CN115538937A - 一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，包括：设备主架，其左右两侧分别转动装配有左支撑架以及右支撑架；盛液桶，固定放置在所述左支撑架上端；所述设备主架上表面固定装配有续杆装置以及吊杆臂，且其内侧转动装配有钻孔机；驱动液压缸，以钻孔机为中心对称设置为两组，放置在所述设备主架内部，且其活塞端上固定装配有套接电机，所述套接电机内部设置有通液管，所述通液管另一端放置在盛液桶内部；所述钻孔机右端同轴固定有多组互相连接的钻杆，且多组所述钻杆末端同轴固定有主钻头。

Description

一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备

技术领域

本发明涉及煤矿钻孔防塌技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备。

背景技术

我国大多数矿井煤层透气性差，煤质松软，甚至有动力现象或突出危险性，属于松软煤层，这使本煤层预抽钻孔打钻难度极大，塌孔、卡钻严重，钻孔打不深，致使瓦斯抽放效果差，不能很好的满足生产和开发的要求，影响了煤矿生产的正常进行，很多煤矿企业开始转变观念，变传统的安全性瓦斯抽放为利用性或生产性瓦斯抽放，将各种抽放技术结合起来，想方设法提高瓦斯抽放浓度和抽采率，既确保了生产安全，也有效利用了能源。

现有的水平钻孔装置，通常不设置固定装置，使得钻杆随着钻孔深度的增加，而偏离水平方向，甚至发生摆动，进而使得钻头下扎，不仅使得孔壁不直，还会破环孔壁，使钻孔发生垮塌，同时，刚钻成的孔比较松软，现有的装置不进行处理，钻孔以及进液同时进行，钻井液在带出废渣的同时，极易对刚形成的孔壁造成破环，进而使钻孔垮塌。

因此，有必要提供一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备以解决上述问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，包括：

设备主架，其左右两侧分别转动装配有左支撑架以及右支撑架；

盛液桶，固定放置在所述左支撑架上端；

所述设备主架上表面固定装配有续杆装置以及吊杆臂，且其内侧转动装配有钻孔机；

驱动液压缸，以钻孔机为中心对称设置为两组，放置在所述设备主架内部，且其活塞端上固定装配有套接电机，所述套接电机内部设置有通液管，所述通液管另一端放置在盛液桶内部；

所述钻孔机右端同轴固定有多组互相连接的钻杆，且多组所述钻杆末端同轴固定有主钻头。

进一步，作为优选，所述右支撑架包括：

固定块，固定装配在所述设备主架右侧平面中心，其下端转动装配有调节板，且所述固定块上端固定装配有直线轴承，所述直线轴承内侧同轴滑动装配有钻杆；

液压缸一，其一端转动装配在所述调节板上端平面上，另一端转动转配在所述固定块下端。

进一步，作为优选，所述固定块两端均转动装配有液压缸二，两组所述液压缸二另一端固定装配有滑动块，且所述滑动块内侧嵌装有直线轴承，其内部同轴滑动装配有钻杆。

进一步，作为优选，所述滑动块两端左侧均固定装配有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上均同轴固定有辅助钻头。

进一步，作为优选，所述辅助钻头包括：

钻头杆，同轴固定在所述驱动电机的输出轴上，其右端平面上开设有三道指向中心的轨道槽，其上均滑动装配有破石刀，且所述钻头干右端平面中心固定装配有防尘壳；

所述防尘壳呈立方体形状，其内部放置有主齿轮以及三组副齿轮。

进一步，作为优选，所述主齿轮转动装配在所述钻头杆右端平面上，三组所述副齿轮分别转动装配在防尘壳三个侧面的内壁上，且主齿轮与三组副齿轮均处于啮合状态。

进一步，作为优选，所述主齿轮上螺纹装配有螺旋丝杠，且所述螺旋丝杠另一端同轴固定有液压杆，三组所述副齿轮上均同轴固定有螺旋丝杠，且所述螺旋丝杠与对应的破石刀螺纹配合。

进一步，作为优选，所述主齿轮与液压杆之间同轴装配有复位弹簧。

进一步，作为优选，所述续杆装置包括：

续杆底座，固定放置在所述设备主架上端，其左侧转动装配有转动架，且所述续杆底座上端平面上转动装配有驱动杆，所述驱动杆另一端转动装配在转动架下表面；

所述转动架上端两侧分别镜像转动转配有两组夹持爪，且每侧的两组夹持爪下端均固定装配有开合液压缸。

进一步，作为优选，所述钻杆的末端同轴固定装配有护孔组件，其上按旋转方向固定装配有多组弹性护孔垫。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，具有以下有益效果：

