一種煤層打鑽固孔器的製作方法

2023-12-01 20:10:41 1

本發明屬於煤層鑽探工程技術領域，尤其涉及一種在煤層打鑽時能夠加固鑽孔的煤層打鑽固孔器。

背景技術：

在煤礦煤層打鑽時，尤其是施工瓦斯抽採鑽孔，經常發生塌孔現象，易使鑽孔報廢，降低成孔率，造成極大的浪費，且抽採瓦斯效果不好，將會發生瓦斯災害安全事故，嚴重影響安全生產。一些礦井採取向孔內放置高分子材料的篩管，來防止塌孔堵塞鑽孔，人工和材料成本非常高；而且開採時隨著煤炭破碎，篩管變成雜物混合進入煤中，不僅會降低煤質，在煤炭燃燒時篩管雜質還會嚴重汙染大氣。迄今為止，還沒有更好的加固鑽孔方法和裝置，因此，煤礦煤層施工抽採鑽孔打鑽時，鑽孔加固已經成為礦井安全生產中亟待解決的技術難題。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種在鑽孔作業的同時對孔壁進行機械式加固的煤層打鑽固孔器，其可有效解決煤層抽採鑽孔打鑽時由於塌孔造成的鑽孔堵塞報廢的技術難題。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：一種煤層打鑽固孔器，包括具有中心通道的圓筒體，圓筒體兩端同軸向分別設置有凸連接件和凹連接件，圓筒體外表面沿圓周方向均勻設置有至少兩個伸縮式固孔結構；

每個伸縮式固孔結構均包括沿圓筒體軸向方向開設的長槽，圓筒體上在長槽底部開設有長度和寬度均小於長槽的通孔，長槽內設置有外部凸出於圓筒體外表面的雙向錐狀旋翼，雙向錐狀旋翼的側部沿長度方向對稱設有第一導向板，雙向錐狀旋翼的側部沿寬度方向對稱設有第二導向板，第一導向板和第二導向板均與長槽的側壁滑動配合，第一導向板和第二導向板的底面與雙向錐狀旋翼底面保持齊平；圓筒體外表面在長槽長度方向的兩端分別設置有一個臺階槽，雙向錐狀旋翼外側套設有將長槽和臺階槽封堵的環形擋板，環形擋板外表面與圓筒體外表面接觸處保持平滑過渡，環形擋板橫截面的外徑等於圓筒體的外徑；環形擋板在臺階槽處沿圓筒體徑向方向設置有與圓筒體連接的沉頭螺栓；第二導向板與環形擋板之間設置有復位彈簧。

環形擋板的內圈設置有環形槽，環形槽內設置有與雙向錐狀旋翼側部密封接觸的密封條。

雙向錐狀旋翼的厚度沿寬度方向由一側邊沿到另一側邊沿逐漸增厚且弧面光滑過渡。

雙向錐狀旋翼的厚度沿長度方向呈中部凸出的紡錘形結構。

凸連接件為圓錐狀的螺紋接頭，凹連接件為圓錐狀的螺紋孔，螺紋接頭與螺紋孔的形狀及大小適配。

伸縮式固孔結構設有三個，相鄰兩個沿徑向方向的夾角為120°。

採用上述技術方案，本發明具有以下技術效果：

本發明的圓筒體為厚壁的圓管形狀，由硬質合金鋼管加工，圓筒體的一端的凸連接件為圓錐狀的螺紋接頭，圓筒體另一端的凹連接件為圓錐狀的螺紋孔，能夠方便地安裝在鑽頭後方的鑽杆上。

伸縮式固孔結構設置在在圓筒體的厚壁管身，按120°夾角均勻分布，設置安裝有3個相同的中間大、兩端小的紡錘形的雙向錐狀旋翼，雙向錐狀旋翼由耐磨合金鋼製造，雙向錐狀旋翼的表面為光滑弧面，可以保證旋轉時不會破壞鑽孔壁。

圓筒體的厚壁管身內安裝有復位彈簧，當打鑽工作時，壓力水由中心通道進入到通孔，對雙向錐狀旋翼產生壓力，水壓克服復位彈簧的彈力，驅動雙向錐狀旋翼向外彈出，當停鑽停水時又會向圓筒體內收縮回復原位；密封條起到避免漏水作用，確保壓力水有足夠的壓力到達鑽頭處。

