一种钻孔角度监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿井下区域瓦斯治理技术领域，特别涉及一种钻孔角度监测装置。


背景技术：

2.目前，矿井下主要采用密集钻孔预抽方法，密集钻孔预抽法需要从岩巷向煤层钻进大量穿层钻孔，通常采用先施工母孔，再施工子孔的方式，母孔即为先导孔。
3.现有技术中，钻孔系统包括钻机、钻杆、钻头、导向器、支架、水箱、高压泵、绞盘、推进机构、刻度盘、卡盘、高压软管、自进式钻头。钻机安装在支架上，钻杆连接在钻机上，钻杆前端连接导向器，导向器前端连接钻头，水箱连接高压泵，高压泵连接高压软管，高压软管缠绕在绞盘上，并穿过推进机构，高压软管前端连接自进式钻头。高压软管和自进式钻头在钻树状孔的子孔时穿过钻杆并通过导向器导向，依靠射流产生自进力钻出子孔。在钻杆与钻机前端连接的卡盘上安装有转向刻度盘，刻度盘一端固定在钻杆上且随钻杆转动，另一端固定在钻机卡盘上，导向器的转动角度通过刻度盘控制。然而，上述通过刻度盘监测导向器的转动角度以控制分支孔的方向(角度)的方式，仅能测量各分支孔的夹角，不能测量各分支孔的具体角度，且监测精度低，操作不便。
4.因此，如何避免现有技术中通过刻度盘仅能监测分支孔间的夹角，不能测量各分支孔的具体角度，且监测精度低，操作不便，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种钻孔角度监测装置，不仅能够监测各分支孔的具体角度，而且监测精度高，操作方便。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种钻孔角度监测装置，包括水辫、钻杆及设有喷嘴的钻孔器，所述钻杆设于所述钻孔器和所述水辫之间，且所述钻杆与所述钻孔器和所述水辫同轴固接，还包括与所述水辫固接、用以检测所述喷嘴的倾斜角的角度传感器以及与所述角度传感器连接、用以显示所述角度传感器检测到的角度值的角度显示装置。
7.可选地，所述水辫包括壳体及设于所述壳体内的主轴，所述角度传感器固接于所述主轴远离所述钻杆的一端。
8.可选地，所述角度传感器具体为编码器。
9.可选地，所述角度传感器的外部设有传感器外壳。
10.可选地，所述传感器外壳与所述壳体嵌套固接。
11.可选地，所述传感器外壳与所述角度传感器之间设有密封件。
12.可选地，所述钻杆与所述钻孔器和所述水辫均通过螺纹连接，且全部所述螺纹配合后，均具有相同的角相位置。
13.可选地，所述水辫设有第一外螺纹，所述钻杆的一端设有与所述第一外螺纹适配的第一内螺纹，所述钻孔器设有第二内螺纹，所述钻杆的另一端设有与所述第二内螺纹适
配的第二外螺纹。
14.可选地，所述钻杆的数量设置至少两个，任意两个相邻所述钻杆通过螺纹连接。
15.相对于上述背景技术，本实用新型实施例所提供的钻孔角度监测装置，包括水辫、钻杆和钻孔器，其中，钻孔器设有喷嘴，钻杆设于钻孔器和水辫之间，钻杆与钻孔器和水辫同轴固接；进一步地，钻孔角度监测装置还包括角度传感器和角度显示装置，其中，角度传感器与水辫固接，角度传感器用于检测喷嘴的倾斜角，角度显示装置与角度传感器连接，角度显示装置用于显示角度传感器检测到的角度值。这样一来，在分支孔的施工过程中，通过角度传感器精确检测喷嘴的倾斜角，并通过角度显示装置实时显示角度传感器检测到的角度值，便于通过钻机控制钻杆以实现对于喷嘴方位的调控，从而可以使喷嘴调至预设分支孔的开孔方位。相较于传统通过刻度盘监测分支孔钻孔的方向(角度)，本实用新型实施例所提供的钻孔角度监测装置不仅能够监测各分支孔的具体角度，而且监测精度高，操作方便，从而可以提高每个分支孔钻孔方位的精确度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例所提供的钻孔角度监测装置的结构示意图；
18.图2为角度传感器与水辫的装配结构示意图；
19.图3为喷嘴0
°
线的示意图；
20.图4为另一角度喷嘴0
°
线的示意图；
21.图5为内外螺纹起始点位置的示意图；
