一种煤层打钻固孔器的制作方法

本发明属于煤层钻探工程技术领域，尤其涉及一种在煤层打钻时能够加固钻孔的煤层打钻固孔器。

背景技术：

在煤矿煤层打钻时，尤其是施工瓦斯抽采钻孔，经常发生塌孔现象，易使钻孔报废，降低成孔率，造成极大的浪费，且抽采瓦斯效果不好，将会发生瓦斯灾害安全事故，严重影响安全生产。一些矿井采取向孔内放置高分子材料的筛管，来防止塌孔堵塞钻孔，人工和材料成本非常高；而且开采时随着煤炭破碎，筛管变成杂物混合进入煤中，不仅会降低煤质，在煤炭燃烧时筛管杂质还会严重污染大气。迄今为止，还没有更好的加固钻孔方法和装置，因此，煤矿煤层施工抽采钻孔打钻时，钻孔加固已经成为矿井安全生产中亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在钻孔作业的同时对孔壁进行机械式加固的煤层打钻固孔器，其可有效解决煤层抽采钻孔打钻时由于塌孔造成的钻孔堵塞报废的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种煤层打钻固孔器，包括具有中心通道的圆筒体，圆筒体两端同轴向分别设置有凸连接件和凹连接件，圆筒体外表面沿圆周方向均匀设置有至少两个伸缩式固孔结构；

每个伸缩式固孔结构均包括沿圆筒体轴向方向开设的长槽，圆筒体上在长槽底部开设有长度和宽度均小于长槽的通孔，长槽内设置有外部凸出于圆筒体外表面的双向锥状旋翼，双向锥状旋翼的侧部沿长度方向对称设有第一导向板，双向锥状旋翼的侧部沿宽度方向对称设有第二导向板，第一导向板和第二导向板均与长槽的侧壁滑动配合，第一导向板和第二导向板的底面与双向锥状旋翼底面保持齐平；圆筒体外表面在长槽长度方向的两端分别设置有一个台阶槽，双向锥状旋翼外侧套设有将长槽和台阶槽封堵的环形挡板，环形挡板外表面与圆筒体外表面接触处保持平滑过渡，环形挡板横截面的外径等于圆筒体的外径；环形挡板在台阶槽处沿圆筒体径向方向设置有与圆筒体连接的沉头螺栓；第二导向板与环形挡板之间设置有复位弹簧。

环形挡板的内圈设置有环形槽，环形槽内设置有与双向锥状旋翼侧部密封接触的密封条。

双向锥状旋翼的厚度沿宽度方向由一侧边沿到另一侧边沿逐渐增厚且弧面光滑过渡。

双向锥状旋翼的厚度沿长度方向呈中部凸出的纺锤形结构。

凸连接件为圆锥状的螺纹接头，凹连接件为圆锥状的螺纹孔，螺纹接头与螺纹孔的形状及大小适配。

伸缩式固孔结构设有三个，相邻两个沿径向方向的夹角为120°。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明的圆筒体为厚壁的圆管形状，由硬质合金钢管加工，圆筒体的一端的凸连接件为圆锥状的螺纹接头，圆筒体另一端的凹连接件为圆锥状的螺纹孔，能够方便地安装在钻头后方的钻杆上。

伸缩式固孔结构设置在在圆筒体的厚壁管身，按120°夹角均匀分布，设置安装有3个相同的中间大、两端小的纺锤形的双向锥状旋翼，双向锥状旋翼由耐磨合金钢制造，双向锥状旋翼的表面为光滑弧面，可以保证旋转时不会破坏钻孔壁。

圆筒体的厚壁管身内安装有复位弹簧，当打钻工作时，压力水由中心通道进入到通孔，对双向锥状旋翼产生压力，水压克服复位弹簧的弹力，驱动双向锥状旋翼向外弹出，当停钻停水时又会向圆筒体内收缩回复原位；密封条起到避免漏水作用，确保压力水有足够的压力到达钻头处。

