一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置和方法，該裝置在煤層鉆進(jìn)過程中，如果遇到煤矸石，會(huì)快速切換鉆進(jìn)方式，由原來的高速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)換為中低速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與沖擊鉆進(jìn)相組合的鉆進(jìn)模式；鉆機(jī)的破巖能力得到有效提升，可解決傳統(tǒng)鉆機(jī)遇矸石無法繼續(xù)鉆進(jìn)的技術(shù)難題。
【專利說明】
一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層鉆孔打鉆技術(shù)，特別是一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，在煤礦井下，不管是測(cè)定煤層瓦斯壓力和煤層鉆孔瓦斯流量，還是瓦斯抽采或排放，都需要對(duì)煤層施工鉆孔。
[0003]與大型鉆機(jī)相比，煤電鉆和風(fēng)鉆的體積較小，便于攜帶，使用起來也比較靈活;但是，也存在不足，那就是動(dòng)力不夠，打鉆深度受限，特別是在鉆進(jìn)過程中遇到矸石時(shí)，無法繼續(xù)向前鉆進(jìn)，導(dǎo)致打鉆失敗。
[0004]在煤層鉆孔打鉆的工藝與裝置研發(fā)方面，公開的研究成果主要集中在大型大功率鉆機(jī)的研發(fā)、松軟突出煤層打鉆鉆具的改進(jìn)和打鉆過程中的排渣方法等方面;而對(duì)于煤電鉆和風(fēng)鉆在鉆進(jìn)過程中遇到煤矸石這個(gè)問題，目前尚無具體、有效的解決方法。
[0005]煤電鉆和風(fēng)鉆是煤礦井下常用的煤層打鉆裝置，并且多數(shù)煤層中或多或少的伴生有矸石存在；因此，為了給煤礦企業(yè)提供一種快速穿透煤矸石的裝置，探索出一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆工藝與裝置就顯得尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置與方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案是:一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，包括旋轉(zhuǎn)鉆頭、沖擊鉆頭、麻花鉆桿、擋煤刷、彈簧、壓力表以及高壓風(fēng)機(jī);其特征在于，所述鉆桿中心設(shè)有軸向風(fēng)道，鉆桿的一端固連接旋轉(zhuǎn)鉆頭，并在鉆桿端面軸向開設(shè)有外大內(nèi)小的臺(tái)階式嵌裝槽，槽底連通風(fēng)道;嵌裝槽內(nèi)設(shè)有沖擊鉆頭和擋煤刷，擋刷靠近槽口設(shè)置，沖擊鉆頭后端順序連接有密封塊和彈簧，彈簧的另一端與接近槽底安裝的軸承連接，密封塊對(duì)風(fēng)道氣流起到密封作用;所述鉆桿的另一端與高壓風(fēng)機(jī)連接，所述高壓風(fēng)機(jī)包括連接器、葉輪、連接桿、軸承、彈簧、軸承座、殼體、進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；所述殼體為長方形，其中一側(cè)壁開孔并安裝有軸承，其相對(duì)側(cè)壁設(shè)有彈性軸承座，軸承和軸承座的中心線位于同一水平線上，殼體的另一對(duì)側(cè)壁對(duì)稱設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；所述連接器內(nèi)設(shè)有軸向風(fēng)道，其側(cè)壁設(shè)有垂直連通風(fēng)道的進(jìn)氣口；連接器通過軸承和軸承座與殼體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接器一端穿過殼體與鉆桿連接，鉆桿和連接器的風(fēng)道相通且密封，連接器另一端位于殼體內(nèi)并連接有旋轉(zhuǎn)葉輪;所述鉆桿上還安裝有壓力表;正常鉆孔狀態(tài)下，進(jìn)氣口位于殼體外部，沖擊鉆頭位于嵌裝槽槽底，高壓風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓縮氣體全部用于推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