一种煤矿井下履带式钻进冲孔一体化装备的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到煤炭开采领域所用设备，具体的说是一种煤矿井下履带式钻进冲孔一体化装备。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主要能源，长期占一次能源的70%以上，近年来随着经济的快速增长，煤炭需求量增长迅猛，然而，我国煤矿地质条件复杂且多以煤层群条件赋存，煤与瓦斯突出灾害严重，还以20 m/年的速度向深部延伸，深部高地应力和瓦斯压力致使瓦斯灾害更加严重。根据政策法规，对于高瓦斯与突出煤层，在开采前需要采取区域性瓦斯防治措施，降低煤层瓦斯含量消除其突出危险性。保护层开采和预抽煤层瓦斯是最经济有效的区域性瓦斯治理措施，不具备保护层开采条件的矿区(井)必须选用底(顶)板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措施，考虑到我国多数矿区煤层渗透率低、瓦斯压力大和地应力高等特殊条件，穿层钻孔抽采效果较差且易塌孔堵塞，故穿层钻孔需配合水力冲孔、水力压裂等增透措施。在岩柱的掩护下利用带高压水钻头切割和压力水冲刷煤体，排出碎煤和瓦斯，应力集中向冲孔周围移动，使冲孔附近煤体卸压增透，可以有效地提高抽放效果。
[0003]目前，煤矿井下底(顶)板岩巷穿层钻孔施工钻机设备与水力冲孔设备分别为两套不同设备，大多数钻机采用分体式结构，设备数量多体积庞大移动不便，钻进倾角调节局限性大；缺少钻孔防喷孔装置，钻杆密封性能难以满足水力冲孔高强度水压要求，钻机缺少高压水旋转接头易造成冲孔过程出现夹钻现象，普通钻进钻头难以同时用于水力冲孔；穿层钻孔和水力冲孔施工过程存在多项重复操作工序，施工程序繁杂冗余，施工工期长，设备庞大复杂，效率低，人力物力消耗量大。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种煤矿井下履带式钻进冲孔一体化装备，对钻头、钻杆以及钻机的结构进行改进，将钻进、冲孔的过程进行整合，利用本实用新型的一套设备只需一次作业即可实现钻进与冲孔的施工过程，解决现有钻进、冲孔设备不配套，施工程序繁杂冗余，施工工期长，设备庞大复杂，工作效率低，人力物力消耗量大的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种煤矿井下履带式钻进冲孔一体化装备，包括履带式液压钻机、耐高压密封钻杆、钻进冲孔两用钻头、高压旋转接头以及高压水栗站，所述的耐高压密封钻杆穿过履带式液压钻机的动力头内孔，一端与所述的钻进冲孔两用钻头连接，另一端通过所述的高压旋转接头与为冲孔提供压力水的高压水栗站连接；
[0006]所述的钻进冲孔两用钻头由水流转换阀与切削部组成，水流转换阀的两端分别通过螺纹连接所述的切削部与耐高压密封钻杆，水流转换阀包括阀体、射流喷嘴、活塞、弹簧与密封件，阀体内设有轴向通孔，在轴向通孔的一端设置开设中心孔的导向体，并在导向体上沿轴向设置多个导流孔，在轴向通孔内设置环形凸台I与环形凸台II，所述的密封件固定在所述的环形凸台II上，所述活塞上设有与密封件密封配合的锥面体，所述弹簧套设在活塞的一端，并固定在锥面体的小头端，活塞的另一端活动插设在所述导向体的中心孔后，将弹簧压在所述的环形凸台I上，在阀体上设有沿其轴向对称分布的斜向切削部的径向通孔，所述的射流喷嘴设置在该径向通孔内，通过钻孔过程中水压的变化压迫活塞与弹簧，使得活塞锥面体与密封件分离或接触，以实现冷却切削部与射流喷嘴射水进行水力冲孔之间的切换；
[0007]所述的高压旋转接头包括旋转轴与壳体，旋转轴的中心沿其轴向设有输送压力水的通孔，旋转轴的一端与所述的耐高压密封钻杆连接，另一端通过轴承设置在壳体内，并与一石墨密封环相接触，石墨密封环一端的外圆设置有密封槽，在密封槽内设置有O形密封圈，O形密封圈起到密封石墨密封环与壳体之间间隙的作用，石墨密封环另一端的端面顶在一个预紧弹簧的一端，预紧弹簧的另一端固定在壳体上后，由预紧弹簧向石墨密封环提供压力，以保证在无压力水时石墨密封环能够保持与旋转轴端面的接触；
[0008]所述的耐高压密封钻杆由多根杆体连接组成，其中在杆体的两端分别设置相互配合的外锥螺纹I与内锥螺纹I，在外锥螺纹I的一端设置光滑外锥面，另一端设置外密封圈，在内锥螺纹I的一端设置光滑内锥面，另一端设置内密封圈，使得在任意两根杆体的外锥螺纹I与内锥螺纹I旋合的状态下，通过外密封圈与光滑内锥面相贴合以及内密封圈与光滑外锥面相贴合实现对各杆体螺纹连接处进行密封。
