一种高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿井工开采技术领域，特别是一种高性能碳纤维轻量化 复合橡胶补偿钻进变形防喷装置。


背景技术：

2.瓦斯灾害事故是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井最主要的灾害之一，也是制约其生产的主要瓶颈之一。在不具备开采保护层条件的煤层中，预抽煤层瓦斯钻孔是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井瓦斯治理的必然选择，预抽煤层瓦斯钻孔在施工过程中极易出现钻孔内煤屑和瓦斯短时间内连续喷出的现象。国内现阶段大部分穿层钻孔施工过程中均采用防喷装置，虽在一定程度上可防止瓦斯的意外喷出，但由于装置整体较为笨重，无形中增加了装卸的难度，给现场施工造成了极大地隐患，不利于保障操作人员的安全；另高速回转中的钻杆易发生上下不规则扰动，与其紧密接触的密封柔性体不同心，造成防喷装置后端柔性材料的磨损，进而影响装置的密封性。为保证防喷装置的整体强度，又能减轻自重，实现轻量化并使其与回转的钻杆同心钻进，进而防止瓦斯的喷出，急需研制一种能够实现上述功能的装置。


技术实现要素：

3.为了克服上述不足，本实用新型的目的是要提供一种高性能碳纤维轻量化 复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，即可提高穿层钻孔施工中的密封性，补偿因钻杆扰动造成防喷装置钻进变形，又能对防喷装置进行减重量增强度，实现防喷装置的轻量化，减少瓦斯事故的发生。
4.为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：
5.一种高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，包括碳纤维防喷腔体、复合橡胶腔体后端及腔体后端固定件，所述碳纤维防喷腔体、复合橡胶腔体后端和腔体后端固定件依次通过螺栓固定连接，所述碳纤维防喷腔体由高性能碳纤维一体碾压形成，所述碳纤维防喷腔体呈两端开口的筒状，左端的开口与钻杆的密封机构（或密封装置）固接，钻杆穿过碳纤维防喷腔体，所述碳纤维防喷腔体上设置有排水渣口和排气口，所述复合橡胶腔体后端是由硬橡胶-软橡胶-硬橡胶热硫化而成的缩口状空心圆台，所述腔体后端固定件呈环形；
6.具体的，所述复合橡胶腔体后端包括前端硬性橡胶部、中间软性橡胶部和后端硬性橡胶部，所述前端硬性橡胶部、中间软性橡胶部和后端硬性橡胶部通过热硫化工艺形成一体结构；
7.具体的，所述前端硬性橡胶部的横截面呈“∟”型结构，所述前端硬性橡胶部通过螺栓与碳纤维防喷腔体固接；
8.具体的， 所述中间软性橡胶部的横截面为逐渐收缩的波浪形结构；
9.具体的，所述后端硬性橡胶部的横截面呈“冂”字型结构，所述后端硬性橡胶部通
过螺栓与腔体后端固定件固接；
10.具体的，所述后端硬性橡胶部的内壁上固定有环形毛刷，环形毛刷固定在“冂”字型结构内。
11.与现有技术相比，本实用新型的高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置具备以下有益效果：
12.本实用新型密封效果好、补偿了钻杆钻动造成的变形、环形毛刷更换方便、增加了装置的强度减轻了重量，实现了防喷装置的轻量化，提高了钻杆施工中防喷装置整体的密封效果，为穿层钻孔的安全施工提供了保障。
13.本实用新型的装置兼顾了原有防喷装置的结构、碳纤维抗荷载能力与较高的比强度和比刚度、复合橡胶的可塑性强与集成度高等性能，进一步优化了结构，最大化发挥各个材质的优势，相较于原有防喷装置减少70%~75%的重量，安装本装置仅需1名员工即可完成与钻孔孔口密封装置10的固定连接；使用本装置进行防喷钻孔施工时，钻进的钻杆在回转过程中经常发生上下扰动时，通过挤压环形毛刷4，利用复合橡胶腔体后端2的弹性形变补偿钻动变形使防喷装置与钻杆始终同心，如图2所示；当发生瓦斯异常喷出时，利用复合橡胶腔体后端2的弹性形变可在一定程度上增加防喷腔体内的体积，缓存瓦斯。
附图说明
14.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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本实用新型的结构示意图；
16.图2为本实用新型的安装结构示意图；
17.图3为本实用新型在遇到瓦斯喷出时结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