動(dòng)鉆桿和旋轉(zhuǎn)鉆頭高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆孔；當(dāng)鉆孔前方有矸石，鉆孔阻力增大，彈性軸承座的彈簧大幅度壓縮，連接器上的進(jìn)氣口進(jìn)入高壓風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)，部分壓縮氣體進(jìn)入鉆桿風(fēng)道，推動(dòng)沖擊鉆頭向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)降低了壓縮氣體對(duì)葉輪的推動(dòng)能力，旋轉(zhuǎn)鉆頭的轉(zhuǎn)速降低，避免旋轉(zhuǎn)鉆頭過度磨損。
[0008]所述彈性軸承座由彈簧和軸承連接而成。
[0009]所述鉆桿由一節(jié)主鉆桿及多節(jié)延長鉆桿首尾相接組成，主鉆桿前端安裝鉆頭，后端設(shè)置螺紋孔，延長鉆桿的一端為螺紋連接桿，另一端為螺紋孔，所述螺紋連接桿的端面對(duì)應(yīng)風(fēng)道口設(shè)置錐面接頭和密封圈，錐面接頭與風(fēng)道插接。所述連接器與鉆桿螺紋連接，連接器的端面對(duì)應(yīng)風(fēng)道口設(shè)置錐面接頭和密封圈，錐面接頭與風(fēng)道插接。所述螺紋連接桿與密封圈組合接頭具有雙重密封性能；因此，當(dāng)壓縮氣體進(jìn)入鉆桿的風(fēng)道部位后，能夠以較高的速度和壓力壓迫沖擊鉆頭向前運(yùn)動(dòng)。所述密封塊與嵌裝槽直徑較小的腔體最小間隙配合。
[0010]所述高壓風(fēng)機(jī)與煤礦井下壓風(fēng)設(shè)備連接。
[0011]所述擋煤刷為塑料刷，沿鉆桿內(nèi)壁傾斜布置，前端收攏。
[0012]所述擋煤刷所在嵌裝槽的空心部位內(nèi)徑較大；因此，在高壓氣體的壓迫作用下，沖擊鉆頭帶動(dòng)彈簧向前快速移動(dòng)，撞擊煤矸石，使矸石破裂;此時(shí)，一方面，彈簧的拉力較大，另一方面，沖擊鉆頭的密封塊已經(jīng)移動(dòng)到了嵌裝槽的較大腔體內(nèi)，氣體泄漏，壓力降低，使得沖擊鉆頭迅速后退；當(dāng)退回到一定距離后，彈簧的拉力減小，甚至于轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?，高壓氣體重新密封在鉆桿的風(fēng)道中，或者存在微量的泄漏，然后，重新開始新一輪的沖擊鉆進(jìn)。
[0013]所述壓力表為防震壓力表，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)麻花鉆桿風(fēng)道的氣體壓力。
[0014]所述殼體上安裝的軸承為密封軸承可有效控制氣體的流動(dòng)方向。
[0015]所述軸承和軸承座的安裝，可以確保整體裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，前端的沖擊鉆頭和后端的鉆機(jī)殼體不跟著旋轉(zhuǎn)。
[0016]—種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆方法，包括以下步驟:
步驟I)啟動(dòng)煤礦井下壓風(fēng)設(shè)備，高壓氣流驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪，并帶動(dòng)麻花鉆桿和旋轉(zhuǎn)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，向煤層深部鉆進(jìn);隨著鉆孔深度的增加，隨時(shí)安裝新的延長鉆桿；
步驟2)當(dāng)煤層鉆孔前方遇到矸石時(shí)，繼續(xù)向前鉆進(jìn)困難，整個(gè)裝置的阻力增加，彈性軸承座彈簧收縮，連接器上面的進(jìn)氣口進(jìn)入鉆機(jī)殼體內(nèi)，部分高壓氣流通過進(jìn)氣口進(jìn)入鉆桿風(fēng)道，推動(dòng)沖擊鉆頭向前運(yùn)動(dòng)，一方面，沖擊鉆頭撞擊鉆孔前方的矸石，另一方面，剩余的高壓氣流同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置以中、低速旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)鉆頭以中、低速旋轉(zhuǎn)方式繼續(xù)鉆進(jìn)；