煤层打钻时，双向锥状旋翼可以在圆筒体内的压力水的作用下弹出，双向锥状旋翼的光滑弧面贴紧钻孔壁面，对钻孔壁形成挤压作用，随着圆筒体旋转能够挤压挤紧钻孔壁，同时锥双向锥状旋翼的光滑弧面能够涂抹钻孔壁；这样，在双向锥状旋翼对钻孔壁周围的松动圈产生挤压挤紧作用，并且双向锥状旋翼的光滑弧面能将细碎煤粉涂抹填补进入孔壁周围的松动圈，实现了加固钻孔的目的。

煤层打钻时，作业的3个弹出的双向锥状旋翼之间，形成槽沟形的排屑通道，对于钻屑的排出起到很好的导流作用，保证了正常顺利排渣排屑，从而有效避免了双向锥状旋翼处的钻屑堵塞。

在煤层打钻时，因为纺锤形的双向锥状旋翼沿长度方向是中部凸出的对称结构，所以，无论打钻或退钻时，都能够对钻孔壁形成挤压和涂抹双重的挤密作用，从而加固钻孔壁和防止塌孔。

双向锥状旋翼的个数可以根据实际需要进行调整，双向锥状旋翼的尺寸可根据钻孔 (或钻头)大小进行调整。双向锥状旋翼完全弹出时，其横截面直径略大于钻孔(或钻头)的直径，例如适用于Φ94mm钻孔的用双向锥状旋翼的回转直径为Φ98—100mm的固孔器，或适用于Φ113mm钻孔的用双向锥状旋翼的回转直径为Φ117—120mm的固孔器。

本发明在正常打钻过程中，同时加固钻孔，没有额外的工序，也无额外的材料消耗，大大减少了工时和材料浪费，明显提高钻孔成孔合格率，有效解决煤层抽采钻孔塌孔堵塞报废问题，延长钻孔抽采时间，提升瓦斯抽采效果。

本发明中设置了通过沉头螺栓连接到钻杆上的环形挡板，这样便于安装和拆卸复位弹簧以及双向锥状旋翼，双向锥状旋翼、第一导向板和第二导向板采用一体结构制成。

综上所述，本发明在打钻过程中加固钻孔，在正常施工钻孔的同时，能够加固钻孔壁面保护钻孔，防止孔内孔壁垮塌堵塞导致钻孔报废，明显提高钻孔成孔合格率，没有额外的工序，也无额外的材料消耗，大大减少了工时和材料浪费，有效延长钻孔抽采时间，提升瓦斯抽采效果，有效解决煤层抽采钻孔塌孔堵塞报废问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中I-I剖视图；

图3是图2中A-A向旋转剖视图；

图4是采用本发明连接到钻杆上进行固孔作业的示意图；

图5是图4中B-B剖视图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明的一种煤层打钻固孔器，包括具有中心通道的圆筒体1，圆筒体1两端同轴向分别设置有凸连接件2和凹连接件3，圆筒体1外表面沿圆周方向均匀设置有至少两个伸缩式固孔结构。

每个伸缩式固孔结构均包括沿圆筒体1轴向方向开设的长槽15，圆筒体1上在长槽15底部开设有长度和宽度均小于长槽15的通孔4，长槽15内设置有外部凸出于圆筒体1外表面的双向锥状旋翼5，双向锥状旋翼5的侧部沿长度方向对称设有第一导向板6，双向锥状旋翼5的侧部沿宽度方向对称设有第二导向板7，第一导向板6和第二导向板7均与长槽15的侧壁滑动配合，第一导向板6和第二导向板7的底面与双向锥状旋翼5底面保持齐平；圆筒体1外表面在长槽15长度方向的两端分别设置有一个台阶槽，双向锥状旋翼5外侧套设有将长槽15和台阶槽封堵的环形挡板8，环形挡板8外表面与圆筒体1外表面接触处保持平滑过渡，环形挡板8横截面的外径等于圆筒体1的外径；环形挡板8在台阶槽处沿圆筒体1径向方向设置有与圆筒体1连接的沉头螺栓9；第二导向板7与环形挡板8之间设置有复位弹簧10。

