CN215761540U - 双通道水路独立分流可控式造穴装置 - Google Patents

Abstract

一种双通道水路独立分流可控式造穴装置，包括双壁钻杆接头、内管、活塞、外壳体、刀翼、接手和钻头，所述双壁钻杆接头的前端连接至外壳体的后端，所述外壳体的前端通过接手连接至钻头，所述内管的前端伸入外壳体内且设有抵靠外壳体内壁的内管凸缘，所述活塞可滑动的设置于外壳体内，活塞后端面和内管前端面之间形成高压密封腔，所述内管的中间形成中心通孔，所述外壳体设有多个轴向设置的环空通孔，各环空通孔的前后端通过进水孔和出水孔连通至外壳体内；由此，本实用新型结构简单，操作方便，造穴效果好、刀翼精准可控、排渣能力强，解决现有机械造穴装置刀翼可控性差、水力冲孔时流量小排渣困难的问题，适用于松软低透煤层和中硬煤层的施工。

Description

双通道水路独立分流可控式造穴装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下坑道钻探施工钻扩一体化的技术领域，尤其涉及一种双通道水路独立分流可控式造穴装置。

背景技术

低透煤层瓦斯抽采一直是制约我国煤矿安全开采的重大的难题。通过水力冲孔、水力割缝等水力化措施来改善煤层透气性实现高效、安全抽采已成为低透煤层瓦斯抽采的有效途径。水力造穴增透技术具有施工操作简单、性价比高、增透效果明显等显著优点，可推广性强。水力造穴装置是水力冲孔配套施工重要装备，其性能质量直接影响冲孔作业施工安全性。

目前，现有造穴装置一般包括水力造穴和机械造穴两种方式实现。一是采用水力造穴装置通过水压控制水路流道实现切换，从而通过增大压力方式实现高压造穴冲孔；正常钻孔施工时水压较低，水力造穴装置不工作，待钻进到目标造穴位置后，增大压力推动内部活塞机构实现流道切换，进行高压射流冲孔钻进；二是采用机械扩孔装置进行煤层目标层位增透造穴，其原理一般通过水压推动联接机构，通过连杆、活塞或齿轮-齿条机构实现机械刀翼张开和闭合。相比水力造穴技术，机械造穴的造穴半径有效可控。但是，上述两种造穴方法在低透煤层造穴施工中，适用性各有千秋；水力造穴施工一般适用于煤层普氏硬度系数f≤0.5的松软低透煤层，随钻煤层硬度增大，其破煤效率不高，造穴半径可控性不足；钻具回转时，依靠喷嘴前端形成高压射流作用，进行破煤作业；但受其结构限制，尤其在下向钻孔施工时，喷嘴流量无法满足排粉需求，常发生堵塞喷嘴现象，更严重者因排粉不畅造成卡钻事故；另外，钻进时需要配备高压泵，不仅占用空间大，而且增加了施工的设备成本。

现有机械造穴扩孔装置工作时，依靠张开的单个刀翼或两个刀翼，钻具回转时在水压推动和离心力共同作用下张开，扩孔作业结束后，关闭水路实现刀翼收回复位；该装置的优点是不需要配备高压泵，利用静压水即可实现扩孔造穴作业，但是受装置内部机械结构限制，刀翼开闭的受冲洗介质流量及机械结构限制，刀翼工作时开闭可靠性不足，扩孔时刀翼张开随机性大，尤其钻遇煤岩结合部收回不灵活，常发生刀翼张开或闭合不完全，造成刀翼折断、变形、卡阻等问题，导致造穴扩孔效果不甚理想。所以如何解决水力和机械掏穴过程中执行元件扩孔刀翼张开稳定可控，确保增透半径可控是面临的关键问题。

现有涉及公开专利号CN106761410B的一种双通道钻冲扩一体装置，虽然能够利用高、低压两个通道进行钻进和造穴扩孔作业，但仍然需要小功率增压泵作用下对高压通道进行增压，在高压水作用下推动滑锁向左移动，进而带动扩孔钻头张开实现造穴扩孔；同时该扩孔钻头驱动方式为水压推动活塞带动滑锁连杆机构，进而实现刀翼张闭，该结构较为复杂，且连杆滑锁移动换位时易出现“死点”，刀翼张开可控性差，限制了造穴扩孔施工进度。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种双通道水路独立分流可控式造穴装置，以克服上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双通道水路独立分流可控式造穴装置，其结构简单，操作方便，造穴效果好、刀翼精准可控、排渣能力强，解决现有机械造穴装置刀翼可控性差、水力冲孔时流量小排渣困难的问题；既能适用于松软低透煤层(普氏硬度系数f≤0.5)造穴扩孔，又能适用于中硬煤层(普氏硬度系数f＞1)造穴扩孔施工。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种双通道水路独立分流可控式造穴装置，包括双壁钻杆接头、内管、活塞、外壳体、刀翼、接手和钻头，其特征在于：

