本发明专利技术属于煤矿钻孔技术领域，具体地，涉及一种柔性扩孔装置及方法，所述柔性扩孔装置包括钻杆、扩孔座和钻头，所述扩孔座的两端分别与钻头和钻杆相连接，所述钻杆远离扩孔座的一端与减速电机传动连接，所述扩孔座上设有柔性扩孔链条或缆索，所述柔性扩孔链条或缆索均采用高强耐磨金属材质，且柔性扩孔链条或缆索内均穿设有高压软管，所述钻杆和扩孔座内设有相连通的高压水道，所述高压软管与高压水道相连通，所述高压软管远离扩孔座的一端敞口或封闭设置，利用该柔性扩孔装置对煤矿普通钻孔进行扩孔，可提高扩孔装置的可靠性，降低扩孔成本，保证煤矿钻孔的扩孔效率。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性扩孔装置及方法
本专利技术属于煤矿钻孔
，具体地，涉及一种柔性扩孔装置及方法。
技术介绍
煤矿采集前，需要钻孔抽采瓦斯，钻孔时需要从岩石层向煤层钻孔，为节省钻孔成本并增加瓦斯抽采效率，需要在保证岩石层钻孔段孔径不变的情况下对煤层段的钻孔进行扩孔处理，以扩大煤层内孔的表面积，提高瓦斯的溢出效率。中国专利文献CN201810392039.0公开了一种土层变直径机械扩孔钻头及使用该钻头的钻孔方法，其通过钻头及传动杆传递扭矩，钻头不受力时扩孔伸缩臂收拢，可方便进出小直径钻孔；扩孔钻进入孔底时，通过传动杆施加压力，扩孔伸缩臂向外张开，镶嵌有合金颗粒5的第二连杆作为扩孔臂跟随传动杆转动后对孔壁切削形成扩孔。通过控制变径控制杆的伸缩长度，可以调整扩孔的直径。扩孔段施工完成后，整体向后退出，扩孔伸缩臂由于受到孔壁的摩擦作用，两个张开的连杆自行收拢伸直，整体直径变小，从而可以从非扩孔段内顺利退出到孔外。市面上也有通过液压支架驱动扩孔臂伸缩的扩孔钻头，但现有技术中，扩孔臂的设置扩孔效果并不理想，扩孔臂与钻杆的连接部在扩孔过程中受到的应力较大，容易疲劳损伤，且扩孔臂收缩时容易与钻杆之间夹持大块煤粒，导致收缩不到位，影响退钻，增加扩孔成本，且无法保证钻孔扩孔的施工效率。为此，亟需一种新的柔性扩孔装置及方法，以提高扩孔装置的可靠性，降低扩孔成本，保证煤矿钻孔的扩孔效率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种柔性扩孔装置，包括钻杆、扩孔座和钻头，所述扩孔座的两端分别与钻头和钻杆相连接，所述钻杆远离扩孔座的一端与减速电机传动连接，所述扩孔座上设有柔性扩孔链条或缆索，所述柔性扩孔链条或缆索均采用高强耐磨金属材质，所述高强耐磨金属材质可选用27SiMn材质，强度高，耐磨性好。且柔性扩孔链条或缆索内均穿设有高压软管，所述缆索由绞合在高压软管外的多股耐磨合金钢材质的钢丝制成，所述钻杆和扩孔座内设有相连通的高压水道，所述高压软管与高压水道相连通，所述高压软管远离扩孔座的一端敞口或封闭设置。优选的，所述柔性扩孔链条采用矿用高强度圆环链，矿用高强度圆环链的各链节自由度高，可避免矿用高强度圆环链与扩孔座之间出现积煤问题，且方便穿设高压软管。优选的，所述高压软管采用铠装金属软管，有利于保证高压软管的使用寿命。优选的，所述扩孔座和钻杆的外表面设有螺旋导料槽，方便将扩孔时破碎的煤粒及时输送出钻孔，保证扩孔效率。优选的，所述钻杆与扩孔座螺纹连接，所述扩孔座与钻头的连接端对应设置有相匹配的凹凸连接部，且扩孔座与钻头的凹凸连接部通过螺栓固定连接，保证钻头连接的可靠性。优选的，所述柔性扩孔链条或缆索上还设有金刚石复合片，有利于延长柔性扩孔链条或缆索的使用寿命，并提高扩孔效率。将金刚石复合片设置到柔性扩孔链条或缆索远离扩孔座的一端，有利于降低装置制造成本，并保证扩孔效率。优选的，所述柔性扩孔链条或缆索沿扩孔座轴向间隔设置有三圈，每圈设有两根柔性扩孔链条或缆索，有利于保证扩孔效率，并增加装置的稳定性和可靠性。优选的，三圈柔性扩孔链条或缆索的扩孔半径分别为100mm、200mm和250mm，所述柔性扩孔链条或缆索越靠近钻头，扩孔半径越小。可起到一边向前钻孔一边将钻孔渐扩的目的，有利于提高扩孔效率。作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种基于上述柔性扩孔装置的柔性扩孔方法，包括如下步骤：1)钻孔定位：根据煤层条件测量放线以定位钻孔位置；2)钻孔：先用普通瓦斯抽采钻机经岩石层向煤层开钻普通钻孔，普通钻孔深度达到设计位置后停止钻进，并将普通钻头退出。3)扩孔：将柔性扩孔装置的扩孔座沿普通钻孔穿过岩石层置入煤层中，启动减速电机，驱动钻杆旋转，使柔性扩孔链条或缆索在惯性作用下甩动，为提高柔性扩孔链条或缆索对煤层的切割强度，向所述高压水道注入高压水，在高压水的驱动下，高压软管膨胀变硬使柔性扩孔链条或缆索快速伸展且刚性增强，实现对煤层的高效扩孔，当扩孔孔径达到设计值后停止扩孔，待高压软管泄压后，将柔性扩孔装置退出。优选的，步骤3)中，当高压软管远离扩孔座的一端敞口时，通过高压水对煤层同步进行水力切割，进一步保证了扩孔效率。