本發(fā)明屬于煤炭開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，涉及煤炭正式開(kāi)采前預(yù)抽采瓦斯通道施工過(guò)程中的設(shè)備，特別涉及預(yù)抽采瓦斯通道的鉆割和施工過(guò)程中鉆孔內(nèi)噴出的瓦斯、粉塵的有效收集。

背景技術(shù)：

煤礦瓦斯、粉塵事故是井下的重大災(zāi)害之一，若發(fā)生瓦斯、粉塵事故，不僅會(huì)嚴(yán)重破壞生產(chǎn)環(huán)境，而且會(huì)造成人員傷亡，給人民、企業(yè)、國(guó)家造成巨大的損失，因此，消除瓦斯超限和粉塵是預(yù)防瓦斯、粉塵事故的前提條件，也是礦井安全生產(chǎn)的重要保障之一。然而，由于地質(zhì)沉積作用，煤層中積壓了大量的瓦斯等有毒有害氣體，為了實(shí)現(xiàn)安全采掘，通常情況下，采掘前首先要布置專用瓦斯抽采坑道，采用坑道鉆機(jī)施工抽采鉆孔提前實(shí)施瓦斯抽采，待抽采達(dá)標(biāo)后，方能開(kāi)始采掘煤炭。

瓦斯抽采坑道的施工通常包括鉆孔和割裂煤層等多道工序。具體方法是使用坑道鉆機(jī)先施鉆一定深度的鉆孔，然后將鉆桿換成用于割裂煤層的專用鉆桿后再伸進(jìn)鉆孔內(nèi)需要割裂的煤層位置，接著采用高壓水割裂煤層。為了達(dá)到良好的瓦斯預(yù)抽采效果，通常要求鉆孔具有一定的深度，并且鉆孔的不同深度位置需要割裂煤層，這就需要反復(fù)將鉆桿從鉆孔中退出并反復(fù)更換鉆孔鉆桿和割裂煤層的專用鉆桿。該鉆桿更換過(guò)程會(huì)占用大量的工程時(shí)間，影響工程進(jìn)度。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于有些工程工期緊張或者其他原因，也可以采用僅鉆孔而不切割的施工方式，但是采用這種方式所布置的抽采坑道其瓦斯抽采率很低。目前還沒(méi)有既能保證工期又能使抽采坑道效果明顯的方法。

同時(shí)，在施工抽采鉆孔過(guò)程中，特別是許多礦井進(jìn)入深部水平后，煤層瓦斯含量、壓力都將增大，施鉆噴孔、甚至鉆孔延時(shí)噴孔造成的瓦斯超限不安全問(wèn)題，鉆孔垮孔問(wèn)題也越來(lái)越突出，為了克服垮孔和瓦斯超限問(wèn)題，不得不采取壓風(fēng)排粉施工工藝，然而粉塵危害又成了新的難題。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，并沒(méi)有針對(duì)這一嚴(yán)重問(wèn)題的專用瓦斯、粉塵處理設(shè)備，因此施鉆過(guò)程中大量瓦斯、粉塵仍然會(huì)被釋放在坑道中，造成嚴(yán)重的瓦斯超限、粉塵超標(biāo)安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的鉆桿施工過(guò)程中頻繁切換不同功能的鉆桿導(dǎo)致效率低下和施鉆出現(xiàn)瓦斯超限和粉塵危害的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種礦井高效率鉆桿。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種礦井高效率鉆桿，設(shè)置有鉆割頭，連接桿，吸塵桿，連接桿一端連接鉆割頭，另一端連接吸塵桿。

鉆割頭包括鉆頭、鉆頭桿主體、鉆頭水腔、鉆頭連接母頭、高壓噴流孔、水腔封孔塞和換塞繩；鉆頭和鉆頭連接母頭分別設(shè)置在鉆頭桿主體的兩端，鉆頭水腔設(shè)置在鉆頭桿主體的軸向中心位置并貫穿鉆頭桿主體，其一端為錐形通孔，高壓噴流孔設(shè)置在鉆頭桿主體上并貫穿鉆頭桿主體，水腔封孔塞設(shè)置于水腔內(nèi)，其形狀與鉆頭水腔的錐形通孔相匹配，其截面處最大直徑小于鉆頭水腔的直徑，換塞繩與水腔封孔塞相連且足夠長(zhǎng)。

