CN101315021B - 自动变径扩孔钻具 - Google Patents
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Abstract
一种自动变径扩孔钻具，用于煤矿在煤层中施工大直径防突措施和抽放瓦斯钻孔，消除一次施工大直径钻孔诱导突出危险，提高防突措施效果和抽放瓦斯效果。本自动变径扩孔钻具由前钻体、后钻体、连接螺母、滑套、截割刀架、支撑刀架等组成。正常钻进，通过后钻体的插入，将支撑刀架和截割刀架固定在前、后钻体上，由普通钻头钻进小直径孔；扩孔作业时，在起拔拉力作用下，后钻体由前钻体中抽出一定距离，支撑刀架被解锁，钻具在钻孔孔壁阻力、旋转离心力作用下，滑套向后移动，支撑刀架和截割刀架张开，实施起钻扩孔作业。在抽放钻孔封孔段，钻机停止旋转，直接拉出钻具，形成孔口小直径，有利于封孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动变径变径钻具，用于煤矿在突出危险煤层施工大直径防突措施钻孔和含瓦斯煤层施工大直径抽放瓦斯钻孔，消除直接施工大直径钻孔诱导煤与瓦斯突出危险，提高防突效果和抽放瓦斯效果。
背景技术
目前，我国煤矿瓦斯防治领域用变径扩孔钻具主要有中国专利局申请号为96226431.8的“变径扩孔钻具”和申请号为03245809.6的“自动变径扩孔钻具”。
“变径扩孔钻具”发明人为王魁军、蔡成功、辛新平、许昭泽。此钻具目的是在突出煤层施工大直径防突措施钻孔和施工大直径抽放钻孔、提高瓦斯抽放效果，在消除打大直径钻孔的诱导瓦斯突出危险问题的同时，保持孔口小孔径，以利于抽放瓦斯钻孔的封孔。该钻具由前钻体、后钻体、刀体、弹簧片、限位环等组成，在钻进时，固定爪、定位销将刀体固定在钻体上；钻孔打到孔底后，加大钻机推力，将定位销剪断，并由弹簧将刀体弹开，刀体在弹簧力和旋转离心力作用下，实现扩孔作业。该钻具需要剪切定位销，每打一个钻孔，需要将钻具拆开，更换定位销，安装工艺复杂，实用性稍差；而且，钻打钻过程中，需要掌握好钻机推力，对钻工的技术操作水平要求过高，在向前钻进过程中误剪定位销时有发生。
“自动变径扩孔钻具”发明人为辛新平、史有才等，是一种煤矿井下施工瓦斯抽放孔的自动变径扩孔钻具，包括前钻体、刀体、后钻体、限位环、联接螺母等组成，前钻体与后钻体由限位环和联接螺母连接，刀体由轴销固定在前钻体上，在后钻体上设置有滑楔，正常钻进时，滑楔顶在刀体尾部的内壁，将刀体固定在后钻体上，起钻时，滑楔退出，刀体张开，在旋转离心力作用下实现扩孔作业。该钻具和“变径卸煤钻具”一样，单纯靠旋转离心力实现扩孔作业，扩孔时间长，钻孔孔径难以得到保证。
上述两种扩孔钻具由于实用性等问题，至今未能在煤矿生产中得到广泛应用。
发明内容
为了克服现有自动变径扩孔钻具扩孔时间长、钻孔孔径无法保证、实用性差的不足，本发明提供一种全新原理、全新结构的四连杆机构自动变径扩孔钻具，该扩孔钻具在不需要其它辅助操作的情况下，能够随钻机的前进和后退，自动实行扩孔作业。
本发明解决实现自动变径扩孔作业所采用的技术方案是：由前钻体、后钻体、支撑刀架、截割刀架形成四连杆机构，结构简单。钻具由前钻体1、后钻体2、连接螺母3、滑套4、截割刀架5、支撑刀架6、连接销7、开口销8和硬质合金截齿9等组成。连接螺母连接前钻体、后钻体；连接销和开口销将滑套、截割刀架和支撑刀架固定在前、后钻体上。支撑刀架上的控制斜面，限制截割刀架和支撑刀架的最大张开角度，实现钻具的设计扩孔直径。前、后钻体的旋转通过前钻体内六方和后钻体外六方传递，滑套和后钻体的旋转通过后钻体上的键和滑套内键槽来传递扭矩。该钻具特点是：一次钻进，两次成孔，即前进时保持设计的75mm到90mm小直径正常钻孔孔径；后退起钻时，一边起钻一边扩孔，施工150mm到300mm大直径钻孔。
