CN103334699B - 一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置及使用方法。增大钻孔直径可以提高抽采瓦斯效果，多次扩孔技术理论上可无限增加钻孔直径，但实践中受到钻机功率和钻具强度限制，需要采用多个规格的钻头，多次起钻更换钻头扩孔，工序复杂，占用时间长。一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置，其特征在于：煤矿井下煤层钻孔造穴装置包括钻杆接头、传动轴、承压轴承、和壳体；壳体内设置“L”型的切割臂，切割臂的折弯处通过销轴固定在壳体上；传动轴一端与钻杆接头连接，另一端通过状态控制连杆与切割臂的一端活动连接，切割臂另一端设置在壳体的条形开口内；传动轴上设置复位弹簧。本发明煤矿井下煤层钻孔造穴装置的结构和使用方法简单，在较短时间内可增大钻孔直径。

Description

一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置及使用方法

技术领域

本发明属于煤层钻孔技术领域，涉及一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置及使用方法。

背景技术

由于煤层渗透率普遍较低，致使我国煤矿企业采用普通的瓦斯抽采方法要在有限的抽采时间内达到理想的效果非常困难，企业对抽采效率的提高有着迫切的需要。

增大钻孔直径可以明显地提高抽采瓦斯效果，目前井下大直径瓦斯抽采钻孔技术已经推广。但是，一次成孔大直径钻孔需要大功率钻机和高强度钻具，而且在突出煤层中容易诱导瓦斯突出，所以一次成孔的钻孔直径受到了限制。多次扩孔技术理论上可以无限增加钻孔直径，但实践中受到钻机功率和钻具强度的限制，钻孔直径一般局限于φ300mm以内，同时需要采用多个规格的钻头，多次起钻更换钻头扩孔，工序复杂，占用时间长，实际操作受到制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够扩大钻孔直径且使用方法简单的煤矿井下煤层钻孔造穴装置及使用方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置，其特别之处在于：所述的煤矿井下煤层钻孔造穴装置包括钻杆接头、传动轴、承压轴承、和壳体；所述的壳体内设置“L”型的切割臂，切割臂的折弯处通过销轴固定在壳体上；所述壳体内设置传动轴，传动轴的一端与钻杆接头连接，其另一端通过状态控制连杆与切割臂的一端活动连接，切割臂的另一端设置在壳体的条形开口内；在传动轴上设置复位弹簧，壳体的前端设置承压轴承，承压轴承通过轴承转接头、定位钻杆和扶正底座连接。

所述的钻杆接头、传动轴、销轴和切割臂内设置互相连接的通道，构成注水通道，所述注水通道的出水口位于切割臂上。

所述状态控制连杆的一端通过紧固螺母与传动轴连接，其另一端通过小销轴与切割臂连接。

所述的扶正底座通过丝扣与定位钻杆连接，所述定位钻杆通过丝扣与轴承转接头连接，所述轴承转接头通过丝扣与承压轴承连接。

上述一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置的使用方法，其特别之处在于：包括以下步骤：

一：确定孔位，固定钻机和泥浆泵，修建循环介质储存池；准备循环介质、钻杆和造穴装置；连接钻机、泥浆泵电源及管线；

二，接通电源，开动钻机及泥浆泵，安装常规钻头正常钻进，控制回转速度和钻进速度使钻孔壁平滑，直至达到抽采钻孔设计孔深后提钻；

三：根据设定钻孔造穴位置的深度，确定接装定位钻杆，接装造穴装置，用钻杆将造穴装置送入钻孔；

四：造穴装置在孔内获得支撑力后，泥浆泵开启，造穴装置给进旋转，复位弹簧压缩，切割臂张开并旋转切割钻孔煤壁，开始造穴施工，回转速度控制在80～120r/min，钻进速度控制在0.001～0.005m/min，直至切割臂完全张开，在造穴的同时，钻杆接头将钻杆内供水导流到注水管道，实现供水对切割臂的冷却和煤渣的冲刷；