所述双壁钻杆接头的前端连接至外壳体的后端，所述外壳体的前端通过接手连接至钻头，所述内管的前端伸入外壳体内且设有抵靠外壳体内壁的内管凸缘，所述活塞可滑动的设置于外壳体内，一复位弹簧套设于活塞上且两端分别抵靠于外壳体内壁的定位凸起和活塞后端的导向凸缘，活塞后端面和内管前端面之间形成高压密封腔，所述内管的中间形成中心通孔，所述外壳体设有多个轴向设置的环空通孔，各环空通孔的后端通过径向设置的进水孔连通至外壳体内，所述进水孔设置于所述内管凸缘的后方，各环空通孔的前端通过径向设置的出水孔连通至外壳体内。

其中：所述刀翼可旋转的设置于外壳体上，所述刀翼的旋转端设有部分齿轮结构，所述部分齿轮结构设有多个齿，所述活塞设置有与所述部分齿轮结构进行齿啮合传动的齿条结构进而实现刀翼的精确控制。

其中：所述旋转端通过销轴旋转固定于所述外壳体侧壁的台肩孔内，所述台肩孔设有能容置刀翼的刀翼腔体。

其中：所述刀翼的一侧焊接有多个PDC切削齿，所述PDC切削齿的数量为6-10个。

其中：齿条结构的齿数为10-16个。

其中：所述外壳体在出水孔的后方设有限位板，所述限位板的周缘和外壳体的内壁相贴靠配合，其中部设有供水流通过的中心通。

其中：所述中心通孔的孔径10-12mm。

其中：所述外壳体侧壁的台肩孔设有限位板来实现0°-90°的刀翼张开。

其中：所述内管的内管凸缘设有容置第一密封圈的第一密封槽，所述内管的后端外缘色还有多个容置第二密封圈的第二密封槽。

其中：所述活塞的导向凸缘设有容置格莱圈的密封凹槽。

通过上述内容可知，本实用新型的双通道水路独立分流可控式造穴装置具有如下效果：

1.结构简单，操作方便，造穴效果好、刀翼精准可控、排渣能力强，解决现有机械造穴装置刀翼可控性差、水力冲孔时流量小排渣困难的问题；既能适用于松软低透煤层(普氏硬度系数f≤0.5)造穴扩孔，又能适用于中硬煤层(普氏硬度系数f＞1)造穴扩孔施工。

2.通过低压水流径中心通道，推动活塞齿轮齿条机构运动，实现刀翼精确控制，大幅度提高刀翼的可控性，降低常规机械掏穴钻头刀翼机构易卡死的难题；

3.造穴施工时，无需增加高压泵等增压设备，依靠静压水即可实现刀翼开启，开启压力范围1-2MPa，煤层适用性强，尤其对普氏硬度系数f＞1的中硬煤层造穴效果好，施工效率能提高30％；

4.采用环空静压水分流机构设计，静压水分流辅助携粉效果显著，正常钻进时，70％的静压水流径钻头水眼进行携粉，另外一部分30％的静压水经限位板中心孔喷射形成高压射流对刀翼腔体进行冲击、清洁，防堵效果显著，在流量一定的前提下，能够大幅减少了冲洗介质的损失，同时实现能量有效利用。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的双通道水路独立分流可控式造穴装置刀翼复位状态的结构示意图。

