CN221169443U - 自动变径机械式扩孔器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了自动变径机械式扩孔器，涉及煤矿瓦斯治理技术领域，包括尾端管节，所述尾端管节与变径扩孔管节相连接，变径扩孔管节与前端管节相连接；所述变径扩孔管节内滑动设有阀杆，阀杆侧壁与设在变径扩孔管节侧壁上的刀臂传动配合，所述前端管节与变径扩孔管节之间设有与阀杆配合的弹性复位组件，阀杆和弹性复位组件能够配合控制刀臂相对变径扩孔管节的开合，所述阀杆上设有过水通道。本实用新型通过在阀杆上设置高压水的过水通道，从而能够给钻头供水时提供水流通道，避免影响钻头钻进过程中的供水量和供水压力，在扩孔和钻进过程中均能够保证钻头端的供水，解决了现有技术中的造穴装置存在导致钻头处供水不足的问题。

Description

自动变径机械式扩孔器

技术领域

本实用新型涉及煤矿瓦斯治理技术领域，特别是指自动变径机械式扩孔器。

背景技术

大多数煤层具有高瓦斯、高地应力、低透气性的特点，在这样的煤层环境中治理瓦斯存在极大难度，要解决煤层瓦斯问题，常规施工中通过对井下抽采钻孔的见煤段实施增透来扩大煤层抽采面积，以此来提高瓦斯抽采效率。为此我国的煤矿科技工作者做了大量的努力，试验研究了煤矿井下水力割缝、水力扩孔、水力造穴等水利化技术，及机械式扩孔技术。目前煤矿井下定向孔主要采用小直径一次成孔、大直径二次扩孔的方法提高钻孔直径。

公开号为CN113846971A的中国发明专利公开了一种机械式水力打钻造穴一体化装置及作业方法，包括钻杆、一端与钻杆相连接的造穴装置、以及与造穴装置的另一端相连接的钻头，所述的造穴装置包括空腔结构的造穴主体、通过旋转轴安装在造穴主体上可旋转的扩孔钻头、以及设置在造穴主体内部的卡簧、动力头、弹簧以及推杆。该发明采用的机械造穴工艺受煤层情况及参数影响不大，出煤量、增透卸压效果相对稳定，具有造穴深度长、造穴效率高等优点。

但是在实际使用中，其动力头设置在靠近进水端一侧，依靠水流推动动力头移动，从而使推杆推动扩孔钻头向外开启进行扩孔，此时水流扩孔钻头处完全流出，无法传递给位于造穴装置前端的钻头处，从而导致钻头处由于供水不足而造成被堵塞、磨损严重、钻进效率差等现象，严重影响钻进效果。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出自动变径机械式扩孔器，解决了现有技术中的造穴装置存在导致钻头处供水不足的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：自动变径机械式扩孔器，包括尾端管节，所述尾端管节与变径扩孔管节相连接，变径扩孔管节与前端管节相连接；所述变径扩孔管节内滑动设有阀杆，阀杆侧壁与设在变径扩孔管节侧壁上的刀臂传动配合，所述前端管节与变径扩孔管节之间设有与阀杆配合的弹性复位组件，阀杆和弹性复位组件能够配合控制刀臂相对变径扩孔管节的开合，所述阀杆上设有过水通道。

优选的，所述阀杆包括相连接的活塞部和滑竿部，滑竿部中部设有齿条部且通过齿条部与刀臂传动配合，过水通道包括贯通活塞部和滑竿部的中轴孔，齿条部上设置有连通中轴孔的通孔。

优选的，所述变径扩孔管节内设有阶梯状内孔，变径扩孔管节侧壁设置有连通阶梯状内孔的安装槽，刀臂铰接设置在安装槽上。

优选的，所述刀臂通过铰接柱铰接设置在安装槽上，刀臂上设有齿形部且通过齿形部与齿条部啮合。

进一步，所述刀臂上设有合金耐磨片；所述安装槽一侧设有用于支撑刀臂的限位支撑块。

优选的，所述尾端管节、变径扩孔管节、前端管节外侧均设有夹持平面。所述尾端管节设有内螺纹孔，尾端管节内设有凹槽，凹槽内设有密封圈。

优选的，所述弹性复位组件包括T型挡杆，T型挡杆螺纹连接设在变径扩孔管节和/或前端管节内，T型挡杆上设有套管，T型挡杆和套管外套设有弹簧且弹簧位于T型挡杆和阀杆端部之间。

