[發(fā)明專利]一種煤礦井下螺旋式水力機械擴孔裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010637604.2
• 申請日: 2020-07-05
• 公開（公告）號: CN111622675A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐超;孫浩石;郭超飛;邊紫琳;曹明月;楊港;秦亮亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: E21B7/28
• 分類號: E21B7/28;E21F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明專利涉及一種煤礦井下螺旋式水力機械擴孔裝置，該裝置包括鉆頭腔體、刀臂腔體和水閥腔體，刀臂腔體中內(nèi)置動力驅(qū)動裝置，水閥腔體中內(nèi)置高低壓冷卻水切換裝置、螺旋式刀臂裝置。刀臂腔體外側(cè)設(shè)置有一對螺旋式刀臂，螺旋式刀臂根部裝有加工斜齒的刀臂齒輪體，刀臂齒輪體依靠斜齒與側(cè)面同樣加工斜齒的活塞滑套緊密嚙合；高壓水管路提供高壓水推動活塞運動與齒輪傳動，螺旋式刀臂可在斜齒傳遞動力與高壓水共同作用下展開；高低壓冷卻水切換裝置可改變裝置內(nèi)水壓大小與管路開閉狀態(tài)。本發(fā)明專利將刀臂結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的直角式改變?yōu)槁菪?，改善了動力提供方式，可在鉆擴工程中提高開刀效率與擴孔效率，縮短擴孔施工周期，改善瓦斯抽采效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及煤礦井下低透氣性煤層水力機械擴孔領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦井下螺旋式水力機械擴孔裝置。

背景技術(shù)

煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中一直占據(jù)主導地位，隨著國內(nèi)煤礦淺部煤層的資源逐漸枯竭，深部煤層開采成為了日后煤礦生產(chǎn)的主要形式。我國深部煤層大多具有地應(yīng)力高、煤層瓦斯壓力大、煤層透氣性低、煤層頂板壓力情況復雜、煤與瓦斯突出災(zāi)害嚴重等特征，嚴重威脅著煤礦的安全高效生產(chǎn)，這決定了本領(lǐng)域采用煤層卸壓增透、瓦斯預(yù)抽等為主要預(yù)防措施的發(fā)展趨勢。目前增加煤層透氣性的常用方法，一是設(shè)法采用機械設(shè)備等在煤層中形成空洞，使得周偉裂隙進一步發(fā)育形成更多的空間裂隙，例如水力割縫、機械擴孔等；二是注入高壓液體先進行壓裂再注入支撐劑來固定裂隙空間；三是煤體爆破、氣相壓裂等，裂隙容積擴展得以延伸。

針對煤層增透，目前使用較為廣泛的方法是機械鉆孔后進行水力機械擴孔，在機械擴孔時，主要以井下高壓冷卻水為動力，使用擴展刀臂進行擴孔，目前使用較多的擴展刀臂有直角式、杠桿式以及液壓刀臂。但現(xiàn)存的擴孔裝置仍存在一些問題：刀臂結(jié)構(gòu)多為直角式刀臂而導致在初始階段擴刀不成功或者效率低下，高壓水噴射方式多為垂直鉆軸導致切削煤巖體動力不足，水壓動力多為直接噴出使得動力分配方面造成刀臂開啟動力不足。因此，現(xiàn)存的擴孔裝置在實際使用時表現(xiàn)出費時費力、擴孔效果差、甚至卡鉆、塌孔等不良后果，進而影響煤層的增透效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利的目的是為解決現(xiàn)存技術(shù)中刀臂結(jié)構(gòu)不合理、刀臂展開效果不佳、高壓水噴射方式適應(yīng)性不強、水壓動力分配不均等問題，提供一種煤礦井下螺旋式水力機械擴孔裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明專利采用如下技術(shù)方案：

一種煤礦井下螺旋式水力機械擴孔裝置，包括鉆頭腔體、刀臂腔體和水閥腔體三個空間腔體，刀臂腔體中內(nèi)置動力驅(qū)動裝置，水閥腔體中內(nèi)置高低壓冷卻水切換裝置、螺旋式刀臂裝置；鉆頭腔體中心設(shè)有低壓水管路，低壓水管路一直貫穿至裝置尾部的低壓水進水口，水流旁側(cè)支路連接鉆頭腔體與刀臂腔體；所述的裝置體側(cè)安裝一對用于擴孔的螺旋式刀臂，螺旋式刀臂根部為加工有斜齒的刀臂齒輪體，兩側(cè)刀臂依靠齒輪體斜齒與側(cè)平面同樣加工有斜齒的活塞滑套緊密嚙合，活塞滑套可在滑套導軌沿固定軌跡運動；活塞滑套、第二彈簧、刀臂齒輪體及兩部分的加工斜齒組合成為驅(qū)動裝置；刀臂腔體開設(shè)刀臂儲槽，螺旋式刀臂處于閉合狀態(tài)時收納于刀臂儲槽內(nèi)，使得該裝置形成一個整體方便打鉆收鉆，高壓水管路提供的高壓水作用下推動活塞滑套運動至出水端限位體，期間依靠刀臂儲槽噴出的高壓水與斜齒傳遞動力共同展開螺旋式刀臂；高壓水與低壓水依靠水閥腔體的高低壓冷卻水切換裝置改變水壓的供給和各個管路的開閉，高低壓冷卻水切換裝置在給定預(yù)設(shè)水壓后推動活塞滑套配合刀臂儲槽出水控制螺旋式刀臂伸展，預(yù)設(shè)水壓指能使螺旋式刀臂打開至最大擴孔角度的最低水壓。

所述高低壓冷卻水切換裝置包括裝置水閥腔體里的閥芯底座、閥芯及以尾端的可活動閥槽，閥芯底座進水口連接低壓水進水口，與刀臂腔體連通，閥芯上設(shè)置有一號彈簧，一號彈簧連接閥芯底座與閥槽鉆頭端，閥槽鉆頭端中心設(shè)置有閥槽進水口，當尾部連接桿噴出的低壓水作用于閥槽時，由于一號彈簧的反作用力導致閥槽運動受限，水流流經(jīng)閥槽進水口并通過閥芯底座進水口進入低壓水管路，當閥槽承受水壓較高時，一號彈簧收縮使得閥芯堵住閥槽進水口，閥槽向鉆頭端運動開啟高壓水管路。