一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置，包括一带有中心通孔的杆体，杆体首端和尾端分别设置有公头和母头，杆体的圆周壁上开设有装配孔，所述装配孔内均设置有扩径钻翼，扩径钻翼的转接端具有圆周壁，且圆周壁的圆周面上均匀设置有转齿；中心通孔内设置有活塞杆、弹簧和封堵杆，活塞杆内设置有水流通孔，活塞杆滑动密封设置在中心通孔内，封堵杆首端固定抵靠在公头的内腔、尾端朝向水流通孔设置，弹簧首端套设在封堵杆上、尾端抵靠在活塞杆首端；活塞杆上均设置有齿板，活塞杆的杆体四周均匀开设有若干个高压射流孔。本发明专利技术采用扩径钻翼与高压水射流的复合扩径造穴结构，配合扩径钻翼的齿轮高效传动结构，能够在井下钻孔内实现高效的扩孔造穴。的扩孔造穴。的扩孔造穴。
【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置
[0001]本专利技术涉及煤矿井下设备
，具体为一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置。
技术介绍
[0002]我国高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井多，煤矿瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患。由于我国地质构造的复杂多样性、成煤环境的特殊性，导致煤层渗透性普遍较差，尤其是构造煤发育区，煤层的渗透性更低。为此，提高煤层的透气性，尤其是构造发育区煤层的透气性，是进行瓦斯高效抽采的关键。
[0003]针对构造煤发育区煤层增透措施主要有水力压裂、水力冲孔、水力造穴、松动爆破等一系列改造措施。这些改造措施，具有一定的增透效果，尤其是水力造穴增透效果显著。但是，水力造穴增透过程中，由于煤体强度差异，导致水力作用下煤体破坏后，造穴尺寸不均一，破坏钻孔排渣通道，甚至大块煤块堵塞排渣通道，降低增透效果。同时，水力造穴过程中，对于造穴大小难以准确控制，导致不同区域增透效果差距较大，抽采过程中可能存在抽采盲区。另外，煤矿钻孔深孔施工中，深孔煤层压应力大、钻孔容易缩孔甚至坍塌，特别是在松软煤层下，深孔的施工尤为困难，需要在煤层深孔钻孔施工的同时，对深孔进行扩孔造穴。
[0004]中国专利申请CN201310252145.6中，其公开的钻孔造穴装置采用可张开或闭合的切割臂，并通过钻杆的旋转动力和给进动力完成切割臂的开闭，该方案实质上是一种能够变径的钻头，不具备水力扩孔功能，同时动力的传递依靠多个杆件完成，实际应用中还需要考虑各连接件的连接强度、抗扭矩能力等，使用中很容易出问题；中国专利申请CN201910504348.7公开了一种无极扩径的钻进造穴装置，其采用诸多诸如锥齿等传动组件，传动结构复杂，在实际应用中同样存在诸多问题，实用性并不强；中国专利申请CN202010209172.5则是公开了一种水力造穴机构，其采用高低压水流的压力切换来实现低压水冷却排粉、高压水射流造穴的切换，但是不具有变径扩孔功能，仍存在上述的造穴尺寸不均一、造穴大小难以准确控制等问题；以及中国专利申请CN201821727763.6也是存在同样的问题，只能满足高低压水流的切换造穴。
[0005]另外，在中国专利申请CN202022625757.3中，申请人也曾提出了较有针对性的技术方案，该方案虽然基本上能解决上述问题，但是该技术方案在实际应用中存在以下诸多不足：1）钻翅与活塞之间采用特定弧形弯曲角度的顶推曲面与弧形壁传动配合，在井下环境复杂的钻孔施工中，顶推曲面与弧形壁很容易磨损打滑，导致动力传递较差甚至失去动力传递效果，使得钻翅常常无法有效张开；2）钻翅在完全张开的状态下施工时，钻翅承受变化的高扭矩，扭矩的变化会造成连接臂微幅的扭动，使得与之抵靠接触的活塞与压盘跟随发生微幅的扭转，进一步使得整个水压驱动机构也会跟随转动，长此以往，造成连接臂、活塞与压盘之间无法紧密传动接触