連接桿設(shè)置有連接桿水腔桿壁、連接桿氣腔桿壁、連接桿水腔、高壓氣腔、連接桿連接公頭和連接桿連接母頭；連接桿水腔在連接桿水腔桿壁內(nèi)部，高壓氣腔在連接桿水腔桿壁與連接桿氣腔桿壁之間；連接桿連接公頭和連接桿連接母頭分別設(shè)置在連接桿的兩端，連接桿連接母頭包括設(shè)置于連接桿水腔桿壁一端的連接桿水腔連接母頭和設(shè)置于連接桿氣腔桿壁同一端的連接桿氣腔連接母頭；優(yōu)選的，連接桿水腔桿壁設(shè)計(jì)為管狀形。

吸塵桿設(shè)置有吸塵桿水腔桿壁、吸塵桿出氣腔桿壁、吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁、吸塵桿水腔、高壓進(jìn)氣腔、高壓出氣腔、吸塵孔、固定銷；吸塵桿水腔在吸塵桿水腔桿壁內(nèi)部，高壓進(jìn)氣腔設(shè)置于吸塵桿水腔桿壁與進(jìn)氣腔桿壁之間，高壓出氣腔設(shè)置于進(jìn)氣腔桿壁與出氣腔桿壁之間；吸塵桿水腔桿壁兩端設(shè)置有相互匹配的吸塵桿水腔桿壁連接公頭和吸塵桿水腔桿壁連接母頭，吸塵桿出氣腔桿壁兩端設(shè)置有相互匹配的吸塵桿出氣腔桿壁連接公頭和吸塵桿出氣腔桿壁連接母頭，吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁兩端設(shè)置有相互匹配的吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁連接公頭和吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁連接母頭；吸塵孔設(shè)置在吸塵桿出氣腔桿壁上，優(yōu)選的，其軸線方向與其和吸塵桿出氣腔連接公頭的連線成銳角，所述銳角角度為30°；固定銷用于固定各桿壁，使各桿壁相對(duì)位置固定；優(yōu)選的，吸塵桿水腔桿壁設(shè)計(jì)為管狀形；優(yōu)選的，吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁設(shè)計(jì)為管狀形。

鉆頭連接母頭與連接桿連接公頭相匹配；連接桿水腔連接母頭與吸塵桿水腔連接公頭相匹配，連接桿氣腔連接母頭與吸塵桿出氣腔連接公頭相匹配。

由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明所提供的多功能鉆桿設(shè)有高壓噴流孔、水腔、吸塵孔和進(jìn)出氣腔，其不僅能實(shí)現(xiàn)鉆割功能的切換，在施鉆同時(shí)還能對(duì)粉塵和瓦斯進(jìn)行收集，有效的解決了鉆桿施工過(guò)程中頻繁切換不同功能的鉆桿導(dǎo)致效率低下和施鉆出現(xiàn)瓦斯超限和粉塵危害的問(wèn)題。其工作原理是：水腔內(nèi)工作液體保持常壓時(shí)，鉆桿進(jìn)行鉆孔；對(duì)水腔內(nèi)工作液體施加高壓時(shí)，液體從高壓噴流孔高速噴出對(duì)煤層進(jìn)行切割；在鉆孔或是切割煤層的同時(shí)，向高壓進(jìn)氣腔通入高壓氣體，高壓氣體從高壓出氣腔流出，形成氣流循環(huán)，粉塵和瓦斯通過(guò)吸塵孔吸入該氣流循環(huán)系統(tǒng)從而被排除。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體縱向剖視圖；

圖2是鉆割頭的縱向剖視圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是連接桿的縱向剖視圖；

圖5是圖4的B-B剖視圖；

圖6是吸塵桿的縱向剖視圖；

圖7是圖6的C-C剖視圖。

1、鉆割頭；1.1、鉆頭；1.2、鉆頭桿主體；1.3、鉆頭水腔；1.4、鉆頭連接母頭；1.5、高壓噴流孔；1.6、水腔封孔塞；1.7換塞繩；2、連接桿；2.1、連接桿水腔桿壁；2.2、連接桿氣腔桿壁；2.3、連接桿水腔；2.4、高壓氣腔；2.5、連接桿連接公頭；2.6、連接桿連接母頭；2.6.1連接桿水腔連接母頭；2.6.2連接桿氣腔連接母頭；3、吸塵桿；3.1、吸塵桿水腔桿壁；3.2、吸塵桿出氣腔桿壁；3.12、吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁；3.3、吸塵桿水腔；3.4、高壓進(jìn)氣腔；3.5、高壓出氣腔；3.6、吸塵孔；3.7、吸塵桿連接公頭；3.7.1、吸塵桿水腔連接公頭；3.7.12、吸塵桿進(jìn)氣腔連接公頭；3.7.2、吸塵桿出氣腔連接公頭；3.8、吸塵桿連接母頭；3.8.1、吸塵桿水腔連接母頭；3.8.12、吸塵桿進(jìn)氣腔連接母頭；3.8.2、吸塵桿出氣腔連接母頭；4、固定銷。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，一種礦井高效率鉆桿，設(shè)置有鉆割頭1，連接桿2，吸塵桿3，連接桿2一端連接鉆割頭1，另一端連接吸塵桿3。

