一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置

专利名称：一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211267001.3

专利申请（专利权）人：中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆大学
权利人地址：重庆市九龙坡区二郎科城路6号

专利发明（设计）人：戴林超,张志刚,孙海涛,李日富,曹偈,王中华,姚壮壮,程晓阳,王然,程波,王波,黄涛

专利摘要：本发明公开了一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，该安全钻孔装置包括过载保护机构，过载保护机构安装在钻杆与钻头之间，过载保护机构包括安装管，在安装管的两端设置有固定环，在安装管内设置有第一连接块、第二连接块和传动管，传动管位于第一连接块和第二连接块之间，且在传动管上开设有驱动槽和从动槽，在第一连接块上固定设置有驱动轴，驱动轴上固定设置有驱动柱。在钻杆与钻头之间设置过载保护机构能够在钻头遇上坚硬岩层时自动断开动力的输送，避免钻头与高硬度的岩石长时间摩擦，防止出现火花引燃瓦斯，同时也能够避免钻头或者钻杆的损坏，在遇到高硬度岩石时对设备进行有效保护，降低了钻头的磨损，沿长了设备的使用寿命。

主权利要求：
1.一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，该安全钻孔装置包括过载保护机构(23)，所述过载保护机构(23)安装在钻杆(21)与钻头(22)之间，其特征在于：所述过载保护机构(23)包括安装管(1)，在所述安装管(1)的两端设置有固定环(24)，在所述安装管(1)内设置有第一连接块(2)、第二连接块(13)和传动管(8)，所述传动管(8)位于所述第一连接块(2)和所述第二连接块(13)之间，且在所述传动管(8)上开设有驱动槽(9)和从动槽(10)，在所述第一连接块(2)上固定设置有驱动轴(4)，所述驱动轴(4)上固定设置有驱动柱(7)，所述驱动柱(7)位于所述驱动槽(9)内，在所述第二连接块(13)上固定设置有从动轴(11)，所述从动轴(11)上固定设置有从动柱(12)，在所述驱动轴(4)上还套装有调节弹簧(5)，所述调节弹簧(5)位于所述第一连接块(2)和所述传动管(8)之间。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
在所述第一连接块(2)的上还固定设置有第一连接管(3)，所述第一连接管(3)的自由端从所述安装管(1)一端的所述固定环(24)内伸出与所述钻杆(21)相连，在所述第二连接块(13)上还固定设置有第二连接管(14)，所述第二连接管(14)的自由端从所述安装管(1)另一端的所述固定环(24)内伸出与所述钻头(22)相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
所述安装管(1)的内壁上沿轴向设置有若干限位槽(15)，在所述驱动轴(4)上还套装有调节压板(6)，所述调节压板(6)位于所述调节弹簧(5)与所述第一连接块(2)之间，且在所述调节压板(6)上还设置有若干限位块(16)，所述若干限位块(16)一一对应位于所述限位槽(15)内。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
在所述第二连接块(13)和所述固定环(24)之间还设置有压力轴承(17)。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
所述从动槽(10)为V形，且所述从动槽(10)的角度a为45°。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
所述驱动槽(9)的长度L大于所述从动槽(10)的深度H与所述从动柱(12)的直径d之和。
7.根据权利要求1所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
在所述安装管(1)上还设置有顶丝孔(19)，所述第一连接块(2)上设置有若干固定孔(18)，所述第一连接块(2)和所述安装管(1)通过将固定螺栓(20)从顶丝孔(19)旋入固定孔(18)内固定连接。
8.根据权利要求3所述的一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，其特征在于：
