CN219281661U - 一种反推投球式机械-水力一体化造穴钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种反推投球式机械‑水力一体化造穴钻具，包括主体、刀翼展开机构、一对刀翼、投球，主体设置第一连接头、容刀槽、储水腔、第二连接头，第一连接头与钻头连接，储水腔上设置喷嘴，储水腔与第二连接头连通，一对刀翼闭合状态下，置于容刀槽内，同时可以通过刀翼展开机构展开，投球未放入储水腔时，刀翼处于闭合状态，进行导向孔施工作业，投球顺水流进入储水腔后，储水腔内水压增大，高压水冲击传动销挤压推力齿条，使刀翼展开，进行扩孔造穴作业。本实用新型结构简单，操作方便，维修简便，能够为机械造穴提供足够的破煤能量，同时水力造穴进一步将煤屑破碎以便顺利排渣，能够保证造穴质量，满足设计要求。

Description

一种反推投球式机械-水力一体化造穴钻具

技术领域

本实用新型属于煤层泄压及煤层气开发领域，特别是涉及一种反推投球式机械-水力一体化造穴钻具。

背景技术

矿用造穴工艺实施是在近几年瓦斯抽采及卸压中不断出现的钻孔方式，通过孔内造穴可以有效增加瓦斯抽采率，解决瓦斯抽采困难的难题。目前我矿主采区处于高地应力、高瓦斯复合环境下，迎头卸压钻孔、本煤层预抽钻孔及边掘边抽钻孔施工过程中喷孔、夹钻、顶钻、塌孔及响煤炮现象频发，一是易造成瓦斯预警及超限事故，严重制约安全生产；二是造成钻孔成孔率低，需反复钻进及套孔，单孔成孔率不足45%；三是喷孔严重期间孔口喷出大量水煤，造成施工地点作业环境差，需投入大量人工进行清煤工作面，工时利用率较低。现有技术中为解决以上问题一般采取水力造穴、机械+水力联合造穴两种造穴增透措施，造穴工艺其本质为：①造穴后依靠煤层自身地应力形成大范围的煤层裂隙；②保障有效的连续的瓦斯运移通道，因而形成有效洞穴的关键就在于破煤能量的大小。但两种造穴工艺优缺点明显，具体如下：水力造穴工艺：优点：水力水刀能够安装在钻头后方随钻一起钻进，施工到设计造穴位置后即可进行造穴施工，操作简单。缺点：水力造穴时，当孔内充满积水时（即负角度钻孔时），水射流能量必然受积水影响，破煤能量明显衰减，在较大负角度情况下，单纯水力造穴难以单独实现设计造穴量，一方面在于水射流能量在积水阻碍下衰减明显，另一方面在常规排渣流量下受孔口与孔底高差影响排渣，效率降低。机械+水力联合造穴工艺：优点：机械造穴提供足够的破煤能量，水力造穴进一步将煤屑破碎以便顺利排渣，能够保证造穴质量满足设计要求。缺点：机械+水力联合造穴需钻孔成孔后，退出钻杆后需先安设水力水刀再安设机械水刀然后将钻杆送进，进行前进或后退式造穴，需多退一次钻杆。综上所述，如何将机械、水力水刀融合在一起制作成“机械-水力”一体化水刀，既能满足机械水刀破煤能量又能满足水力造穴将煤屑破碎以便顺利排渣的施工要求还能够减少拆、安水刀工序是目前亟需解决的技术问题。

中国发明专利CN104278952B公开了一种水力-机械联合煤层造穴装置及使用方法，上部接头、本体、造穴机构、流道转换机构、刀翼张开机构，造穴机构包括刀翼和组合喷嘴块，刀翼能在刀翼张开机构的作用下张开，进行机械造穴，组合喷嘴块用于水利造穴，流道转换机构用于一级纯水力和二级水力-机械联合造穴的转换，只需一次下钻即可完成造穴施工，改变了目前煤层造穴需要多次起下钻进行多级造穴的方式，该装置主体结构较为复杂，零件繁多，井下实际使用过程中维修不便，寿命较短。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是现有技术中水力-机械联合造穴装置结构复杂、井下维修不变、寿命短的问题。

