本實用新型涉及一種改善煤層鉆孔孔壁粗糙度的裝置，特別是關(guān)于一種提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置。

背景技術(shù)：

在煤礦井下，煤層瓦斯壓力測定、瓦斯抽采和煤層注水等工作均需要密封鉆孔，封孔器是一種常用的鉆孔密封裝置，其密封性能是上述工作成敗的關(guān)鍵。

封孔器一般由鋼絲網(wǎng)1層或多層、內(nèi)壁橡膠和外表面橡膠組成；通過向封孔器內(nèi)注入高壓膨脹液，封孔器膨脹，其外表面的橡膠與鉆孔孔壁接觸，阻礙流體（包括氣體和液體）滲透，實現(xiàn)密封功能。

在鉆孔施工過程中，由于鉆桿的晃動、煤質(zhì)松軟和鉆孔周圍應(yīng)力集中等原因，煤層鉆孔壁面往往比較粗糙，這必將影響封孔器對鉆孔的密封效果。

在公開的資料文獻(xiàn)上，有關(guān)鉆孔施工的研究主要集中在提高打鉆深度、預(yù)防鉆孔塌孔和有效排除鉆孔煤渣等方面，而關(guān)于如何提高鉆孔孔壁光滑性的研究，卻少有報道。

因此，為了進(jìn)一步提高封孔器的密封性能，應(yīng)用封孔器更加準(zhǔn)確的測定煤層瓦斯壓力、抽采出更高濃度的瓦斯和獲得更好的煤層注水效果，就需要施工出孔壁光滑的鉆孔；探索出一種能夠提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置就顯得尤為迫切。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種能夠提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置。

解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置，包括鉆機、鉆桿、通氣管、打磨裝置、氣體流向轉(zhuǎn)換器、壓風(fēng)裝置和電源；所述電源為鉆機供電，壓風(fēng)裝置為通氣管提供高壓氣體；所述鉆桿安裝在鉆機上，鉆桿的前端與打磨裝置密封連接；所述打磨裝置包括的膠皮套，以及設(shè)于膠皮套外部的鋼砂；所述通氣管依次軸向穿過鉆機、鉆桿和打磨裝置，其后端通過壓風(fēng)管連接壓風(fēng)裝置，前端從打磨裝置的前端伸出，其位于打磨裝置內(nèi)的部位安裝有氣體流向轉(zhuǎn)換器；使用時，鉆機通電轉(zhuǎn)動，鉆桿帶動打磨裝置旋轉(zhuǎn)，打開壓風(fēng)裝置，氣流進(jìn)入通氣管，在氣體流向轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)下，氣流產(chǎn)生兩種流向，一種為，氣流全部進(jìn)入膠皮套內(nèi)使其膨脹貼緊孔壁對孔壁旋轉(zhuǎn)打磨；另一種為，氣流從通氣管前端噴入鉆孔底部，膠皮套收縮，流入鉆孔底部的氣體將磨損的煤渣從膠皮套與鉆孔孔壁之間的縫隙攜帶出去，將煤渣排出孔外；兩種情況交替進(jìn)行，對鉆孔孔壁實施光滑性操作。

所述氣體流向轉(zhuǎn)換器包括變徑鋼管和常徑鋼管，常徑鋼管安裝在變徑鋼管的兩側(cè)，變徑鋼管的內(nèi)徑大于常徑鋼管的內(nèi)徑；常徑鋼管與通氣管的內(nèi)徑相同，且其兩端分別與通氣管連接；位于變徑鋼管兩側(cè)的常徑鋼管內(nèi)分別固設(shè)支架，支架之間連接有彈簧，所述彈簧的中部連接有活塞，以氣流流動方向為準(zhǔn)，位于變徑鋼管后方的常徑鋼管管壁上設(shè)置出氣孔；所述活塞在出氣孔與變徑鋼管之間的常徑鋼管以及變徑鋼管內(nèi)往復(fù)移動，實現(xiàn)氣流在進(jìn)入膠皮套和進(jìn)入鉆孔兩種情況之間轉(zhuǎn)換。

所述膠皮套為圓柱形，兩端口收縮，并由端面密封；兩端面的中心均設(shè)有能夠使通氣管穿過的通孔，兩端面的外緣沿徑向由內(nèi)向外依次設(shè)置環(huán)形聯(lián)接器和圓筒狀端頭，所述膠皮套的兩端包裹在端頭的外部并通過卡箍緊固密封，其中一端頭的遠(yuǎn)端設(shè)有內(nèi)螺紋，與鉆桿螺紋連接；所述鉆桿為麻花鉆桿。