优选的，所述套管侧壁上设有透水孔，T型挡杆包括挡杆且通过挡杆与套管螺纹连接，挡杆端部设有挡块且通过挡块与变径扩孔管节或前端管节螺纹连接，挡块上设有透水槽。所述前端管节一端与变径扩孔管节螺纹连接、另一端设有外螺纹。

本实用新型的有益效果：通过设置尾端管节，便于和常规的供水端或钻进设备相连接；通过设置变径扩孔管节，能够给阀杆和刀臂提供安装支撑基础，阀杆和弹性复位组件能够配合带动刀臂的开合；通过在阀杆上设置输送高压水的过水通道，从而能够给钻头供送高压水时提供水流通道，避免影响钻头钻进过程中的供水量和供水压力。本扩孔器连接和安装方便，刀臂的开合控制灵活，在扩孔和钻进过程中均能够保证钻头端的供水，解决了现有技术中的造穴装置存在导致钻头处供水不足的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型立体结构剖面示意图；

图2为本实用新型阀杆结构示意图；

图3为本实用新型T型挡杆和套管连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，实施例1，自动变径机械式扩孔器，包括尾端管节1，尾端管节便于和常规的供水设备或钻进设备相连接，尾端管节1与变径扩孔管节2相连接，变径扩孔管节2与前端管节3相连接。变径扩孔管节2内滑动设有阀杆22，阀杆22侧壁与设在变径扩孔管节2侧壁上的刀臂4传动配合，前端管节3与变径扩孔管节2之间设有与阀杆22配合的弹性复位组件，阀杆22和弹性复位组件能够配合控制刀臂4相对变径扩孔管节2的开合，本实施例中，刀臂共设置两个，对称设置在变径扩孔管节两侧，且均与阀杆滑动配合。阀杆22上设有过水通道。其中，过水通道能够给钻头供送高压水时提供水流通道，避免影响钻头钻进过程中的供水量和供水压力。

本实施例在使用时，钻孔前，将尾端管节1直接与供水设备即清水泵站进行连接或者与常规钻杆进行连接，随后利用常规钻杆钻进设备对钻杆或尾端管节1进行装夹，最后将前端管节3与钻头连接，可选在前端管节3与钻头之间设置若干钻杆进行加长。钻孔和扩孔时，钻进设备能够带动钻杆、钻头进行推进和旋转。在进行常规钻孔时，控制清水泵站的水压在3MPa一下，本实施例中，为了避免压力波动造成刀臂4在非扩孔段打开，清水泵站的水压控制在约2.5MPa左右进行正常打钻，此时在弹性复位组件的作用下，阀杆22位于进水端一侧，刀臂4闭合在变径扩孔管节2侧壁，水流经过阀杆22的过水通道正常进入前端的钻头处。待钻进至需要扩孔位置时，停止推进，维持钻通旋转，调整清水泵站的水压，清水泵站的水压控制在6MPa~6.5MPa，随着水压增大，阀杆22受到的推力大于弹性复位组件的扩张力，从而推动阀杆22向水流方向移动，在传动作用下同步带动刀臂4完全打开，继续推进，从而随着钻杆、钻头的推进和旋转，刀臂旋转推进切割孔壁而达到扩孔目的。扩孔过程中，部分水流持续经过过水通道输送至钻头处，维持钻头处的基本水压、水量要求。扩孔结束后，水压降低，在弹性复位组件的作用下回推阀杆22，从而使刀臂收回，从钻孔内取出后进行清洗和维护。本扩孔器连接和安装方便，刀臂的开合控制灵活，结构稳定可靠，解决了现有技术中的造穴装置存在导致钻头处供水不足的问题。