本实用新型提供一种反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，连接在钻头和钻杆之间，包括主体、刀翼展开机构、一对刀翼、投球，所述主体从左到右依次设置第一连接头、容刀槽、储水腔、第二连接头，第一连接头与钻头连接，容刀槽左端设置弹簧座，右端设置第一销孔，第一销孔伸入储水腔内，储水腔上设置喷嘴，储水腔与第二连接头连通，连通处设置密封圈，所述一对刀翼闭合状态下，置于容纳槽内，刀翼为扁平的长条状，刀翼一端为圆头，刀翼圆头端通过旋动销与容刀槽转动连接，刀翼的圆头端设置有第一齿条，刀翼的工作面均匀设置多个切削齿，所述刀翼展开机构包括传动销、推力齿条、推板、一对反推弹簧，传动销设置在第一销孔内，推力齿条两侧设置有第二齿条，第二齿条与刀翼圆头端的第一齿条啮合，推力齿条一端与传动销连接，一端与推板连接，一对反推弹簧对称设置在刀翼两侧，反推弹簧一端与弹簧座连接，一端与推板连接，所述投球的直径小于储水腔直径大于第一销孔的直径，所述投球未放入储水腔时，水压低，水流从储水腔喷嘴和传动销处流出，一对刀翼处于闭合状态，所述投球顺水流进入储水腔后，水压增大，水流冲击传动销进而挤压推力齿条，一对刀翼处于展开状态。

进一步的，所述储水腔为圆柱状，储水腔的直径大于销孔的直径。

进一步的，所述第一连接头设置内螺纹，内径与钻头的连接端相配合，所述第二连接头设置内螺纹，内径与钻杆的连接端相配合。

进一步的， 所述第二连接头内部为锥形，与储水腔连通处口径最小。

进一步的，所述刀翼展开角度为0-90°。

进一步的，所述喷嘴数量为两个，对称设置在储水腔上。

进一步的，所述主体还设置有弹簧盖，避免煤渣进入。

进一步的，所述一对刀翼闭合状态下的接触面为波浪形。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型反推投球式机械-水力一体化造穴钻具能够安装在钻头后方随钻一起钻进，施工到设计造穴位置后即可进行后退式机械造穴施工，具体过程：导向孔施工期间，清水泵站压力保持在5MP a下，投球未放入储水腔，由于进入储水腔内的水压低，水流从喷嘴和传动销处流出，刀翼处于闭合状态，进行导向孔施工作业，待钻孔施工至设计深度后，加大水压并将投球顺水流放入储水腔，由于投球占据了储水腔中大部分空间，进入传动销的水流压力增大，这时一部分高压水从喷嘴处喷出，形成水刀，一部分高压水冲击传动销进而挤压推力齿条，使推力齿条向左运动从而带动刀翼展开，机械和水力同时进行扩孔造穴作业。本实用新型结构简单，操作方便，维修简便，能够为机械造穴提供足够的破煤能量，同时水力造穴进一步将煤屑破碎以便顺利排渣，能够保证造穴质量，满足设计要求。

附图说明

图1、本实用新型反推投球式机械-水力一体化造穴钻具刀翼闭合状态示意图。

图2、本实用新型反推投球式机械-水力一体化造穴钻具刀翼展开状态示意图。

图3、本实用新型反推投球式机械-水力一体化造穴钻具主体剖面图。

图4、本实用新型反推投球式机械-水力一体化造穴钻具刀翼展开机构示意图。

实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1和2所示，一种反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，连接在钻头和钻杆之间，包括主体1、刀翼展开机构、一对刀翼6、投球。

如图3所示，主体1从左到右依此设置第一连接头101、容刀槽102、储水腔103、第二连接头104，第一连接头101与钻头连接，第一连接头101设置内螺纹，内径与钻头的连接端相配合，第二连接头104设置内螺纹，内径与钻杆的连接端相配合。容刀槽102左端设置弹簧座1021，右端设置第一销孔1022，第一销孔102伸入储水腔103内，储水腔103表面设置喷嘴1032，喷嘴1032数量为两个，对称设置在储水腔103上。储水腔与103第二连接头104连通，第二连接头104内部为锥形，与储水腔103连通处口径最小，当水流通过时，便于增大水压，连通处设置台阶1031，台阶1031内设置密封圈，一对刀翼6闭合状态下，置于容刀槽102内，一对刀翼6闭合状态下的接触面为波浪形，可以减小接触面积，便于展开。刀翼6为扁平的长条状，刀翼6一端为圆头，圆头端通过旋动销与容刀槽102转动连接，刀翼6的圆头端设置有第一齿条，刀翼6的工作面均匀设置多个切削齿7。

