一种应用于防治冲击地压的专用钻头

本发明涉及矿井钻孔设备，尤其涉及一种应用于防治冲击地压的专用钻头。

背景技术：

1、冲击地压在煤矿开采作用中具有高发性，属于动力灾害，而且破坏性较强。一旦发生冲击地压，必然会对井下作业人员的生命安全造成较大的威胁，还会破坏井下各种构筑物及仪器设备，带来巨大的经济损失。冲击地压发生时，煤岩内部会积聚大量的能量，当其达到最大临界承载强度时，巷道和采煤工作面周边岩体会释放出变形能，岩体被破坏，导致煤矿地下支架坍塌，出现冒顶现象。冲击地压发生后会造成较大的损害，比较严重的情况会导致煤或是岩石从巷道两侧爆裂开来，出现煤岩弹射的情况，导致巷道直接被摧毁或是产生巨大的能量，威胁井下作业热恩怨的安全，破坏底下的设备和设施。

2、根据对现有岩爆泄压钻井技术的分析，岩爆泄压力钻井成孔率低的原因之一是：施加冲击土压力后，孔内突然增加的大量煤屑无法及时排出孔外。因此，如何在短时间内将大量的煤屑和钻渣排出孔外，保持排渣通道畅通，是保证泄压钻孔的关键因素。为此，我们提出了一种应用于防治冲击地压的专用钻头来解决上述问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种应用于防治冲击地压的专用钻头，通过环裙板可以将钻孔时产生的煤屑和钻渣收集并通过中空转轴、绞龙叶片和钻杆的共同配合，将钻孔时产生煤屑和钻渣通过钻杆快速输送到后方并排出，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：包括钻杆和泄压钻孔的钻头，所述钻杆和所述钻头固定连接，所述钻杆的尾部向外凸起形成喇叭形的后座，所述后座沿着圆周阵列开设出若干个粉料出口，所述钻杆靠近钻头的前部向外凸起形成喇叭形的喇叭壳，钻杆的内部安装可以转动的中空转轴,中空转轴的外部固定连接绞龙叶片，所述中空转轴位于喇叭壳内侧的位置处安装驱动粉料滚动的驱动涡轮，所述钻杆靠近钻头端部的一侧开设弧形的粉料入口。

3、在一个优选地实施方式中，所述喇叭壳的外壁向外翻转形成喇叭形分布的环裙板，所述环裙板的外径与所述钻头宽度最大处的外径相等设置。

4、在一个优选地实施方式中，所述中空转轴的内部贯穿安装输油管，所述输油管的顶端穿过后座并延伸至后座上方，所述输油管的底端穿过中空转轴并延伸至下方，所述输油管的底端转动连接有固定块，所述中空转轴的内壁靠近端部的位置处安装密封环块，所述输油管和所述中空转轴通过密封环块保持相对转动。

5、在一个优选地实施方式中，所述中空转轴的内壁底部位于密封环块下方的位置处固定设置内转动环，所述输油管对应内转动环的位置处固定安装外转动轮，所述内转动环和所述外转动轮相适配。

6、在一个优选地实施方式中，所述密封环块包括固定连接于中空转轴底部内壁上的固定环块，固定滑块的中部安装密封转动轴承，所述输油管穿过密封转动轴承并与固定环块转动连接。

7、在一个优选地实施方式中，所述中空转轴位于驱动涡轮下方的位置处安装防护壳，所述防护壳的内部安装有导向组件，所述导向组件包括棘轮和连接杆，所述安装在中空转轴端部外侧壁，所述连接杆的底部安装移动底座，所述移动底座安装在限位座内部，所述连接杆靠近棘轮的位置处安装棘爪。

8、在一个优选地实施方式中，所述输油管的底部相通连接有连接套筒，所述连接杆靠近连接套筒的位置处设置活塞套轴，所述活塞套轴部分位于所述连接套筒的内部，所述连接套筒和所述活塞套轴密封滑动连接。

9、在一个优选地实施方式中，所述限位座的两内侧壁均开设有t形限位槽，所述移动底座对应t形限位槽的位置处安装t形限位块，所述t形限位槽和所述t形限位块的结构相适配。

10、在一个优选地实施方式中，所述移动底座的底部安装移动轮，所述限位座的内部安装限位组件，所述限位组件包括若干个直线阵列分布的限位滚筒，所述限位滚筒通过两端的转轴安装在移动块上，处于同一侧的相邻两个移动块之间固定连接连接弹簧，所述限位座的内侧壁位于t形限位槽下方的位置处开设收纳槽，处于同一侧的移动块均位于靠近的收纳槽内部。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

12、1、通过本发明设计的整体结构，与现有技术直接用钻头钻孔的方式相比，本发明设计的环裙板可以将钻孔时产生的煤屑和钻渣收集并通过中空转轴、绞龙叶片和钻杆的共同配合，将钻孔时产生煤屑和钻渣通过钻杆快速输送到后方并排出，从而使得钻头钻孔时孔内钻渣量少，提高排渣能力，提高钻孔成形率。

13、2、通过设置钻杆、中空转轴和输油管，并搭配相适配的内转动环和外转动轮，使得中空转轴和钻杆的转动方向，也即，钻孔产生的煤屑与钻渣在被钻头钻出后，中空转轴带动绞龙叶片、中空转轴保持相反的转动方向，当煤屑和钻渣在钻头转动随着钻杆转动方向进入喇叭壳内部，并被驱动涡轮搅动从而反向流动，进入钻杆内部并被绞龙叶片带动着向尾部移动，提高排渣效率。