22.图6为分支孔分布示意图。
23.其中：
[0024]1‑
水辫、11
‑
壳体、12
‑
主轴、2
‑
钻杆、3
‑
钻孔器、31
‑
喷嘴、4
‑
角度传感器、41
‑
传感器外壳、42
‑
密封件、5
‑
角度显示装置。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]
本实用新型的核心是提供一种钻孔角度监测装置，不仅能够监测各分支孔的具体角度，而且监测精度高，操作方便。
[0027]
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
[0028]
需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
[0029]
请参考图1至图6，图1为本实用新型实施例所提供的钻孔角度监测装置的结构示意图；图2为角度传感器与水辫的装配结构示意图；图3为喷嘴0
°
线的示意图；图4为另一角度喷嘴0
°
线的示意图；图5为内外螺纹起始点位置的示意图；图6为分支孔分布示意图。
[0030]
如图1和2所示，本实用新型实施例所提供的钻孔角度监测装置，包括水辫1、钻杆2和钻孔器3，其中，钻孔器3设有喷嘴31，钻杆2设于钻孔器3和水辫1之间，钻杆2与钻孔器3和水辫1同轴固接。
[0031]
具体地说，钻孔器3设于钻杆2的末端，钻孔器3用于破碎岩层和煤层，从而实现对于主孔(先导孔)的施工；钻杆2设于钻机上，钻杆2在主孔施工时传递钻机扭矩，同时起到输送高压水或低压水的作用，水辫1设于钻杆2远离钻孔器3的一端，水辫1设有进水口，由进水口进入的高压水经钻杆2流入钻孔器3的喷嘴31中，待主孔施工完成后，再通过钻孔器3上的喷嘴31形成高压水射流，以实现分支孔的施工。
[0032]
为了便于实现对于钻孔器3上喷嘴31的精准调控，钻孔角度监测装置还包括角度传感器4和角度显示装置5，其中，角度传感器4与水辫1固接，角度传感器4用于检测喷嘴31的倾斜角，角度显示装置5与角度传感器4连接，角度显示装置5用于显示角度传感器4检测到的角度值。
[0033]
这样一来，通过角度传感器4精确检测喷嘴31的倾斜角，并通过角度显示装置5实时显示角度传感器4检测到的角度值，这样即可便于通过钻机控制钻杆2运动以实现对于喷嘴31方位的调控，从而可以使喷嘴31调至预设分支孔的开孔方位。
[0034]
当然，为了便于实现喷嘴31的定位，钻机还包括刹车装置，当角度传感器4检测到喷嘴31的倾斜角达到预设值时，也就是说，此时，喷嘴31旋至所需分支孔的开孔方位时，即可通过钻机的刹车装置停止钻杆2的旋转，从而使喷嘴31调至相应的位置。
[0035]
相较于传统通过刻度盘监测分支孔钻孔的方向(角度)，本实用新型实施例所提供的钻孔角度监测装置不仅能够监测各分支孔的具体角度，而且监测精度高，操作方便，从而可以提高每个分支孔钻孔方位的精确度。
[0036]
需要说明的是，如图3和4所示，关于喷嘴31倾斜角的定义：在钻机(非旋转部位)上定义一条线作为喷嘴31的0
°
线，例如，当钻机动力头垂直向上时，钻杆2轴线沿水平方向，以钻杆2轴线与动力头轴线的交点为起点，垂直向上构造一条线，该线即为喷嘴31的0
°
线，喷嘴31倾斜角即为当前方位的喷嘴31的轴线与喷嘴31的0
°
线的夹角，以顺时针方向为正。当然，本文优选为喷嘴31轴线垂直于钻杆2的轴线。
[0037]
需要注意的是，钻机本身也是可以沿任意方向旋转的，通过钻机旋转以调整主孔的方位角和倾角，钻杆2(含喷嘴31)被钻机(旋转部件)带动旋转、推进实现破碎岩(煤)，喷嘴31相对于钻机轴线在径向是不断旋转的，通过角度传感器4能够实时检测喷嘴31的倾斜角。
[0038]
当然，根据实际需要，上述钻杆2与钻孔器3和水辫1均通过螺纹连接，且所有螺纹旋合后，均具有相同的角相位置。具体地，水辫1设有第一外螺纹，钻杆2的一端设有与第一外螺纹适配的第一内螺纹，钻孔器3设有第二内螺纹，钻杆2的另一端设有与第二内螺纹适配的第二外螺纹，且第一外螺纹的螺纹起始点位置、第一内螺纹的螺纹起始点位置、第二内螺纹的螺纹起始点位置和第二外螺纹的螺纹起始点位置均保持一致。