所述调节压板(6)与所述驱动轴(4)通过螺纹配合连接。 说明书 : 一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置技术领域[0001] 本发明属于煤矿钻孔安全技术领域，涉及一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置背景技术[0002] 煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。[0003] 而在煤矿中存在大量的瓦斯气体，瓦斯是成煤过程中的一种伴生气体，无色、无味、无臭，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。由于井工煤矿由于深入地底，空气流通较为不便，目前煤矿作业时为了避免瓦斯在矿井中聚集会在矿井中安装大量的排风扇来驱动空气流通，但是由于瓦斯在煤层中存在的状态有两种：一种叫游离状态；一种叫吸附状态。[0004] 游离状态也叫自由状态，即瓦斯以自由气体的状态存在于煤体的裂缝和孔隙之中。游离瓦斯能自游运动，并呈现出压力来。瓦斯含量的大小，主要决定于缝隙贮存空间的体积、瓦斯压力和温度。[0005] 吸附状态又可分为吸着状态和吸收状态两种。吸着状态是由于煤中的碳分子对瓦斯的碳氢分子有很大的吸引力，使大量的瓦斯分子被吸着于煤的微孔表面形成一个薄层。吸收状态是瓦斯分子在较高的压力作用下，能渗入媒体胶粒结构之中，与煤体紧密地结合在一起。[0006] 受采动影响，煤岩层原始状态受到破坏，透气性增加，游离状态瓦斯在压力作用下涌向采掘空间形成瓦斯涌出，会对矿井中的工作人员人身安全造成威胁。[0007] 因此现在的煤矿在采矿作业前都会通过专业的设备对矿井中瓦斯进行钻探测试，目前的钻探方式时采用钻机带动钻杆与钻头深入煤矿，当到达测量深度时再通过仪器进行测量，最后对测量空进行封堵。[0008] 因为瓦斯的测试一般是在煤矿开采前进行，并且煤矿中除了煤炭还有大量的石头混在其中，而现有的钻探设备缺少安全保护装置，所以在钻探过程中如果钻头遇上高硬度岩石后，如果钻头在高硬度的岩石上摩擦转动极易擦出火花，从而引燃致瓦斯出现爆炸。[0009] 因此需要我们设计出一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，来解决这些问题。发明内容[0010] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置。[0011] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：[0012] 一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，该安全钻孔装置包括过载保护机构，所述过载保护机构安装在钻杆与钻头之间，所述过载保护机构包括安装管，在所述安装管的两端设置有固定环，在所述安装管内设置有第一连接块、第二连接块和传动管，所述传动管位于所述第一连接块和所述第二连接块之间，且在所述传动管上开设有驱动槽和从动槽，在所述第一连接块上固定设置有驱动轴，所述驱动轴上固定设置有驱动柱，所述驱动柱位于所述驱动槽内，在所述第二连接块上固定设置有从动轴，所述从动轴上固定设置有从动柱，在所述驱动轴上还套装有调节弹簧，所述调节弹簧位于所述第一连接块和所述传动管之间。[0013] 优选的，在所述第一连接块的上还固定设置有第一连接管，所述第一连接管的自由端从所述安装管一端的所述固定环内伸出与所述钻杆相连，在所述第二连接块上还固定设置有第二连接管，所述第二连接管的自由端从所述安装管另一端的所述固定环内伸出与所述钻头相连。[0014] 如此设置，便于与钻头和钻杆连接固定。[0015] 优选的，所述安装管的内壁上沿轴向设置有若干限位槽，在所述驱动轴上还套装有调节压板，所述调节压板位于所述调节弹簧与所述第一连接块之间，且在所述调节压板上还设置有若干限位块，所述若干限位块一一对应位于所述限位槽内。[0016] 如此设置，便于调节过载扭矩。[0017] 优选的，在所述第二连接块和所述固定环之间还设置有压力轴承。[0018] 如此设置，能够在过载保护后防止第二连接块与固定环干磨。[0019] 优选的，所述从动槽为V形，且所述从动槽的角度a为45°。[0020] 如此设置，便于过载时从动柱从从动槽内滑出。[0021] 优选的，所述驱动槽的长度L大于所述从动槽的深度H与所述从动柱的直径d之和。[0022] 如此设置，确保传动管的移动距离可以使从动柱从从动槽内滑出。[0023] 优选的，在所述安装管上还设置有顶丝孔，所述第一连接块上设置有若干固定孔，所述第一连接块和所述安装管通过将固定螺栓从顶丝孔旋入固定孔内固定连接。[0024] 如此设置，能够实现第一连接块与安装管的固定连接欸，避免在钻探时安装管转动导致过载扭矩发生变化。[0025] 优选的，所述调节压板与所述驱动轴通过螺纹配合连接。[0026] 如此设置，实现了过载扭矩的调节[0027] 本发明的有益效果在于：[0028] 本发明通过在钻杆与钻头之间设置过载安全保护机构能够在钻头遇上坚硬岩层时自动断开动力的输送，避免钻头与高硬度的岩石长时间摩擦，防止出现火花引燃瓦斯，同时也能够避免钻头或者钻杆的损坏，在遇到高硬度岩石时对设备进行有效保护，降低了钻头的磨损，沿长了设备的使用寿命。[0029] 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明[0030] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：[0031] 图1为本发明与钻头钻杆连接后的示意图；[0032] 图2为本发明过载保护机构安装管内部结构轴测示意图；[0033] 图3为本发明过载保护机构安装管内部结构正视图；[0034] 图4为本发明过载保护机构内部结构的剖面结构示意图。