一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备制造方法
【专利摘要】一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，由钻具和钻机组成，所述的钻机由行走机构、控制钻具转动的动力输出装置、进给机构、夹持机构以及操作控制台组成，行走机构上设有驱动钻具水平移动的进给机构，进给机构上设有动力输出装置和夹持机构，钻具通过夹持机构与动力输出装置连接驱动钻具钻孔。通过此种钻孔装备可以在同一煤层中钻入直径超过150毫米长度大于50米的大孔，瓦斯抽放效率提高，且无需掘进底抽巷，煤矿开采成本降低。
【专利说明】 一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备
【技术领域】
[0001]本发明涉及到煤炭开采领域用的钻孔设备，具体的说是一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备。
【背景技术】
[0002]地质层中存在有压力，在煤矿开采时地层中出现挖空现象，造成压力释放迅速，表现为冲击地压。冲击地压又称岩爆是聚积在矿井和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道跨落破坏等。冲击地压除了破坏巷道、支架和设备外还会引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，干扰通风系统，严重时会造成地面震动和建筑物破坏等。因此，冲击地压是煤矿重大灾害之一。目前解决冲击地压的方法有:(I)振动爆破。(2)煤层注水。(3)钻孔卸压。(4)定向裂缝。振动爆破会带来其它灾害，煤层注水会使巷道内作业环境变得更恶劣，定向裂缝施工难度大，钻孔卸压为比较适合煤矿井下的环境，但现在所用钻机钻大直径的孔时效率极其低下，钻到20米时无法钻进，工人劳动强度大，影响煤矿生产效率。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术中钻孔装备无法钻大直径的孔和钻孔效率低的问题，本发明提供了一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备。通过此种钻孔装备可以在同一煤层中钻入直径超过150毫米长度大于50米的大孔，瓦斯抽放效率提高，且无需掘进底抽巷，煤矿开采成本降低。
[0004]本发明为解决上述钻孔时塌孔和压钻杆造成无法钻大孔径孔的问题，所采用的技术方案为:一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，由钻具和钻机组成，所述的钻机由行走机构、控制钻具转动的动力输出装置、进给机构、夹持机构以及操作控制台组成，行走机构上设有驱动钻具水平移动的进给机构，进给机构上设有动力输出装置和夹持机构，钻具通过夹持机构与动力输出装置连接驱动钻具钻孔。
[0005]本发明所述的钻孔装备上还设有支撑固定机构。
[0006]本发明所述的进给机构上设有用于带动动力输出装置移动的滑移座。
[0007]本发明所述的钻具由钻杆和安装在钻杆上的钻头组成，所述的钻头由多层钻头沿钻头轴线方向串接在一起组成塔式结构，其包括双翼型硬质合金头、多个三翼硬质合金刚头，双翼型硬质合金头和多个三翼硬质合金头依次连接，多个三翼硬质合金头的旋转直径由钻头头端向钻头尾端逐渐增大，所述的三翼硬质合金头由三翼钻头体和三枚切割片组合而成，切割片安装在三翼钻头体上。
[0008]本发明所述的切割片上设有金刚石保径。
[0009]本发明所述的相临的两个三翼硬质合金头的切割片交错设置。
[0010]本发明所述的钻头的底部和钻杆上均设置有螺旋叶片。[0011 ] 本发明所述的钻杆上套设有排屑管。
[0012]本发明所述的排屑管上设有多个排屑孔。
[0013]本发明所述的夹持机构包括对称设置的两个卡瓦座，以及分别设置在两个对接设置的卡瓦座座孔内用于夹持钻杆的卡瓦，两个卡瓦座的两端分别设有对其施力的主油缸和副油缸，所述的卡瓦座座孔的边缘设有凹槽，在凹槽内设有与有凹槽相匹配的卡板，卡板将卡瓦固定在卡瓦座座孔内。