19.如图1-3所示的一种高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，包括碳纤维防喷腔体1、复合橡胶腔体后端2及腔体后端固定件3，所述碳纤维防喷腔体1、复合橡胶腔体后端2和腔体后端固定件3依次通过螺栓固定连接，所述碳纤维防喷腔体1由高性能碳纤维一体碾压形成，所述碳纤维防喷腔体1呈两端开口的筒状，左端的开口与钻杆的密封机构（或密封装置）10固接，钻杆7穿过碳纤维防喷腔体1，所述碳纤维防喷腔体1上设置有排水渣口5和排气口6，所述复合橡胶腔体后端2是由硬橡胶-软橡胶-硬橡胶热硫化而成的缩口状空心圆台，所述腔体后端固定件3呈环形。
20.如图1或2所示，在本实施例中，所述复合橡胶腔体后端2包括前端硬性橡胶部21、中间软性橡胶部22和后端硬性橡胶部23，所述前端硬性橡胶部21、中间软性橡胶部22和后端硬性橡胶部23通过热硫化工艺形成一体结构。
21.如图1或2所示，在本实施例中，所述前端硬性橡胶部21的横截面呈“∟”型结构，所
述前端硬性橡胶部21通过螺栓与碳纤维防喷腔体1固接。
22.如图1或2所示，在本实施例中，所述中间软性橡胶部22的横截面为逐渐收缩的波浪形结构。
23.如图1或2所示，在本实施例中，所述后端硬性橡胶部23的横截面呈“冂”字型结构，所述后端硬性橡胶部23通过螺栓与腔体后端固定件固接3。
24.如图1或2所示，在本实施例中，所述后端硬性橡胶部23的内壁上固定有环形毛刷4，环形毛刷4固定在“冂”字型结构内。
25.本实用新型的装置兼顾了原有防喷装置的结构、碳纤维抗荷载能力与较高的比强度和比刚度、复合橡胶的可塑性强与集成度高等性能，进一步优化了结构，最大化发挥各个材质的优势，相较于原有防喷装置减少70%~75%的重量，安装本装置仅需1名员工即可完成与钻孔孔口密封装置10的固定连接；使用本装置进行防喷钻孔施工时，钻进的钻杆在回转过程中经常发生上下扰动时，通过挤压环形毛刷4，利用复合橡胶腔体后端2的弹性形变补偿钻动变形使防喷装置与钻杆始终同心，如图2所示；当发生瓦斯异常喷出时，利用复合橡胶腔体后端2的弹性形变可在一定程度上增加防喷腔体内的体积，缓存瓦斯。使用本装置可确保防喷装置整体的密封性，补偿钻进变形、增强度减重量，实现了防喷装置的轻量化，密封性好、使用周期长、方便耐用。
26.本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，其特征在于，包括碳纤维防喷腔体、复合橡胶腔体后端及腔体后端固定件，所述碳纤维防喷腔体、复合橡胶腔体后端和腔体后端固定件依次通过螺栓固定连接，所述碳纤维防喷腔体由高性能碳纤维一体碾压形成，所述碳纤维防喷腔体呈两端开口的筒状，所述碳纤维防喷腔体上设置有排水渣口和排气口，所述复合橡胶腔体后端是由硬橡胶-软橡胶-硬橡胶热硫化而成的缩口状空心圆台，所述腔体后端固定件呈环形，所述复合橡胶腔体后端包括前端硬性橡胶部、中间软性橡胶部和后端硬性橡胶部，所述前端硬性橡胶部、中间软性橡胶部和后端硬性橡胶部通过热硫化工艺形成一体结构。2.根据权利要求1所述的高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，其特征在于，所述前端硬性橡胶部的横截面呈“∟”型结构，所述前端硬性橡胶部通过螺栓与碳纤维防喷腔体固接。3.根据权利要求1所述的高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，其特征在于，所述中间软性橡胶部的横截面为逐渐收缩的波浪形结构。4.根据权利要求1所述的高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，其特征在于，所述后端硬性橡胶部的横截面呈“冂”字型结构，所述后端硬性橡胶部通过螺栓与腔体后端固定件固接。5.根据权利要求4所述的高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，其特征在于，所述后端硬性橡胶部的内壁上固定有环形毛刷。

技术总结
本实用新型公开了一种高性能碳纤维轻量化复合橡胶补偿钻进变形防喷装置，包括碳纤维防喷腔体、复合橡胶腔体后端及腔体后端固定件，碳纤维防喷腔体、复合橡胶腔体后端和腔体后端固定件依次通过螺栓固定连接，碳纤维防喷腔体由高性能碳纤维一体碾压形成，碳纤维防喷腔体呈两端开口的筒状，碳纤维防喷腔体上设置有排水渣口和排气口，复合橡胶腔体后端是由硬橡胶-软橡胶-硬橡胶热硫化而成的缩口状空心圆台，腔体后端固定件呈环形；本实用新型密封效果好、补偿了钻杆钻动造成的变形、环形毛刷更换方便、增加了装置的强度减轻了重量，实现了防喷装置的轻量化，提高了钻杆施工中防喷装置整体的密封效果，为穿层钻孔的安全施工提供了保障。了保障。了保障。


技术研发人员：李学臣 郝殿 张清田 魏培瑾 郭艳飞 薛文涛
受保护的技术使用者：焦作煤业（集团）有限责任公司
技术研发日：2022.01.25
技术公布日：2022/8/23