如图4所示，刀翼展开机构包括传动销2、推力齿条3、推板4、一对反推弹簧5，传动销2设置在容刀槽102的第一销孔1022内，推力齿条3两侧设置有第二齿条，第二齿条与刀翼6圆头端的第一齿条啮合，推力齿条3一端与传动销2连接，一端与推板4连接，一对反推弹簧5对称设置在刀翼6两侧，主体1还设置有弹簧盖8，避免煤渣进入，影响反推弹簧5正常工作，反推弹簧5一端与弹簧座1021连接，一端与推板4连接，刀翼6转动角度为0-90°。

导向孔施工期间，清水泵站压力保持在5MPa下，投球未放入储水腔103，由于进入储水腔103内水压低，水流从喷嘴1032和传动销2处流出，刀翼6处于闭合状态，进行导向孔施工作业，待钻孔施工至设计深度后，加大水压并将投球顺水流放入储水腔103，由于投球占据了储水腔中大部分空间，进入传动销的水流压力增大，这时一部分高压水从喷嘴1032处喷出，形成水刀，一部分高压水冲击传动销2进而挤压推力齿条3，使推力齿条3向左运动从而带动刀翼6展开，这时反推弹簧5处于压缩状态，机械和水力同时进行扩孔造穴作业，作业完成之后，停止进水，反推弹簧5恢复原状，反推弹簧5恢复原状的过程中，反推推力齿条3，使其向右运动，带动刀翼6使其闭合，随钻杆退出钻孔。

反推投球式机械-水力一体化造穴钻具能够安装在钻头后方随钻一起钻进，施工到设计造穴位置后即可进行后退式机械造穴施工，操作简单，能够为机械造穴提供足够的破煤能量，同时水力造穴进一步将煤屑破碎以便顺利排渣，能够保证造穴质量，满足设计要求。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，连接在钻头和钻杆之间，其特征在于，包括主体、刀翼展开机构、一对刀翼、投球，所述主体从左到右依次设置第一连接头、容刀槽、储水腔、第二连接头，第一连接头与钻头连接，容刀槽左端设置弹簧座，右端设置第一销孔，第一销孔伸入储水腔内，储水腔上设置喷嘴，储水腔与第二连接头连通，连通处设置密封圈，

所述一对刀翼闭合状态下，置于容纳槽内，刀翼为扁平的长条状，刀翼一端为圆头，刀翼圆头端通过旋动销与容刀槽转动连接，刀翼的圆头端设置有第一齿条，刀翼的工作面均匀设置多个切削齿，

所述刀翼展开机构包括传动销、推力齿条、推板、一对反推弹簧，传动销设置在第一销孔内，推力齿条两侧设置有第二齿条，第二齿条与刀翼圆头端的第一齿条啮合，推力齿条一端与传动销连接，一端与推板连接，一对反推弹簧对称设置在刀翼两侧，反推弹簧一端与弹簧座连接，一端与推板连接，

所述投球的直径小于储水腔直径大于第一销孔的直径，所述投球未放入储水腔时，水压低，水流从储水腔喷嘴和传动销处流出，一对刀翼处于闭合状态，所述投球顺水流进入储水腔后，水压增大，水流冲击传动销进而挤压推力齿条，一对刀翼处于展开状态。

2.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于，所述储水腔为圆柱状，储水腔的直径大于销孔的直径。

3.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于，所述第一连接头设置内螺纹，内径与钻头的连接端相配合，所述第二连接头设置内螺纹，内径与钻杆的连接端相配合。

4.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于， 所述第二连接头内部为锥形，与储水腔连通处口径最小。

5.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于，所述刀翼展开角度为0-90°。

6.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于，所述喷嘴数量为两个，对称设置在储水腔上。

7.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于，所述主体还设置有弹簧盖，避免煤渣进入。

8.根据权利要求1所述的反推投球式机械-水力一体化造穴钻具，其特征在于，所述一对刀翼闭合状态下的接触面为波浪形。

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