所述膠皮套的表面噴灑了鋼砂，并用粘結(jié)劑粘結(jié)牢固。

所述鉆桿通過聯(lián)接器與電機連接，鉆桿的一端設(shè)有外螺紋，另一端設(shè)有安裝孔，安裝孔的孔壁設(shè)有銷孔，通過安裝孔與聯(lián)接器插接并用銷釘固定。

所述通氣管由安裝在膠皮套內(nèi)的鋼管、設(shè)置在鉆桿中心的軸向通氣孔以及與鉆機連接的空心聯(lián)接器通過密封軸承連接器首尾連接而成，可防止輸入的高壓氣體泄漏。

所述鉆機通過電纜連接電源，為其提供電動力，并且通過壓風(fēng)管連接壓風(fēng)裝置，壓風(fēng)管上設(shè)置開關(guān)。

一種提高煤層鉆孔孔壁光滑性的方法，具體步驟為：首先采用常規(guī)方法施工煤層鉆孔；退出打鉆裝備，將提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置的前端送入鉆孔，直至膠皮套所在部位到達(dá)需要改善孔壁光滑性的位置；接通電纜的電流，鉆機旋轉(zhuǎn)，并通過鉆桿帶動整個裝置旋轉(zhuǎn)；啟動開關(guān)，高壓氣體進(jìn)入通氣管，活塞在變徑鋼管和常徑鋼管內(nèi)周期性往復(fù)運移，當(dāng)活塞位于出氣孔和變徑鋼管之間的常徑鋼管內(nèi)時，高壓氣體進(jìn)入膠皮套，膠皮套膨脹并與孔壁緊密接觸，通過旋轉(zhuǎn)，其外部的鋼砂磨損孔壁凸出來煤體；當(dāng)活塞移動到變徑鋼管內(nèi)時，氣流通過通氣管進(jìn)入鉆孔前端，膠皮套收縮，氣流攜帶磨損的煤渣從膠皮套與鉆孔內(nèi)壁的間隙涌出。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供了一種專門用于提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置，可以在磨損鉆孔周圍煤體突出部位的同時，排除磨損下來的煤渣，將煤層鉆孔凹凸不平的表面變成光滑的表面；如果將封孔器放在該位置，必然具有很好的密封性能，并最終提高煤層瓦斯壓力測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、瓦斯抽采濃度和煤層注水的效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為氣體流向轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為支架的截面圖。

圖中標(biāo)記如下：1.鉆機，2.鉆桿，3.通氣管，4.打磨裝置，4-1. 膠皮套，4-2.鋼砂，4-3.前端連接器，4-4.后端連接器，4-5.前置端頭，4-6.后置端頭，5.氣體流向轉(zhuǎn)換器，5-1.后支架，5-2.后置彈簧，5-3.出氣孔，5-4.活塞，5-5.變徑鋼管，5-6.前置彈簧，5-7.前支架，5-8.常徑鋼管，6.壓風(fēng)管，7.開關(guān)，8.電纜，9.卡箍，10.密封軸承聯(lián)接器，11.聯(lián)接器，12.安裝孔，13.銷釘。

具體實施方式

如附圖1-3所示，一種提高煤層鉆孔孔壁光滑性的裝置，包括鉆機1、鉆桿2、通氣管3、打磨裝置4、氣體流向轉(zhuǎn)換器5、壓風(fēng)裝置和電源；所述電源為鉆機1供電，壓風(fēng)裝置為通氣管3提供高壓氣體；所述鉆桿2安裝在鉆機1上，鉆桿1的前端與打磨裝置4密封連接；所述打磨裝置4包括的膠皮套4-1，以及設(shè)于膠皮套4-1外部的鋼砂4-2；所述通氣管3依次軸向穿過鉆機1、鉆桿2和打磨裝置4，其后端通過壓風(fēng)管6連接壓風(fēng)裝置，前端從打磨裝置4的前端伸出，其位于打磨裝置4內(nèi)的部位安裝有氣體流向轉(zhuǎn)換器5；使用時，鉆機1通電轉(zhuǎn)動，鉆桿2帶動打磨裝置4旋轉(zhuǎn)，打開壓風(fēng)裝置，氣流進(jìn)入通氣管3，在氣體流向轉(zhuǎn)換器5的調(diào)節(jié)下，氣流產(chǎn)生兩種流向，一種為，氣流全部進(jìn)入膠皮套4-1內(nèi)使其膨脹貼緊孔壁對孔壁旋轉(zhuǎn)打磨；另一種為，氣流從通氣管3前端噴入鉆孔底部，膠皮套4-1收縮，流入鉆孔底部的氣體將磨損的煤渣從膠皮套4-1與鉆孔孔壁之間的縫隙攜帶出去，將煤渣排出孔外；兩種情況交替進(jìn)行，對鉆孔孔壁實施光滑性操作。