本专利技术还包括能够使该柔性扩孔装置及方法正常使用的其它组件或步骤，均为本领域的常规技术手段。另外，本专利技术中未加限定的装置、组件或步骤均采用本领域中的常规技术手段。本专利技术中，柔性扩孔装置通过减速电机驱动钻杆旋转，再带动扩孔座和钻头旋转，钻头起到加深钻孔的目的，在扩孔座旋转时甩动其外周上连接的柔性扩孔链条或缆索，对钻孔内的煤层实现柔性击打，从而达到了柔性扩孔的目的，为保证柔性扩孔链条或缆索的刚度，在柔性扩孔链条或缆索内均穿设有高压软管，并通过钻杆和扩孔座内的高压水道向高压软管通入高压水，使高压软管膨胀变硬从而使柔性扩孔链条或缆索快速伸展且刚性增强，从而提高扩孔效率，当高压软管远离扩孔座的一端敞口时，高压水从高压软管的敞口端喷出，对煤层起到水力切割的效果，从而更进一步的提高扩孔效率。为进一步保证水力切割的效果，高压软管的敞口端还可以连接高压喷头。本专利技术的有益效果是，本装置通过设置柔性扩孔链条或缆索对煤层钻孔实现柔性扩孔，解决了现有技术中通过扩孔臂扩孔时装置易损伤，且不易退钻的技术问题，从而保证了装置的可靠性，并通过设置高压软管提高柔性扩孔链条或缆索的刚度，同时辅助水力切割，可大幅提高煤矿钻孔的扩孔效率，降低扩孔成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术中柔性扩孔装置的整体结构示意图。图2是本专利技术中的柔性扩孔链条的末端立体结构示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图以及具体实施例对本专利技术进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。实施例1如图1～2所示，本专利技术提供了一种柔性扩孔装置，包括钻杆1、扩孔座2和钻头3，所述扩孔座2的两端分别与钻头3和钻杆1相连接，所述钻杆1远离扩孔座2的一端与减速电机(图中未示出)传动连接，所述扩孔座2上设有柔性扩孔链条4，所述柔性扩孔链条4采用高强耐磨金属材质，所述高强耐磨金属材质选用27SiMn材质。且柔性扩孔链条4内穿设有高压软管5，所述钻杆1和扩孔座2内设有相连通的高压水道6，所述高压软管5与高压水道6相连通，所述高压软管5远离扩孔座2的一端敞口或封闭设置。所述柔性扩孔链条4采用矿用高强度圆环链，矿用高强度圆环链的各链节自由度高，可避免矿用高强度圆环链与扩孔座2之间出现积煤问题，且方便穿设高压软管5。所述高压软管5采用铠装金属软管，有利于保证高压软管5的使用寿命。所述扩孔座2和钻杆1的外表面设有螺旋导料槽7，方便将扩孔时破碎的煤粒及时输送出钻孔，保证扩孔效率。所述钻杆1与扩孔座2螺纹连接，所述扩孔座2与钻头3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性扩孔装置，包括钻杆，其特征在于：还包括扩孔座和钻头，所述扩孔座的两端分别与钻头和钻杆相连接，所述钻杆远离扩孔座的一端与减速电机传动连接，所述扩孔座上设有柔性扩孔链条或缆索，所述柔性扩孔链条或缆索均采用高强耐磨金属材质，且柔性扩孔链条或缆索内均穿设有高压软管，所述钻杆和扩孔座内设有相连通的高压水道，所述高压软管与高压水道相连通，所述高压软管远离扩孔座的一端敞口或封闭设置。/n
【技术特征摘要】
1.一种柔性扩孔装置，包括钻杆，其特征在于：还包括扩孔座和钻头，所述扩孔座的两端分别与钻头和钻杆相连接，所述钻杆远离扩孔座的一端与减速电机传动连接，所述扩孔座上设有柔性扩孔链条或缆索，所述柔性扩孔链条或缆索均采用高强耐磨金属材质，且柔性扩孔链条或缆索内均穿设有高压软管，所述钻杆和扩孔座内设有相连通的高压水道，所述高压软管与高压水道相连通，所述高压软管远离扩孔座的一端敞口或封闭设置。
2.根据权利要求1所述的柔性扩孔装置，其特征在于：所述柔性扩孔链条采用矿用高强度圆环链。
3.根据权利要求1所述的柔性扩孔装置，其特征在于：所述高压软管采用铠装金属软管。
4.根据权利要求1所述的柔性扩孔装置，其特征在于：所述扩孔座和钻杆的外表面设有螺旋导料槽。
5.根据权利要求1所述的柔性扩孔装置，其特征在于：所述钻杆与扩孔座螺纹连接，所述扩孔座与钻头的连接端对应设置有相匹配的凹凸连接部，且扩孔座与钻头的凹凸连接部通过螺栓固定连接。
6.根据权利要求1所述的柔性扩孔装置，其特征在于：所述高强耐磨金属材质选用27SiMn材质，所述柔性扩孔链条或缆索上还设有金刚石复合片。
7.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，刘勇，魏建平，温志辉，徐向宇，王登科，司磊磊，李波，张宏图，张健，姚邦华，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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