14、3、当钻渣进入钻杆内部时，由于钻渣在进入喇叭壳内部时的转动方向与中空转轴的转动方向相反，而钻渣本身有大有小，较大的钻渣在刚进入时存在较大的动能，导致驱动涡轮和绞龙叶片存在反转的趋势，进而加速内转动环和外转动轮之间的机械磨损，通过设置棘轮和棘爪的相互配合，使得中空转轴转动时只能保持单向转动，避免驱动涡轮和绞龙叶片存在反转的趋势；当完成钻孔操作后，钻杆内部存在少量钻渣，通过连接套筒和活塞套轴之间的配合，可以改变棘爪与棘轮的距离，当棘爪脱离棘轮后，中空转轴的转动方向不会被限制，此时，可以通过反向转动钻杆，加速钻杆内部的钻渣脱离速率。

技术特征：

1.一种应用于防治冲击地压的专用钻头，包括钻杆（1）和泄压钻孔的钻头（2），所述钻杆（1）和所述钻头（2）固定连接，其特征在于：所述钻杆（1）的尾部向外凸起形成喇叭形的后座（10），所述后座（10）沿着圆周阵列开设出若干个粉料出口（11），所述钻杆（1）靠近钻头（2）的前部向外凸起形成喇叭形的喇叭壳（7），钻杆（1）的内部安装可以转动的中空转轴（3）,中空转轴（3）的外部固定连接绞龙叶片（4），所述中空转轴（3）位于喇叭壳（7）内侧的位置处安装驱动粉料滚动的驱动涡轮（5），所述钻杆（1）靠近钻头（2）端部的一侧开设弧形的粉料入口（9）。

2.根据权利要求1所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述喇叭壳（7）的外壁向外翻转形成喇叭形分布的环裙板（8），所述环裙板（8）的外径与所述钻头（2）宽度最大处的外径相等设置。

3.根据权利要求1所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述中空转轴（3）的内部贯穿安装输油管（12），所述输油管（12）的顶端穿过后座（10）并延伸至后座（10）上方，所述输油管（12）的底端穿过中空转轴（3）并延伸至下方，所述输油管（12）的底端转动连接有固定块，所述中空转轴（3）的内壁靠近端部的位置处安装密封环块（27），所述输油管（12）和所述中空转轴（3）通过密封环块（27）保持相对转动。

4.根据权利要求3所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述中空转轴（3）的内壁底部位于密封环块（27）下方的位置处固定设置内转动环（28），所述输油管（12）对应内转动环（28）的位置处固定安装外转动轮（29），所述内转动环（28）和所述外转动轮（29）相适配。

5.根据权利要求4所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述密封环块（27）包括固定连接于中空转轴（3）底部内壁上的固定环块，固定滑块的中部安装密封转动轴承，所述输油管（12）穿过密封转动轴承并与固定环块转动连接。

6.根据权利要求3所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述中空转轴（3）位于驱动涡轮（5）下方的位置处安装防护壳（6），所述防护壳（6）的内部安装有导向组件，所述导向组件包括棘轮（13）和连接杆（15），所述安装在中空转轴（3）端部外侧壁，所述连接杆（15）的底部安装移动底座（18），所述移动底座（18）安装在限位座（19）内部，所述连接杆（15）靠近棘轮（13）的位置处安装棘爪（14）。

7.根据权利要求6所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述输油管（12）的底部相通连接有连接套筒（16），所述连接杆（15）靠近连接套筒（16）的位置处设置活塞套轴（17），所述活塞套轴（17）部分位于所述连接套筒（16）的内部，所述连接套筒（16）和所述活塞套轴（17）密封滑动连接。

8.根据权利要求7所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述限位座（19）的两内侧壁均开设有t形限位槽（25），所述移动底座（18）对应t形限位槽（25）的位置处安装t形限位块（26），所述t形限位槽（25）和所述t形限位块（26）的结构相适配。

9.根据权利要求8所述的一种应用于防治冲击地压的专用钻头，其特征在于：所述移动底座（18）的底部安装移动轮（20），所述限位座（19）的内部安装限位组件，所述限位组件包括若干个直线阵列分布的限位滚筒（21），所述限位滚筒（21）通过两端的转轴安装在移动块（22）上，处于同一侧的相邻两个移动块（22）之间固定连接连接弹簧（23），所述限位座（19）的内侧壁位于t形限位槽（25）下方的位置处开设收纳槽（24），处于同一侧的移动块（22）均位于靠近的收纳槽（24）内部。

技术总结
本发明公开了一种应用于防治冲击地压的专用钻头，属于矿井钻孔设备技术领域，包括钻杆和泄压钻孔的钻头，所述钻杆和所述钻头固定连接，所述钻杆的尾部向外凸起形成喇叭形的后座，所述后座沿着圆周阵列开设出若干个粉料出口，所述钻杆靠近钻头的前部向外凸起形成喇叭形的喇叭壳，钻杆的内部安装可以转动的中空转轴,中空转轴的外部固定连接绞龙叶片。本发明通过环裙板可以将钻孔时产生的煤屑和钻渣收集，并通过中空转轴、绞龙叶片和钻杆的共同配合，将钻孔时产生煤屑和钻渣通过钻杆快速输送到后方并排出，从而使得钻头钻孔时孔内钻渣量少，提高排渣能力，提高钻孔成形率。

技术研发人员：张俊文,吴少康,宋治祥,张杨,范文兵,董续凯,张际涛,陈志松
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15