螺旋钻具组件和螺旋钻机的制作方法

1.本发明涉及大直径钻孔技术领域，具体涉及一种螺旋钻具组件和螺旋钻机。


背景技术：

2.煤矿开采技术日益提升，工作面的推进速度越来越快，高瓦斯矿井内瓦斯开采面临越来越高的要求。采用钻巷机打一条超大直径钻孔，在钻孔内插入大直径抽采管路的“以孔代巷”技术，逐渐得到越来越多人的认可，大直径钻孔“以孔代巷”技术不仅大大减小投资、易于后期管理，且能显著提高采煤工作面瓦斯抽采效果。但是，在大直径钻孔施工时，若采用大直径钻具一次成孔，则会因为大直径钻具的钻杆、钻头自重较大，在施工过程中无法控制终孔的位置，钻孔容易偏斜、终孔精度较低。同时，大直径钻具容易钻进至顶、底板从而造成钻孔报废，降低了螺旋钻机的施工效率和可靠性。由于小直径钻孔终孔位置比较准确，在相关技术多采用小直径钻具先施工小直径钻孔，大直径钻具再对小直径钻孔进行扩孔以形成大直径钻孔的方法，来提高大直径钻孔终孔的精度。
3.相关技术中，大直径钻具的芯杆与小直径钻具的芯杆尺寸差别较大，需要使用两台螺旋钻机，先后分别施工小直径钻孔和大直径钻孔，存在施工效率低、更换螺旋钻机后钻孔定位不准确等问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明实施例提出一种螺旋钻具组件，该螺旋钻具组件能够施工直径不同的钻孔。
6.本发明实施例提出一种螺旋钻机，该螺旋钻机能够在同一台螺旋钻机上更换不同型号的钻杆以施工不同直径的钻孔。
7.根据本发明实施例的螺旋钻具组件，包括：
8.第一钻杆，所述第一钻杆包括第一芯杆和第一螺旋叶片，所述第一螺旋叶片与所述第一芯杆的外周面固定连接，所述第一芯杆上设有沿其延伸方向延伸的第一水流通道，所述第一芯杆具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，所述第一芯杆的所述第一端设有第一接头，所述第一接头能够与螺旋钻机的主动轴上的钻杆接头配合；和
9.第二钻杆，所述第二钻杆包括第二芯杆和第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片的最大外径大于所述第一螺旋叶片的最大外径，所述第二螺旋叶片与所述第二芯杆的外周面固定连接，所述第二芯杆上设有沿其延伸方向延伸的第二水流通道，所述第二芯杆具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，所述第二芯杆的所述第一端设有第二接头，所述第二接头能够与所述钻杆接头配合。
10.根据本发明实施例的螺旋钻具组件具有钻孔效率高和终孔精度好等优点。
11.在一些实施例中，所述第一接头与所述钻杆接头通过插接配合，所述第二接头与所述钻杆接头通过插接配合。
12.在一些实施例中，所述第一接头和所述第二接头中的每一者为内八方接头。
13.在一些实施例中，所述螺旋钻具组件进一步包括小直径钻头，所述小直径钻头上设有钻头接头，所述第一芯杆的所述第二端设有第三接头，所述第三接头能够与所述钻头接头配合。
14.在一些实施例中，所述第一钻杆设有多个，所述第三接头能够与所述第一接头配合。
15.在一些实施例中，所述螺旋钻具组件进一步包括大直径钻头，所述大直径钻头上设有扩孔接头，所述第二芯杆的所述第二端设有第四接头，所述第四接头能够与所述扩孔接头配合。
16.在一些实施例中，所述第二钻杆设有多个，所述第四接头能够与所述第二接头配合。
17.在一些实施例中，所述螺旋钻具组件进一步包括导向杆，所述导向杆与所述大直径钻头的所述第二端相连。
18.在一些实施例中，所述第一芯杆的直径和所述第二芯杆的直径相等，所述第一水流通道和所述第二水流通道的孔径相等。
19.根据本发明实施例的螺旋钻机包括：
