压簧的轴形座，所述固定座的外径大于中心通孔的内径，所述轴形座的外径小于中心通孔的内径，所述压簧套设在轴形座上后抵靠在固定座上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，设置在钻杆与钻头之间的连接位置处，具有能够完成扩孔造穴功能的钻翅，在钻孔过程中，可根据钻杆内水压的大小，实现钻翅的张开或闭合，进而改变钻杆局部的钻进外径，达到深孔内局部扩孔造穴的目的，且钻翅张开后的钻孔外径恒定，其配合高压水力压裂、水力冲孔、水力造穴，能够始终保证造穴尺寸均一恒定，准确控制造穴大小，为瓦斯抽采施工提供技术保障。

附图说明

图1为本实用新型钻翅闭合状态下的内部结构示意图；

图2为本实用新型钻翅张开状态下的内部结构示意图；

图3为本实用新型安装状态下的结构示意图；

图4为本实用新型钻翅闭合状态下的立体剖切结构示意图；

图5为本实用新型钻翅张开状态下的立体剖切结构示意图；

图6为本实用新型钻翅闭合状态下的立体结构示意图；

图7为本实用新型钻翅张开状态下的立体结构示意图；

图中标记：1、杆体，2、中心通孔、21、低压水贯通槽，3、母接头，4、矩形槽，5、钻翅，51、耐磨合金片，6、连接臂，61、弧形壁，7、活塞，71、顶推曲面，8、压盘，9、阀体，91、高压水射流孔，92、低压水出孔，10、压簧，11、抵靠座，12、高压水出孔，13、钻杆，14、钻头。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

如图1-7所示，本实用新型为一种煤矿用深孔扩径造穴装置，设置在钻杆13与钻头14之间的连接位置处，包括一带有中心通孔2的杆体1和设置在杆体1两端的分别用于连接钻杆13和钻头14的母接头3，所述杆体1的圆周壁上沿其长度方向分别开设有两个对称的矩形槽4，所述矩形槽4内腔填设有与其大小相匹配的钻翅5，所述钻翅5一端一体连接有一连接臂6，所述连接臂6的自由端均倾斜朝向中心通孔2方向内倾延伸并穿过杆体1侧壁置入到中心通孔2内后铰接在杆体1侧壁设置；

所述中心通孔2内设置有用于驱动两个钻翅5沿铰轴开合的水压驱动机构，所述水压驱动机构包括沿钻杆13钻进方向依次设置的并均带有中心孔的活塞7、压盘8、阀体9、压簧10和抵靠座11，所述连接臂6抵靠在活塞7与压盘8之间，所述阀体9一端穿过压盘8抵靠在活塞7上，另一端抵靠套设在压簧10上，所述压簧10另一端抵靠套设在所述抵靠座11上，所述抵靠座11固定设置在中心通孔2端部处；

所述连接臂6的自由端端部具有一朝向活塞7的弧形壁61，所述连接臂6与钻翅5底部相接处卡接在所述压盘8的倾斜端壁上，所述活塞7端部设置有一与弧形壁61相抵靠的顶推曲面71，以在水压大于压簧10压缩弹力时，活塞7沿钻进方向位移的同时通过顶推曲面71推动弧形壁61，使弧形壁61贴靠顶推曲面71滚动，进而使钻翅5以铰轴为轴心完成张开动作，并在水压小于压簧10压缩弹力时，活塞7回复原位，钻翅5闭合。

进一步的，如图1、4所示，所述阀体9的圆周沿钻进方向依次开设有高压水射流孔91和低压水出孔92，所述杆体1圆周位于高压水射流孔91和低压水出孔92之间的位置处开设有高压水出孔12，所述中心通孔2内壁相邻低压水出孔92位置处开设有低压水贯通槽21，以在压簧10自然状态下，阀体9位于密封高压水出孔12位置、低压水出孔92与低压水贯通槽21相互贯通，低压水穿过水压驱动机构由中心通孔2端部排出，并在水压大于压簧10压缩弹力时，活塞7、压盘8和阀体9共同压缩压簧10位移后使阀体9密封低压水贯通槽21、打开高压水出孔12，高压水由高压水射流孔91经高压水出孔12射出。

进一步的，如图1-5所示，所述钻翅5沿钻杆转动方向的侧壁上均匀嵌设有多个用于煤层内扩径造穴的耐磨合金片51。

进一步的，所述钻翅5闭合状态下，钻翅5的侧壁与杆体1的圆周壁位于同一圆周面上。

进一步的，所述阀体9的外径与中心通孔2的内径相匹配。

进一步的，所述压盘8朝向连接臂6一侧的端部为一呈圆台状结构并与连接臂6相互贴靠的倾斜端面。

进一步的，所述连接臂6与钻翅5内壁相接处的内夹角为135°。

进一步的，所述抵靠座11包括嵌设在中心通孔2内的固定座和一体连接在固定座端部中心的用于套接压簧10的轴形座，所述固定座的外径大于中心通孔2的内径，所述轴形座的外径小于中心通孔2的内径，所述压簧10套设在轴形座上后抵靠在固定座上。