所述氣體流向轉(zhuǎn)換器5包括變徑鋼管5-5和常徑鋼管5-8，常徑鋼管5-8安裝在變徑鋼管5-5的兩側(cè)，變徑鋼管5-5的內(nèi)徑大于常徑鋼管8的內(nèi)徑；常徑鋼管5-8與通氣管3的內(nèi)徑相同，且其兩端分別與通氣管3連接；位于變徑鋼管5-5兩側(cè)的常徑鋼管5-8內(nèi)分別固設(shè)支架，支架之間連接有彈簧，所述彈簧的中部連接有活塞5-4，以氣流流動方向為準(zhǔn)，位于變徑鋼管5-5后方的常徑鋼管5-8管壁上設(shè)置出氣孔5-3；所述活塞5-4在出氣孔5-3與變徑鋼管5-5之間的常徑鋼管5-8以及變徑鋼管5-5內(nèi)往復(fù)移動，實現(xiàn)氣流在進(jìn)入膠皮套4-1和進(jìn)入鉆孔兩種情況之間轉(zhuǎn)換。

所述氣體流向轉(zhuǎn)換器5，由后支架5-1、后置彈簧5-2、出氣孔5-3、活塞5-4、變徑鋼管5-5、前置彈簧5-6、前支架5-7和常徑鋼管5-8組成；后支架5-1和后置彈簧5-2安裝在變徑鋼管5-5后部的常徑鋼管5-8內(nèi)，前置彈簧5-6和前支架5-7安裝在變徑鋼管5-5前部的常徑鋼管5-8內(nèi)，出氣孔5-3設(shè)置在變徑鋼管5-5后部的常徑鋼管5-8管壁上，初始狀態(tài)下，活塞5-4封堵住出氣孔5-3。通氣后，當(dāng)氣體壓力較低時，活塞5-4稍微向前移動，氣流從出氣孔5-3進(jìn)入密封的膠皮套4-1內(nèi)，膠皮套4受壓膨脹；當(dāng)氣體壓力較高時，活塞5-4大幅度向前移動，進(jìn)入變徑鋼管5-5，由于變徑鋼管5-5的直徑大于活塞5-4的直徑，氣流會從兩者之間的縫隙流向鉆孔底部，一方面氣體壓力會減小，膠皮套4-1收縮，直徑減小，另一方面，流入鉆孔底端的氣體從膠皮套4-1與鉆孔煤壁之間的縫隙攜帶磨損的煤渣流向孔外，具有排除磨損煤渣的功能。 所述活塞5-4在高壓氣體作用下到達(dá)變徑鋼管5-5后，在慣性作用下，會繼續(xù)略微前移；但是，由于氣體壓力減小，在后置彈簧5-2和前置彈簧5-6的聯(lián)合作用下，必然會向后移動，并跨過變徑鋼管5-5的變徑段，重新讓高壓氣流完全通過出氣孔5-3進(jìn)入密閉空間，膠皮套4-1重新膨脹，進(jìn)入下一個周期。

所述膠皮套4-1為圓柱形，兩端口收縮，并由端面密封；兩端面的中心均設(shè)有能夠使通氣管3穿過的通孔，兩端面的外緣沿徑向由內(nèi)向外依次設(shè)置環(huán)形聯(lián)接器和圓筒狀端頭，所述膠皮套4-1的兩端包裹在端頭的外部并通過卡箍9緊固密封，其中一端頭的遠(yuǎn)端設(shè)有內(nèi)螺紋，與鉆桿2螺紋連接；所述鉆桿2為麻花鉆桿。

所述膠皮套4-1的表面噴灑了鋼砂4-2，并用粘結(jié)劑粘結(jié)牢固；當(dāng)鉆機17通過麻花鉆桿13帶動其旋轉(zhuǎn)時，鋼砂4-2與鉆孔煤壁的突出部位相互作用，將其磨損；當(dāng)升高氣體壓力，增大膠皮套4的直徑，即可增加鉆孔煤壁的突出部位的磨損范圍，從而獲取孔壁光滑的煤層鉆孔。

所述鉆桿2通過聯(lián)接器11與電機連接。鉆桿2的一端設(shè)有外螺紋，另一端設(shè)有安裝孔12，安裝孔12的孔壁設(shè)有銷孔，通過安裝孔12與聯(lián)接器11插接并用銷釘13固定。