20.主动轴，所述主动轴具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，所述主动轴的所述第二端设有钻杆接头；和螺旋钻具组件，所述螺旋钻具组件为上述任一项实施例所述的螺旋钻具组件，所述第一接头和所述第二接头可更换地与所述钻杆接头配合并相连。
21.根据本发明实施例的螺旋钻机，可以在同一台螺旋钻机上，更换型号不同的钻杆，施工不同直径的钻孔，解决了原有小直径钻孔和大直径钻孔施工分别需要不同型号螺旋钻机具的问题，提高了大直径钻孔的施工效率，实现了大直径钻孔成孔率和施工效率的双提升，有效保证了矿井的安全高效生产。
附图说明
22.图1是根据本发明实施例的螺旋钻具组件的第一钻具的示意图。
23.图2是图1中第一钻杆的示意图。
24.图3是图1中小直径钻头的示意图。
25.图4是图2中第一接头处的示意图。
26.图5是图2中第三接头处的示意图。
27.图6是根据本发明实施例的螺旋钻机的主动轴的示意图。
28.图7是根据本发明实施例的螺旋钻具组件的第二钻具的示意图。
29.图8是图7中第二钻杆的示意图。
30.图9是图7中大直径钻头的示意图。
31.附图标记：
32.第一钻杆1；第一芯杆11；第一螺旋叶片12；第一水流通道13；第一接头14；第三接头15；小直径钻头16；钻头接头161；
33.第二钻杆2；第二芯杆21；第二螺旋叶片22；第二水流通道23；第二接头24；第四接头25；大直径钻头26；扩孔接头261；螺纹接头262；导向杆27；
34.主动轴3；钻杆接头31。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
36.如图1和图9所示，根据本发明实施例的螺旋钻机包括主动轴3和螺旋钻具组件。主动轴3具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，主动轴3的第二端设有钻杆接头31。
37.为了使本技术的技术方案更加容易被理解，下面以第一芯杆11的延伸方向与左右方向一致为例，进一步描述本技术的技术方案，其中左右方向如图1所示。
38.主动轴3的右端设有钻杆接头31，主动轴3的左端与螺旋钻机上的电机相连，提供钻孔所需的动力。
39.下面参考附图详细描述根据本发明实施例的螺旋钻具组件。
40.如图1至图9所示，根据本发明实施例的螺旋钻具组件包括第一钻杆1和第二钻杆2。
41.第一钻杆1包括第一芯杆11和第一螺旋叶片12，第一螺旋叶片12与第一芯杆11的外周面固定连接。第一芯杆11上设有沿其延伸方向延伸的第一水流通道13，第一芯杆11具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，第一芯杆11的第一端设有第一接头14，第一接头14能够与螺旋钻机的主动轴3上的钻杆接头31配合。
42.第二钻杆2包括第二芯杆21和第二螺旋叶片22，第二螺旋叶片22的最大外径大于第一螺旋叶片12的最大外径，第二螺旋叶片22与第二芯杆21的外周面固定连接。第二芯杆21上设有沿其延伸方向延伸的第二水流通道23，第二芯杆21具有在其延伸方向上相对的第一端和第二端，第二芯杆21的第一端设有第二接头24，第二接头24能够与钻杆接头31配合。
43.第一钻杆1和第二钻杆2可更换地与钻杆接头31配合并相连。
44.第一接头14能够与螺旋钻机的主动轴3上的钻杆接头31配合是指：在需要利用第一钻杆1进行钻孔操作时，第一接头14与主动轴3上的钻杆接头31配合；在需要利用第二钻杆2进行钻孔操作时，第一接头14不与主动轴3上的钻杆接头31配合，第二接头24与主动轴3上的钻杆接头31配合；在不需要进行钻孔操作时，第一接头14可以与主动轴3上的钻杆接头31配合，也可以不与主动轴3上的钻杆接头31配合。