步驟3)沖擊鉆頭在撞擊矸石時(shí)，其密封塊經(jīng)運(yùn)移到了擋煤刷的尾部，此處嵌裝槽內(nèi)徑變寬，氣體卸壓；同時(shí)，沖擊鉆頭尾部的彈簧拉伸較長，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，沖擊鉆頭迅速向后移動(dòng)，密封塊回到嵌裝槽內(nèi)徑較小的腔體內(nèi)，鉆桿風(fēng)道重新密封，彈簧的拉應(yīng)力消失，又開啟新一輪的鉆進(jìn)，即沖擊鉆頭以脈沖方式進(jìn)行鉆進(jìn);在穿透矸石之前，旋轉(zhuǎn)鉆頭以中、低速旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)鉆進(jìn);當(dāng)穿透矸石后，鉆孔前方煤體對(duì)裝置的阻力下降，連接器的進(jìn)氣孔退出殼體，壓風(fēng)全部用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪;沖擊鉆頭停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)鉆頭以高速旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)鉆進(jìn);該裝置根據(jù)鉆孔前方的煤層賦存地質(zhì)條件，自動(dòng)切換鉆進(jìn)模式。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置和方法，該裝置在煤層鉆進(jìn)過程中，如果遇到煤矸石，會(huì)快速切換鉆進(jìn)方式，由原來的高速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)換為中低速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與沖擊鉆進(jìn)相組合的鉆進(jìn)模式;鉆機(jī)的破巖能力得到有效提升，可解決傳統(tǒng)鉆機(jī)遇矸石無法繼續(xù)鉆進(jìn)的技術(shù)難題。
[0018]本發(fā)明采用礦井壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，如果鉆孔前方是煤體，則僅僅通過葉輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆進(jìn)；當(dāng)鉆孔前方遇到煤矸石時(shí)，鉆進(jìn)阻力增大，葉輪后方的彈簧壓縮量增加，連接桿上的小孔部位會(huì)進(jìn)入鉆機(jī)殼體，壓風(fēng)的能量一部用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，一部分用于驅(qū)動(dòng)沖擊鉆進(jìn)，鉆進(jìn)模式會(huì)自動(dòng)切換為旋轉(zhuǎn)鉆頭和沖擊鉆頭聯(lián)合鉆進(jìn);當(dāng)穿透矸石后，鉆進(jìn)阻力下降，葉輪后方的彈簧壓縮量減小，連接桿上的小孔部位會(huì)退出鉆機(jī)殼體，鉆進(jìn)模式會(huì)重新自動(dòng)切換旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆進(jìn);這種可根據(jù)鉆孔前方煤層賦存地質(zhì)條件，自動(dòng)切換鉆進(jìn)模式，并且，聯(lián)合鉆進(jìn)模式能夠快速、有效穿透煤矸石，是本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中標(biāo)記如下:旋轉(zhuǎn)鉆頭丨、鉆桿2、擋煤刷3、沖擊鉆頭4、彈簧5、軸承6、密封塊7、嵌裝槽8，螺紋孔9、螺紋連接桿1、風(fēng)道11、密封圈12、連接鋼管13、壓力表14、連接器15、進(jìn)氣口 16、葉輪17、連接桿18、軸承19、彈簧20、軸承21、殼體22、進(jìn)風(fēng)口 23、出風(fēng)口 24。
【具體實(shí)施方式】
[0021]—種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，包括旋轉(zhuǎn)鉆頭1、沖擊鉆頭4、麻花鉆桿
