一种矿用钻杆装置的制作方法

本发明涉及煤矿开采设备，具体地说是一种矿用钻杆装置。

背景技术：

在煤矿开采过程中，不同方向的煤矿含量以及瓦斯含量是瓦斯治理和预防，以及煤矿价值估算和开发等相关领域的重要参考依据。由于我国煤矿地质条件复杂，且大部分煤矿都有瓦斯涌出的情况，这也导致瓦斯成为我国煤矿开采事故的重要元凶之一，严重地威胁了煤矿工人的生命安全和煤矿生产效率的提高。例如2005年我国煤矿共发生瓦斯事故414起，造成2000多人死亡。而到了2008年，因瓦斯事故导致的人员伤亡下降到778人。2010年发生瓦斯事故126起，导致593人死亡。而到了2016年，全国瓦斯事故发生59起，导致348人死亡。一组组数据在说明瓦斯事故不断下降的同时，许多煤矿也依然面临着严重的瓦斯事故威胁。而如何准确地测定瓦斯含量，一直是瓦斯防治领域的国际难题。准确测定瓦斯含量的难点主要有两点：第一点是无法保证煤样的定点采集，第二点是瓦斯的损失量不能进行准确的计算。

现在，大多数的国内外专家把解决方案的重点放在了对瓦斯损失量的计算上，通过建立一系列的模型来模拟瓦斯吸附和解析的过程，从而计算出瓦斯的损失量。然而，瓦斯的整个吸附解析过程是一个复杂的物理化学变化，受到复杂多样的环境条件的影响，在实验室里并不能完全的模拟出整个变化过程中的所有变量。因此，至今没有一个有效的方法去准确的测定煤层中的瓦斯含量。

在我国，由于煤矿开采历史上瓦斯事故的多发和频繁，因此国内许多煤矿开采企业在瓦斯防治对策上都积累了大量的经验。具体来说，目前最常用的有三种，第一种是瓦斯抽采技术，即在煤层的地表层上设置钻台，借助钻井设备对矿井中的瓦斯进行抽采。在这种技术中，可以实现对已开采煤矿的二次抽采，而且能够有效提高煤层气的利用率；其次，也对尚未进行开采的煤矿进行抽采，不会对煤层本身产生影响，有效地降低了安全事故发生几率；因此，这种技术在国外的应用比较多。第二种是穿层钻孔抽采技术，依据煤层的分布情况，对煤层进行逐层钻孔打井，然后再对煤层气进行抽采。这种技术能够提高钻井的效率，但是穿层钻孔抽采技术建设时间较长，工程量大，这也影响了该技术的推广。第三种是长钻孔抽采临近煤层技术，即以来煤层顶板岩石，将巷道煤层内的瓦斯用水平钻孔来代替，然后抽采煤层气。有效的解决了应力集中煤层里的瓦斯，实现了对煤矿中瓦斯气的连续开采。但是在使用中该技术对钻孔施工技术要求较高，因此不易于生产和管理工作

技术实现要素：

针对煤矿瓦斯事故多发的问题，本发明的目的在于提供一种矿用钻杆装置。该矿用钻杆装置可以在设定角度内弯曲，实现精确有效地钻孔抽采工作，提供瓦斯测量的精准性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括钻杆本体、叶片、连接端及偏转端，其中钻杆本体的外表面上设有叶片，该钻杆本体的两端分别连接有连接端及偏转端，多个矿用钻杆装置之间通过所述连接端和偏转端串联；

所述连接端包括连接钩子、铰接固定块、滑块、直线电机及弹簧，该铰接固定块与所述钻杆本体的一端相连，直线电机安装在铰接固定块上，所述滑块与直线电机的输出轴形成螺旋副，所述铰接固定块上铰接有多个连接钩子，该连接钩子的一端与滑块抵接，另一端用于钩住相邻矿用钻杆装置的偏转端，所述连接钩子与铰接固定块之间设有用于复位的弹簧；

所述偏转端包括摆块、电机固定板、偏转电机、十字轴及锥齿轮传动机构，该电机固定板与所述钻杆本体的另一端相连，所述偏转电机及十字轴分别安装在电机固定板上，锥齿轮传动机构转动安装在十字轴上，所述摆块与锥齿轮传动机构相连，该摆块与相邻矿用钻杆装置的连接端中的铰接固定块插接，并由连接钩子钩住，所述偏转电机通过锥齿轮传动机构带动摆块绕十字轴的长、短轴分别偏转，进而带动相邻的矿用钻杆装置偏转；

其中：所述钻杆本体安装偏转端的一端端部安装有波纹管，当所述偏转端与相邻矿用钻杆装置的连接端连接，该波纹管与相邻矿用钻杆装置的钻杆本体的一端相连；相互连接的所述连接端及偏转端位于所述波纹管内；

所述滑块的一侧与直线电机的输出轴形成螺纹副，另一侧均布有与所述连接钩子数量相等、一一对应的凸起，该凸起与对应的连接钩子的一端抵接，所述凸起与连接钩子抵接的位置为向内倾斜的斜面；