本发明中，设置有辅助钻头，在钻孔工作进行的过程中，钉入到孔口处两侧的内壁上，最终形成倒锥形的钻孔，使辅助钻头牢牢的钉死在岩壁上，给钻杆一个支撑点，防止其发生抖动，使主钻头偏离方向，进而使钻孔发生垮塌，同时也避免了因抖动而产生的钻孔不直的现象，同时在主钻头后端设置由多组弹性护孔垫，可以在主钻头钻孔后对孔壁进行处理，使钻井液可以最大程度上与孔壁作用，提高孔壁的韧性防止发生垮塌。

附图说明

图1为一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备结构示意图；

图2为一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备左支撑架结构示意图；

图3为一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备辅助钻头结构示意图；

图4为一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备续杆装置结构示意图；

图中：1、设备主架；2、左支撑架；3、右支撑架；4、盛液桶；5、续杆装置；6、吊杆臂；7、钻孔机；8、驱动液压缸；9、套接电机；10、钻杆；11、主钻头；12、护孔组件；13、通液管；31、固定块；32、调节板；33、液压缸一；34、液压缸二；35、滑动块；36、直线轴承；37、辅助钻头；38、驱动电机；371、钻头杆；372、破石刀；373、防尘壳；374、主齿轮；375、副齿轮；376、螺旋丝杠；377、液压杆；378、复位弹簧；51、续杆底座；52、转动架；53、驱动杆；54、开合液压缸；55、夹持爪。

具体实施方式

请参阅图1～4，本发明提供了一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，包括：

设备主架1，其左右两侧分别转动装配有左支撑架2以及右支撑架3；

盛液桶4，固定放置在所述左支撑架2上端；

所述设备主架1上表面固定装配有续杆装置5以及吊杆臂6，且其内侧转动装配有钻孔机7；

驱动液压缸8，以钻孔机7为中心对称设置为两组，放置在所述设备主架 1内部，且其活塞端上固定装配有套接电机9，所述套接电机9内部设置有通液管13，所述通液管13另一端放置在盛液桶4内部；

所述钻孔机7右端同轴固定有多组互相连接的钻杆10，且多组所述钻杆 10末端同轴固定有主钻头11；

作为较佳实施例，设备工作时，套接电机9与钻孔机7之间会放置有一根钻杆10，通液管13与钻杆10相连通，并且通过钻井机7与右侧的钻杆10 相连接，套接电机9在工作时不断想钻孔机7靠拢，使主钻头11在不旋转的过程中不断深入，所述盛液桶4内盛放有钻井液，当设备进行钻孔时，钻井液由盛液桶4经通液管13以及钻杆10最终流入到钻孔内，并携带废渣排出钻孔。

进一步，所述右支撑架3包括：

固定块31，固定装配在所述设备主架1右侧平面中心，其下端转动装配有调节板32，且所述固定块31上端固定装配有直线轴承36，所述直线轴承 36内侧同轴滑动装配有钻杆10；

液压缸一33，其一端转动装配在所述调节板32上端平面上，另一端转动转配在所述固定块31下端；

作为较佳实施例，所述液压缸一33在完全伸长状态时，调节板32处于水平状态，且所述调节板32下表面与左支撑架2下表面重合，在保证设备稳定性的同时，使钻杆保持水平。

进一步，所述固定块31两端均转动装配有液压缸二34，两组所述液压缸二34另一端固定装配有滑动块35，且所述滑动块35内侧嵌装有直线轴承36，其内部同轴滑动装配有钻杆10；

作为较佳实施例，通过调整液压缸二34的伸长长度，可以使滑动块35 可以根据实际情况在钻杆10上进行滑动。

进一步，所述滑动块35两端左侧均固定装配有驱动电机38，所述驱动电机38的输出轴上均同轴固定有辅助钻头37；

作为较佳实施例，随着钻杆10钻孔深度的增加，主钻头11会偏离水平方向，甚至发生摆动，进而使得主钻头11下扎，不仅使得孔壁不直，还会破环孔壁，使钻孔发生垮塌，当钻孔钻进一定深度后，伸长液压缸二34，使滑动块35想着钻孔方向移动，同时启动两组驱动电机38，使其带动辅助钻头 37钉入到岩壁内部，从而给钻杆10一个支撑点，防止其发生抖动，使主钻头 11偏离方向，进而使钻孔发生垮塌。