在工作状态下，本实用新型的方案总共分为两个阶段，分别为水压小、钻翅闭合状态和水压大、钻翅张开状态，具体如下：

水压小、钻翅闭合状态，此状态下装置与钻杆和钻头一体连接，其实质上不起作用，仅作为钻杆与钻头的连接体，水在钻杆内穿过装置后进入到钻头，并最终由钻头端部或侧壁喷出，该状态下与常规的钻杆、钻头的工作方式一致；

当需要扩孔造穴时，进入到水压大、钻翅张开状态：

该状态下，钻杆内水压增大，通入高压水，水压推动活塞7前进，活塞7端部的顶推曲面71与连接臂6端部的弧形壁61相互配合，使得连接臂6依靠其弧形壁61沿着顶推曲面71的曲面滚动，同时压盘8端部的倾斜端面作为连接臂6的抵靠面，进而使得钻翅5完成张开动作，两侧的钻翅5的张开工作基本同步；此时，由于活塞7和压盘8的整体位移，使得阀体9密封低压水贯通槽21、打开高压水出孔12，高压水由高压水射流孔91经高压水出孔12射出，进行水力压裂或水力造穴。

钻翅5采用高强度高硬度合金材质，配合其表面的耐磨合金片51，完成深孔的扩孔造穴施工。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种煤矿用深孔扩径造穴装置，设置在钻杆（13）与钻头（14）之间的连接位置处，包括一带有中心通孔（2）的杆体（1）和设置在杆体（1）两端的分别用于连接钻杆（13）和钻头（14）的母接头（3），其特征在于：所述杆体（1）的圆周壁上沿其长度方向分别开设有两个对称的矩形槽（4），所述矩形槽（4）内腔填设有与其大小相匹配的钻翅（5），所述钻翅（5）一端一体连接有一连接臂（6），所述连接臂（6）的自由端均倾斜朝向中心通孔（2）方向内倾延伸并穿过杆体（1）侧壁置入到中心通孔（2）内后铰接在杆体（1）侧壁设置；

所述中心通孔（2）内设置有用于驱动两个钻翅（5）沿铰轴开合的水压驱动机构，所述水压驱动机构包括沿钻杆（13）钻进方向依次设置的并均带有中心孔的活塞（7）、压盘（8）、阀体（9）、压簧（10）和抵靠座（11），所述连接臂（6）抵靠在活塞（7）与压盘（8）之间，所述阀体（9）一端穿过压盘（8）抵靠在活塞（7）上，另一端抵靠套设在压簧（10）上，所述压簧（10）另一端抵靠套设在所述抵靠座（11）上，所述抵靠座（11）固定设置在中心通孔（2）端部处；

所述连接臂（6）的自由端端部具有一朝向活塞（7）的弧形壁（61），所述连接臂（6）与钻翅（5）底部相接处卡接在所述压盘（8）的倾斜端壁上，所述活塞（7）端部设置有一与弧形壁（61）相抵靠的顶推曲面（71），以在水压大于压簧（10）压缩弹力时，活塞（7）沿钻进方向位移的同时通过顶推曲面（71）推动弧形壁（61），使弧形壁（61）贴靠顶推曲面（71）滚动，进而使钻翅（5）以铰轴为轴心完成张开动作，并在水压小于压簧（10）压缩弹力时，活塞（7）回复原位，钻翅（5）闭合。

2.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述阀体（9）的圆周沿钻进方向依次开设有高压水射流孔（91）和低压水出孔（92），所述杆体（1）圆周位于高压水射流孔（91）和低压水出孔（92）之间的位置处开设有高压水出孔（12），所述中心通孔（2）内壁相邻低压水出孔（92）位置处开设有低压水贯通槽（21），以在压簧（10）自然状态下，阀体（9）位于密封高压水出孔（12）位置、低压水出孔（92）与低压水贯通槽（21）相互贯通，低压水穿过水压驱动机构由中心通孔（2）端部排出，并在水压大于压簧（10）压缩弹力时，活塞（7）、压盘（8）和阀体（9）共同压缩压簧（10）位移后使阀体（9）密封低压水贯通槽（21）、打开高压水出孔（12），高压水由高压水射流孔（91）经高压水出孔（12）射出。

3.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述钻翅（5）沿钻杆转动方向的侧壁上均匀嵌设有多个用于煤层内扩径造穴的耐磨合金片（51）。

4.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述钻翅（5）闭合状态下，钻翅（5）的侧壁与杆体（1）的圆周壁位于同一圆周面上。

5.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述阀体（9）的外径与中心通孔（2）的内径相匹配。

6.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述压盘（8）朝向连接臂（6）一侧的端部为一呈圆台状结构并与连接臂（6）相互贴靠的倾斜端面。

7.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述连接臂（6）与钻翅（5）内壁相接处的内夹角为135°。

8.如权利要求1所述的一种煤矿用深孔扩径造穴装置，其特征在于：所述抵靠座（11）包括嵌设在中心通孔（2）内的固定座和一体连接在固定座端部中心的用于套接压簧（10）的轴形座，所述固定座的外径大于中心通孔（2）的内径，所述轴形座的外径小于中心通孔（2）的内径，所述压簧（10）套设在轴形座上后抵靠在固定座上。

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