一种气体驱动钻头及利用其进行瓦斯抽采钻孔疏通的方法技术

技术编号：43331658 阅读：1 留言：0更新日期：2024-11-15 20:28

本发明专利技术公开了一种气体驱动钻头及利用其进行瓦斯抽采钻孔疏通的方法。气体驱动钻头由喷管底座和旋转钻头组成；喷管底座主要包括Laval喷管、喷管连接件、内连接间和快插接头等；Laval喷管提供气体驱动钻头前进动力。旋转钻头破碎堵塞钻孔的煤块，Laval喷管/喷嘴喷射出的气体射流将煤渣排出钻孔，有效实现瓦斯抽采钻孔疏通。此外，将气体驱动钻头前端的旋转钻头更换为集成有瓦斯浓度传感器和抽采负压传感器的综合测量仪，可实现钻孔内瓦斯浓度和抽采负压等参数的原位测量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤矿瓦斯抽采，尤其涉及一种气体驱动钻头及利用其进行瓦斯钻孔疏通的方法。

技术介绍

1、煤层瓦斯是煤矿事故的主要诱因之一，严重制约着煤矿安全高效生产。瓦斯抽采钻孔已成为我国瓦斯高效抽采和治理有效措施。我国绝大多数煤层为松软煤层，随着开采深度的增加，受采动和地应力影响，瓦斯抽采钻孔经常出现塌孔、堵孔等现象，堵塞瓦斯运移通道，致使瓦斯抽采流量衰减极快，导致瓦斯抽采周期长，制约采掘交替和煤炭产能释放。对发生塌孔、失去抽采能力的钻孔进行疏通，恢复钻孔的抽采能力，是经济高效的技术手段。

2、为解决瓦斯抽采钻孔塌孔、堵孔等问题，专利号为cn201210489910.1的专利公开了“煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法”，该方法通过水力作业机挠性钢管将水射流喷头送至钻孔中，利用水射流冲洗钻孔排渣，该专利技术受钻孔条件限制，同时水力作业机设备复杂笨重，并且有效作业长度较短。专利号为cn202110557026.6的专利公开了“一种水力联合机械修孔装置及方法”，该方法利用钻头前端的反向喷嘴喷出的高压水射流提供动力，带动机械钻头自进并驱动机械钻头旋转破煤清渣，但随着瓦斯抽采钻孔长度增加，输送高压水的管道重量呈线性增加，导致系统阻力增大，反向喷嘴提供的动力不足以使机械钻头到达钻孔底部，无法完成瓦斯抽采钻孔全孔段疏通。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种气体驱动钻头及利用其进行瓦斯钻孔疏通的方法。

2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：</p>

3、一种气体驱动钻头，包括井下压风管路、用风点法兰盘、流量控制阀、气路转接头、压力表、流量计、尼龙管、气体驱动钻头等；井下压风管通过气路转接头连接尼龙管一端，尼龙管的另一端与气体驱动钻头的快接插头相连接，用于给气体驱动钻头供给压缩空气。气路转接头出口安装压力表和流量计，用于监测气体的压力及流量。通过控制流量控制阀来调节进入气体驱动钻头的气体流量。

4、进一步的，气体驱动钻头由喷管底座和旋转钻头构成，喷管底座提供前进动力，保证气体驱动钻头在瓦斯抽采钻孔中的正常前进。旋转钻头前端为阶梯切削齿，能够高效破碎前进过程中堵塞钻孔的煤块，实现钻孔疏通。

5、进一步的，喷管底座包括快插接头、laval喷管、喷管连接件和内连接件。喷管连接件和内连接件均开有通孔，作为气体流动通道。

6、进一步的，laval喷管和喷管连接件之间通过螺纹连接，压缩空气流经喷管连接件通孔至laval喷管入口，气流通过laval喷管内进一步加速，形成超音速气体射流，喷射出的气体射流产生反推力，为装置提供前进动力。laval喷管的尺寸数值根据所需要推力计算得到。

7、进一步的，喷管连接件上开有通孔螺纹，内连接件开有螺纹孔，喷管连接件和内连接件之间通过螺钉连接。laval喷管和喷管连接件之间放置有o型密封圈一，喷管连接件和内连接件之间放置有o型密封圈二，用于保证喷管底座气密性。

8、进一步的，旋转钻头主体部分是带有阶梯切削齿的旋转体，旋转体为t形，旋转体t形横部中心设有容纳内连接件横部的空腔，旋转体t形竖部前端面设有容纳盖板中心凸起的前腔体，且前腔体体积大于盖板中心凸起；旋转体上开有四个旋转对称的圆柱孔，用于安装laval喷嘴，o型密封圈三位于旋转体与盖板之间，保证旋转钻头气密性。阶梯切削齿位于旋转钻头最前端，在压力和扭矩的作用下对堵塞钻孔的煤岩体进行切削破碎。旋转体和盖板开有通孔螺纹，阶梯切削齿上开有螺纹孔，旋转体、盖板和阶梯切削齿之间通过螺钉连接。