实施例2，自动变径机械式扩孔器，如图2所示，在实施例1的基础上，阀杆22包括相连接的活塞部5和滑竿部6，滑竿部6中部设有齿条部7且通过齿条部7与刀臂4传动配合，过水通道包括贯通活塞部5和滑竿部6的中轴孔8，齿条部7上设置有连通中轴孔8的通孔9。本实施例中，滑竿部两侧均设置有齿条部，分别与两侧的刀臂传动连接，两侧的齿条部上均开设有通孔，且每侧的通孔均沿长度方向设置若干个。

另外，变径扩孔管节2内设有阶梯状内孔，阶梯状内孔至少具有两个内径不同的孔节，以便分别和滑竿部、活塞部滑动对应且轴线重合，活塞部与阶梯状内孔滑动配合，变径扩孔管节2侧壁设置有连通阶梯状内孔的安装槽10，刀臂4铰接设置在安装槽10上。本实施例中，活塞部设置有三道橡胶环，以增加活塞部与阶梯状内孔之间滑动时密封程度，减少漏水。

本实施例中，刀臂4通过铰接柱11铰接设置在安装槽10上，刀臂4上设有齿形部且通过齿形部与齿条部7啮合。刀臂4上设有合金耐磨片，合金耐磨片焊接贴设在刀臂上，合金耐磨片能够增加在扩孔时刀臂的耐磨程度，避免磨损过快现象。本实施例的刀臂前端设置有尖端，能够便于在刀臂张开时对需要扩孔的煤层进行切割，便于将刀臂收回至安装槽。安装槽10一侧设有用于支撑刀臂4的限位支撑块12，本实施例中，限位支撑块位于凹槽槽靠近进水端的一侧侧壁上，在水压升高时，活塞部被增大的水压推动，进而带动滑竿部在阶梯状内孔内滑动，在齿条部和齿形部啮合作用下，带动刀臂绕铰接柱转动，直至打开至90°，此时刀臂刚好与限位支撑块接触，限位支撑块的支撑下避免刀臂进一步外扩。

当水流流经阀杆内部的中轴孔时，在水压作用下向两侧的通孔分流，并经过通孔喷射出阀杆，进而对齿条部和刀臂的齿形部的啮合处进行冲刷，同时对安装槽和刀臂进行冲刷，避免扩孔时的残渣导致安装槽堵塞、刀臂开合卡顿不畅现象。

实施例3，自动变径机械式扩孔器，在实施例2的基础上，尾端管节1、变径扩孔管节2、前端管节3外侧均设有夹持平面13。设置夹持平面能够便于在进行管节间的连接时、管节与钻杆连接时利用夹持工具进行夹持。

尾端管节1设有内螺纹孔，尾端管节1内设有凹槽14，凹槽14内设有密封圈。常规的钻杆和清水泵站水管接头均为外螺纹，因此在尾端管节尾部设置内螺纹孔能够方便快速与钻杆或清水泵站水管接头进行连接。

实施例4，自动变径机械式扩孔器，在实施例3的基础上，弹性复位组件包括T型挡杆15，T型挡杆15螺纹连接设在变径扩孔管节2和/或前端管节3内，T型挡杆15上设有套管16，T型挡杆15和套管16外套设有弹簧17且弹簧17位于T型挡杆15和阀杆22端部之间。本实施例中，如图3所示，套管16侧壁上设有透水孔18，透水孔设置若干个，周向分布在套管侧壁，套管与阀杆22接触端的孔径小于阀杆22的滑竿部6端部外径，从而使得在弹簧被压缩且刀臂张开到位时，套管端部刚好与套管接触，起到一定对阀杆的限位和支撑作用。同时，通过中轴孔流出的水流流入套管内部，并经过透水孔流出套管外。T型挡杆15包括挡杆19且通过挡杆19与套管16螺纹连接，挡杆19端部设有挡块20且通过挡块20与变径扩孔管节2或前端管节3螺纹连接，挡块20上设有透水槽21。本实施例中透水槽沿挡块周向共设置三个，呈三叶草形状分布，从而既能够满足挡块与前端管节的连接强度，又能够满足水流所需的通径。设置透水槽，能够在水流经过透水孔流出至套管外后，再经过挡板上的透水槽流出前端管节，从而进入到钻头端。