[0014]本发明有益效果是:本发明通过通达大扭矩高转速钻机给煤层大孔径钻孔施工的钻具提供动力，钻杆在工作过程中能够在效进行起排屑，且在螺旋叶片钻杆体外置排屑筒，可有效进行排屑，能够抵抗地压对钻杆的影响，能够支撑钻杆沿直线方向钻进，保证了煤层大孔径钻孔长深孔施工的成功率，大大提高了钻孔深度和钻孔效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的钻头的结构示意图；
图3为本发明的钻杆的结构示意图；
图4为本发明的排屑筒的结构示意图；
图5为本发明的夹持机构的结构示意图；
图6为本发明的卡瓦座的结构示意图；
图7为本发明的卡板的结构示意图；
图中标记为:1、行走机构，2、动力输出装置，3、进给机构，4、夹持机构，401、卡瓦座，402、卡瓦，403、主油缸，404、副油缸，405、凹槽，406、卡板，407、前夹持，408、后夹持，409、卡孔凸台，410、固定凸台，5、操作控制台,6、支撑固定机构,601支顶机构,7、滑移座,8、钻头，801、双翼型硬质合金头，802、三翼硬质合金头，803、三翼钻头体，804、切割片，805、螺旋叶片，806、销孔，9、钻杆，901、排屑管，902、排屑孔，903、内螺纹，904、外螺纹，905、滑动螺栓，10、金刚石保径，11、高强螺栓，12旋转大盘，13、支地机构。
【具体实施方式】
[0016]如图所示，一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，该钻孔装备包括两大部分，分别为大扭矩高转速的钻机和煤层大孔径钻孔施工的钻具，大扭矩高转速钻机由履带式行走机构、支撑固定机构、进给机构、动力输出装置、夹持机构以及操作控制台等组成。履带式行走机构能够使移动钻机方便快捷，只需控制操作手柄即可实现钻机的前进，后退和转弯;支撑固定机构在钻孔时起到固定钻机的作用，支撑固定机构内设置有油缸，工作时利用油缸伸出顶住顶板岩石和底板岩石，将钻机稳固在顶板与底板之间；进给机构在钻机工作时向钻具前进或后退的动力；动力输出装置是钻机的核心，通过它可将液压能转化为机械能，为钻具提供转矩和转速；夹持机构用来辅助装卸钻机，夹持机构分为前夹持和后夹持，两才相互配合共同完成装卸钻杆；操作控制台为整机的控制中心，只要扳动阀手柄即可达到所需要的动作。煤层大孔径钻孔施工的钻具分为钻杆和钻头，钻杆外圆上有顺时针缠绕的螺旋叶片，当钻杆旋转时，可将煤渣排出，钻杆一端设置有外六方，一端设置有内六方，钻杆之间通过六方传递扭矩；钻杆上附带有排屑筒，排屑筒由圆筒形管材制成，排屑筒两端设置有螺纹，用以钻杆之间的连接；当钻杆钻进时，钻杆与排屑筒同步前进，在钻进过程中若有塌孔，其煤屑落在排屑筒内，通过螺旋叶片旋转可将下落的煤屑从排屑孔排出；钻孔时排屑筒贴近孔壁下方，对钻杆起到一定的支撑作用，保证钻头沿直线前进；排屑筒能够抵抗地压，有效防止地压对钻杆的影响。排屑筒与钻杆之间设置有滑动轴承，减小钻杆与排屑筒之间的摩擦。钻头为塔式结构，分为多层，最顶层(最早接触到煤层)为双翼形硬质合金，直径小，承受扭矩大，钻进速度快且耐用。
[0017]所述的钻头为大孔径钻头，其为塔式结构，最顶端为硬质合金煤钻头，向下为三翼硬质合金头，上一层比下一层直径小50毫米，三翼均匀分布，且上一层三翼与下一层三翼之间相差30度相位角，在钻头下端设置有螺旋叶片，保证钻孔进煤屑能够顺利进入排屑筒。
[0018]所述的钻头为塔式结构，分为四层，最顶层钻孔，其余各层扩孔，有效地避免了钻头与煤层的冲击。最顶层(最早接触到煤层)为双翼型硬质合金头，直径小，承受扭矩大，钻进速度快且耐用，双翼型硬质合金头上设有两枚切割片，切割片上设有金刚石保径。第二层为经特殊工艺处理的三翼硬质合金头，三翼硬质合金头上安装有三枚切割片，切割片上有金刚石保径，切割片的旋转直径大于第一层旋转直径，在第一层钻进后，第二层进行扩孔，第一层合金头的尾端设有圆柱内螺纹，第二层的顶端设有圆柱外螺纹，两者相匹配安装；第三层也为经特殊工艺处理的三翼硬质合金头，三翼硬质合金头上安装有三枚切割片，切割片上有金刚石保径，切割片的旋转直径大于第二层旋转直径，且三翼分部与第二层相对有相位夹角，便于排屑，第二层合金头的尾端设有圆柱内螺纹，第三层的顶端设有圆柱外螺纹，两者相匹配安装；第四层也为经特殊工艺处理的三翼硬质合金头，三翼硬质合金头上安装有三枚切割片，切割片上有金刚石保径，切割片的旋转直径大于第三层旋转直径，且三翼分部与第三层相对有相位夹角，便于排屑，第三层合金头的尾端设有圆柱内螺纹，第四层的顶端设有圆柱外螺纹，两者相匹配安装。第四层的三翼硬质合金头与钻头母体连接，钻头母体上设置有螺旋叶片，起到螺旋排屑作用。钻头母体的内孔为六方孔，钻头母体与钻杆之间采用六方插接式，更换钻头方便快捷。