五：造穴完成后，回撤钻具，带动传动轴拉出，复位弹簧回复弹伸，切割臂复位，撤出造穴装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明的煤矿井下煤层钻孔造穴装置设置有切割臂，传动轴对壳体施加轴向转矩时带动切割臂以传动轴轴线为轴做周向旋转切割，可以在煤层瓦斯抽采钻孔的设定深度实现直径大于φ300mm的造穴，不用更换钻头扩孔，达到煤层卸压增透的效果，提高钻孔瓦斯抽采效率；

2.本发明的钻杆接头、传动轴、销轴和切割臂内设置有互相连接的注水通道，在工作时，通过钻杆接头将钻杆内供水导流到注水通道，从切割臂的出水口喷出，实现对煤渣的冲刷；

3.本发明中设置有承压轴承，该承压轴承设置于壳体上，通过轴承转接头与定位钻杆连接，承受轴向压力，同时实现定位钻杆和扶正底座不会随着壳体转动，减弱了定位钻杆、扶正底座与壳体一同旋转时的阻力，防止扶正底座随壳体旋转时的磨损。

4.本发明煤矿井下煤层钻孔造穴装置的使用方法简单，在较短时间内即可增大钻孔直径从而提高抽采瓦斯效果。

附图说明

以下结合附图和实施方式详细说明本发明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的工作过程示意图；

图3为本发明中注水管道示意图。

图中：1.扶正底座，2.定位钻杆，3.轴承转接头，4.切割臂，5.销轴，6.小销轴，7.状态控制连杆，8.紧固螺母，9.壳体，10.传动轴，11.钻杆接头，12.承压轴承，13.复位弹簧，14.注水管道，15.条形开口。

具体实施方式

如图1所示，一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置，包括钻杆接头11，传动轴10、承压轴承12和壳体9，壳体9内设置“L”型的切割臂4，切割臂4的折弯处通过销轴固定在壳体9上，壳体9内设置传动轴10，传动轴10上设置复位弹簧13，传动轴10的一端伸出壳体9与钻杆接头11连接，其另一端通过状态控制连杆7与切割臂4的一端活动连接，切割臂4的另一端设置在壳体9的条形开口15内，这样，传动轴10在轴向推力或拉力作用下通过状态控制连杆7带动切割臂4扩张或收缩。

壳体9的前端设置承压轴承12，扶正底座1通过丝扣与定位钻杆2连接，定位钻杆2通过丝扣与轴承转接头3连接，轴承转接头3通过丝扣与承压轴承12连接。

状态控制连杆7的一端通过紧固螺母8与传动轴10固定连接，其另一端通过小销轴6与切割臂4活动连接。

参见图3，为了实现对切割臂4的冷却和煤渣的冲刷，钻杆接头11、传动轴10、销轴和切割臂4内设置互相连接的通道，构成注水通道14，注水通道14的出水口位于切割臂4上，通过钻杆接头11将钻杆的旋转和给进动力传递给传动轴10，同时钻杆接头11将供水导流到注水通道14，供水从切割臂4的出水口喷出，从而实现了切割臂4的冷却和煤渣的冲刷。

参见图3，本发明的煤矿井下煤层钻孔造穴装置工作原理为：将钻杆接头11连接到钻杆上，送入待造穴的孔内，将扶正底座1与孔壁顶紧，开始工作，钻杆通过钻杆接头11将旋转动力和给进动力传递给传动轴10，传动轴10上的复位弹簧13在给进动力的作用下压缩，与传动轴10连接的状态控制连杆7受到轴向作用力沿轴向推进，与状态控制连杆7活动连接的切割臂4也随之沿轴向推进，传动轴10同时在旋转动力的作用下带动壳体9旋转。切割臂4的折弯处通过大销轴5固定在壳体9上。切割臂4另一端伸出条形开口15逐渐扩张并随着壳体9旋转切割钻孔煤壁进行造穴；在造穴的同时，钻杆接头11将钻杆内供水导流到注水管道14，实现供水对,切割臂4的冷却和煤渣的冲刷。在整个工作过程中，壳体9前端的承压轴承12承受轴向压力，同时实现壳体9旋转而定位钻杆2和扶正底座1不转动，避免定位钻杆2、扶正底座1与壳体9一同旋转时增加阻力，避免扶正底座1一同旋转时磨损。

