一种水力驱动截齿串珠扩孔装置

1.本实用新型具体涉及井下煤层水力机械扩孔技术领域，具体是一种水力驱动截齿串珠扩孔装置。


背景技术：

2.煤炭作为我国主体能源，在短期内其重要地位不会改变；随着煤炭采掘深度的增加，在高地应力的作用下，煤层透气性降低，瓦斯压力增加；煤炭开采过程中，产生的扰动易引起煤与瓦斯突出等多种动力灾害，因此需要预抽瓦斯；而煤层透气性较低时，瓦斯抽采时间长，抽采浓度低，浓度衰减速率快，也因此需要对煤层进行增透处理。
3.传统水力化增透措施包括水力压裂、水力冲孔和水力割缝等，水力化增透技术在国内外多个大型矿井取得了较好的应用效果，并取得了良好的经济效益；但在松软煤层中，水力化措施易引起钻孔塌孔和垮孔，而在坚硬煤层扩孔时，又需要高压水，大多在百兆帕，安全性相较于其他扩孔方式大大降低；机械扩孔方法的提出对煤层增透提供了一种新的思路，如申请号为cn202021287403.6公开了一种煤矿井下螺旋式水力机械扩孔装置，刀臂在常压钻进时为收缩状态，需要扩孔时水压增大，刀臂与煤体接触，钻机驱动钻杆旋转，带动刀臂切割煤体进行扩孔；此方法在扩孔时刀臂打开易受阻碍，扩孔直径有限，煤渣会受刀臂的影响不易排出，在扩孔时由钻机提供动力，钻杆与钻孔的摩擦力大，机械效率低，造成能源浪费，与煤矿绿色低碳发展的理念相悖。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型提出一种水力驱动截齿串珠扩孔装置以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其包括：
6.钻机；
7.钻进组件，所述钻进组件包括钻杆一、旋转体、钻杆二以及三翼钻头，所述钻杆一内沿其轴线方向贯穿设置有注水通道，所述钻杆一的一端驱动连接于钻机的驱动端，所述钻杆一的另一端螺纹连接于所述旋转体的左端口内，所述旋转体的外侧面上沿其圆周方向圆周阵列有三个喷嘴，且每个所述喷嘴以及所述注水通道均与所述旋转体的内腔相连通，所述旋转体的右端口内螺纹连接有所述钻杆二的左端，所述钻杆二的右端与三翼钻头螺纹连接；
8.扩孔组件，所述扩孔组件设置有多个，多个所述扩孔组件圆周阵列于所述旋转体的外侧面上；
9.供水机构，所述供水机构包括水箱、柱塞泵、卷管器以及高压软管，所述柱塞泵的进水口采用连接管与所述水箱的内腔相连通，所述柱塞泵的出水口固定连通有高压软管的一端，所述高压软管的另一端绕过所述卷管器与所述钻杆一内的注水通道相连通。
10.进一步，作为优选，每个所述喷嘴的延长线均与所述旋转体的轴线之间设置有偏心角和夹角。
11.进一步，作为优选，所述扩孔组件包括串珠和钢丝绳，所述钢丝绳的一端均固定设置在所述旋转体的外侧面上，所述钢丝绳上固定套设有多个等距分布的串珠，每个所述串珠的外侧面上均固定设置有截齿。
12.进一步，作为优选，所述钢丝绳的外表面上固定设置有隔离套。
13.本实用新型采用以上技术,与现有的技术相比具有以下有益效果：本实用新型装置主要包括供水机构、钻进组件和扩孔组件，其中，供水机构将常压水变为高压水，并通过高压软管输送到旋转体内部；钻进组件由钻机提供动力，通过钻杆一将扭矩传达到三翼钻头进行破煤钻进；扩孔组件由高压水提供动力，水射流从旋转体的喷嘴喷出，产生的反作用力使旋转体高速旋转，扩孔组件固定于旋转体的外侧面上，在旋转体的带动下与煤层接触，磨削破煤。
附图说明
14.图1为一种水力驱动截齿串珠扩孔装置的结构示意图；
15.图2为一种水力驱动截齿串珠扩孔装置中扩孔组件的结构示意图；
16.图3为一种水力驱动截齿串珠扩孔装置中旋转体的结构示意图；
17.图4为一种水力驱动截齿串珠扩孔装置的工作原理图。
18.图中：1、钻杆一；101、注水通道；2、喷嘴；3、旋转体；4、钻杆二；5、三翼钻头；6、扩孔组件；601、串珠；602、截齿；603、隔离套；604、钢丝绳；7、水箱；8、柱塞泵；9、卷管器；10、钻机；11、高压软管。
具体实施方式
19.结合本实用新型实施例中的附图，下面将对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
20.实施例：请参阅附图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其包括：
21.钻机10；
22.钻进组件，钻进组件包括钻杆一1、旋转体3、钻杆二4以及三翼钻头5，钻杆一1内沿其轴线方向贯穿设置有注水通道101，钻杆一1的一端驱动连接于钻机10的驱动端，钻杆一1的另一端螺纹连接于旋转体3的左端口内，旋转体3的外侧面上沿其圆周方向圆周阵列有三个喷嘴2，且每个喷嘴2以及注水通道101均与旋转体3的内腔相连通，旋转体3的右端口内螺纹连接有钻杆二4的左端，钻杆二4的右端与三翼钻头5螺纹连接；
23.扩孔组件6，扩孔组件6设置有多个，多个扩孔组件6圆周阵列于旋转体3的外侧面上；
24.供水机构，供水机构包括水箱7、柱塞泵8、卷管器9以及高压软管11，柱塞泵8的进水口采用连接管与水箱7的内腔相连通，柱塞泵8的出水口固定连通有高压软管11的一端，高压软管11的另一端绕过卷管器9与钻杆一1内的注水通道101相连通。
25.本实施例中，每个喷嘴2的延长线均与旋转体3的轴线之间设置有偏心角和夹角。
26.本实施例中，扩孔组件6包括串珠601和钢丝绳604，钢丝绳604的一端均固定设置在旋转体3的外侧面上，钢丝绳604上固定套设有多个等距分布的串珠601，每个串珠601的外侧面上均固定设置有截齿602；具体的，串珠601与钢丝绳604之间采用钎焊固定。
27.本实施例中，钢丝绳604的外表面上固定设置有隔离套603。
28.一种水力驱动截齿串珠扩孔装置的实施方法，其包括以下步骤：
29.步骤一：开启柱塞泵8电源，并设置其压力为1～3mpa，此时旋转体3不转，低压水用于排渣；打开钻机10电源，并设置其钻速和扭矩，钻机10带动钻杆一1、钻杆二4以及三翼钻头5进行旋转钻进破煤；
30.步骤二：需要进行扩孔作业时，关闭钻机10，将柱塞泵8压力调节为25～30mpa，高压水射流从喷嘴2喷出，由于喷嘴2与旋转体3轴线之间有偏心角和夹角，因此旋转体3会旋转并产生自进力，旋转体3旋转带动位于旋转体外侧的扩孔组件6逐渐展开并与煤层体接触，从而实现切削破煤；
31.步骤三：待达到扩孔深度和长度后，调节柱塞泵8压力为1～3mpa，打开钻机10继续进行钻进作业；
32.步骤四：由于每一钻孔存在多处需要扩孔作业，因此待下次扩孔时，重复步骤二和步骤三，完成扩孔作业。
33.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。