[0009]在所述的履带式液压钻机上还设置气渣收集分离装置，并由履带式液压钻机上的油缸推动其移动。
[0010]所述的高压水栗站设置在履带底盘上，通过履带式液压钻机上的液压栗给履带底盘上的行走马达提供液压油驱动高压水栗站行走。
[0011]进一步的，所述的高压旋转接头旋转轴与石墨密封环相接触的端面上镶有与石墨密封环相贴合的陶瓷耐磨层，陶瓷耐磨层通过磨削保证其表面粗糙度；
[0012]进一步的，所述的高压旋转接头上的轴承设置为两个，两个轴承相对设置的内侧设有隔套，两个轴承相背离的外侧分别设有旋转轴唇形密封圈与弹簧卡，并且弹簧卡一侧顶在轴承内圈的外侧面以防止轴承在旋转过程中的轴向移动。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0014]第一，本实用新型简化了井下钻孔、冲孔设备，并将钻孔和冲孔设备一体化，保证了高突矿井安全高效生产，消除煤层煤与瓦斯突出危险性，缩短区域性预抽瓦斯钻孔施工工期，提高煤层钻进冲孔及瓦斯抽采效率，节约瓦斯灾害防治成本；
[0015]第二，本实用新型中的履带式液压钻机通过转动盘以及调角油缸，可以实现耐高压密封钻杆在水平面内±180度旋转以及竖直面内±90度的角度调节，从而使得履带式液压钻机完成球面布孔，对低巷道或者巷道低位钻孔具有明显优势；
[0016]第三，本实用新型中耐高压密封钻杆通过内密封圈与光滑外锥面相贴合以及外密封圈与光滑内锥面相贴合实现对各杆体的螺纹连接处进行密封，而且随着锥螺纹丝扣越紧使得锥面与密封圈的压合也是越来越紧，达到良好的高压密封效果，在水力冲孔中，一方面可以承受50MPa的压力水，另一方面又可以防止压力水的泄漏，并且从钻杆的尾部到钻头端部的压力损失小，冲孔效果良好；
[0017]第四，本实用新型中钻进冲孔两用钻头可以保证钻孔作业与冲孔作业连续进行，在正常钻孔时，在弹簧的作用下，活塞被顶出，活塞的锥面与密封圈之间形成缝隙，水流通过该缝隙从轴向孔流到切削部的端部，以冷却切削部；当冲孔时，通入高压水，水压作用在活塞锥面体的大头端，推动活塞使弹簧被压缩，进而活塞的锥面体挤压在密封件上，活塞锥面与密封件之间的缝隙被封闭，高压水不能流到切削部，而是从径向孔上的射流喷嘴喷出，对钻孔进行水力冲孔，冲孔用水与钻孔用水自动切换，使钻孔作业与冲孔作业的连续进行极大地提高了施工作业效率，另外水流转换阀与切削部之间通过螺纹连接，便于切削部进行拆卸更换；
[0018]第五，本实用新型中高压旋转接头的旋转轴唇形密封圈与石墨密封环保证了壳体与旋转轴之间相对转动的同时，能够对两者之间进行密封，实现了在水力冲孔过程中，钻杆内通入高压水的同时保持钻杆的旋转，进而使得高压水从钻杆前端钻进冲孔两用钻头的射流喷嘴中射出后，形成一个圆面，使得所冲出的孔更多、更规则，增透效果更加理想，并且唇形密封圈可以防止灰尘进入轴承中；
[0019]第六，本实用新型中高压旋转接头的旋转轴端部设置陶瓷耐磨层，并与石墨密封环进行配合，进一步提高了旋转轴高速旋转中的密封强度，在钻转轴转速为300r/min时，可耐压40MPa ；
[0020]第七，本实用新型中履带式液压钻机上设置的气渣收集分离装置，可以在钻进、冲孔的过程中及时将产生的水、瓦斯以及废渣收集分离，以保证作业的顺利进行，提高瓦斯的抽放效率。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的结构示意图。
[0022]图2是本实用新型中履带式液压钻机的结构示意图。
[0023]图3是本实用新型中履带式液压钻机的俯视图。
[0024]图4是本实用新型中耐高压密封钻杆的剖视图。
[0025]图5是本实用新型中钻进冲孔两用钻头的剖视图。
[0026]图6是本实用新型中高压旋转接头的剖视图。
[0027]图7是本实用新型中高压水栗站的结构示意图。
[0028]图8是本实用新型中气渣收集分离装置的结构示意图。
[0029]图9是利用本实用新型钻孔的工作状态图。
[0030]图10是利用本实用新型冲孔的俯视状态图。
[0031]图中标记:1、履带式液压钻机，2、耐高压密封钻杆，3、钻进冲孔两用钻头，4、高压旋转接头，5、高压水栗站，6、压力水通道，7、液压油通道，8、煤层作业面，101、履带行走机构，102、机架，103、底板支撑装置，104、支撑弹簧，