一种应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具的制作方法

本申请涉及到矿山机械，尤其涉及到一种应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具。

背景技术：

1、沿空留巷开采是为了回收传统采矿方式中留设的保护煤柱，将上一区段的巷道留给下一个区段使用的绿色采煤工艺，可以最大限度回收煤炭资源，避免留设煤柱形成的煤炭损失，其中每米平均多采煤9.45吨，节约煤炭资源并避免浪费，并可以少掘进一条巷道节约成本至少3500元/米。

2、在开采下一区段时，为防止顶板形变，需要对沿空留巷进行顶板切顶卸压，而不同的切顶角度对煤柱应力分布和巷道变形有着显著影响，‌切顶角度的选择直接关系到卸压效果和巷道结构的稳定性。例如：‌通过‌数值模拟分析发现，在含水层巷道中‌切顶角度（相对于水平面）在85°到60°之间时，‌煤柱角度应力呈现“驼峰”趋势，‌特别是在55°和50°的角度下，‌煤柱应力峰值点3 m处的角度应力小于峰值点7 m处的角度应力，‌这表明适当的切顶角度可以有效降低围岩应力，‌满足工作面正常回采的需求。‌

3、在复合顶板条件下，最优切顶高度为7米，‌相对于水平面的垂直方向最优切顶角度为15°，‌采用这一角度进行切顶卸压后，‌巷道的控制效果显著，‌顶底板移近量和巷帮位移均保持在稳定状态，为沿空留巷节约煤炭开采奠定基础。

4、切顶高度和‌最优切顶角度，是通过钻设的切顶卸压钻孔实现的，在顶板上的钻孔的孔深和钻入角度就是最终的切顶高度和切顶角度。然而，实际钻孔与理论设计方向往往会产生不一致的偏斜变化。如果钻孔产生的偏斜度很小，其影响是不大的；假如偏斜度严重发展，不仅对钻进质量，钻进效率等方面产生不良的影响，而且会严重影响切顶卸压的最优切顶高度和‌最优切顶角度，使巷道顶板不稳定，加剧巷道支护成本，不利于节约开采的同时还对存在安全隐患。所以，不得不对孔斜由发生到处理等一系列技术问题加以掌握，以便在深孔中将孔斜控制在规程要求的容许偏差值内。并且，现有小角度倾斜钻进设备，在逐渐钻进过程中，钻渣顺势而落，钻渣直接掉落至旋转机上，对现场施工人员的身体健康以及旋钻设备造成损伤，同时随着钻进深度的不断增加，掉落的钻渣漂浮量较大，致使施工场景大大污染，不符合绿色施工标准需求。

技术实现思路

1、本申请提供了一种应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，降低设备损坏率，节约施工运维成本，在确保钻孔精准性的同时，加快施工进程，同时保障工况环境处于较优状态。

2、本申请，提供了一种应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，包括装配在旋挖机上的调节臂、沿所述调节臂旋转行进的动力头、装配在所述动力头上的钻杆、以及连接在所述钻杆端部的定向钻具；

3、所述定向钻具包括：连接在所述钻杆顶端的定向钻筒、以及连接在所述钻杆上且位于所述定向钻筒下方的扩孔钻筒；其中，所述定向钻筒和所述扩孔钻筒之间连接有加强导向筒，所述加强导向筒的内部沿高度方向设置有环绕所述钻杆上部的热卷弹簧，所述热卷弹簧和所述加强导向筒相同的第一端与所述定向钻筒固定连接，所述热卷弹簧和所述加强导向筒相同的第二端通过双列滚子轴承与所述扩孔钻筒转动连接；

4、所述定向钻筒和所述扩孔钻筒均为锥形钻筒，且所述定向钻筒的直径小于所述扩孔钻筒的直径，所述定向钻筒和所述扩孔钻筒均沿周向设置有多个卸料孔；

5、所述定向钻具还包括钻孔封堵导向装置；所述钻孔封堵导向装置包括：滑动装配在所述钻杆上的定位块，以及连接所述定位块的封堵导向板；所述封堵导向板的第一侧与所述定位块铰接连接，所述封堵导向板的第二侧通过拉簧与所述定位块连接，且所述调节臂的顶端装配有用于抵压所述封堵导向板位于第一设定状态和第二设定状态的伸缩杆机构；

6、所述定位块上开设有与所述钻杆的倾斜行进角度相适配的斜孔，所述斜孔的内壁周向设置有多列万向滚珠；所述封堵导向板通过球形轴套装连接在所述钻杆上；

7、在所述伸缩杆机构驱动所述封堵导向板位于所述第一设定状态时，所述封堵导向板水平封堵在钻孔底部，所述钻孔的内部钻渣存留在所述钻孔内部并包围所述钻杆进行摩擦定位导向；

8、在所述伸缩杆机构驱动所述封堵导向板位于所述第二设定状态时，所述封堵导向板的第二侧向下倾斜朝向所述旋挖机的端部。

9、本申请中，通过采用述加强导向筒连接在定向钻筒和扩孔钻筒之间，热卷弹簧能够有效消抵钻进时产生的扭曲挠度，保护设备的长久运行，节约施工过程中的运维成本。同时采用封堵导向板存留钻渣在钻孔当中包围钻杆进行导向防护，在提供有效支点的同时，将钻孔孔斜率降低至合适范围；并且，在钻进过程中将钻渣进行存留，可实际性将浮尘进行沉降，并通过导流方式将钻渣由低位引流至旋钻机前端，保证设备的安全运行性，对施工人员身体健康危害性较小，掉落产生的浮尘量较小，保障施工环境处于绿色施工标准范围内。