煤層打鑽時，雙向錐狀旋翼可以在圓筒體內的壓力水的作用下彈出，雙向錐狀旋翼的光滑弧面貼緊鑽孔壁面，對鑽孔壁形成擠壓作用，隨著圓筒體旋轉能夠擠壓擠緊鑽孔壁，同時錐雙向錐狀旋翼的光滑弧面能夠塗抹鑽孔壁；這樣，在雙向錐狀旋翼對鑽孔壁周圍的鬆動圈產生擠壓擠緊作用，並且雙向錐狀旋翼的光滑弧面能將細碎煤粉塗抹填補進入孔壁周圍的鬆動圈，實現了加固鑽孔的目的。

煤層打鑽時，作業的3個彈出的雙向錐狀旋翼之間，形成槽溝形的排屑通道，對於鑽屑的排出起到很好的導流作用，保證了正常順利排渣排屑，從而有效避免了雙向錐狀旋翼處的鑽屑堵塞。

在煤層打鑽時，因為紡錘形的雙向錐狀旋翼沿長度方向是中部凸出的對稱結構，所以，無論打鑽或退鑽時，都能夠對鑽孔壁形成擠壓和塗抹雙重的擠密作用，從而加固鑽孔壁和防止塌孔。

雙向錐狀旋翼的個數可以根據實際需要進行調整，雙向錐狀旋翼的尺寸可根據鑽孔 (或鑽頭)大小進行調整。雙向錐狀旋翼完全彈出時，其橫截面直徑略大於鑽孔(或鑽頭)的直徑，例如適用於Φ94mm鑽孔的用雙向錐狀旋翼的迴轉直徑為Φ98—100mm的固孔器，或適用於Φ113mm鑽孔的用雙向錐狀旋翼的迴轉直徑為Φ117—120mm的固孔器。

本發明在正常打鑽過程中，同時加固鑽孔，沒有額外的工序，也無額外的材料消耗，大大減少了工時和材料浪費，明顯提高鑽孔成孔合格率，有效解決煤層抽採鑽孔塌孔堵塞報廢問題，延長鑽孔抽採時間，提升瓦斯抽採效果。

本發明中設置了通過沉頭螺栓連接到鑽杆上的環形擋板，這樣便於安裝和拆卸復位彈簧以及雙向錐狀旋翼，雙向錐狀旋翼、第一導向板和第二導向板採用一體結構製成。

綜上所述，本發明在打鑽過程中加固鑽孔，在正常施工鑽孔的同時，能夠加固鑽孔壁面保護鑽孔，防止孔內孔壁垮塌堵塞導致鑽孔報廢，明顯提高鑽孔成孔合格率，沒有額外的工序，也無額外的材料消耗，大大減少了工時和材料浪費，有效延長鑽孔抽採時間，提升瓦斯抽採效果，有效解決煤層抽採鑽孔塌孔堵塞報廢問題。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1中I-I剖視圖；

圖3是圖2中A-A向旋轉剖視圖；

圖4是採用本發明連接到鑽杆上進行固孔作業的示意圖；

圖5是圖4中B-B剖視圖。

具體實施方式

如圖1-圖5所示，本發明的一種煤層打鑽固孔器，包括具有中心通道的圓筒體1，圓筒體1兩端同軸向分別設置有凸連接件2和凹連接件3，圓筒體1外表面沿圓周方向均勻設置有至少兩個伸縮式固孔結構。

每個伸縮式固孔結構均包括沿圓筒體1軸向方向開設的長槽15，圓筒體1上在長槽15底部開設有長度和寬度均小於長槽15的通孔4，長槽15內設置有外部凸出於圓筒體1外表面的雙向錐狀旋翼5，雙向錐狀旋翼5的側部沿長度方向對稱設有第一導向板6，雙向錐狀旋翼5的側部沿寬度方向對稱設有第二導向板7，第一導向板6和第二導向板7均與長槽15的側壁滑動配合，第一導向板6和第二導向板7的底面與雙向錐狀旋翼5底面保持齊平；圓筒體1外表面在長槽15長度方向的兩端分別設置有一個臺階槽，雙向錐狀旋翼5外側套設有將長槽15和臺階槽封堵的環形擋板8，環形擋板8外表面與圓筒體1外表面接觸處保持平滑過渡，環形擋板8橫截面的外徑等於圓筒體1的外徑；環形擋板8在臺階槽處沿圓筒體1徑向方向設置有與圓筒體1連接的沉頭螺栓9；第二導向板7與環形擋板8之間設置有復位彈簧10。