配合，使得动力无法传递，动力丧失；3）钻翅在完全张开的状态下施工时，掉落的煤渣会部分聚集在高压水出孔处，可能会堵塞高压水出孔，更糟的是，煤渣经高压水出孔渗入到中心通孔与阀体之间，施工时阀体会有一定程度转动，从而造成杆体和阀体的磨损，使得受损处局部产生高应力集中，严重时阀体或者杆体会直接局部碎裂；4）整个水压驱动机构零部件较多，彼此之间紧密配合连接，一旦任一零部件出现问题，就会导致整体无法使用或者功能大打折扣。
技术实现思路
[0006]为此，针对现有技术中的诸多不足，本专利技术旨在提出一种能够同时进行水力扩孔和扩径扩孔的复合型造穴装置，采用扩径钻翼与高压水射流的复合扩径造穴结构，配合扩径钻翼的齿轮高效传动结构，能够在井下钻孔内实现高效的扩孔造穴，提高煤层的透气性。
[0007]本专利技术为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置，设置于钻杆和钻头之间，包括一带有中心通孔的杆体，所述杆体首端和尾端分别设置有公头和母头，所述杆体的圆周壁上均匀开设有多个与中心通孔贯通的装配孔，所述装配孔内均设置有可相对杆体翻转开合的扩径钻翼，所述扩径钻翼的转接端具有圆周壁，且圆周壁的圆周面上均匀设置有转齿；所述中心通孔内由尾端至首端依次设置有活塞杆、弹簧和封堵杆，所述活塞杆内设置有水流通孔，活塞杆滑动密封设置在中心通孔内，所述封堵杆首端固定抵靠在公头的内腔、尾端朝向水流通孔设置，所述弹簧首端套设在封堵杆上、尾端抵靠在活塞杆首端；其中，所述活塞杆对应转齿位置处的杆体上均设置有与每个转齿相啮合的齿板，活塞杆的杆体四周均匀开设有若干个高压射流孔，以在水压大于弹簧压缩弹力时，水流推动活塞杆轴向滑动，齿板滑动带动转齿转动，使扩径钻翼翻转张开，并在扩径钻翼完全张开时，活塞芯杆首端与封堵杆抵靠，使封堵杆尾端密封水流通孔，高压水流经高压射流孔射出；而在水压小于弹簧压缩弹力时，活塞杆复位，齿板回退带动转齿转动，使扩径钻翼翻转复位，低压水经水流通孔进入到钻头处。
[0008]本专利技术的一种优选实施方案为，所述杆体的圆周壁上均匀开设有两个与中心通孔贯通的装配孔，每个装配孔的尾端处均设置有销轴，所述扩径钻翼端部通过销轴转动装配在装配孔内。
[0009]本专利技术的另一种优选实施方案为，所述扩径钻翼包括一体连接的三部分，分别为用于连接的圆柱端、作为主体的矩形翼杆和用于切削的梯形切削座，所述转齿均匀布设在圆柱端的圆周壁上，圆柱端的中心设置有与销轴相匹配的销孔，矩形翼杆的一端一体连接在圆柱端的圆周壁上，矩形翼杆的另一端与梯形切削座的宽面底座一体连接，且矩形翼杆和梯形切削座朝向钻孔钻进方向的侧壁上沿长度方向均匀设置有多个切削合金块。
[0010]本专利技术的又一种优选实施方案为，所述梯形切削座的厚度小于矩形翼杆的厚度，以使梯形切削座与矩形翼杆之前形成一个台阶状的缺口A，该缺口A位于切削合金块的背面，梯形切削座位于切削合金块同侧的端部开设有台阶型结构的缺口B，缺口A和缺口B内都装配有外形适配的合金切削刀。
[0011]本专利技术的又一种优选实施方案为，所述扩径钻翼的翻转角度在0
‑
90
°
范围内，扩径
钻翼翻转张开至极限位置时，扩径钻翼与杆体呈垂直状态。
[0012]本专利技术的又一种优选实施方案为，所述中心通孔内尾端相邻活塞杆位置处设置有供水流单向通过的单向阀。
