CN109113570B - 水力压裂弱化硬顶板钻设装置 - Google Patents

水力压裂弱化硬顶板钻设装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水力压裂弱化硬顶板钻设装置，本发明的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，在对硬顶板进行钻孔时，可以方便的实现对硬顶板的钻孔，钻孔效率高，通过内钻杆进行钻设，通过外钻杆进行扩孔，可高效对硬顶板的钻设，对钻头消耗相对较少，而采用内钻杆摆动加转动的钻设方式，对硬顶板可以快速的进行钻孔，钻孔的轴向力可以大大较低，方便后续水力压裂弱化硬顶板的实施，本发明结构简单，传动合理，大大的保证硬顶板的钻设效率，同时，提高钻头的使用寿命。

Description

水力压裂弱化硬顶板钻设装置
技术领域
本发明涉及水力压裂弱化硬顶板钻设装置，属于水力压裂弱化顶板辅助设备技术领域。
背景技术
坚硬顶板问题一直以来是困扰煤矿安全生产的一大因素。由于坚硬顶板强度高,裂隙不发育,在回采后易形成大面积悬顶,而悬顶区内又容易积聚大量瓦斯。当大面积悬露的顶板突然垮落后,冲击风暴伴随大量瓦斯喷涌而出,不仅会造成支架设备与巷道的严重损坏,而且可能引起瓦斯突出与***等一系列事故给人员造成伤害,带来无法估量的损失。
对此，对于坚硬顶板，需要对其进行钻孔，然后利用水力压裂进行弱化，以便于后续的维护以及瓦斯抽采。目前的硬顶板在进行水力压裂弱化前，需要对其进行钻孔然后切槽，由于硬顶板比较硬，采用普通的钻头进行钻设，很容易导致钻头出现损坏，钻设效率较低，影响施工效率。
本发明针对以上问题，提供水力压裂弱化硬顶板钻设装置，提高硬顶板钻设的效率。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其包括外钻柱、内钻柱、前钻头、扩孔钻刃、连接座和摆动驱动机构，其中，所述内钻柱套设在所述外钻柱内的中空腔内，且所述内钻柱的外壁与所述外钻柱的内壁之间设置有腔体，所述内钻柱的中心轴线设置有冷却介质孔，所述内钻柱的前端设置有所述前钻头，所述外钻柱的前端设置有扩孔钻刃，所述内钻柱的前端伸出所述外钻柱的前端，且所述内钻柱与所述外钻柱的前端内壁之间设置有弹性铰支座，所述外钻柱的后端伸入所述连接座内，且所述外钻柱的后端与连接座之间采用轴承支撑设置，所述内钻柱的后端与所述外钻柱的后端之间设置有所述摆动驱动机构，所述连接座传动连接至钻孔设备的输出端，且所述钻孔设备能够驱动所述外钻柱与所述内钻柱之间以相反的转动方向转动，且所述外转柱与所述内转柱之间相对转动时，所述摆动驱动机构能够使得所述内钻柱以弹性铰支座为支点做一定角度的摆动。
进一步，作为优选，所述内钻柱的摆动的角度范围为±β，其中，β为内钻柱的轴线与所述外转柱的轴线之间的夹角，β的大小为2-10°。
进一步，作为优选，所述外钻柱的后端一体设置有外径大于外钻柱的传动圈座，所述摆动驱动机构设置在所述传动圈座内，且所述传动圈座的远离所述外钻柱的一端设置有与钻孔设备传动连接的外传动齿，所述内钻柱的后端设置有传动凸座，所述传动凸座的端部设置有与钻孔设备传动连接的内传动齿。
进一步，作为优选，所述连接座的后端外圆周设置有连接螺纹，所述连接座依靠连接螺纹与钻孔设备螺纹固定连接，所述连接座与所述外钻柱之间的轴承座的内端和外端分别设置有内密封盖和外密封盖。
进一步，作为优选，所述摆动驱动机构包括偏心孔座、驱动杆、滚动动力轴，其中，所述偏心孔座同轴设置在所述传动圈座的圆柱腔内，所述传动圈座的圆柱腔与所述外钻柱同轴设置，所述偏心孔座上设置有偏心孔，且所述偏心孔的直径大于所述内钻柱的直径，所述偏心孔座的后端设置有与偏心孔同心的导向驱动槽，所述导向驱动槽内导向设置有滚动动力轴，所述滚动动力轴与所述驱动杆的一端固定连接，所述驱动杆为L型杆，所述驱动杆的另一端固定连接至所述内钻柱的外圆周壁上，且所述驱动杆的另一端沿着所述内钻柱的径向方向延伸，当所述内钻柱与所述外钻柱之间相对转动时，所述驱动杆能够驱动所述内钻柱在偏心孔内摆动。
进一步，作为优选，所述内钻柱与所述外钻柱的前端内壁之间设置的弹性铰支座包括万向铰接铰和弹簧，其中，所述弹簧设置在所述内钻柱的外壁与所述内钻柱的外壁之间。
