專利名稱：自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)變徑變徑鉆具，用于煤礦在突出危險(xiǎn)煤層施工大直徑防突措施鉆孔 和含瓦斯煤層施工大直徑抽放瓦斯鉆孔，消除直接施工大直徑鉆孔誘導(dǎo)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)， 提高防突效果和抽放瓦斯效果。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)煤礦瓦斯防治領(lǐng)域用變徑擴(kuò)孔鉆具主要有中國(guó)專利局申請(qǐng)?zhí)枮?6226431.8的 "變徑擴(kuò)孔鉆具"和申請(qǐng)?zhí)枮?3245809. 6的"自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具"。
"變徑擴(kuò)孔鉆具"發(fā)明人為王魁軍、蔡成功、辛新平、許昭澤。此鉆具目的是在突出煤 層施工大直徑防突措施鉆孔和施工大直徑抽放鉆孔、提高瓦斯抽放效果，在消除打大直徑鉆 孔的誘導(dǎo)瓦斯突出危險(xiǎn)問題的同時(shí)，保持孔口小孔徑，以利于抽放瓦斯鉆孔的封孔。該鉆具 由前鉆體、后鉆體、刀體、彈簧片、限位環(huán)等組成，在鉆進(jìn)時(shí)，固定爪、定位銷將刀體固定 在鉆體上；鉆孔打到孔底后，加大鉆機(jī)推力，將定位銷剪斷，并由彈簧將刀體彈開，刀體在 彈簧力和旋轉(zhuǎn)離心力作用下，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔作業(yè)。該鉆具需要剪切定位銷，每打一個(gè)鉆孔，需要 將鉆具拆開，更換定位銷，安裝工藝復(fù)雜，實(shí)用性稍差；而且，鉆打鉆過程中，需要掌握好 鉆機(jī)推力，對(duì)鉆工的技術(shù)操作水平要求過高，在向前鉆進(jìn)過程中誤剪定位銷時(shí)有發(fā)生。
"自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具"發(fā)明人為辛新平、史有才等，是一種煤礦井下施工瓦斯抽放孔的 自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，包括前鉆體、刀體、后鉆體、限位環(huán)、聯(lián)接螺母等組成，前鉆體與后鉆 體由限位環(huán)和聯(lián)接螺母連接，刀體由軸銷固定在前鉆體上，在后鉆體上設(shè)置有滑楔，正常鉆 進(jìn)時(shí)，滑楔頂在刀體尾部的內(nèi)壁，將刀體固定在后鉆體上，起鉆時(shí)，滑楔退出，刀體張開， 在旋轉(zhuǎn)離心力作用下實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔作業(yè)。該鉆具和"變徑卸煤鉆具" 一樣，單純靠旋轉(zhuǎn)離心力實(shí) 現(xiàn)擴(kuò)孔作業(yè)，擴(kuò)孔時(shí)間長(zhǎng)，鉆孔孔徑難以得到保證。
上述兩種擴(kuò)孔鉆具由于實(shí)用性等問題，至今未能在煤礦生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具擴(kuò)孔時(shí)間長(zhǎng)、鉆孔孔徑無法保證、實(shí)用性差的不足,本發(fā) 明提供一種提供一種全新原理、全新結(jié)構(gòu)的四連桿機(jī)構(gòu)自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，該擴(kuò)孔鉆具在不 需要其它輔助操作的情況下，能夠隨鉆機(jī)的前進(jìn)和后退，自動(dòng)實(shí)行擴(kuò)孔作業(yè)。
本發(fā)明解決實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變徑擴(kuò)孔作業(yè)所采用的技術(shù)方案是由前鉆體、后鉆體、支撐刀架、
截割刀架形成四連桿機(jī)構(gòu)(圖l)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。鉆具由前鉆體l、后鉆體2、連接螺母3、滑套 4、截割刀架5、支撐刀架6、連接銷7、開口銷8和硬質(zhì)合金截齒9等組成。連接螺母連接 前鉆體、后鉆體；連接銷和開口銷將滑套、截割刀架和支撐刀架固定在前、后鉆體上。支撐 刀架上的控制斜面，限制截割刀架和支撐刀架的最大張開角度，實(shí)現(xiàn)鉆具的設(shè)計(jì)擴(kuò)孔直徑。 前、后鉆體的旋轉(zhuǎn)通過前鉆體內(nèi)六方和后鉆體外六方傳遞，滑套和后鉆體的旋轉(zhuǎn)通過后鉆體上的鍵和滑套內(nèi)鍵槽來傳遞扭矩。該鉆具特點(diǎn)是 一次鉆進(jìn)，兩次成孔，即前進(jìn)時(shí)保持設(shè)計(jì) 的75咖到90 mm小直徑正常鉆孔孔徑；后退起鉆時(shí)， 一邊起鉆一邊擴(kuò)孔，施工150 mm到 300咖大直徑鉆孔。