所述通氣管3由安裝在膠皮套4-1內(nèi)的鋼管、設(shè)置在鉆桿2中心的軸向通氣孔以及與鉆機1連接的空心聯(lián)接器11通過密封軸承連接器10首尾連接而成，可防止輸入的高壓氣體泄漏。

所述端頭分為前置端頭4-5和后置端頭4-6，兩者均為外徑50mm，內(nèi)徑46mm的鋼管，前置端頭4-5長為100mm，后置端頭4-6長200mm；卡箍9的制作材料為不銹鋼，型號為KS-K；聯(lián)接器11的材料為不銹鋼，外徑46mm，內(nèi)徑16mm，厚10mm。

所述連接器分為前端連接器4-3和后端連接器4-4，均為不銹鋼圓環(huán)，外徑46mm，內(nèi)徑16mm，厚10mm。

所述鉆機1通過電纜8連接電源，為其提供電動力，并且通過壓風(fēng)管6連接壓風(fēng)裝置，壓風(fēng)管6上設(shè)置開關(guān)7；在帶動鉆桿2和其他部件旋轉(zhuǎn)的同時，輸入氣體，氣體的壓力和流速可由開關(guān)7來調(diào)節(jié)。

所述聯(lián)接器11和麻花鉆桿2通過銷釘13采用銷釘聯(lián)接；聯(lián)接器11的前端與麻花鉆桿2的后端內(nèi)管采用密封軸承聯(lián)接器10聯(lián)接，聯(lián)接方式均為錐面加密封圈組合聯(lián)接。

所述鉆機1與聯(lián)接器11采用軸承聯(lián)接；電纜8與鉆機1采用電焊聯(lián)接，壓風(fēng)管6與鉆機1采用螺紋聯(lián)接，開關(guān)7與壓風(fēng)管6采用螺紋聯(lián)接。

所述后支架5-1和前支架5-7均通過電焊聯(lián)接固定在通氣管3的內(nèi)腔；后支架5-1和活塞5-4采用后置彈簧5-2聯(lián)接，聯(lián)接方式為電焊聯(lián)接；前支架5-7和活塞5-4采用前置彈簧5-6聯(lián)接，聯(lián)接方式為電焊聯(lián)接；變徑鋼管5-5的內(nèi)徑比通氣管3大，兩端的截面規(guī)格與通氣管3相同，出氣孔5-3開鑿在通氣管3的管壁上。

具體工藝方法如下：首先采用常規(guī)方法施工煤層鉆孔；退出打鉆裝備，將本裝置送入鉆孔，直至膠皮套4-1所在部位到達(dá)需要改善孔壁光滑性的位置；接通電纜8的電流，鉆機1旋轉(zhuǎn)，并通過麻花鉆桿2帶動整個裝置旋轉(zhuǎn)；啟動開關(guān)7，高壓氣體進(jìn)入通氣管3，活塞5-4在變徑鋼管5-5和常徑鋼管5-8內(nèi)周期性往復(fù)運移，當(dāng)活塞5-4位于出氣孔5-3和變徑鋼管5-5之間的常徑鋼管5-8內(nèi)時，高壓氣體進(jìn)入膠皮套4-1，膠皮套4-1膨脹并與孔壁緊密接觸，通過旋轉(zhuǎn)，其外部的鋼砂4-2磨損孔壁凸出來煤體；當(dāng)活塞5-4移動到變徑鋼管5-5內(nèi)時，氣流通過通氣管3進(jìn)入鉆孔前端，膠皮套4-1收縮，氣流攜帶磨損的煤渣從膠皮套4-1與鉆孔內(nèi)壁的間隙涌出。

本實用新型的一個實施例如下：

所述端頭分為前置端頭4-5和后置端頭4-6，兩者均為外徑50mm，內(nèi)徑46mm的鋼管，前置端頭4-5長為100mm，后置端頭4-6長200mm；卡箍9的制作材料為不銹鋼，型號為KS-K；聯(lián)接器11的材料為不銹鋼，外徑46mm，內(nèi)徑16mm，厚10mm。

所述膠皮套4-1的制作材料為橡膠，外徑70mm，內(nèi)徑64mm，長800mm；鋼砂4-2的制作材料為碳化硅，粒徑0.1mm；通氣管3的鋼管段的制作材料為不銹鋼，外徑16mm，內(nèi)徑12mm，氣體流向轉(zhuǎn)換器5將其分為長度分別為600mm和700mm的兩段。