技术特征：
1.一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其特征在于，其包括：钻机(10)；钻进组件，所述钻进组件包括钻杆一(1)、旋转体(3)、钻杆二(4)以及三翼钻头(5)，所述钻杆一(1)内沿其轴线方向贯穿设置有注水通道(101)，所述钻杆一(1)的一端驱动连接于钻机(10)的驱动端，所述钻杆一(1)的另一端螺纹连接于所述旋转体(3)的左端口内，所述旋转体(3)的外侧面上沿其圆周方向圆周阵列有三个喷嘴(2)，且每个所述喷嘴(2)以及所述注水通道(101)均与所述旋转体(3)的内腔相连通，所述旋转体(3)的右端口内螺纹连接有所述钻杆二(4)的左端，所述钻杆二(4)的右端与三翼钻头(5)螺纹连接；扩孔组件(6)，所述扩孔组件(6)设置有多个，多个所述扩孔组件(6)圆周阵列于所述旋转体(3)的外侧面上；供水机构，所述供水机构包括水箱(7)、柱塞泵(8)、卷管器(9)以及高压软管(11)，所述柱塞泵(8)的进水口采用连接管与所述水箱(7)的内腔相连通，所述柱塞泵(8)的出水口固定连通有高压软管(11)的一端，所述高压软管(11)的另一端绕过所述卷管器(9)与所述钻杆一(1)内的注水通道(101)相连通。2.根据权利要求1所述的一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其特征在于：每个所述喷嘴(2)的延长线均与所述旋转体(3)的轴线之间设置有偏心角和夹角。3.根据权利要求2所述的一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其特征在于：所述扩孔组件(6)包括串珠(601)和钢丝绳(604)，所述钢丝绳(604)的一端均固定设置在所述旋转体(3)的外侧面上，所述钢丝绳(604)上固定套设有多个等距分布的串珠(601)，每个所述串珠(601)的外侧面上均固定设置有截齿(602)。4.根据权利要求3所述的一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其特征在于：所述钢丝绳(604)的外表面上固定设置有隔离套(603)。

技术总结
本实用新型公开了一种水力驱动截齿串珠扩孔装置，其包括：钻机；钻进组件，所述钻进组件包括钻杆一、旋转体、钻杆二以及三翼钻头，所述钻杆一内沿其轴线方向贯穿设置有注水通道。本实用新型装置主要包括供水机构、钻进组件和扩孔组件，其中，供水机构将常压水变为高压水，并通过高压软管输送到旋转体内部；钻进组件由钻机提供动力，通过钻杆一将扭矩传达到三翼钻头进行破煤钻进；扩孔组件由高压水提供动力，水射流从旋转体的喷嘴喷出，产生的反作用力使旋转体高速旋转，扩孔组件固定于旋转体的外侧面上，在旋转体的带动下与煤层接触，磨削破煤。磨削破煤。磨削破煤。


技术研发人员：郜英俊 郭一天 杨耀浦 叶红燕 姚帅 张欧娅 许可心
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/5/24