擴(kuò)孔直徑可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)不同的控制斜面角度來實(shí)現(xiàn)系列鉆孔擴(kuò)孔直徑。 本發(fā)明的有益效果是鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)孔動(dòng)作可靠，可以在不需要任何輔助作業(yè)的情況
下，在鉆機(jī)前進(jìn)和后退作業(yè)是，自動(dòng)完成大小直徑變換，有效實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔作業(yè)，且鉆孔直徑有
充分保證。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具結(jié)構(gòu)和正常鉆進(jìn)作業(yè)工作狀態(tài)示意圖。正常鉆進(jìn)時(shí)，鉆具支撐 刀架前端硬質(zhì)合金截齒切割鉆頭截割后的鉆孔變形量，鉆孔直徑取決于鉆具直徑，鉆具直徑 設(shè)計(jì)有75 mm和90 mm兩種規(guī)格，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)系列直徑鉆具，但最小直徑受到零件強(qiáng)度要 求限制，不小于75 mm。
圖2是自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具起鉆擴(kuò)孔作業(yè)工作狀態(tài)示意圖。擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)，鉆具截割刀架上 的硬質(zhì)合金截齒截割鉆孔壁。擴(kuò)孔直徑設(shè)計(jì)有150、 200、 250、 300 mm等規(guī)格，可以根據(jù)實(shí) 際需要設(shè)計(jì)在150—300 mm之間任意規(guī)格；最大直徑受到鉆機(jī)能力限制，即和所用鉆機(jī)能力 相匹配， 一般不大于300 mm。
圖中l(wèi).前鉆體，2.后鉆體，3.連接螺母，4.滑套，5.截割刀架；6.支撐刀架，7.連接 銷，8.開口銷，9.硬質(zhì)合金截齒，IO.前鉆體控制斜面。
具體實(shí)施例方式
圖1為變徑擴(kuò)孔鉆具結(jié)構(gòu)和正常鉆進(jìn)作業(yè)工作狀態(tài)示意圖。在自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具前端安 裝直徑75—90mm的普通鉆頭。正常鉆進(jìn)時(shí)，后鉆體2在鉆機(jī)推力作用下，深深的插入前鉆體 l中，后鉆體2前部將支撐刀架6鎖定，支撐刀架抱緊在前鉆體1上，而支撐刀架6通過連 接銷7將截割刀架5抱緊在后鉆體1上，此時(shí)連桿機(jī)構(gòu)無法張開，此時(shí)的鉆孔直徑即為變徑 擴(kuò)孔鉆具的機(jī)械設(shè)計(jì)直徑，為75—90mm。
圖2為起鉆擴(kuò)孔作業(yè)鉆具作業(yè)工作狀態(tài)示意圖。起鉆時(shí)，在鉆機(jī)的起拔拉力作用下，后 鉆體2從前鉆體1中向后拉出25 — 30mm，截割刀架5和支撐刀架6在鉆孔孔壁阻力和旋轉(zhuǎn)離 心力作用下張開，滑套向前鉆體方向移動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)向外張開，截割刀架5在起拔拉力、鉆 孔孔壁阻力和旋轉(zhuǎn)離心力共同作用下，充分張開到設(shè)計(jì)最大直徑，此時(shí)， 一邊起鉆，截割刀 架一邊向后切割鉆孔孔壁，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔作業(yè)。
權(quán)利要求