所述密封軸承聯(lián)接器10的制作材料為不銹鋼，外徑20mm，內(nèi)徑12mm，長5mm；所述鉆桿2為空心麻花鉆桿，長1000mm，直徑52mm；所述銷釘13的直徑為4mm，長15mm；所述聯(lián)接器11制作材料為不銹鋼，直徑46mm，長200mm；所述鉆機1為ZM15型煤電鉆；所述壓風(fēng)管6為高壓膠管，外徑30mm，內(nèi)徑26mm，長3000mm；所述開關(guān)7為RQZ系列安全切斷閥；電纜8的型號為YJV22/ZR-1KV，長3000mm。

所述后支架5-1和前支架5-7的制作材料均為不銹鋼，分別由3根不銹鋼條焊接而成的錐形結(jié)構(gòu)，每根不銹鋼條的直徑2mm，長6mm；后置彈簧5-2和前置彈簧5-6均為普通彈簧，彈簧整體粗10mm，長200mm，制作彈簧的鋼絲直徑為1mm；出氣孔5-3的孔徑為1mm，活塞5-4的制作材料為乳膠，呈圓柱體形，直徑12mm，長40mm。變徑鋼管5-5的外徑20mm，內(nèi)徑16mm，長100mm。

本實用新型的工作過程如下：

首先，在膠皮套4-1的表面噴涂好鋼砂4-2，聯(lián)接、布置好氣體流向轉(zhuǎn)換器5的各部件：后支架5-1、后置彈簧5-2、出氣孔5-3、活塞5-4、變徑鋼管5-5、前置彈簧5-6、前支架5-7和常徑鋼管5-8，并按圖1聯(lián)接各部件：采用卡箍9聯(lián)接固定膠皮套4-1和前置端頭4-5、后置端頭4-6；聯(lián)接氣體流向轉(zhuǎn)換器5和通氣管3，并放置在膠皮套4-1的內(nèi)腔，通過前端連接器4-3和后端連接器4-4聯(lián)接、固定；聯(lián)接麻花鉆桿2和后置端頭4-6，并采用密封軸承聯(lián)接器10聯(lián)接麻花鉆桿2的前端內(nèi)管與鋼管的后端；采用銷釘13聯(lián)接麻花鉆桿2的后端和聯(lián)接器11，采用密封軸承聯(lián)接器12聯(lián)接麻花鉆桿2的后端內(nèi)管和聯(lián)接器11的前端；采用軸承聯(lián)接鉆機1和聯(lián)接器11，采用電焊聯(lián)接電纜8和鉆機1，采用螺紋聯(lián)接壓風(fēng)管6和鉆機1，采用螺紋聯(lián)接開關(guān)7和壓風(fēng)管6。

啟動開關(guān)7，測定活塞5-4完全進(jìn)入變徑鋼管5-5的最低氣體壓力和不同氣體壓力條件下膠皮套4-1的膨脹直徑，記錄數(shù)據(jù)，關(guān)閉開關(guān)7。

采用常規(guī)方法施工煤層鉆孔，當(dāng)達(dá)到預(yù)定深度后，退出打鉆裝備；將本實用新型的裝置送入鉆孔，直至膠皮套4-1所在部位到達(dá)需要改善孔壁光滑性的位置。

啟動開關(guān)7，讓膠皮套4-1膨脹并與孔壁緊密接觸，接通電纜8的電流，鉆機1旋轉(zhuǎn)，并通過麻花鉆桿2帶動整個裝置旋轉(zhuǎn)，鋼砂4-2與孔壁凸出來煤體相互作用，將其磨損，脫落下來。

通過控制開關(guān)7，適當(dāng)增大氣流的壓力，讓活塞5-4在變徑鋼管5-5和常徑鋼管5-8內(nèi)周期性往復(fù)運移，鋼砂4-2磨損孔壁凸出來的煤體與氣流沖刷磨損下來的煤渣交替進(jìn)行，既磨損掉孔壁凸出來的煤體，又能及時將其搬運出來。

當(dāng)輸入的氣體壓力能夠使膠皮套4-1的膨脹直徑到達(dá)所需要的煤層鉆孔直徑時，不再增大氣體壓力，讓裝置在該壓力下工作1min；就可以獲取一個符合要求的光滑鉆孔壁面。

工作結(jié)束后，拔出裝置；還可以采用鉆孔窺視儀檢測鉆孔不同位置的孔壁壁面粗糙度，對比分析本實用新型裝置在提高鉆孔壁面光滑性方面的效果。