进一步，所述辅助钻头37包括：

钻头杆371，同轴固定在所述驱动电机38的输出轴上，其右端平面上开设有三道指向中心的轨道槽，其上均滑动装配有破石刀372，且所述钻头杆 371右端平面中心固定装配有防尘壳373；

所述防尘壳373呈立方体形状，其内部放置有主齿轮374以及三组副齿轮375；

作为较佳实施例，所述防尘壳373可以隔绝钻孔产生的废渣，防止废渣落入到齿轮之间，干扰齿轮啮合，甚至造成损坏。

进一步，所述主齿轮374转动装配在所述钻头杆371右端平面上，三组所述副齿轮375分别转动装配在防尘壳373三个侧面的内壁上，且主齿轮374 与三组副齿轮375均处于啮合状态。

进一步，所述主齿轮374上螺纹装配有螺旋丝杠376，且所述螺旋丝杠 376另一端同轴固定有液压杆377，三组所述副齿轮375上均同轴固定有螺旋丝杠376，且所述螺旋丝杠376与对应的破石刀372螺纹配合；

作为较佳实施例，所述防尘壳373在于螺旋丝杠376的连接处均设置有防尘轴承，在保证其转动的同时，防止废渣破环轴承，且初始状态下，液压杆377处于完全收缩状态，辅助钻头37进行钻进工作时，当破石刀372完全进入岩壁后，驱动液压杆377伸长，当液压杆377顶到其前侧岩壁后，随着其继续伸长，会向后推进，使与其同轴的螺旋丝杠376相对向后侧移动，同时与该螺旋丝杠376螺纹配合的主齿轮374会进行旋转，与之啮合的三组副齿轮375进行同步转动，并带动与其同轴固定的螺旋丝杠376进行旋转，与该螺旋丝杠376螺纹配合的破石刀372向远离中心的方向移动，直至滑动块 35右端平面贴近岩壁，最终形成倒锥形的钻孔，使辅助钻头37牢牢的钉死在岩壁上，给钻杆10一个支撑点，防止其发生抖动，使主钻头11偏离方向，进而使钻孔发生垮塌。

进一步，所述主齿轮374与液压杆377之间同轴装配有复位弹簧378；

作为较佳实施例，当钻孔工作完成后，驱动液压杆377收缩，并在复位弹簧378的作用下，与液压杆377相配合的螺旋丝杠376逐渐回归初始位置，同时带动主齿轮374旋转，并在副齿轮375以及螺旋丝杠376的作用下使破石刀372向着中心侧移动，直至各组件回到初始位置，辅助钻头37退出岩壁，完成钻孔固定工作。

进一步，所述续杆装置5包括：

续杆底座51，固定放置在所述设备主架1上端，其左侧转动装配有转动架52，且所述续杆底座51上端平面上转动装配有驱动杆53，所述驱动杆53 另一端转动装配在转动架52下表面；

所述转动架52上端两侧分别镜像转动转配有两组夹持爪55，且每侧的两组夹持爪55下端均固定装配有开合液压缸54；

作为较佳实施例，初始状态下开合液压缸54以及驱动杆53处于收缩状态，此时夹持爪55打开，转动架52处于右侧水平状态，当设备需要续杆时，由吊杆臂6将备用钻杆吊入到夹持爪55上，并放置在两组夹持爪55中心，此时驱动开合液压缸54伸长，使夹持爪55夹紧备用钻杆，然后驱动驱动杆 53伸长，使转动架52转动，直至驱动杆53伸长至极限状态，转动架52旋转 180°，此时，备用钻杆与原始钻杆处于同轴状态，通过套接电机9连接钻杆 10，继续进行钻孔操作。

进一步，所述钻杆10的末端同轴固定装配有护孔组件12，其上按旋转方向固定装配有多组弹性护孔垫，所述弹性护孔垫可以在主钻头11钻孔后对孔壁进行处理，使钻井液可以最大程度上与孔壁作用，提高孔壁的韧性防止发生垮塌。