10、在一个具体的可实施方案中，所述旋挖机的底部设置有履带行进机构，且所述旋挖机上装配有用于调节所述调节臂倾斜角度的液压伸缩杆，且所述液压伸缩杆连接所述旋挖机的液压系统。应对不同施工工况。

11、在一个具体的可实施方案中，所述旋挖机的前后两端均装配有液压支撑腿。钻孔施工过程中调平处理。

12、在一个具体的可实施方案中，所述钻杆的顶端通过十字错位交叉的第一连接销组件连接所述定向钻筒的钻头方套。保证连接稳定性。

13、在一个具体的可实施方案中，所述钻头方套上相对设置有l形连接板，所述l形连接板通过u形卡环连接所述热卷弹簧的顶端。实现双重连接，增强稳定连接性。

14、在一个具体的可实施方案中，所述扩孔钻筒的顶端开设有与所述加强导向筒相配合的定位孔。加强连接导向的稳定性。

15、在一个具体的可实施方案中，所述钻杆通过十字错位交叉的第二连接销组件连接所述扩孔钻筒。保证与导向钻筒同步运转的稳定性。

16、在一个具体的可实施方案中，所述双列滚子轴承固定装配在所述扩孔钻筒的底部，且所述加强导向筒和所述热卷弹簧的底端均与所述双列滚子轴承的外套固定连接。消抵弯曲饶度产生时的振动性，确保设备安全运行。

17、在一个具体的可实施方案中，所述斜孔的倾斜角度为15°。匹配性提高孔斜控制效果。

18、在一个具体的可实施方案中，所述扩孔钻筒的下部周向设置多个第一长条卸料孔，所述定向钻筒的下部周向设置多个第二长条卸料孔；

19、在所述伸缩杆机构驱动所述封堵导向板位于所述第一设定状态时，所述定向钻筒内部的钻渣通过所述多个第二长条卸料孔进入所述扩孔钻筒的内部后，所述扩孔钻筒内部的钻渣通过所述多个第一长条卸料孔进入所述钻孔的内部，并由所述封堵导向板封堵所述钻孔底部并沿钻进深度至少存留1/3的钻渣。采用钻渣存留提供支点，将孔斜偏差率控制在可靠范围内。

技术特征：

1.一种应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，包括装配在旋挖机上的调节臂、沿所述调节臂旋转行进的动力头、装配在所述动力头上的钻杆、以及连接在所述钻杆端部的定向钻具；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述旋挖机的底部设置有履带行进机构，且所述旋挖机上装配有用于调节所述调节臂倾斜角度的液压伸缩杆，且所述液压伸缩杆连接所述旋挖机的液压系统。

3.根据权利要求2所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述旋挖机的前后两端均装配有液压支撑腿。

4.根据权利要求3所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述钻杆的顶端通过十字错位交叉的第一连接销组件连接所述定向钻筒的钻头方套。

5.根据权利要求4所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述钻头方套上相对设置有l形连接板，所述l形连接板通过u形卡环连接所述热卷弹簧的顶端。

6.根据权利要求1所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述扩孔钻筒的顶端开设有与所述加强导向筒相配合的定位孔。

7.根据权利要求6所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述钻杆通过十字错位交叉的第二连接销组件连接所述扩孔钻筒。

8.根据权利要求7所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述双列滚子轴承固定装配在所述扩孔钻筒的底部，且所述加强导向筒和所述热卷弹簧的底端均与所述双列滚子轴承的外套固定连接。

9.根据权利要求1~8任一项所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述斜孔的倾斜角度为15°。

10.根据权利要求1~8任一项所述的应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，其特征在于，所述扩孔钻筒的下部周向设置多个第一长条卸料孔，所述定向钻筒的下部周向设置多个第二长条卸料孔；

技术总结
本申请提供了一种应用于矿山机械的切顶卸压定向钻具，定向钻具包括：连接在钻杆顶端的定向钻筒、以及扩孔钻筒；定向钻具还包括钻孔封堵导向装置；钻孔封堵导向装置包括：滑动装配在钻杆上的定位块，以及连接定位块的封堵导向板；封堵导向板的第一侧与定位块铰接连接，封堵导向板的第二侧通过拉簧与定位块连接，且调节臂的顶端装配有用于抵压封堵导向板位于第一设定状态和第二设定状态的伸缩杆机构。本申请中，通过采用述加强导向筒连接在定向钻筒和扩孔钻筒之间，能够有效消抵钻进时产生的扭曲挠度，增强连接稳定性，在控制孔斜状态的前提下，保证设备稳定运行，节约开采运维成本；同时采用存留钻渣进行导向防护，有效保护工况环境。

技术研发人员：廖洪波,郭海军,吕建华,尹波,何先文,朱强
受保护的技术使用者：四川川煤华荣能源有限责任公司小河嘴煤矿
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18