9、进一步的，深沟球轴承放置于旋转体两端，两轴承之间放置垫环。旋转筒外壳通过卡住喷管底座的内连接件上的凹槽，将旋转钻头与喷管底座两者固定。旋转筒外壳分为左右两个部分，左外壳和右外壳均开有通孔螺纹，左右外壳之间通过螺钉固定。

10、本专利技术具有的优点是：

11、1.本装置的气体驱动钻头采用laval喷管作为动力结构，利用压缩气体提供的推动力足够强大，能保证装置顺利到达瓦斯抽采钻孔孔底；

12、2.本装置结构简单，使用时利用了井下通风系统的压风管路，简化了系统装备；方法操作步骤简单，对技术人员的要求不高，方便井下工人施工应用；

13、3.本装置提供的气体驱动钻头尺寸较小，进行瓦斯抽采钻孔疏通时，通过瓦斯抽采管进入钻孔，不破坏原有封孔设置，保证了钻孔的完整性；

14、4.本装置的气体驱动钻头采用分体式设计，气体驱动装置前端安装不同的结构元件能实现不同的功能，例如，在气体驱动装置前端安装旋转钻头，可实现瓦斯抽采钻孔疏通；在气体驱动装置前端安装综合测量仪，能实现钻孔沿程轨迹以及钻孔内瓦斯浓度和抽采负压等参数的原位测量；

15、5.相较于水力驱动装置，本装置采用气体作为动力源，装置可以安装具有测量功能的传感器或电子元件，采用气体驱动的方式不会对电子元件产生损坏，增强了其功能性。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种气体驱动钻头，其特征在于：包括井下压风管路，井下压风管通过气路转接头连接尼龙管进气端，尼龙管的出气端与气体驱动钻头的快接插头相连接；所述气体驱动钻头包括喷管底座和与其连接的旋转钻头，喷管底座包括喷管连接件和位于喷管连接件中心前端的内连接件，所述喷管连接件和内连接件中心均设有联通的通孔，喷管连接件后端与Laval喷管收缩段固定连接，喷管连接件上设有快接插头容纳腔，内连接件上设有斜孔通道，斜孔通道一端与内连接件中心的通孔联通，另一端与快接插头中心孔道联通；旋转钻头包括旋转体和前端的阶梯切削齿，旋转体活动套设于内连接件前端，且旋转体上下端均设有一对深沟球轴承，旋转体前端外周设有对称的圆柱孔，圆柱孔内设有Laval喷嘴，Laval喷嘴与内连接件中心的通孔联通；旋转体前端内部即Laval喷嘴前端设有一个密封盖板，密封盖板前端设有阶梯切削齿，旋转体、盖板和阶梯切削齿之间通过螺钉固定连接。

2.如权利要求1所述的气体驱动钻头，其特征在于：所述内连接件为T形，包括前端中心的水平部和竖直部，深沟球轴承位于内连接件水平部外侧，相邻深沟球轴承位之间设有垫环，深沟球轴承外侧设有旋转筒

3.如权利要求2所述的气体驱动钻头，其特征在于：所述旋转体为T形，旋转体T形横部中心设有容纳内连接件横部的空腔，旋转体T形竖部前端面设有容纳盖板中心凸起的前腔体，且前腔体体积大于盖板中心凸起。

4.如权利要求3所述的气体驱动钻头，其特征在于：所述旋转筒外壳为上下两部分通过螺钉固定。

5.利用权利要求1-4任一所述的气体驱动钻头进行瓦斯钻孔疏通的方法，其特征在于，包括以下步骤：

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【技术特征摘要】

1.一种气体驱动钻头，其特征在于：包括井下压风管路，井下压风管通过气路转接头连接尼龙管进气端，尼龙管的出气端与气体驱动钻头的快接插头相连接；所述气体驱动钻头包括喷管底座和与其连接的旋转钻头，喷管底座包括喷管连接件和位于喷管连接件中心前端的内连接件，所述喷管连接件和内连接件中心均设有联通的通孔，喷管连接件后端与laval喷管收缩段固定连接，喷管连接件上设有快接插头容纳腔，内连接件上设有斜孔通道，斜孔通道一端与内连接件中心的通孔联通，另一端与快接插头中心孔道联通；旋转钻头包括旋转体和前端的阶梯切削齿，旋转体活动套设于内连接件前端，且旋转体上下端均设有一对深沟球轴承，旋转体前端外周设有对称的圆柱孔，圆柱孔内设有laval喷嘴，laval喷嘴与内连接件中心的通孔联通；旋转体前端内部即laval喷嘴前端设有一个密封盖板，密封盖板前端设有阶梯切...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，张慧栋，陈长江，魏建平，董广建，张旋，宋晨鹏，姬松涛，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：

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