45.第二接头24能够与钻杆接头31配合是指：在需要利用第二钻杆2进行钻孔操作时，第二接头24与主动轴3上的钻杆接头31配合；在需要利用第一钻杆1进行钻孔操作时，第二接头24不与主动轴3上的钻杆接头31配合第一接头14与螺旋钻机的主动轴3上的钻杆接头31配合；在不需要进行钻孔操作时，第二接头24可以与主动轴3上的钻杆接头31配合，也可以不与主动轴3上的钻杆接头31配合。
46.第一接头14和第二接头24可更换地与钻杆接头31配合并相连是指：可以将与钻杆接头31配合并相连的第一接头14从钻杆接头31上拆下，并将第二接头24与钻杆接头31配合并相连；也可以将与钻杆接头31配合并相连的第二接头24从钻杆接头31上拆下，并将第一接头14与钻杆接头31配合并相连。
47.根据本发明实施例的螺旋钻机的螺旋钻具组件，第一芯杆11和第二芯杆21外设有第一螺旋叶片12和第二螺旋叶片22，在钻孔的同时，利用螺旋叶片(第一螺旋叶片12或第二
螺旋叶片22)方便向钻孔外排渣。第一芯杆11和第二芯杆21内设有第一水流通道13和第二水流通道23，在钻孔的同时向对应的水流通道(第一水流通道13或第二水流通道23)内通水，湿润孔内岩土，减轻钻孔阻力。
48.利用根据本发明实施例的螺旋钻机进行钻孔操作时，可以先将第一钻杆1与钻杆接头31配合并相连，利用第一钻杆1钻出小直径钻孔，然后，在同一台螺旋钻机上将第一钻杆1更换成第二钻杆2，之后，利用第二钻杆2对小直径钻孔进行扩孔以得到大直径钻孔，从而在进行大直径钻孔施工的时候不需要更换螺旋钻机。此外，将第一钻杆1更换成第二钻杆2后，螺旋钻机只需要沿小直径钻孔轴向移动即可，方便第二钻杆2和小直径钻孔之间的定位。
49.相关技术中，在进行大直径钻孔施工的时候，需要使用两台螺旋钻机，先后分别施工小直径钻孔和大直径钻孔。一方面，由于钻孔施工过程中需要更换螺旋钻机及配套钻具，导致施工效率低。另一方面，在施工完成小直径钻孔，更换螺旋钻机及钻具施工大直径钻孔时，钻孔的定位较难，很难使大直径钻具与小直径钻孔的轨迹完全一致，造成大直径钻孔容易偏斜和终孔精度差的问题。
50.由此，与相关技术相比，根据本发明实施例的螺旋钻机在进行大直径钻孔施工的时候，一方面不需要更换螺旋钻机，从而可以提高钻孔施工效率；另一方面，第二钻杆2和小直径钻孔之间的定位准确，从而更容易使大直径钻具与小直径钻孔的轨迹一致，进而有效避免大直径钻孔出现偏斜和终孔精度差的问题。
51.因此，根据本发明实施例的螺旋钻具组件具有钻孔效率高和终孔精度好等优点。
52.本领域技术人员可以理解的是，第一钻杆1和第二钻杆2指示示例性的描述，螺旋钻具组件还可以包括第三钻杆、第四钻杆等多种型号的钻杆。多个钻杆的区别在于，钻杆之间的螺旋叶片的最大外径不同，由此，多种型号的钻杆可以满足不同直径的钻孔要求。
53.为了使本技术的技术方案更加容易被理解，下面以第一芯杆11的延伸方向与左右方向一致为例，进一步描述本技术的技术方案，其中左右方向如图1所示。
54.第一芯杆11的第一端可以为第一芯杆11的右端，第一芯杆11的第二端可以为第一芯杆11的左端，第一芯杆11的右端设有第一接头14，第一芯杆11的内部设有空腔以形成第一水流通道13。
55.第二芯杆21的第一端可以为第二芯杆21的右端，第二芯杆21的第二端可以为第二芯杆21的左端，第二芯杆21的右端设有第二接头24，第二芯杆21的内部设有空腔以形成第二水流通道23。
56.在一些实施例中，第一螺旋叶片12的根部焊接在第一芯杆11的外周面上，第二螺旋叶片22的根部焊接在第二芯杆21的外周面上。第一螺旋叶片12和第二螺旋叶片22用于钻进时螺旋排渣，其最大外径根据钻孔成孔需要制作。