扩孔直径可根据设计需要，设计不同的控制斜面角度来实现系列钻孔扩孔直径。
本发明的有益效果是钻具结构简单，扩孔动作可靠，可以在不需要任何辅助作业的情况下，在钻机前进和后退作业是，自动完成大小直径变换，有效实现扩孔作业，且钻孔直径有充分保证。
附图说明
图1是自动变径扩孔钻具结构和正常钻进作业工作状态示意图。
图2是自动变径扩孔钻具起钻扩孔作业工作状态示意图。
图中1.前钻体，2.后钻体，3.连接螺母，4.滑套，5.截割刀架；6.支撑刀架，7.连接销，8.开口销，9.硬质合金截齿，10.前钻体控制斜面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为变径扩孔钻具结构和正常钻进作业工作状态示意图。在自动变径扩孔钻具前端安装直径75-90mm的普通钻头。正常钻进时，后钻体2在钻机推力作用下，深深的插入前钻体1中，后钻体2前部将支撑刀架6锁定，支撑刀架抱紧在前钻体1上，而支撑刀架6通过连接销7将截割刀架5抱紧在后钻体1上，此时连杆机构无法张开，此时的钻孔直径即为变径扩孔钻具的机械设计直径，为75-90mm。正常钻进时，钻具支撑刀架前端硬质合金截齿切割钻头截割后的钻孔变形量，钻孔直径取决于钻具直径，钻具直径设计有75mm和90mm两种规格，可根据需要设计系列直径钻具，但最小直径受到零件强度要求限制，不小于75mm。
图2为起钻扩孔作业钻具作业工作状态示意图。起钻时，在钻机的起拔拉力作用下，后钻体2从前钻体1中向后拉出25-30mm，截割刀架5和支撑刀架6在钻孔孔壁阻力和旋转离心力作用下张开，滑套向前钻体方向移动，连杆机构向外张开，截割刀架5在起拔拉力、钻孔孔壁阻力和旋转离心力共同作用下，充分张开到设计最大直径，此时，一边起钻，截割刀架一边向后切割钻孔孔壁，实现扩孔作业。扩孔作业时，钻具截割刀架上的硬质合金截齿截割钻孔壁。扩孔直径设计有150、200、250、300mm等规格，可以根据实际需要设计在150-300mm之间任意规格；最大直径受到钻机能力限制，即和所用钻机能力相匹配，一般不大于300mm。
Claims (4)
1.一种自动变径扩孔钻具，其特征是：由前钻体、后钻体、截割刀架、支撑刀架、连接螺母、滑套、连接销、开口销组成，前钻体、后钻体、截割刀架、支撑刀架组成四连杆机构，截割刀架、支撑刀架呈120度三翼分布，连接螺母连接前钻体和后钻体，连接销和开口销将滑套、截割刀架和支撑刀架固定在前、后钻体上，形成该四连杆机构；支撑刀架上的前钻体控制斜面，限制截割刀架和支撑刀架的最大张开角度，实现钻具的设计扩孔直径；并通过设计不同角度的前钻体控制斜面，设计出系列扩孔直径的扩孔钻具；
正常钻进时，在钻机推力作用下，后钻体插入前钻体，锁死支撑刀架，支撑刀架又锁死截割刀架，将支撑刀架和截割刀架抱紧在前、后钻体上，实现小直径正常钻进；当钻进到孔底后，钻机起钻，在钻机起拔拉力作用下，后钻体由前钻体中拉出25mm-30mm，支撑刀架和截割刀架被解锁，截割刀架和支撑刀架在起拔拉力、旋转离心力和钻孔孔壁阻力共同作用下张开，滑套向前钻体方向移动，四连杆机构向外张开，实现起钻扩孔，一次完成大直径钻孔施工成孔作业。
2.根据权利要求1所述自动变径扩孔钻具，其特征是：后退起钻时，自动实现扩孔作业，钻孔直径成为设计的150-300mm大直径钻孔。
3.根据权利要求1所述自动变径扩孔钻具，其特征是：应用带键槽的滑套，通过滑套在后钻体上的滑动，实现四连杆机构的张开，完成起钻时的扩孔作业。
4.根据权利要求1所述自动变径扩孔钻具，其特征是：前、后钻体的旋转通过前钻体内六方和后钻体外六方传递，滑套和后钻体的旋转通过后钻体上的键和滑套内键槽来传递扭矩。
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