環形擋板8的內圈設置有環形槽，環形槽內設置有與雙向錐狀旋翼5側部密封接觸的密封條11。

雙向錐狀旋翼5的厚度沿寬度方向由一側邊沿到另一側邊沿逐漸增厚且弧面光滑過渡。

雙向錐狀旋翼5的厚度沿長度方向呈中部凸出的紡錘形結構。

凸連接件2為圓錐狀的螺紋接頭，凹連接件3為圓錐狀的螺紋孔，螺紋接頭與螺紋孔的形狀及大小適配。

伸縮式固孔結構設有三個，相鄰兩個沿徑向方向的夾角為120°。

本發明的圓筒體1為厚壁的圓管形狀，由硬質合金鋼管加工，圓筒體1的一端的凸連接件2為圓錐狀的螺紋接頭，圓筒體1另一端的凹連接件3為圓錐狀的螺紋孔，能夠方便地安裝在鑽頭12後方的鑽杆13上。

伸縮式固孔結構設置在在圓筒體1的厚壁管身，按120°夾角均勻分布，設置安裝有3個相同的中間大、兩端小的紡錘形的雙向錐狀旋翼5，雙向錐狀旋翼5由耐磨合金鋼製造，雙向錐狀旋翼5的表面為光滑弧面，可以保證旋轉時不會破壞鑽孔壁14。

圓筒體1的厚壁管身內安裝有復位彈簧10，當打鑽工作時，壓力水由中心通道進入到通孔4，對雙向錐狀旋翼5產生壓力，水壓克服復位彈簧10的彈力，驅動雙向錐狀旋翼5向外彈出，當停鑽停水時又會向圓筒體1內收縮回復原位；密封條11起到避免漏水作用，確保壓力水有足夠的壓力到達鑽頭12處。

對煤層17打鑽時，雙向錐狀旋翼5可以在圓筒體1內的壓力水的作用下彈出，雙向錐狀旋翼5的光滑弧面貼緊鑽孔壁14面，對鑽孔壁14形成擠壓作用，隨著圓筒體1旋轉能夠擠壓擠緊鑽孔壁14，同時錐雙向錐狀旋翼5的光滑弧面能夠塗抹鑽孔壁14。圖5中的空心箭頭為圓筒體1旋轉方向；這樣，在雙向錐狀旋翼5對鑽孔壁14周圍的鬆動圈16產生擠壓擠緊作用，並且雙向錐狀旋翼5的光滑弧面能將細碎煤粉塗抹填補進入孔壁周圍的鬆動圈16，實現了加固鑽孔的目的。

對煤層17打鑽時，作業的3個彈出的雙向錐狀旋翼5之間，形成槽溝形的排屑通道，對於鑽屑的排出起到很好的導流作用，保證了正常順利排渣排屑，從而有效避免了雙向錐狀旋翼5處的鑽屑堵塞。

對煤層17打鑽時，因為紡錘形的雙向錐狀旋翼5沿長度方向是中部凸出的對稱結構，所以，無論打鑽或退鑽時，都能夠對鑽孔壁14形成擠壓和塗抹雙重的擠密作用，從而加固鑽孔壁14和防止塌孔。

雙向錐狀旋翼5的個數可以根據實際需要進行調整，雙向錐狀旋翼5的尺寸可根據鑽孔 (或鑽頭12)大小進行調整。雙向錐狀旋翼5完全彈出時，其橫截面直徑略大於鑽孔(或鑽頭12)的直徑，例如適用於Φ94mm鑽孔的用雙向錐狀旋翼5的迴轉直徑為Φ98—100mm固孔器，或適用於Φ113mm鑽孔的用雙向錐狀旋翼5的迴轉直徑為Φ117—120mm的固孔器。

本發明在正常打鑽過程中，同時加固鑽孔，沒有額外的工序，也無額外的材料消耗，大大減少了工時和材料浪費，明顯提高鑽孔成孔合格率，有效解決煤層17抽採鑽孔塌孔堵塞報廢問題，延長鑽孔抽採時間，提升瓦斯抽採效果。

本發明中設置了通過沉頭螺栓9連接到鑽杆13上的環形擋板8，這樣便於安裝和拆卸復位彈簧10以及雙向錐狀旋翼5，雙向錐狀旋翼5、第一導向板6和第二導向板7採用一體結構製成。

本實施例並非對本發明的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。