一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置的使用方法，其具体的操作步骤是：

第一步：确定孔位，固定钻机和泥浆泵，修建循环介质储存池；准备循环介质、钻杆和造穴装置；连接钻机、泥浆泵电源及管线；

第二步：接通电源，开动钻机及泥浆泵，安装常规钻头正常钻进，控制回转速度和钻进速度使钻孔壁平滑，直至达到抽采钻孔设计孔深后提钻；

第三步：根据设定钻孔造穴位置的深度，确定造穴装置需接装的定位钻杆，然后用钻杆将造穴装置送入钻孔；

第四步：造穴装置在孔内获得支撑力后，泥浆泵开启，造穴装置给进旋转，复位弹簧压缩，切割臂张开并旋转切割钻孔煤壁，开始造穴施工，回转速度控制在80～120r/min，如回转速度为90r/min、100 r/min或110 r/min，钻进速度控制在0.001～0.005m/min，如钻进速度控制在0.002 m/min、0.003 m/min或0.004 m/min，直至切割臂完全张开，在造穴的同时，钻杆接头将钻杆内供水导流到注水管道，实现供水对切割臂的冷却和煤渣的冲刷；

第五步：造穴完成后，回撤钻具，带动传动轴拉出，复位弹簧回复弹伸，切割臂复位，撤出造穴装置。

Claims (4)

1.一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置，其特征在于：所述的煤矿井下煤层钻孔造穴装置包括钻杆接头（11）、传动轴（10）、承压轴承（12）、和壳体（9）；所述的壳体（9）内设置“L”型的切割臂（4），切割臂（4）的折弯处通过销轴（5）固定在壳体上；所述壳体（9）内设置传动轴（10），传动轴（10）的一端与钻杆接头（11）连接，其另一端通过状态控制连杆（7）与切割臂（4）的一端活动连接，切割臂（4）的另一端设置在壳体（9）的条形开口（15）内；在传动轴（10）上设置复位弹簧（13），壳体（9）的前端设置承压轴承（12），承压轴承（12）通过轴承转接头（3）、定位钻杆（2）和扶正底座（1）连接；

所述的钻杆接头（11）、传动轴（10）、销轴（5）和切割臂（4）内设置互相连接的通道，构成注水通道（14），所述注水通道（14）的出水口位于切割臂（4）上。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置，其特征在于：所述状态控制连杆（7）的一端通过紧固螺母（8）与传动轴（10）连接，其另一端通过小销轴（6）与切割臂（4）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置，其特征在于：所述的扶正底座（1）通过丝扣与定位钻杆（2）连接，所述定位钻杆（2）通过丝扣与轴承转接头（3）连接，所述轴承转接头（3）通过丝扣与承压轴承（12）连接。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下煤层钻孔造穴装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

一：确定孔位，固定钻机和泥浆泵，修建循环介质储存池；准备循环介质、钻杆和造穴装置；连接钻机、泥浆泵电源及管线；

二，接通电源，开动钻机及泥浆泵，安装常规钻头正常钻进，控制回转速度和钻进速度使钻孔壁平滑，直至达到抽采钻孔设计孔深后提钻；

三：根据设定钻孔造穴位置的深度，确定造穴装置需接装的定位钻杆，用钻杆将造穴装置送入钻孔；

四：造穴装置在孔内获得支撑力后，泥浆泵开启，造穴装置给进旋转，复位弹簧压缩，切割臂张开并旋转切割钻孔煤壁，开始造穴施工，回转速度控制在80～120r/min，钻进速度控制在0.001～0.005m/min，直至切割臂完全张开，在造穴的同时，钻杆接头将钻杆内供水导流到注水管道，实现供水对切割臂的冷却和煤渣的冲刷；

五：造穴完成后，回撤钻具，带动传动轴拉出，复位弹簧回复弹伸，切割臂复位，撤出造穴装置。