所述直线电机通过电机座安装在铰接固定块上，该电机座上对应每个所述凸起的位置均开设有供滑块带动凸起往复移动的滑块槽；所述铰接固定块上均匀开设有与连接钩子数量相等的钩子槽，每个连接钩子均容置于一个钩子槽中；所述钩子槽与滑块槽数量相等，且一一对应；

所述铰接固定块开设有中心孔，该中心孔的一端用于与所述摆块插接，所述直线电机的输出轴转动连接于中心孔的另一端；

所述锥齿轮传动机构包括转动安装在十字轴长轴上的锥齿轮c、锥齿轮d以及转动安装在十字轴短轴上的锥齿轮e、锥齿轮f，该锥齿轮c及锥齿轮d均与一侧的锥齿轮e相啮合或均与另一侧的锥齿轮f相啮合；所述偏转电机包括分别安装在电机固定板上的偏转电机a及偏转电机b，该偏转电机a的输出轴上连接有与所述锥齿轮c啮合传动的锥齿轮a，所述偏转电机b的输出轴上连接有与锥齿轮d啮合传动的锥齿轮b；

所述摆块的一端与锥齿轮e及锥齿轮f相连，另一端与相邻矿用钻杆装置的连接端的铰接固定块插接；

所述锥齿轮c与锥齿轮d结构相同，前后两方向均为锥齿轮结构，其中一个方向的锥齿轮用于与所述锥齿轮a或锥齿轮b相啮合，另一个方向的锥齿轮与所述一侧的锥齿轮e或另一侧的锥齿轮f相啮合；

所述摆块上设有与连接钩子数量相同、一一对应的卡槽，相邻两矿用钻杆装置连接时，其中一个矿用钻杆装置的连接端的连接钩子伸入另一个矿用钻杆装置的偏转端的摆块上对应的卡槽内，钩住摆块。

本发明的优点与积极效果为：

本发明通过多个矿用钻杆装置实现串联，不同数量的矿用钻杆装置连接可以有效调整整根钻杆的长度，以此来适应不同环境下对钻杆长度的要求；本发明还可利用每个矿用钻杆装置的偏转端实现整个钻探路径的实时变化，有利于在复杂环境下的钻探工作。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明连接端的结构主视图；

图3为本发明连接端的内部结构示意图；

图4为本发明连接端的立体结构示意图；

图5为本发明一端(连接端)的局部示意图；

图6为本发明偏转端的结构主视图；

图7为图6的左视图；

图8为本发明偏转端的立体结构示意图；

图9为图8中去掉摆块后的立体结构示意图；

图10为本发明另一端(偏转端)的局部示意图；

图11为本发明多个进行连接的示意图；

其中：1为钻杆本体，2为叶片，

3为连接端，301为连接钩子，302为铰接固定块，303为电机座，304为滑块，305为直线电机，306为弹簧，307为钩子槽，308为滑块槽，309为中心孔，310为凸起；

4为偏转端，401为摆块，402为电机固定板，403为偏转电机a，404为偏转电机b，405为十字轴，406为锥齿轮a，407为锥齿轮b，408锥齿轮c，409为锥齿轮d，410为锥齿轮e，411为锥齿轮f，412为卡槽；

5为波纹管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～11所示，本发明包括钻杆本体1、叶片2、连接端3及偏转端4，其中钻杆本体1为两端开口的中空圆柱，钻杆本体1的外表面上设有螺旋状的叶片2；钻杆本体1的两端内部分别连接有连接端3及偏转端4，可通过连接端3和偏转端4实现多个矿用钻杆装置之间的串联，即一个矿用钻杆装置上的连接端3与相邻矿用钻杆装置上的偏转端4相连，而一个矿用钻杆装置上的偏转端4则与另一个相邻矿用钻杆装置上的连接端3相连。

连接端3包括连接钩子301、铰接固定块302、电机座303、滑块304、直线电机305及弹簧306，本实施例的铰接固定块302一侧为长方体或正方体，另一侧为圆盘，长方体或正方体位于钻杆本体1一端的内部，圆盘则固接于钻杆本体1一端的端部；铰接固定块302开设有中心孔309，该中心孔309为阶梯通孔。直线电机305通过电机座303安装在铰接固定块302上，本实施例的电机座303与铰接固定块302的一侧形状尺寸相同。滑块304位于电机座303内，与直线电机305的输出轴形成螺旋副；铰接固定块302上铰接有多个连接钩子301，该连接钩子301的一端与滑块304抵接，另一端用于钩住相邻矿用钻杆装置的偏转端4，连接钩子301与铰接固定块302之间设有用于复位的弹簧306。本实施例的滑块304的一侧与电机座303的形状相同，并与直线电机305的输出轴形成螺纹副，另一侧均布有与连接钩子301数量相等、一一对应的凸起310，该凸起310与对应的连接钩子301的一端抵接，凸起310与连接钩子301抵接的位置为向内倾斜的斜面。连接钩子301的内侧开有凹槽，弹簧306容置于该凹槽内，一端与连接钩子301抵接，另一端与铰接固定块302抵接。电机座303上对应每个凸起310的位置均开设有供滑块304带动凸起310往复移动的滑块槽308，铰接固定块302上均匀开设有与连接钩子301数量相等的钩子槽307，每个连接钩子301均容置于一个钩子槽307中。钩子槽307与滑块槽308数量相等，且一一对应；本实施例的连接钩子301、滑块304上的凸起310均为四个，相应地，钩子槽307及滑块槽308也为四个。