1.本自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具的特征是由前鉆體、后鉆體、截割刀架、支撐刀架、連接螺母、滑套、連接銷、開口銷等組成。鉆具為前鉆體、后鉆體、截割刀架、支撐刀架組成的四連桿機(jī)構(gòu)，截割刀架、支撐刀架呈120度三翼分布。連接螺母連接前鉆體和后鉆體，連接銷和開口銷將滑套、截割刀架和支撐刀架固定在前后鉆體上，形成四連桿機(jī)構(gòu)；支撐刀架上的控制斜面，限制截割刀架和支撐刀架的最大張開角度，實(shí)現(xiàn)鉆具的設(shè)計(jì)擴(kuò)孔直徑；并通過設(shè)計(jì)不同角度的前鉆體控制斜面，設(shè)計(jì)出系列直徑(擴(kuò)孔直徑)的擴(kuò)孔鉆具。正常鉆進(jìn)時(shí)，在鉆機(jī)推力作用下，后鉆體插入前鉆體，鎖死支撐刀架，支撐刀架又鎖死截割刀架，將支撐刀架和截割刀架抱緊在前后鉆體上，實(shí)現(xiàn)小直徑正常鉆進(jìn)；當(dāng)鉆進(jìn)到孔底后，鉆機(jī)起鉆，在鉆機(jī)起拔拉力作用下，后鉆體由前鉆體中拉出25mm-30mm，支撐刀架和截割刀架被解鎖，截割刀架和支撐刀架在起拔拉力、旋轉(zhuǎn)離心力和鉆孔孔壁阻力共同作用下張開，實(shí)現(xiàn)起鉆擴(kuò)孔；一次完成大直徑鉆孔施工成孔作業(yè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述fi動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征是由前鉆體、后鉆體、截割刀架、 支撐刀架組成的四連桿機(jī)構(gòu)。向前鉆進(jìn)時(shí)為小直徑；后退起鉆時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔作業(yè)，鉆孔 直徑成為設(shè)計(jì)的150-300 ■大直徑鉆孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征是應(yīng)用鉆機(jī)的推力，將后鉆體插入 前鉆體，由后鉆體將支撐刀架及截割刀架固定在前后鉆體上，正常鉆進(jìn)狀態(tài)，鉆具不能張開； 起鉆時(shí)，后鉆體由前鉆體中拉出25mm—30mm，支撐刀架和截割刀架被解鎖，截割刀架和支撐 刀架在旋轉(zhuǎn)離心力和起拔拉力共同作用下張開，實(shí)現(xiàn)起鉆擴(kuò)孔； 一次完成大直徑鉆孔施工。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征是應(yīng)用帶鍵槽的滑套，通過滑套在后鉆體上的滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連桿刀架機(jī)構(gòu)的張開，完成起鉆時(shí)的擴(kuò)孔作業(yè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征是滑套采用三花鍵傳遞扭矩和固定位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變徑擴(kuò)孔鉆具，其特征是設(shè)計(jì)不同角度的支撐刀架控制斜面角度，限制連桿刀架機(jī)構(gòu)張開的最大角度，實(shí)現(xiàn)系列成孔直徑的擴(kuò)孔鉆具。
全文摘要
一種自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具，用于煤礦在煤層中施工大直徑防突措施和抽放瓦斯鉆孔，消除一次施工大直徑鉆孔誘導(dǎo)突出危險(xiǎn)，提高防突措施效果和抽放瓦斯效果。本自動(dòng)變徑擴(kuò)孔鉆具由前鉆體、后鉆體、連接螺母、滑套、截割刀架、支撐刀架等組成(圖1)。正常鉆進(jìn)，通過后鉆體的插入，將支撐刀架和截割刀架固定在前、后鉆體上，由普通鉆頭鉆進(jìn)小直徑孔；擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)，在起拔拉力作用下，后鉆體由前鉆體中抽出一定距離，支撐刀架被解鎖，鉆具在鉆孔孔壁阻力、旋轉(zhuǎn)離心力作用下，滑套向后移動(dòng)，支撐刀架和截割刀架張開，實(shí)施起鉆擴(kuò)孔作業(yè)。在抽放鉆孔封孔段，鉆機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，直接拉出鉆具，形成孔口小直徑，有利于封孔。
文檔編號(hào)E21B10/32GK101315021SQ20071010667
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者蔡成功, 馬丕梁 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院