2、擋煤刷3、彈簧5、20、壓力表14以及高壓風(fēng)機(jī);其特征在于，所述鉆桿2中心設(shè)有軸向風(fēng)道U，鉆桿2的一端固連接旋轉(zhuǎn)鉆頭I，并在鉆桿2端面軸向開設(shè)有外大內(nèi)小的臺(tái)階式嵌裝槽8，槽底連通風(fēng)道11;嵌裝槽8內(nèi)設(shè)有沖擊鉆頭4和擋煤刷3，擋刷3靠近槽口設(shè)置，沖擊鉆頭4后端順序連接有密封塊7和彈簧5，彈簧5的另一端與接近槽底安裝的軸承6連接，密封塊7對(duì)風(fēng)道11氣流起到密封作用；所述鉆桿2的另一端與高壓風(fēng)機(jī)連接，所述高壓風(fēng)機(jī)包括連接器15、葉輪17、連接桿18、軸承21、彈簧20、軸承座、殼體22、進(jìn)風(fēng)口 23和出風(fēng)口 24;所述殼體22為長方形，其中一側(cè)壁開孔并安裝有軸承19，其相對(duì)側(cè)壁設(shè)有彈性軸承座，軸承21和軸承座的中心線位于同一水平線上，殼體22的另一對(duì)側(cè)壁對(duì)稱設(shè)置進(jìn)風(fēng)口 23和出風(fēng)口 24;所述連接器15內(nèi)設(shè)有軸向風(fēng)道11，其側(cè)壁設(shè)有垂直連通風(fēng)道的進(jìn)氣口 16;連接器15通過軸承21和軸承座與殼體22轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接器15—端穿過殼體22與鉆桿2連接，鉆桿2和連接器15的風(fēng)道11相通且密封，連接器15另一端位于殼體22內(nèi)并連接有旋轉(zhuǎn)葉輪17;所述鉆桿2上還安裝有壓力表14;正常鉆孔狀態(tài)下，進(jìn)氣口 16位于殼體22外部，沖擊鉆頭4位于嵌裝槽8槽底，高壓風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓縮氣體全部用于推動(dòng)葉輪17旋轉(zhuǎn)，葉輪17帶動(dòng)鉆桿2和旋轉(zhuǎn)鉆頭I高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆孔；當(dāng)鉆孔前方有矸石，鉆孔阻力增大，彈性軸承座的彈簧大幅度壓縮，連接器15上的進(jìn)氣口 16進(jìn)入高壓風(fēng)機(jī)殼體22內(nèi)，部分壓縮氣體進(jìn)入鉆桿風(fēng)道11，推動(dòng)沖擊鉆頭4向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)降低了壓縮氣體對(duì)葉輪17的推動(dòng)能力，旋轉(zhuǎn)鉆頭I的轉(zhuǎn)速降低，避免旋轉(zhuǎn)鉆頭過度磨損。
[0022]所述彈性軸承座由彈簧20和軸承19連接而成。
[0023]所述鉆桿2由一節(jié)主鉆桿及多節(jié)延長鉆桿首尾相接組成，主鉆桿前端安裝鉆頭，后端設(shè)置螺紋孔9，延長鉆桿的一端為螺紋連接桿10，另一端為螺紋孔9，所述螺紋連接桿10的端面對(duì)應(yīng)風(fēng)道口設(shè)置錐面接頭和密封圈12，錐面接頭與風(fēng)道11插接。所述連接器15與鉆桿2螺紋連接，連接器15的端面對(duì)應(yīng)風(fēng)道口設(shè)置錐面接頭和密封圈12，錐面接頭與風(fēng)道11插接。所述螺紋連接桿10與密封圈組合接頭具有雙重密封性能；因此，當(dāng)壓縮氣體進(jìn)入鉆桿2的風(fēng)道11部位后，能夠以較高的速度和壓力壓迫沖擊鉆頭4向前運(yùn)動(dòng)。
[0024]所述密封塊7與嵌裝槽8直徑較小的腔體最小間隙配合。
[0025]所述高壓風(fēng)機(jī)與煤礦井下壓風(fēng)設(shè)備連接。
[0026]所述擋煤刷3為塑料刷，沿鉆桿2內(nèi)壁傾斜布置，前端收攏，既可有效防止煤渣進(jìn)入鉆桿的空心部位，又能不影響沖擊鉆頭的前進(jìn)與后退。
[0027]所述擋煤刷3所在嵌裝槽8的空心部位內(nèi)徑較大；因此，在高壓氣體的壓迫作用下，沖擊鉆頭4帶動(dòng)彈簧5向前快速移動(dòng)，撞擊煤矸石，使矸石破裂;此時(shí)，一方面，彈簧5的拉力較大，另一方面，沖擊鉆頭4的密封塊7已經(jīng)移動(dòng)到了嵌裝槽8的較大腔體內(nèi)，氣體泄漏，壓力降低，使得沖擊鉆頭4迅速后退；當(dāng)退回到一定距離后，彈簧5的拉力減小，甚至于轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?，高壓氣體重新密封在鉆桿2的風(fēng)道11中，或者存在微量的泄漏，然后，重新開始新一輪的沖擊鉆進(jìn)。