57.在一些实施例中，第一接头14和与杆接头31通过插接配合，第二接头24与钻杆接头31通过插接配合。
58.由此，可以提高第一接头14和钻杆接头31之间第二接头24和钻杆接头31的连接和拆卸速度，从而可以进一步提高钻孔效率。
59.例如，如图1
‑
5所示，第一接头14和第二接头24的形状相同，均可以与钻杆接头31配合。
60.相关技术中，螺旋钻机的扭矩较大，因此，第一芯杆11和第二芯杆21需要具有足够的强度。在第一芯杆11和第二芯杆21上设置有水流通道的情况下，只能通过提高第一芯杆11和第二芯杆21的壁厚来保证第一芯杆11和第二芯杆21需要具有足够的强度。
61.在一些实施例中，第一接头14和第二接头24中的每一者为内八方接头。
62.可以理解的是，此时钻杆接头31为能够与内八方接头配合的外八方接头图1。由此，只需要在第一芯杆11的第一端和第二芯杆21的第一端消减较少的材料便可分别形成第一接头14和第二接头24，有利于提高第一接头14和第二接头24的壁厚，从而提高第一接头14和第二接头24的结构强度，保证第一接头14和钻杆接头31连接处以及第二接头24和钻杆接头31连接处的结构强度。
63.可以理解的是，内八方接头和外方接头的位置可以互换。例如，将钻杆接头31为内八方接头，而第一接头14和第二接头24中的每一者为外八方接头。
64.当然，在另一些实施例中，第一接头14和第二接头24可以为内六方接头、内四方接头、外六方接头、外四方接头等。
65.具体使用时，可以采用销轴或螺栓将外八方接头与内八方接头固定在一起。例如，如图4和图5所示，在外八方接头上设有多个通孔。由于内八方接头的内部通有水流，为了保证密封性，在内八方接头的外周面上设有多个与通孔一一对应的凹槽，将销轴或螺栓与通孔、凹槽相互配合以实现外八方接头与内八方接头的固定。
66.在一些实施例中，螺旋钻具组件进一步包括小直径钻头16，小直径钻头16上设有钻头接头161，第一芯杆11的第二端设有第三接头15，第三接头15能够与钻头接头161配合。
67.例如，如图1
‑
5所示，小直径钻头16的右端设有钻头接头161，钻头接头161与第一接头14的结构相同。可选地，钻头接头161与第一接头14均为外八方接头。在第一芯杆11的左端设有第三接头15，第三接头15与钻杆接头31的接头相同，可选地，第三接头15与钻杆接头31均为外八方接头。
68.由此，小直径钻头16可以从第一芯杆11上拆下，从而方便在第一芯杆11上更换小直径钻头16。
69.需要说明的是，小直径钻头16上开有小孔，小孔与第一水流通道13连通，能够将第一水流通道13内的水流导入岩土中。
70.上述第一钻杆1、主动轴3和小直径钻头16组成第一钻具。
71.在一些实施例中，第一钻杆1设有多个，第三接头15能够与第一接头14配合。
72.例如，如图1
‑
5所示，第三接头15和第一接头14能够相互配合。由此，多个第一钻杆1可以在其延伸方向上依次连接在一起，组合成不同的长度，以便适应不同的长度的钻孔要求，同时各第一钻杆1之间具有互换性，方便将各第一钻杆1依次相连。
73.在一些实施例中，螺旋钻具组件进一步包括大直径钻头26，大直径钻头26上设有扩孔接头261，第二芯杆21的第二端设有第四接头25，第四接头25能够与扩孔接头261配合。
74.例如，如图7
‑
9所示，大直径钻头26上设有扩孔接头261，在大直径钻头26的芯杆内设有空腔。第二芯杆21的左端设有第四接头25，在需要利用第二钻杆2时进行扩孔时，第四接头25与扩孔接头261配合，同时，大直径钻头26内的空腔与第二芯杆21内的第二水流通道23连通；在不需要利用第二钻杆2进行扩孔时，第四接头25不与扩孔接头261配合。由此，便于安装和更换大直径钻头26。