图2显示了本实用新型的刀翼开启状态的结构示意图。

图3显示了图1中A-A向的截面剖视图。

图4显示了本实用新型的内管剖视图。

图5显示了本实用新型的活塞结构示意图。

图6显示了本实用新型的外壳体结构剖视图。

图7显示了本实用新型的刀翼结构示意图。

具体实施方式

参见图1至图7，显示了本实用新型的双通道水路独立分流可控式造穴装置。

所述双通道水路独立分流可控式造穴装置可包括双壁钻杆接头1、内管2、活塞3、复位弹簧4、外壳体5、刀翼6、限位板7、接手8、钻头9、销轴10和限位块11，所述双壁钻杆接头1的前端连接至外壳体5的后端，所述外壳体5的前端通过接手8连接至钻头9，所述内管2的前端伸入外壳体5内且设有抵靠外壳体5内壁的内管凸缘202，所述内管2的后端位于双壁钻杆接头1内，所述活塞3可滑动的设置于外壳体5内，所述复位弹簧4套设于活塞3上，且两端分别抵靠于外壳体5内壁的定位凸起和活塞3后端的导向凸缘302，以将活塞3弹性压靠于内管2的前端面，所述导向凸缘302贴靠于外壳体5内壁，从而在活塞3后端面301和内管2前端面之间形成高压密封腔，所述内管2的中间形成供高压水进入的中心通孔，同时参见图3，所述外壳体5设有多个轴向设置的环空通孔502，各环空通孔502的后端通过径向设置的进水孔501连通至外壳体5内，参见图1和图6所示，所述进水孔501设置于所述内管2的内管凸缘后部，从而从所述双壁钻杆接头1和内管2之间环空进入的低压水能进入环空通孔502，各环空通孔502的前端通过径向设置的出水孔503连通至外壳体5内。

其中，同时参见图7，所述刀翼6可旋转的设置于外壳体5上，所述刀翼6的旋转端设有部分齿轮结构，所述部分齿轮结构设有多个齿601，所述旋转端通过销轴10旋转固定于所述外壳体5侧壁的台肩孔内，所述台肩孔设有能容置刀翼6的刀翼腔体505，所述销轴10可依靠焊接、铆接或防松螺母联结以实现联接紧固，同时能够转动，所述刀翼6的一侧焊接有多个PDC切削齿602，优选PDC切削齿602的数量为6-10个。

其中，同时参见图5，所述活塞3依靠导向凸缘302与外壳体5的内壁配合实现密封，所述活塞3的末端设置有与所述部分齿轮结构601进行齿啮合传动的齿条结构303，进而与所述刀翼6的齿601相配合联动，实现刀翼的精确控制，其中所述齿条结构的齿数为10-16个为最优。

其中，所述外壳体5内在出水孔503的后方设有限位板7，所述限位板7的周缘和外壳体5的内壁相贴靠配合，其中部设有供水流通过的中心通孔504，所中心通孔504的作用为将流径环空的低压水进行分流，一部分入钻头进行携粉，另一部分进入外壳体的中心腔体，实现对齿轮-齿条的刀翼腔体进行清洁，防止煤粉堆积阻塞腔体，所述中心通孔504的孔径优选为10-12mm。

其中，所述外壳体5侧壁的台肩孔设有限位板11，以对刀翼进行限位，实现0°-90°的刀翼张开。

由此，所述双通道水路独立分流式造穴钻具设置有两个独立通道，正常钻进时，依靠所述双壁钻杆接头1的环空和外壳体5的环空通道水路502构成低压钻进水路，依次进入所述外壳体径向均布的进水孔501，通过轴向均布的环空通孔502，进入出水孔503，一部分流径所述钻头9前端水孔进行携粉、冷却钻头，另一部分从所述限位板11的通孔504流出，对所述刀翼腔体505进行清洁；造穴扩孔时，静压水从所述双壁钻杆接头1环空进入，经过内管2进入高压密封腔，高压水推动所述活塞3下移带动所述刀翼6打开，回转钻具，直至刀翼在孔内完全张开至90°(如图2所示)；利用单独水路对所述刀翼6进行精确控制，在限位块11的作用下，实现刀翼90°张开后，无法继续向大角度方向转动，通过所述独立分流式机构实现扩孔造穴，同时在环空通道通入低压水共同携粉钻进，既能适用于松软低透煤层，又能适用于中硬煤层造穴施工。

其中，所述外壳体5的环空通孔502等距间隔设置，其数量为8-10个。

其中，参见图4，所述内管2的内管凸缘202设有容置第一密封圈13的第一密封槽，所述内管2的后端外缘色还有多个容置第二密封圈14的第二密封槽201，从而在安装密封圈后形成独立的密封腔。