[0035] 附图标记：1‑安装管；2‑第一连接块；3‑第一连接管；4‑驱动轴；5‑调节弹簧；6‑调节压板；7‑驱动柱；8‑传动管；9‑驱动槽；10‑从动槽；11‑从动轴；12‑从动柱；13‑第二连接块；14‑第二连接管；15‑限位槽；16‑限位块；17‑压力轴承；18‑固定孔；19‑顶丝孔；20‑固定螺栓；21‑钻杆；22‑钻头；23‑过载保护机构；24‑固定环。具体实施方式[0036] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0037] 其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。[0038] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。[0039] 请参阅图1～图4，为一种用于煤层内瓦斯压力测试的安全钻孔装置，该安全钻孔装置包括过载保护机构23，过载保护机构23安装在钻杆21与钻头22之间，过载保护机构23包括安装管1，在安装管1的两端设置有固定环24，在安装管1内设置有第一连接块2、第二连接块13和传动管8，传动管8位于第一连接块2和第二连接块13之间，且在传动管8上开设有驱动槽9和从动槽10，在第一连接块2上固定设置有驱动轴4，驱动轴4上固定设置有驱动柱7，驱动柱7位于驱动槽9内，在第二连接块13上固定设置有从动轴11，从动轴11上固定设置有从动柱12，在驱动轴4上还套装有调节弹簧5，调节弹簧5位于第一连接块2和传动管8之间。[0040] 具体的，在第一连接块2的上还固定设置有第一连接管3，第一连接管3的自由端从安装管1一端的固定环24内伸出与钻杆21相连，在第二连接块13上还固定设置有第二连接管14，第二连接管14的自由端从安装管1另一端的固定环24内伸出与钻头22相连，如此设置便于与钻头22和钻杆21连接固定。[0041] 具体的，安装管1的内壁上沿轴向设置有若干限位槽15，在驱动轴4上还套装有调节压板6，调节压板6位于调节弹簧5与第一连接块2之间，且在调节压板6上还设置有若干限位块16，若干限位块16一一对应位于限位槽15内，如此设置便于调节过载扭矩。[0042] 进一步的，调节压板6与驱动轴4通过螺纹配合连接，如此设置实现了过载扭矩的调节。[0043] 其中，在第二连接块13和固定环24之间还设置有压力轴承17，如此设置能够在过载保护后防止第二连接块13与固定环24干磨。[0044] 在本实施例中，从动槽10为V形，且从动槽10的角度a为45°，如此设置便于过载时从动柱12从从动槽10内滑出，驱动槽9的长度L大于从动槽10的深度H与从动柱12的直径d之和，如此设置确保传动管8的移动距离可以使从动柱12从从动槽10内滑出。[0045] 具体的，在安装管1上还设置有顶丝孔19，第一连接块2上设置有若干固定孔18，第一连接块2和安装管1通过将固定螺栓20从顶丝孔19旋入固定孔18内固定连接，如此设置能够实现第一连接块2与安装管1的固定连接欸，避免在钻探时安装管1转动导致过载扭矩发生变化。[0046] 本实施例的工作过程：在使用时工作人员可以根据煤矿钻探的资料对钻头22的过载扭矩进行初步的调节设定，在调节时首先将固定螺栓20从固定孔18和顶丝空内退出，然后通过第一连接管3将第一连接块2进行固定，接着转动安装管1，通过安装管1内的限位槽15与调节压板6上的限位块16配合来调整调节压板6的位置，当调节压板6靠近传动管8时扭矩会增大，当调节压板6远离传动管8时扭矩会减小，调节好适当的扭矩，并且确保顶丝孔19和第一连接块2上的其中一个固定孔18对齐后再次将固定螺栓20旋入进行固定，然后工作人员在通过第一连接管3将过载保护机构23安装到钻杆21上，再将钻头22通过第二连接管14安装到过载保护机构23上，接着工作人员便可控制钻头22进行钻探，当钻探过程中钻头22与高硬度岩石接触后会产生与钻头22旋转方向相反的摩擦力阻止钻头22转动，而当摩擦力过大时钻头22则会停止转动，并通过第二连接管14带动从动轴11一同停止转动，此时钻杆21会带动驱动轴4和安装管1继续转动，在驱动轴4转动时由于驱动住卡在驱动槽9内，因此传动管8也会继续转动，但是从动轴11在停止转动后从动柱12也会停止转动，此时随着传动管8的转动从动柱12会沿着从动槽10的侧壁滑出，传动管8则会沿着轴线向驱动轴4滑动，因为驱动槽9的长度L大于从动槽10的深度H与从动柱12直径d之和，所以确保了从动柱12能够完全从从动槽10呢滑出，使链接断开，切断了动力的传输，避免钻头22与高硬度岩石持续长时间摩擦才导致磨损或者出现火花引燃瓦斯。[0047] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

专利地区：重庆

专利申请日期：2022-10-17

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115405236B