[0028]所述壓力表14為防震壓力表，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)麻花鉆桿2風(fēng)道11的氣體壓力。
[0029]所述殼體22上安裝的軸承21為密封軸承可有效控制氣體的流動(dòng)方向。
[0030]所述軸承21和軸承座的安裝，可以確保整體裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，前端的沖擊鉆頭4和后端的鉆機(jī)殼體22不跟著旋轉(zhuǎn)。
[0031]麻花鉆桿2與旋轉(zhuǎn)鉆頭I焊接;擋煤刷3采用強(qiáng)力膠黏貼于嵌裝槽8內(nèi)壁;彈簧5通過電焊分別與沖擊鉆頭4的密封塊7以及和軸承6連接接;軸承6的外輪通與鉆桿2嵌裝槽內(nèi)壁焊接。
[0032]各鉆桿2之間螺紋連接，且連接部位設(shè)置密封圈12，保證風(fēng)道的密封。
[0033]鉆桿12與壓力表14通過連接鋼管13連接，連接方式均為螺紋連接，連接鋼管13連通風(fēng)道11。
[0034]連接器15與葉輪17焊接，并與軸承21的內(nèi)圈固連為一體;連接桿18前端與葉輪17焊接，并與軸承19的內(nèi)圈為一體。
[0035]彈簧20分別與軸承19的外圈以及殼體19焊接;軸承21與殼體19焊接。
[0036]高壓氣體從旋轉(zhuǎn)葉輪17的一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)流出。
[0037]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如下:
旋轉(zhuǎn)鉆頭I為煤電鉆鉆頭，直徑50mm;麻花鉆桿2為空心麻花鉆桿，長1000mm，直徑42mm。
[0038]擋煤刷3為塑料刷，長40mm，直徑1mm，數(shù)量若干;沖擊鉆頭4的前端呈圓錐形，圓錐底部直徑10mm，高25mm，材質(zhì)為金剛石，中部和后端為圓柱體，材質(zhì)均為碳素鋼，直徑分別為6mm和36mm，高分別為30mm和5mm ο
[0039]彈簧5和彈簧20分別由多根螺旋彈簧組成，長36mm，直徑10mm，數(shù)量若干，每根粗2mm;軸承6、21、19均為深溝球軸承，內(nèi)徑分別是20mm、30mm和10mm，外徑分別為30mm、40mm和28mm，寬均為 I Omm。
[0040]錐面接頭的錐面角度為30°，密封圈12為O型密封圈，外徑8_，內(nèi)徑6_。
[0041]連接鋼管13為圓形，長150mm，外徑10mm，壁厚1mm，制作材料為不銹鋼;壓力表14為YTXC-150-Z防震壓力表;連接器15的制作材料為不銹鋼，直徑36mm，長200mm。
[OO42 ] 連接桿18的制作材料為不銹鋼，直徑8mm，長5 Omm;殼體19的制作材料為不銹鋼，長300mm，寬400mm，高度不一，在中部(旋轉(zhuǎn)葉輪所在位置)高300mm，而兩側(cè)高50mm;旋轉(zhuǎn)葉輪17的制作材料為防靜電塑料，為離心葉輪，直徑30mm。
[0043]本發(fā)明的工作過程如下:
預(yù)先組裝好高壓風(fēng)機(jī)、鉆桿2和鉆頭，并保證高壓風(fēng)機(jī)和風(fēng)道11密封良好。
[0044]啟動(dòng)煤礦井下壓風(fēng)，開始鉆進(jìn)，高壓氣流驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪17，并帶動(dòng)鉆桿2和旋轉(zhuǎn)鉆頭旋轉(zhuǎn)，向煤層深部鉆進(jìn);隨著鉆孔深度的增加，可隨時(shí)增加麻花鉆桿2。
[0045]當(dāng)煤層鉆孔前方遇到矸石時(shí)，繼續(xù)向前鉆進(jìn)困難，對(duì)整個(gè)裝置的阻力增加，彈簧20收縮，連接器15上面的進(jìn)氣口 16進(jìn)入殼體22內(nèi)，部分高壓氣流通過小孔進(jìn)入麻花鉆孔的中心部位，推動(dòng)彈簧5和沖擊鉆頭4向前運(yùn)動(dòng)。