75.需要说明的是，扩孔接头261为内八方接头，第四接头25为外八方接头。大直径钻头26上开有小孔，小孔与第二水流通道23连通，能够将第二水流通道23内的水流导入岩土中。
76.在一些实施例中，第二钻杆2设有多个，第四接头25能够与第二接头24配合。
77.例如，如图7所示，第四接头25和第二接头24能够相互配合，由此，多个第二钻杆2可以在其延伸方向上依次连接在一起，组和成不同的长度，以便适应不同的长度的钻孔要求，同时可满足互换性，便于更换第二钻杆2。
78.在一些实施例中，螺旋钻具组件进一步包括导向杆27，导向杆27与大直径钻头26的第二端相连。
79.例如，如图7所示，导向杆27位于大直径钻头26的左端，导向杆27的左端为锥形，导向杆27内有空腔，能够与第二水流通道23连通，在导向杆27上开有小孔，小孔能够将第二水流通道23内的水流导入岩土中。
80.由此，利用大直径钻头26进行扩孔的时候，在导向杆27的帮助下，可以保证大直径钻头26沿着小直径钻头16加工好的小直径钻孔的延伸方向进行扩孔，有利于进一步提高钻孔精度。
81.优选地，导向杆27的右端与大直径钻头26的左端通过螺纹连接。例如，大直径钻头26的左端设有螺纹接头262，导向杆27的右端与大直径钻头26通过螺纹接头262连在一起。
82.由此，方便导向杆27和大直径钻头26之间的拆装。
83.如图6
‑
9所示，上述第二钻杆2、主动轴3、大直径钻头26和导向杆27组成第二钻具。
84.在一些实施例中，第一芯杆11的直径和第二芯杆21的直径相等，第一水流通道13和第二水流通道23的孔径相等。
85.例如，如图2和图8所示，第一芯杆11和第二芯杆21采用直径相同的钢管制成，由此，便于设计加工。第一水流通道13和第二水流通道23的孔径相等，便于和钻杆接头31相连，能够保证水流的稳定性。
86.需要说明的是，第一芯杆11和第二芯杆21采用45号钢无缝管制作，大直径钻头26的芯杆与第二芯杆21的直径和材质相同。第一接头14和第三接头15、第二接头24和第四接头25，钻杆接头31、扩孔接头261、钻头接头161均采用42crmna调质钢。
87.下面以图1
‑
图9所示的第一钻具和第二钻具为例描述螺旋钻机的工作过程：首先确定好钻孔的位置，在钻孔开始前，依次将主动轴3、多个第一钻杆1与小直径钻头16连接好，同时将水源与第一水流通道13连通，打开螺旋钻机电源，开始施工小直径钻孔。当小直径钻孔施工完毕后，关闭水源和电源，卸下多个第一钻杆1和小直径钻头16，保持主动轴3的位置不变。然后依次将多个第二钻杆2和大直径钻头26、导向杆27连接好，接通水源和第二水流通道23，打开螺旋钻机电源，开始施工扩孔。
88.根据本发明实施例的螺旋钻机，可以在同一台螺旋钻机上，更换型号不同的钻杆，施工不同直径的钻孔，解决了原有小直径钻孔和大直径钻孔施工分别需要不同型号螺旋钻机具的问题，提高了大直径钻孔的施工效率，实现了大直径钻孔成孔率和施工效率的双提升，有效保证了矿井的安全高效生产。
89.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
90.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
91.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
92.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
93.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
94.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。