具体实施时,包括以下步骤：选定合适的钻孔地点放置装置，使左支撑架 2与右支撑架3钉死在作用面上，在钻孔机6上安装钻杆10与主钻头11，选择合适的进给速度，开始钻孔，钻孔过程中产生的废渣由钻井液带出钻孔，且在钻孔后由护孔组件12对孔壁进行处理，使钻井液可以最大程度上与孔壁作用，提高孔壁的韧性，同时当钻孔钻进一定深度后，伸长液压缸二34，使滑动块35想着钻孔方向移动，同时启动两组驱动电机38，使其带动辅助钻头37钉入到岩壁内部，并最终形成倒锥形的钻孔，从而给钻杆10一个支撑点，防止其发生抖动，使主钻头11偏离方向，进而使钻孔发生垮塌，当装置需要进行续杆时，套接电机9上升，吊杆臂6将备用钻杆吊入到续杆装置5上，并通过续杆装置将备用钻杆放置到与原始钻杆同轴的位置上，套接电机9在钻孔机4的驱动下，不断推进钻杆10，继续完成钻孔。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：包括：

设备主架(1)，其左右两侧分别转动装配有左支撑架(2)以及右支撑架(3)；

盛液桶(4)，固定放置在所述左支撑架(2)上端；

所述设备主架(1)上表面固定装配有续杆装置(5)以及吊杆臂(6)，且其内侧转动装配有钻孔机(7)；

驱动液压缸(8)，以钻孔机(7)为中心对称设置为两组，放置在所述设备主架(1)内部，且其活塞端上固定装配有套接电机(9)，所述套接电机(9)内部设置有通液管(13)，所述通液管(13)另一端放置在盛液桶(4)内部；

所述钻孔机(7)右端同轴固定有多组互相连接的钻杆(10)，且多组所述钻杆(10)末端同轴固定有主钻头(11)。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述右支撑架(3)包括：

固定块(31)，固定装配在所述设备主架(1)右侧平面中心，其下端转动装配有调节板(32)，且所述固定块(31)上端固定装配有直线轴承(36)，所述直线轴承(36)内侧同轴滑动装配有钻杆(10)；

液压缸一(33)，其一端转动装配在所述调节板(32)上端平面上，另一端转动转配在所述固定块(31)下端。

3.根据权利要求2所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述固定块(31)两端均转动装配有液压缸二(34)，两组所述液压缸二(34)另一端固定装配有滑动块(35)，且所述滑动块(35)内侧嵌装有直线轴承(36)，其内部同轴滑动装配有钻杆(10)。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述滑动块(35)两端左侧均固定装配有驱动电机(38)，所述驱动电机(38)的输出轴上均同轴固定有辅助钻头(37)。

5.根据权利要求4所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述辅助钻头(37)包括：

钻头杆(371)，同轴固定在所述驱动电机(38)的输出轴上，其右端平面上开设有三道指向中心的轨道槽，其上均滑动装配有破石刀(372)，且所述钻头干(371)右端平面中心固定装配有防尘壳(373)；

所述防尘壳(373)呈立方体形状，其内部放置有主齿轮(374)以及三组副齿轮(375)。

6.根据权利要求5所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述主齿轮(374)转动装配在所述钻头杆(371)右端平面上，三组所述副齿轮(375)分别转动装配在防尘壳(373)三个侧面的内壁上，且主齿轮(374)与三组副齿轮(375)均处于啮合状态。

7.根据权利要求6所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述主齿轮(374)上螺纹装配有螺旋丝杠(376)，且所述螺旋丝杠(376)另一端同轴固定有液压杆(377)，三组所述副齿轮(375)上均同轴固定有螺旋丝杠(376)，且所述螺旋丝杠(376)与对应的破石刀(372)螺纹配合。

8.根据权利要求7所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述主齿轮(374)与液压杆(377)之间同轴装配有复位弹簧(378)。

9.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述续杆装置(5)包括：

续杆底座(51)，固定放置在所述设备主架(1)上端，其左侧转动装配有转动架(52)，且所述续杆底座(51)上端平面上转动装配有驱动杆(53)，所述驱动杆(53)另一端转动装配在转动架(52)下表面；

所述转动架(52)上端两侧分别镜像转动转配有两组夹持爪(55)，且每侧的两组夹持爪(55)下端均固定装配有开合液压缸(54)。

10.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下松软煤层中长距离水平防塌钻孔设备，其特征在于：所述钻杆(10)的末端同轴固定装配有护孔组件(12)，其上按旋转方向固定装配有多组弹性护孔垫。

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