偏转端4包括摆块401、电机固定板402、偏转电机、十字轴405及锥齿轮传动机构，该电机固定板402与钻杆本体1的另一端相连，偏转电机及十字轴405分别安装在电机固定板402上，锥齿轮传动机构转动安装在十字轴405上，摆块401与锥齿轮传动机构相连，摆块401与相邻矿用钻杆装置的连接端1中的铰接固定块302插接，并由连接钩子301钩住，偏转电机通过锥齿轮传动机构带动摆块401绕十字轴405的长、短轴分别偏转，进而带动相邻的矿用钻杆装置偏转。

本实施例的电机固定板402为圆形板，固接于钻杆本体1另一端的内部，圆形板任意一条直径的两端向外延伸，十字轴405的长轴两端转动安装在两个延伸部上；圆形板朝内的一面用于安装偏转电机。本实施例的偏转电机包括分别安装在电机固定板402上的偏转电机a403及偏转电机b404，该偏转电机a403的输出轴上连接有锥齿轮a406，偏转电机b404的输出轴上连接有锥齿轮b407。本实施例的锥齿轮传动机构包括转动安装在十字轴405长轴上的锥齿轮c408、锥齿轮d409以及转动安装在十字轴405短轴上的锥齿轮e410、锥齿轮f411，本实施例的锥齿轮c408与锥齿轮d409结构相同，前后两方向均为锥齿轮结构，其中一个方向的锥齿轮用于与锥齿轮a406或锥齿轮b407相啮合，另一个方向的锥齿轮与一侧的锥齿轮e410相啮合或与另一侧的锥齿轮f411相啮合。本实施例的摆块401的一端与锥齿轮e410及锥齿轮f411相连，另一端呈锥台状、用于与铰接固定块302上的中心孔309的一端插接，直线电机305的输出轴通过轴承转动连接于中心孔309的另一端。摆块401上设有与连接钩子301数量相同、一一对应的卡槽412(本实施例的卡槽412为四个)，相邻两矿用钻杆装置连接时，其中一个矿用钻杆装置的连接端3的连接钩子301伸入另一个矿用钻杆装置的偏转端4的摆块401上对应的卡槽412内，钩住摆块401。

本实施例的钻杆本体1安装偏转端4的一端端部安装有波纹管5，当偏转端4与相邻矿用钻杆装置的连接端3连接，该波纹管5与相邻矿用钻杆装置的钻杆本体1的一端相连；相互连接的连接端3及偏转端4位于波纹管5内。

本发明的工作原理为：

本发明通过不同数量的矿用钻杆装置进行连接，可以调节整个钻杆的长度，以便更好地适应不同环境下的钻探要求。具体为：

将第一个矿用钻杆装置的偏转端4的摆块401插入第二个矿用钻杆装置的连接端3的铰接固定块302上开设的中心孔309中，第二个矿用钻杆装置的连接端3的直线电机305工作，通过输出轴与滑块304的螺旋副带动滑块304沿轴向移动，滑块304上的凸起310推动连接钩子301绕铰接点向内转动，使各连接钩子301同步伸入第一个矿用钻杆装置的偏转端4的摆块401上的对应卡槽412内，钩住摆块401。同样，将第三个矿用钻杆装置的偏转端4的摆块401插入第一个矿用钻杆装置的连接端3的铰接固定块302上开设的中心孔309中，第一个矿用钻杆装置的连接端3的直线电机305工作，使第一个矿用钻杆装置的连接端3的各连接钩子301钩住第三个矿用钻杆装置的偏转端4的摆块401。其他矿用钻杆装置参照上述操作实现串联。

摆块401的偏转：当偏转电机a403与偏转电机b404同向工作时，通过锥齿轮传动机构的啮合传动，实现锥齿轮e410或锥齿轮f411绕十字轴405的短轴偏转，进而带动摆块401绕十字轴405的短轴偏转。当偏转电机a403与偏转电机b404反向工作时，通过锥齿轮传动机构的啮合传动，实现锥齿轮c408及锥齿轮d409朝同一方向推动锥齿轮e410或锥齿轮f411，由于十字轴405的长轴转动安装在电机固定板402上，因此实现锥齿轮e410或锥齿轮f411带动摆块401绕十字轴405的长轴偏转。

各矿用钻杆装置通过连接端3、偏转端4相连接，连接处还有波纹管5连接，波纹管5可以在设定范围内弯曲，可以实现钻杆的偏转运动，进而实现钻探路径从原来的直线路径转变为曲线路径，扩大了探测范围，并且整个钻探过程还可由电脑控制，可以对整个钻探路线进行实时操控，提高整体钻探效率，满足复杂环境下的钻孔采样工作要求。