[0013]本专利技术的又一种优选实施方案为，所述封堵杆包括三个部分，分别为位于尾端的封堵尖端、位于中间的圆柱杆和位于首端的抵靠座，所述封堵尖端为一体连接在圆柱杆端部的锥形头，所述抵靠座为一端密封、一端敞口的柱形筒座，抵靠座的外径与公头的中心孔内径相匹配，抵靠座的密封端中心与圆柱杆一体连接，抵靠座的圆周均匀开设有多个扇形缺口，以使低压水能够通过扇形缺口由公头流出。
[0014]本专利技术的又一种优选实施方案为，所述装配孔尾端孔壁上均设置有抵靠块，以在扩径钻翼翻转至垂直状态时通过抵靠块形成抵靠支撑。
[0015]本专利技术的又一种优选实施方案为，所述杆体相邻装配孔的圆周壁上均沿杆体长度方向开设有垂直截面呈扇形的表面缺口，表面缺口的边沿与杆体的圆周壁之间形本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置，设置于钻杆和钻头之间，包括一带有中心通孔（2）的杆体（1），所述杆体（1）首端和尾端分别设置有公头（9）和母头（10），其特征在于：所述杆体（1）的圆周壁上均匀开设有多个与中心通孔（2）贯通的装配孔（3），所述装配孔（3）内均设置有可相对杆体翻转开合的扩径钻翼（4），所述扩径钻翼（4）的转接端具有圆周壁，且圆周壁的圆周面上均匀设置有转齿（41）；所述中心通孔（2）内由尾端至首端依次设置有活塞杆（5）、弹簧（6）和封堵杆（7），所述活塞杆（5）内设置有水流通孔（51），活塞杆（5）滑动密封设置在中心通孔（2）内，所述封堵杆（7）首端固定抵靠在公头（9）的内腔、尾端朝向水流通孔（2）设置，所述弹簧（6）首端套设在封堵杆（7）上、尾端抵靠在活塞杆（5）首端；其中，所述活塞杆（5）对应转齿（41）位置处的杆体上均设置有与每个转齿（41）相啮合的齿板（52），活塞杆（5）的杆体四周均匀开设有若干个高压射流孔（53），以在水压大于弹簧（6）压缩弹力时，水流推动活塞杆（5）轴向滑动，齿板（52）滑动带动转齿（41）转动，使扩径钻翼（4）翻转张开，并在扩径钻翼（4）完全张开时，活塞芯杆（5）首端与封堵杆（7）抵靠，使封堵杆（7）尾端密封水流通孔（2），高压水流经高压射流孔（53）射出；而在水压小于弹簧（6）压缩弹力时，活塞杆（5）复位，齿板（52）回退带动转齿（41）转动，使扩径钻翼（4）翻转复位，低压水经水流通孔（2）进入到钻头处。2.如权利要求1所述的一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置，其特征在于：所述杆体（1）的圆周壁上均匀开设有两个与中心通孔（2）贯通的装配孔（3），每个装配孔（3）的尾端处均设置有销轴（31），所述扩径钻翼（4）端部通过销轴（31）转动装配在装配孔（3）内。3.如权利要求1所述的一种煤矿井下深孔复合型扩径造穴装置，其特征在于：所述扩径钻翼（4）包括一体连接的三部分，分别为用于连接的圆柱端（42）、作为主体的矩形翼杆（43）和用于切削的梯形切削座（44），所述转齿（41）均匀布设在圆柱端（42）的圆周壁上，圆柱端（42）的中心设置有与销轴（31）相匹配的销孔（45），矩形翼杆（43）的一端一体连接在圆柱端（42）的圆周壁上，矩形翼杆（43）的另一端与梯形切削座（44）的宽面底座一体连接，且矩形翼杆（43）和梯...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜帅伟，刘文涛，郭延昭，景向锋，
申请(专利权)人：河南龙腾新型钻具制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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