本实施例中，T型挡杆的挡块与变径扩孔管节2内孔端部螺纹连接，前端管节3的管孔内一端设有内螺纹且通过内螺纹与变径扩孔管节2端部的外螺纹连接，前端管节另一端设有外螺纹，便于通过外螺纹与钻杆或钻头连接。

作为可选方案，T型挡杆的挡块与前端管节的管孔的内螺纹连接，前端管节同时通过管孔的内螺纹与变径扩孔管节的外螺纹连接。

当进行钻孔时，水压维持低压状态，弹簧17位于T型挡杆15的挡杆和阀杆22的滑竿部端部之间，阀杆在弹簧的复位作用力下维持在靠近进水端的位置，水流经过中轴孔、透水孔、透水槽流动，随后当水压增大进行扩孔时，水流推动活塞部带动滑竿部向水流方向移动，滑竿部移动压缩弹簧，同时带动刀臂张开，水流继续经过中轴孔、透水孔、透水槽向钻头方向流动，维持钻头处水压、水量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.自动变径机械式扩孔器，其特征在于：包括尾端管节（1），所述尾端管节（1）与变径扩孔管节（2）相连接，变径扩孔管节（2）与前端管节（3）相连接；所述变径扩孔管节（2）内滑动设有阀杆（22），阀杆（22）侧壁与设在变径扩孔管节（2）侧壁上的刀臂（4）传动配合，所述前端管节（3）与变径扩孔管节（2）之间设有与阀杆（22）配合的弹性复位组件，阀杆（22）和弹性复位组件能够配合控制刀臂（4）相对变径扩孔管节（2）的开合；所述阀杆（22）上设有过水通道。

2.根据权利要求1所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述阀杆（22）包括相连接的活塞部（5）和滑竿部（6），滑竿部（6）中部设有齿条部（7）且通过齿条部（7）与刀臂（4）传动配合，过水通道包括贯通活塞部（5）和滑竿部（6）的中轴孔（8），齿条部（7）上设置有连通中轴孔（8）的通孔（9）。

3.根据权利要求2所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述变径扩孔管节（2）内设有阶梯状内孔，变径扩孔管节（2）侧壁设置有连通阶梯状内孔的安装槽（10），刀臂（4）铰接设置在安装槽（10）上。

4.根据权利要求3所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述刀臂（4）通过铰接柱（11）铰接设置在安装槽（10）上，刀臂（4）上设有齿形部且通过齿形部与齿条部（7）啮合。

5.根据权利要求4所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述刀臂（4）上设有合金耐磨片；所述安装槽（10）一侧设有用于支撑刀臂（4）的限位支撑块（12）。

6.根据权利要求1或5所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述尾端管节（1）、变径扩孔管节（2）、前端管节（3）外侧均设有夹持平面（13）。

7.根据权利要求6所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述尾端管节（1）设有内螺纹孔，尾端管节（1）内设有凹槽（14），凹槽（14）内设有密封圈。

8.根据权利要求1~5、7任一项所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述弹性复位组件包括T型挡杆（15），T型挡杆（15）螺纹连接设在变径扩孔管节（2）和/或前端管节（3）内，T型挡杆（15）上设有套管（16），T型挡杆（15）和套管（16）外套设有弹簧（17）且弹簧（17）位于T型挡杆（15）和阀杆（22）端部之间。

9.根据权利要求8所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述套管（16）侧壁上设有透水孔（18），T型挡杆（15）包括挡杆（19）且通过挡杆（19）与套管（16）螺纹连接，挡杆（19）端部设有挡块（20）且通过挡块（20）与变径扩孔管节（2）或前端管节（3）螺纹连接，挡块（20）上设有透水槽（21）。

10.根据权利要求9所述的自动变径机械式扩孔器，其特征在于：所述前端管节（3）一端与变径扩孔管节（2）螺纹连接、另一端设有外螺纹。