鉆割頭1包括鉆頭1.1、鉆頭桿主體1.2、鉆頭水腔1.3、鉆頭連接母頭1.4、高壓噴流孔1.5、水腔封孔塞1.6和換塞繩1.7；鉆頭1.1和鉆頭連接母頭1.4分別設(shè)置在鉆頭桿主體1.2的兩端，鉆頭水腔1.3設(shè)置在鉆頭桿主體1.2的軸向中心位置并貫穿鉆頭桿主體1.2，其一端為錐形通孔，高壓噴流孔1.5設(shè)置在鉆頭桿主體1.2上并貫穿鉆頭桿主體1.2，水腔封孔塞1.6設(shè)置于水腔內(nèi)，其形狀與鉆頭水腔1.3的錐形通孔相匹配，其截面處最大直徑小于鉆頭水腔1.3的直徑，換塞繩1.7與水腔封孔塞1.6相連。

施工過(guò)程中，當(dāng)需要垂直鉆孔時(shí)，鉆頭水腔1.3內(nèi)的工作液體保持常壓，水腔封孔塞1.6未將鉆頭水腔1.3的錐形通孔堵塞，工作液體從錐形通孔流出，鉆桿進(jìn)行垂直鉆孔；當(dāng)需要水平割裂煤層時(shí)，鉆桿停止鉆孔，然后對(duì)水腔內(nèi)的工作液體施加高壓，水腔封孔塞1.6受高壓液體的壓迫將鉆頭水腔1.3的錐形孔封堵，工作液體從高壓噴流孔1.5內(nèi)濺射出，完成對(duì)煤層的割裂，據(jù)實(shí)際測(cè)算，液體壓強(qiáng)在8-10Pa時(shí)，能達(dá)到預(yù)期切割效果，即通過(guò)對(duì)水腔內(nèi)工作液體壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔與割裂兩種工作模式的切換。由于水腔封孔塞1.6經(jīng)常 受到高壓壓迫，其密封效果較易受到損壞，進(jìn)而使切割功能不能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)可通過(guò)換塞繩1.7更換水腔封孔塞1.6，避免了將整個(gè)鉆桿退出鉆孔更換水腔封孔塞1.6而耽誤大量時(shí)間，亦提高了工作效率。

如圖4所示，連接桿2設(shè)置有連接桿水腔桿壁2.1、連接桿氣腔桿壁2.2、連接桿水腔2.3、高壓氣腔2.4、連接桿連接公頭2.5和連接桿連接母頭2.6；連接桿水腔2.3在連接桿水腔桿壁2.1內(nèi)部，高壓氣腔2.4在連接桿水腔桿壁2.1與連接桿氣腔桿壁2.2之間；連接桿連接公頭2.5和連接桿連接母頭2.6分別設(shè)置在連接桿2的兩端，連接桿連接母頭2.6包括設(shè)置于連接桿水腔桿壁2.1一端的連接桿水腔連接母頭2.6.1和設(shè)置于連接桿氣腔桿壁2.2同一端的連接桿氣腔連接母頭2.6.2；優(yōu)選的，連接桿水腔桿壁2.1設(shè)計(jì)為管狀形，以減小其在鉆孔時(shí)所受的空氣阻力。

連接桿2用于連接鉆割頭1和吸塵桿3，當(dāng)連接桿連接公頭2.5與鉆頭連接母頭1.4連接后，連接桿水腔2.3與鉆頭水腔1.3貫通，連接桿水腔2.3用于將吸塵桿3輸送來(lái)的工作液體輸送給鉆頭水腔1.3；同時(shí)，高壓氣腔2.4將吸塵桿3的高壓進(jìn)氣腔3.4和高壓出氣腔3.5連通，以形成氣流循環(huán)。