[0039]
换言之，钻杆2与钻孔器3和水辫1通过内外螺纹配合后，各个螺纹的起始点相对于
钻杆2圆周的角向位置相同，所谓内外螺纹起始点的角向位置相同是指内外螺纹的起始点相对于螺纹轴线在同一个方向。
[0040]
更加具体地说，如图5所示，定义a平面与外螺纹螺旋线(凸起部分最高点)的交点(单头螺纹只有一个交点)为外螺纹起始点，定义b平面与内螺纹螺旋线(凹陷部分最低点)的交点(单头螺纹只有一个交点)为内螺纹起始点。当螺纹旋合后，ab平面重合，内外螺纹在ab平面的起始点重合。此时，即可认为内外螺纹的起始点位置保持一致。
[0041]
当然，即使上述钻杆2、钻孔器3和水辫1的内外螺纹起始点位置不一致，也可以通过角度显示装置5的数据处理功能进行修正，以消除任意两个角度的偏差，通过对角度的修正以提高对于喷嘴31倾斜角的检测精度。
[0042]
更进一步地，水辫1包括壳体11及设于壳体11内的主轴12，角度传感器4固接于主轴12远离钻杆2的一端。当然，主轴12的轴线与钻杆2的轴线同轴设置，角度传感器4可以通过可拆卸连接件(螺栓、螺钉等)连接于主轴12的端部。当然，角度传感器4具体可以设置为编码器，编码器的设置可以参照现有技术。
[0043]
为了实现对于角度传感器4的防护，角度传感器4的外部设有传感器外壳41，传感器外壳41与水辫1的壳体11嵌套固接。该传感器外壳41可以防止外部的灰尘进入角度传感器4内。
[0044]
此外，传感器外壳41与角度传感器4之间设有密封件42。该密封件42具体可以设置为弹性密封圈，比如橡胶圈，具体地，可以在传感器外壳41的内壁或者角度传感器4的外壁上设置环形槽，用于安装橡胶圈，环形槽的深度小于橡胶圈的径向尺寸，这样一来，当橡胶圈装于环形槽内时，橡胶圈凸出于环形槽，当传感器外壳41装配好后，通过传感器外壳41与角度传感器4挤压橡胶圈，利用橡胶圈的弹性形变可以实现密封功能。
[0045]
当然，根据有实际需要，钻杆2的数量可以设置一个或者多个，本文对钻杆2的数量并不作具体限制，比如设置至少两个，且任意两个相邻钻杆2通过螺纹连接。螺纹配合的要求可以参照上述内外螺纹间的配合要求。
[0046]
综上，具有上述钻孔角度监测装置的钻孔装置，针对一个主钻孔和若干分支孔的瓦斯抽放钻孔施工的过程，包括：
[0047]
1、主孔施工并记录钻孔孔深；
[0048]
2、退钻至第1分支孔深度：
[0049]
调整喷嘴31倾斜角至第11分支孔的方位，施工分支孔；
[0050]
调整喷嘴31倾斜角至第12分支孔的方位，施工分支孔；
[0051]
……
[0052]
调整喷嘴31倾斜角至第1n分支孔的方位，施工分支孔；
[0053]
3、退钻至第2分支孔深度：
[0054]
调整喷嘴31倾斜角至第21分支孔的方位，施工分支孔；
[0055]
调整喷嘴31倾斜角至第22分支孔的方位，施工分支孔；
[0056]
……
[0057]
调整喷嘴31倾斜角至第2n分支孔的方位，施工分支孔；
[0058]
……
[0059]
n 1:退钻至第n分支孔深度：
[0060]
调整喷嘴31倾斜角至第n1分支孔的方位，施工分支孔；
[0061]
调整喷嘴31倾斜角至第n2分支孔的方位，施工分支孔；
[0062]
……
[0063]
调整喷嘴31倾斜角至第nn分支孔的方位，施工分支孔；
[0064]
n 2：退钻。
[0065]
通过以上步骤就完成了具有一个主钻孔和若干分支孔的瓦斯抽放钻孔，分支孔的分布如图6所示。
[0066]
关于喷嘴31倾斜角的调整，由于本装置是适时检测喷嘴31角度，可以在达到所需角度时停止，其中钻机旋转速度是可调的，可以通过慢速旋转，并利用刹车装置实现精准定位。
[0067]
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0068]
以上对本实用新型所提供的钻孔角度监测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。