[0046]一方面，沖擊鉆頭4撞擊鉆孔前方的矸石，另一方面，剩余的高壓氣流同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置以中、低速旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)鉆頭I以中、低速旋轉(zhuǎn)方式繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0047]沖擊鉆頭4在撞擊矸石后，其尾部已經(jīng)運(yùn)移到了擋煤刷3的尾部，孔徑變寬，氣體卸壓，同時(shí)，彈簧5拉伸較長，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，沖擊鉆頭4迅速向后移動(dòng)；當(dāng)移動(dòng)到一定位置后，麻花鉆桿2的風(fēng)道11重新密封，彈簧5的拉應(yīng)力消失，又開啟新一輪的鉆進(jìn)，即沖擊鉆頭4是以脈沖方式進(jìn)行鉆進(jìn)。
[0048]在穿透矸石之前，旋轉(zhuǎn)鉆頭I是以中、低速旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)鉆進(jìn)；當(dāng)穿透矸石后，鉆孔前方煤體對(duì)裝置的阻力下降，連接器15上面的進(jìn)氣口 16退出殼體22，壓風(fēng)全部用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪17;沖擊鉆頭4停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)鉆頭I以高速旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)鉆進(jìn)。
[0049]通過上述工作過程，該裝置可根據(jù)鉆孔前方的煤層賦存地質(zhì)條件，自動(dòng)切換鉆進(jìn)模式;當(dāng)鉆進(jìn)遇到矸石時(shí)，可充分發(fā)揮兩種不同鉆進(jìn)方式的優(yōu)點(diǎn)，快速破巖，穿透矸石。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，包括旋轉(zhuǎn)鉆頭、沖擊鉆頭、麻花鉆桿、擋煤刷、彈簧、壓力表以及高壓風(fēng)機(jī);其特征在于，所述鉆桿中心設(shè)有軸向風(fēng)道，鉆桿的一端固連接旋轉(zhuǎn)鉆頭，并在鉆桿端面軸向開設(shè)有外大內(nèi)小的臺(tái)階式嵌裝槽，槽底連通風(fēng)道;嵌裝槽內(nèi)設(shè)有沖擊鉆頭和擋煤刷，擋刷靠近槽口設(shè)置，沖擊鉆頭后端順序連接有密封塊和彈簧，彈簧的另一端與接近槽底安裝的軸承連接，密封塊對(duì)風(fēng)道氣流起到密封作用;所述鉆桿的另一端與高壓風(fēng)機(jī)連接，所述高壓風(fēng)機(jī)包括連接器、葉輪、連接桿、軸承、彈簧、軸承座、殼體、進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口；所述殼體為長方形，其中一側(cè)壁開孔并安裝有軸承，其相對(duì)側(cè)壁設(shè)有彈性軸承座，軸承和軸承座的中心線位于同一水平線上，殼體的另一對(duì)側(cè)壁對(duì)稱設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口 ；所述連接器內(nèi)設(shè)有軸向風(fēng)道，其側(cè)壁設(shè)有垂直連通風(fēng)道的進(jìn)氣口；連接器通過軸承和軸承座與殼體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接器一端穿過殼體與鉆桿連接，鉆桿和連接器的風(fēng)道相通且密封，連接器另一端位于殼體內(nèi)并連接有旋轉(zhuǎn)葉輪;所述鉆桿上還安裝有壓力表;正常鉆孔狀態(tài)下，進(jìn)氣口位于殼體外部，沖擊鉆頭位于嵌裝槽槽底，高壓風(fēng)機(jī)內(nèi)的壓縮氣體全部用于推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動(dòng)鉆桿和旋轉(zhuǎn)鉆頭高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆孔；當(dāng)鉆孔前方有矸石，鉆孔阻力增大，彈性軸承座的彈簧大幅度壓縮，連接器上的進(jìn)氣口進(jìn)入高壓風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)，部分壓縮氣體進(jìn)入鉆桿風(fēng)道，推動(dòng)沖擊鉆頭向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)降低了壓縮氣體對(duì)葉輪的推動(dòng)能力，旋轉(zhuǎn)鉆頭的轉(zhuǎn)速降低，避免旋轉(zhuǎn)鉆頭過度磨損。