进一步，作为优选，所述前钻头包括前钻刃和后钻刃，其中，所述前钻刃为圆锥结构，所述后钻刃为从前往后设置的多组，且处于前部的后钻刃的外径小于处于后部的后钻刃的外径。
进一步，作为优选，所述前钻刃和后钻刃的侧壁上均设置有与所述冷却介质孔连接的冷却介质喷孔。
进一步，作为优选，所述滚动动力轴为耐磨材料制成。
进一步，作为优选，所述滚动动力轴在所述导向驱动槽内仅可绕导向驱动槽的圆心转动，且所述滚动动力轴与所述导向驱动槽在所述外钻柱的轴线方向不可移动设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，在对硬顶板进行钻孔时，可以方便的实现对硬顶板的钻孔，钻孔效率高，通过内钻杆进行钻设，通过外钻杆进行扩孔，可高效对硬顶板的钻设，对钻头消耗相对较少，而采用内钻杆摆动加转动的钻设方式，对硬顶板可以快速的进行钻孔，钻孔的轴向力可以大大较低，方便后续水力压裂弱化硬顶板的实施，本发明结构简单，传动合理，大大的保证硬顶板的钻设效率，同时，提高钻头的使用寿命。
附图说明
图1是本发明水力压裂弱化硬顶板钻设装置的结构示意图；
图2是本发明水力压裂弱化硬顶板钻设装置的摆动驱动组件位置主视结构示意图；
图3是本发明水力压裂弱化硬顶板钻设装置的摆动驱动组件侧剖视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其包括外钻柱1、内钻柱2、前钻头、扩孔钻刃、连接座12和摆动驱动机构，其中，所述内钻柱2套设在所述外钻柱1内的中空腔内，且所述内钻柱2的外壁与所述外钻柱1的内壁之间设置有腔体9，所述内钻柱的中心轴线设置有冷却介质孔8，所述内钻柱2的前端设置有所述前钻头，所述外钻柱的前端设置有扩孔钻刃，所述内钻柱的前端伸出所述外钻柱的前端，且所述内钻柱与所述外钻柱的前端内壁之间设置有弹性铰支座，所述外钻柱的后端伸入所述连接座12内，且所述外钻柱的后端与连接座之间采用轴承支撑设置，所述内钻柱的后端与所述外钻柱的后端之间设置有所述摆动驱动机构，所述连接座传动连接至钻孔设备的输出端，且所述钻孔设备能够驱动所述外钻柱与所述内钻柱之间以相反的转动方向转动，且所述外转柱与所述内转柱之间相对转动时，所述摆动驱动机构能够使得所述内钻柱以弹性铰支座为支点做一定角度的摆动。
在本实施例中，所述内钻柱2的摆动的角度范围为±β，其中，β为内钻柱的轴线与所述外转柱的轴线之间的夹角，β的大小为2-10°。
作为较佳的实施例，所述外钻柱1的后端一体设置有外径大于外钻柱的传动圈座21，所述摆动驱动机构设置在所述传动圈座21内，且所述传动圈座21的远离所述外钻柱的一端设置有与钻孔设备传动连接的外传动齿17，所述内钻柱2的后端设置有传动凸座，所述传动凸座的端部设置有与钻孔设备传动连接的内传动齿18。
其中，所述连接座12的后端外圆周设置有连接螺纹13，所述连接座12依靠连接螺纹与钻孔设备螺纹固定连接，所述连接座12与所述外钻柱之间的轴承座11的内端和外端分别设置有内密封盖14和外密封盖10。
作为更佳的实施例，所述摆动驱动机构包括偏心孔座15、驱动杆16、滚动动力轴22，其中，所述偏心孔座15同轴设置在所述传动圈座21的圆柱腔19内，所述传动圈座21的圆柱腔与所述外钻柱同轴设置，所述偏心孔座上设置有偏心孔20，且所述偏心孔的直径大于所述内钻柱2的直径，所述偏心孔座15的后端设置有与偏心孔同心的导向驱动槽23，所述导向驱动槽23内导向设置有滚动动力轴22，所述滚动动力轴22与所述驱动杆16的一端固定连接，所述驱动杆16为L型杆，所述驱动杆的另一端固定连接至所述内钻柱的外圆周壁上，且所述驱动杆16的另一端沿着所述内钻柱2的径向方向延伸，当所述内钻柱与所述外钻柱之间相对转动时，所述驱动杆能够驱动所述内钻柱在偏心孔内摆动。
所述内钻柱2与所述外钻柱1的前端内壁之间设置的弹性铰支座包括万向铰接铰5和弹簧6，其中，所述弹簧6设置在所述内钻柱的外壁与所述内钻柱的外壁之间。所述前钻头包括前钻刃3和后钻刃4，其中，所述前钻刃3为圆锥结构，所述后钻刃4为从前往后设置的多组，且处于前部的后钻刃的外径小于处于后部的后钻刃的外径。所述前钻刃和后钻刃的侧壁上均设置有与所述冷却介质孔连接的冷却介质喷孔。所述滚动动力轴为耐磨材料制成。所述滚动动力轴在所述导向驱动槽内仅可绕导向驱动槽的圆心转动，且所述滚动动力轴与所述导向驱动槽在所述外钻柱的轴线方向不可移动设置。