其中，参见图5，所述活塞3的导向凸缘302设有容置格莱圈12的密封凹槽，以更好的实现密封效果。

钻进到预定目标孔段，掏穴钻进时，同时接入两路静压水，回转钻具，调节静压水流量，开启压力1～2MPa，此时低压水流经双壁钻具环空通道，自内管2内孔201进入，进而推动双通道独立分流式造穴装置活塞3下移，驱动刀翼6完全张开至90°，此时环空通道通入低压水进入外壳体5前端水眼，基于大流量低压水及螺旋槽机械式辅助搅动的协同携粉作用下，实现对造穴点处的大流量排粉，确保孔内清洁。造穴孔段结束后，关闭两个通道水路，此时刀翼6在弹簧力作用下将翼片收回钻具内腔体内，提钻并封孔抽采。

由此可见，本实用新型的优点在于：

1.结构简单，操作方便，造穴效果好、刀翼精准可控、排渣能力强，解决现有机械造穴装置刀翼可控性差、水力冲孔时流量小排渣困难的问题；既能适用于松软低透煤层(普氏硬度系数f≤0.5)造穴扩孔，又能适用于中硬煤层(普氏硬度系数f＞1)造穴扩孔施工。

2.通过低压水流径中心通道，推动活塞齿轮齿条机构运动，实现刀翼精确控制，大幅度提高刀翼的可控性，降低常规机械掏穴钻头刀翼机构易卡死的难题；

3.造穴施工时，无需增加高压泵等增压设备，依靠静压水即可实现刀翼开启，开启压力范围1-2MPa，煤层适用性强，尤其对普氏硬度系数f＞1的中硬煤层造穴效果好，施工效率能提高30％；

4.采用环空静压水分流机构设计，静压水分流辅助携粉效果显著，正常钻进时，70％的静压水流径钻头水眼进行携粉，另外一部分30％的静压水经限位板中心孔喷射形成高压射流对刀翼腔体进行冲击、清洁，防堵效果显著，在流量一定的前提下，能够大幅减少了冲洗介质的损失，同时实现能量有效利用。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (10)

1.一种双通道水路独立分流可控式造穴装置，包括双壁钻杆接头、内管、活塞、外壳体、刀翼、接手和钻头，其特征在于：

所述双壁钻杆接头的前端连接至外壳体的后端，所述外壳体的前端通过接手连接至钻头，所述内管的前端伸入外壳体内且设有抵靠外壳体内壁的内管凸缘，所述活塞可滑动的设置于外壳体内，一复位弹簧套设于活塞上且两端分别抵靠于外壳体内壁的定位凸起和活塞后端的导向凸缘，活塞后端面和内管前端面之间形成高压密封腔，所述内管的中间形成中心通孔，所述外壳体设有多个轴向设置的环空通孔，各环空通孔的后端通过径向设置的进水孔连通至外壳体内，所述进水孔设置于所述内管凸缘的后方，各环空通孔的前端通过径向设置的出水孔连通至外壳体内。

2.如权利要求1所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述刀翼可旋转的设置于外壳体上，所述刀翼的旋转端设有部分齿轮结构，所述部分齿轮结构设有多个齿，所述活塞设置有与所述部分齿轮结构进行齿啮合传动的齿条结构进而实现刀翼的精确控制。

3.如权利要求2所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述旋转端通过销轴旋转固定于所述外壳体侧壁的台肩孔内，所述台肩孔设有能容置刀翼的刀翼腔体。

4.如权利要求2所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述刀翼的一侧焊接有多个PDC切削齿，所述PDC切削齿的数量为6-10个。

5.如权利要求2所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：齿条结构的齿数为10-16个。

6.如权利要求1-5中任一所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述外壳体在出水孔的后方设有限位板，所述限位板的周缘和外壳体的内壁相贴靠配合，其中部设有供水流通过的中心通。

7.如权利要求6所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述中心通孔的孔径10-12mm。

8.如权利要求1-5中任一所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述外壳体侧壁的台肩孔设有限位板来实现0°-90°的刀翼张开。

9.如权利要求1-5中任一所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述内管的内管凸缘设有容置第一密封圈的第一密封槽，所述内管的后端外缘色还有多个容置第二密封圈的第二密封槽。

10.如权利要求1-5中任一所述的双通道水路独立分流可控式造穴装置，其特征在于：所述活塞的导向凸缘设有容置格莱圈的密封凹槽。

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