2.—種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，其特征在于，所述彈性軸承座由彈簧和軸承連接而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，其特征在于，所述鉆桿由一節(jié)主鉆桿及多節(jié)延長鉆桿首尾相接組成，主鉆桿前端安裝鉆頭，后端設(shè)置螺紋孔，延長鉆桿的一端為螺紋連接桿，另一端為螺紋孔，所述螺紋連接桿的端面對(duì)應(yīng)風(fēng)道口設(shè)置錐面接頭和密封圈，錐面接頭與風(fēng)道插接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，其特征在于，所述連接器與鉆桿螺紋連接，連接器的端面對(duì)應(yīng)風(fēng)道口設(shè)置錐面接頭和密封圈，錐面接頭與風(fēng)道插接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，其特征在于，所述密封塊與嵌裝槽直徑較小的腔體最小間隙配合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆裝置，其特征在于，所述高壓風(fēng)機(jī)與煤礦井下壓風(fēng)設(shè)備連接。7.一種快速穿透煤矸石的煤層鉆孔打鉆方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I)啟動(dòng)煤礦井下壓風(fēng)設(shè)備，高壓氣流驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪，并帶動(dòng)麻花鉆桿和旋轉(zhuǎn)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，向煤層深部鉆進(jìn);隨著鉆孔深度的增加，隨時(shí)安裝新的延長鉆桿； 步驟2)當(dāng)煤層鉆孔前方遇到矸石時(shí)，繼續(xù)向前鉆進(jìn)困難，整個(gè)裝置的阻力增加，彈性軸承座彈簧收縮，連接器上面的進(jìn)氣口進(jìn)入鉆機(jī)殼體內(nèi)，部分高壓氣流通過進(jìn)氣口進(jìn)入鉆桿風(fēng)道，推動(dòng)沖擊鉆頭向前運(yùn)動(dòng)，一方面，沖擊鉆頭撞擊鉆孔前方的矸石，另一方面，剩余的高壓氣流同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置以中、低速旋轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)鉆頭以中、低速旋轉(zhuǎn)方式繼續(xù)鉆進(jìn)； 步驟3)沖擊鉆頭在撞擊矸石時(shí)，其密封塊經(jīng)運(yùn)移到了擋煤刷的尾部，此處嵌裝槽內(nèi)徑變寬，氣體卸壓；同時(shí)，沖擊鉆頭尾部的彈簧拉伸較長，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，沖擊鉆頭迅速向后移動(dòng)，密封塊回到嵌裝槽內(nèi)徑較小的腔體內(nèi)，鉆桿風(fēng)道重新密封，彈簧的拉應(yīng)力消失，又開啟新一輪的鉆進(jìn)，即沖擊鉆頭以脈沖方式進(jìn)行鉆進(jìn);在穿透矸石之前，旋轉(zhuǎn)鉆頭以中、低速旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)鉆進(jìn);當(dāng)穿透矸石后，鉆孔前方煤體對(duì)裝置的阻力下降，連接器的進(jìn)氣孔退出殼體，壓風(fēng)全部用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪;沖擊鉆頭停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)鉆頭以高速旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)鉆進(jìn);該裝置根據(jù)鉆孔前方的煤層賦存地質(zhì)條件，自動(dòng)切換鉆進(jìn)模式。
【文檔編號(hào)】E21B6/04GK105927149SQ201610531119
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】齊黎明, 張旭錕, 趙嶸, 李勇軍
【申請(qǐng)人】華北科技學(xué)院