本发明的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，在对硬顶板进行钻孔时，可以方便的实现对硬顶板的钻孔，钻孔效率高，通过内钻杆进行钻设，通过外钻杆进行扩孔，可高效对硬顶板的钻设，对钻头消耗相对较少，而采用内钻杆摆动加转动的钻设方式，对硬顶板可以快速的进行钻孔，钻孔的轴向力可以大大较低，方便后续水力压裂弱化硬顶板的实施，本发明结构简单，传动合理，大大的保证硬顶板的钻设效率，同时，提高钻头的使用寿命。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其特征在于，其包括外钻柱、内钻柱、前钻头、扩孔钻刃、连接座和摆动驱动机构，其中，所述内钻柱套设在所述外钻柱内的中空腔内，且所述内钻柱的外壁与所述外钻柱的内壁之间设置有腔体，所述内钻柱的中心轴线设置有冷却介质孔，所述内钻柱的前端设置有所述前钻头，所述外钻柱的前端设置有扩孔钻刃，所述内钻柱的前端伸出所述外钻柱的前端，且所述内钻柱与所述外钻柱的前端内壁之间设置有弹性铰支座，所述外钻柱的后端伸入所述连接座内，且所述外钻柱的后端与连接座之间采用轴承支撑设置，所述内钻柱的后端与所述外钻柱的后端之间设置有所述摆动驱动机构，所述连接座传动连接至钻孔设备的输出端，且所述钻孔设备能够驱动所述外钻柱与所述内钻柱之间以相反的转动方向转动，且所述外钻柱与所述内钻柱之间相对转动时，所述摆动驱动机构能够使得所述内钻柱以弹性铰支座为支点做一定角度的摆动；
所述摆动驱动机构包括偏心孔座、驱动杆、滚动动力轴，其中，所述偏心孔座同轴设置在传动圈座的圆柱腔内，所述传动圈座的圆柱腔与所述外钻柱同轴设置，所述偏心孔座上设置有偏心孔，且所述偏心孔的直径大于所述内钻柱的直径，所述偏心孔座的后端设置有与偏心孔同心的导向驱动槽，所述导向驱动槽内导向设置有滚动动力轴，所述滚动动力轴与所述驱动杆的一端固定连接，所述驱动杆为L型杆，所述驱动杆的另一端固定连接至所述内钻柱的外圆周壁上，且所述驱动杆的另一端沿着所述内钻柱的径向方向延伸，当所述内钻柱与所述外钻柱之间相对转动时，所述驱动杆能够驱动所述内钻柱在偏心孔内摆动；
所述内钻柱与所述外钻柱的前端内壁之间设置的弹性铰支座包括万向铰接铰和弹簧，其中，所述弹簧设置在所述内钻柱的外壁与所述外钻柱的内壁之间；
所述前钻头包括前钻刃和后钻刃，其中，所述前钻刃为圆锥结构，所述后钻刃为从前往后设置的多组，且处于前部的后钻刃的外径小于处于后部的后钻刃的外径；
所述前钻刃和后钻刃的侧壁上均设置有与所述冷却介质孔连接的冷却介质喷孔。
2.根据权利要求1所述的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其特征在于：所述内钻柱的摆动的角度范围为±β，其中，β为内钻柱的轴线与所述外钻柱的轴线之间的夹角，β的大小为2-10°。
3.根据权利要求1所述的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其特征在于：所述外钻柱的后端一体设置有外径大于外钻柱的传动圈座，所述摆动驱动机构设置在所述传动圈座内，且所述传动圈座的远离所述外钻柱的一端设置有与钻孔设备传动连接的外传动齿，所述内钻柱的后端设置有传动凸座，所述传动凸座的端部设置有与钻孔设备传动连接的内传动齿。
4.根据权利要求3所述的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其特征在于：所述连接座的后端外圆周设置有连接螺纹，所述连接座依靠连接螺纹与钻孔设备螺纹固定连接，所述连接座与所述外钻柱之间的轴承座的内端和外端分别设置有内密封盖和外密封盖。
5.根据权利要求1所述的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其特征在于：所述滚动动力轴为耐磨材料制成。
6.根据权利要求1所述的水力压裂弱化硬顶板钻设装置，其特征在于：所述滚动动力轴在所述导向驱动槽内仅可绕导向驱动槽的圆心转动，且所述滚动动力轴与所述导向驱动槽在所述外钻柱的轴线方向不可移动设置。
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