环形挡板8的内圈设置有环形槽，环形槽内设置有与双向锥状旋翼5侧部密封接触的密封条11。

双向锥状旋翼5的厚度沿宽度方向由一侧边沿到另一侧边沿逐渐增厚且弧面光滑过渡。

双向锥状旋翼5的厚度沿长度方向呈中部凸出的纺锤形结构。

凸连接件2为圆锥状的螺纹接头，凹连接件3为圆锥状的螺纹孔，螺纹接头与螺纹孔的形状及大小适配。

伸缩式固孔结构设有三个，相邻两个沿径向方向的夹角为120°。

本发明的圆筒体1为厚壁的圆管形状，由硬质合金钢管加工，圆筒体1的一端的凸连接件2为圆锥状的螺纹接头，圆筒体1另一端的凹连接件3为圆锥状的螺纹孔，能够方便地安装在钻头12后方的钻杆13上。

伸缩式固孔结构设置在在圆筒体1的厚壁管身，按120°夹角均匀分布，设置安装有3个相同的中间大、两端小的纺锤形的双向锥状旋翼5，双向锥状旋翼5由耐磨合金钢制造，双向锥状旋翼5的表面为光滑弧面，可以保证旋转时不会破坏钻孔壁14。

圆筒体1的厚壁管身内安装有复位弹簧10，当打钻工作时，压力水由中心通道进入到通孔4，对双向锥状旋翼5产生压力，水压克服复位弹簧10的弹力，驱动双向锥状旋翼5向外弹出，当停钻停水时又会向圆筒体1内收缩回复原位；密封条11起到避免漏水作用，确保压力水有足够的压力到达钻头12处。

对煤层17打钻时，双向锥状旋翼5可以在圆筒体1内的压力水的作用下弹出，双向锥状旋翼5的光滑弧面贴紧钻孔壁14面，对钻孔壁14形成挤压作用，随着圆筒体1旋转能够挤压挤紧钻孔壁14，同时锥双向锥状旋翼5的光滑弧面能够涂抹钻孔壁14。图5中的空心箭头为圆筒体1旋转方向；这样，在双向锥状旋翼5对钻孔壁14周围的松动圈16产生挤压挤紧作用，并且双向锥状旋翼5的光滑弧面能将细碎煤粉涂抹填补进入孔壁周围的松动圈16，实现了加固钻孔的目的。

对煤层17打钻时，作业的3个弹出的双向锥状旋翼5之间，形成槽沟形的排屑通道，对于钻屑的排出起到很好的导流作用，保证了正常顺利排渣排屑，从而有效避免了双向锥状旋翼5处的钻屑堵塞。

对煤层17打钻时，因为纺锤形的双向锥状旋翼5沿长度方向是中部凸出的对称结构，所以，无论打钻或退钻时，都能够对钻孔壁14形成挤压和涂抹双重的挤密作用，从而加固钻孔壁14和防止塌孔。

双向锥状旋翼5的个数可以根据实际需要进行调整，双向锥状旋翼5的尺寸可根据钻孔 (或钻头12)大小进行调整。双向锥状旋翼5完全弹出时，其横截面直径略大于钻孔(或钻头12)的直径，例如适用于Φ94mm钻孔的用双向锥状旋翼5的回转直径为Φ98—100mm固孔器，或适用于Φ113mm钻孔的用双向锥状旋翼5的回转直径为Φ117—120mm的固孔器。

本发明在正常打钻过程中，同时加固钻孔，没有额外的工序，也无额外的材料消耗，大大减少了工时和材料浪费，明显提高钻孔成孔合格率，有效解决煤层17抽采钻孔塌孔堵塞报废问题，延长钻孔抽采时间，提升瓦斯抽采效果。

本发明中设置了通过沉头螺栓9连接到钻杆13上的环形挡板8，这样便于安装和拆卸复位弹簧10以及双向锥状旋翼5，双向锥状旋翼5、第一导向板6和第二导向板7采用一体结构制成。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。