[0019]所述的夹持器机构由两个卡瓦座相对对接而成，两个卡瓦座分别连接油缸对其压紧，并在对接位置组成座孔，在座孔内设置卡瓦，通过在两半卡瓦座前后面上设置两个槽和多个螺纹孔，将卡板放置于槽内，采用多个高强螺栓将卡板固定在卡瓦座上，卡瓦座上设置有圆弧形的卡孔凸台与卡瓦座的座孔相配合，使卡板的位置固定；前后卡板上设置有四个固定凸台与卡瓦配合，将卡瓦卡设有座孔内，防止卡瓦在座孔内产生圆周运动，起到对卡瓦的固定作用。
【权利要求】
1.一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，由钻具和钻机组成，其特征在于:所述的钻机由行走机构(I)、控制钻具转动的动力输出装置(2 )、进给机构(3 )、夹持机构(4 )以及操作控制台(5 )组成，行走机构(I)上设有驱动钻具水平移动的进给机构(3 )，进给机构(3 )上设有动力输出装置(2)和夹持机构(4)，钻具通过夹持机构(4)与动力输出装置(2)连接驱动钻具钻孔。
2.如权利要求1所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔设备，其特征在于:所述的钻孔装备上还设有支撑固定机构(6)。
3.如权利要求1所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔设备，其特征在于:所述的进给机构(3)上设有用于带动动力输出装置(2)移动的滑移座(7)。
4.如权利要求1所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔设备，其特征在于:所述的钻具由钻杆(9)和安装在钻杆(9)上的钻头(8)组成，所述的钻头(8)由多层钻头沿钻头轴线方向串接在一起组成塔式结构，其包括双翼型硬质合金头(801)、多个三翼硬质合金刚头(802)，双翼型硬质合金头(801)和多个三翼硬质合金头(802)依次连接，多个三翼硬质合金头(802)的旋转直径由钻头头端向钻头尾端逐渐增大，所述的三翼硬质合金头(802)由三翼钻头体(803)和三枚切割片(804)组合而成，切割片(804)安装在三翼钻头体(803)上。
5.如权利要求4所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，其特征在于:所述的切割片(804)上设有金刚石保径(10)。
6.如权利要求4所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，其特征在于:所述的相临的两个三翼硬质合金头(802)的切割片(804)交错设置。
7.如权利要求1所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，其特征在于:所述的钻头的底部设置有螺旋叶片(805)。
8.如权利要求1所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，其特征在于:所述的钻杆(9)上套设有排屑管(901)。
9.如权利要求8所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，其特征在于:所述的排屑管(901)上设有多个排屑孔(902)。
10.如权利要求1所述的一种煤层大孔径钻孔施工的钻孔装备，其特征在于:所述的夹持机构(4)包括对称设置的两个卡瓦座(401)，以及分别设置在两个对接设置的卡瓦座(401)座孔内用于夹持钻杆的卡瓦(402)，两个卡瓦座(401)的两端分别设有对其施力的主油缸(403)和副油缸(404)，所述的卡瓦座(401)座孔的边缘设有凹槽(405)，在凹槽(405)内设有与有凹槽(405)相匹配的卡板(406)，卡板(406)将卡瓦(402)固定在卡瓦座(401)座孔内。
【文档编号】E21B7/02GK104453710SQ201410677851
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】武国胜, 黄庆显, 王民涛, 徐云辉, 栗燕飞 申请人:平顶山市铁福来机电设备有限公司