如圖6所示，吸塵桿3設(shè)置有吸塵桿水腔桿壁3.1、吸塵桿出氣腔桿壁3.2、吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁3.12、吸塵桿水腔3.3、高壓進(jìn)氣腔3.4、高壓出氣腔3.5、吸塵孔3.6、固定銷4；吸塵桿水腔3.3在吸塵桿水腔桿壁3.1內(nèi)部，高壓進(jìn)氣腔3.4設(shè)置于吸塵桿水腔桿壁3.1與進(jìn)氣腔桿壁3.12之間，高壓出氣腔3.5設(shè)置于進(jìn)氣腔桿壁3.12與出氣腔桿壁3.2之間；吸塵桿水腔桿壁3.1兩端設(shè)置有相互匹配的吸塵桿水腔桿壁連接公頭3.7.1和吸塵桿水腔桿壁連接母頭3.8.1，吸塵桿出氣腔桿壁3.2兩端設(shè)置有相互匹配的吸塵桿出氣腔桿壁連接公頭3.7.2和吸塵桿出氣腔桿壁連接母頭3.8.2，吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁3.12兩端設(shè)置有相互匹配的吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁連接公頭3.7.12和吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁連接母頭3.8.12，由于設(shè)置于吸塵桿3兩端的連接公頭與相應(yīng)的連接母頭匹配，可以通過(guò)增加吸塵桿3的數(shù)量來(lái)控制整個(gè)鉆桿的長(zhǎng)度；吸塵孔3.6設(shè)置在吸塵桿出氣腔桿壁3.2上，優(yōu)選的，其軸線方向與其和吸塵桿出氣腔連接公頭3.7.2的連線成銳角，進(jìn)一步的，該銳角為30度，以增強(qiáng)其吸塵吸氣效果；固定銷4用于固定各桿壁，使各桿壁相對(duì)位置固定；優(yōu)選的，吸塵桿水腔桿壁3.1設(shè)計(jì)為管狀形，吸塵桿進(jìn)氣腔桿壁3.12設(shè)計(jì)為管狀形，以減小其鉆孔過(guò)程中的空氣阻力。

吸塵桿連接公頭3.7與連接桿連接母頭2.6連接后，吸塵桿水腔3.3與連接桿水腔2.3連通，吸塵桿水腔3.3內(nèi)的工作液體輸送至連接桿水腔2.3；同時(shí)，高壓進(jìn)氣腔3.4與高壓出氣腔3.5通過(guò)高壓氣腔2.4連通，從高壓進(jìn)氣腔3.4通入高壓氣體，高壓氣體到達(dá)高壓氣腔2.4后，從高壓出氣腔3.5返回，形成氣流循環(huán)，由于高速氣流氣壓低，粉塵和瓦斯通過(guò) 吸塵孔3.6被吸附進(jìn)入該氣流循環(huán)，從而被排除。

鉆頭連接母頭1.4與連接桿連接公頭2.5相匹配；連接桿水腔連接母頭2.6.1與吸塵桿水腔連接公頭3.7.1相匹配，連接桿氣腔連接母頭2.6.2與吸塵桿出氣腔連接公頭3.7.2相匹配，鉆割頭1、連接桿2和吸塵桿3通過(guò)這些相互匹配的連接公頭與連接母頭兩兩連接。

本發(fā)明的工作原理是：連接桿將鉆割頭與吸塵桿連接后，設(shè)計(jì)于三者軸內(nèi)部的水腔連通，進(jìn)氣腔與出氣腔通過(guò)高壓氣腔連通。在整個(gè)施工過(guò)程中，對(duì)高壓進(jìn)氣腔通入高壓氣體，高壓氣體到達(dá)高壓氣腔后，從高壓出氣腔返回，形成氣流循環(huán)，由于高速氣流氣壓低，粉塵和瓦斯通過(guò)吸塵孔被吸附進(jìn)入該氣流循環(huán)，從而被排除；而對(duì)鉆孔與割裂兩種工作模式的切換則通過(guò)對(duì)水腔內(nèi)工作液體壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)需要垂直鉆孔時(shí)，鉆頭水腔1.3內(nèi)的工作液體保持常壓，此時(shí)水腔封孔塞1.6未將鉆頭水腔1.3的錐形孔堵塞，工作液體從錐形孔流出，鉆桿進(jìn)行垂直鉆孔；當(dāng)需要水平割裂煤層時(shí)，鉆桿停止鉆孔，然后對(duì)水腔內(nèi)的工作液體施加高壓，水腔封孔塞1.6受高壓液體的壓迫將鉆頭水腔1.3的錐形孔封堵，工作液體從高壓噴流孔1.5內(nèi)濺射出，完成對(duì)煤層的割裂，據(jù)實(shí)際測(cè)算，液體壓強(qiáng)在8-10Pa時(shí)，能達(dá)到預(yù)期切割效果；同時(shí)，由于水腔封孔塞1.6經(jīng)常受到高壓壓迫，其密封效果較易受到損壞，進(jìn)而使切割功能不能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)可通過(guò)換塞繩1.7更換水腔封孔塞1.6，避免了將整個(gè)鉆桿退出鉆孔更換水腔封孔塞1.6而耽誤大量時(shí)間，亦提高了工作效率。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。