本發(fā)明涉及礦山鉆探、石油鉆井、煤礦鉆探的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種與煤礦井下隨鉆測(cè)量系統(tǒng)配合使用，用于煤礦井下順?biāo)檐浢簩娱L(zhǎng)鉆孔施工的煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)。

背景技術(shù)：

在松軟破碎煤層中施工瓦斯抽采鉆孔容易出現(xiàn)塌孔、卡鉆，存在成孔難度大的問(wèn)題；而采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)則出現(xiàn)鉆孔軌跡控制難，易鉆進(jìn)至煤層頂(底)板巖石，難以實(shí)現(xiàn)煤層順層長(zhǎng)鉆孔施工，導(dǎo)致瓦斯抽采不均勻，產(chǎn)生抽采盲區(qū)，造成安全隱患。因此，目前在松軟破碎煤層瓦斯抽采鉆孔施工的關(guān)鍵問(wèn)題是以深度和精度為主的成孔問(wèn)題。

目前煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)是以液動(dòng)螺桿馬達(dá)作為孔底動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)碎巖的鉆進(jìn)技術(shù)方法；對(duì)于松軟煤層、破碎的、泥巖水敏性地層，為保證鉆孔穩(wěn)定性，則主要采用空氣鉆進(jìn)和螺旋鉆進(jìn)作為成孔方法，無(wú)法采用水力作為沖洗介質(zhì)。因此，為實(shí)現(xiàn)松軟煤層定向鉆進(jìn)的目的，只能采用空氣螺桿馬達(dá)進(jìn)行鉆進(jìn)施工。對(duì)于松軟煤層，采用空氣鉆進(jìn)工藝就必須考慮排渣問(wèn)題，確?？變?nèi)順暢，而一般螺桿馬達(dá)外部為外平結(jié)構(gòu)，在鉆進(jìn)過(guò)程中類似于采用外平光鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)施工，十分不利于排渣。

為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過(guò)潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長(zhǎng)期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)，以克服上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，與煤礦井下隨鉆測(cè)量系統(tǒng)配合使用，大大提高煤礦井下碎軟煤層順層長(zhǎng)鉆孔施工成孔率。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)，包含接頭、馬達(dá)總成、萬(wàn)向軸總成和傳動(dòng)軸總成，所述馬達(dá)總成的兩端分別連接于接頭和萬(wàn)向軸總成，所述傳動(dòng)軸總成設(shè)置于萬(wàn)向軸總成的另一端，其特征在于：

所述萬(wàn)向軸總成設(shè)有一定角度的單彎外管，所述馬達(dá)總成由馬達(dá)轉(zhuǎn)子、馬達(dá)定子和定子外管體組成，所述定子外管體從接頭至萬(wàn)向軸總成的單彎外管處設(shè)置連續(xù)右旋螺旋槽，所述萬(wàn)向軸總成和傳動(dòng)軸總成分別設(shè)置兩級(jí)反向旁通孔，從而既能實(shí)現(xiàn)定向鉆孔，還能實(shí)現(xiàn)多級(jí)排渣功能，提高馬達(dá)排渣效果。

其中：所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子的前端與一萬(wàn)向軸連接，所述萬(wàn)向軸的前端再與一傳動(dòng)軸連接，所述傳動(dòng)軸與傳動(dòng)軸外管之間設(shè)有軸承組，從而通過(guò)軸承組實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外部殼體不回轉(zhuǎn)。

其中：所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子為中通結(jié)構(gòu)，其上部通過(guò)絲扣連接不同通孔大小的調(diào)節(jié)堵頭，下部則設(shè)置旁通孔，以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作的風(fēng)量的大小，從而改變馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

其中：所述定子外管體的外緣設(shè)置有1～3頭連續(xù)右旋的螺旋槽，各螺旋槽通過(guò)整體式銑槽制成，所述螺旋槽的寬度大于螺旋翼片的寬度。

其中：所述螺旋槽的寬度為螺旋翼片寬度的3倍，所述螺旋槽的螺旋升角為至少20°，所述螺旋槽的深度為6mm±2mm，從而提高了鉆孔軌跡的有效控制性能，增加松軟煤層復(fù)合鉆進(jìn)排渣效果。

其中：所述單彎外管彎頭角度為0.8-2度，所述單彎外管的外緣設(shè)有鑲焊復(fù)合片的襯墊，以有效提高耐磨性能，提高使用壽命。

其中：所述萬(wàn)向軸總成的殼體設(shè)置一級(jí)反向旁通孔，所述傳動(dòng)軸總成的下部連接鉆頭處設(shè)置比一級(jí)反向旁通孔直徑大的二級(jí)反向旁通孔，通過(guò)馬達(dá)內(nèi)部的壓縮氣體分別沿著一級(jí)旁通孔、二級(jí)旁通孔和鉆頭風(fēng)眼流出，鉆孔風(fēng)眼孔徑遠(yuǎn)比二級(jí)反向旁通孔級(jí)大；通過(guò)馬達(dá)內(nèi)部的壓縮氣體可分別沿著一級(jí)旁通孔、二級(jí)旁通孔和鉆頭風(fēng)眼流出；當(dāng)鉆頭風(fēng)眼堵塞或附近鉆渣堆積時(shí)，通過(guò)旁通孔出風(fēng)能夠確保馬達(dá)正?；剞D(zhuǎn)和排粉。

其中：所述傳動(dòng)軸總成的下部設(shè)置單向閥，馬達(dá)內(nèi)部壓縮空氣可經(jīng)過(guò)單向閥從二級(jí)旁通孔和鉆頭風(fēng)眼流出，從而當(dāng)孔底瓦斯壓力高或卸壓時(shí)單向閥關(guān)閉，阻止高壓氣體攜帶鉆渣進(jìn)入馬達(dá)內(nèi)部，防止反向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)造成馬達(dá)工作失效。

通過(guò)上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)具有如下效果：

1.能夠用于煤礦井下松軟煤層順層鉆孔空氣定向鉆進(jìn)，定向鉆進(jìn)時(shí)，通過(guò)改變彎頭方向，調(diào)整鉆頭切削方向從而改變鉆孔軌跡，實(shí)現(xiàn)順層長(zhǎng)鉆孔施工，通過(guò)對(duì)鉆孔軌跡有效控制，能夠提高鉆孔深度，增加煤層鉆遇率；

2.采用旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，在回轉(zhuǎn)時(shí)，螺桿馬達(dá)外部螺旋槽對(duì)孔內(nèi)鉆渣起到攪動(dòng)作用，旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)鉆渣通過(guò)壓縮空氣排出孔外，避免了鉆渣的沉積，有利于孔內(nèi)鉆渣的排出，減少孔內(nèi)事故發(fā)生的可能。

3.空氣螺桿馬達(dá)正?；剞D(zhuǎn)要求輸入氣體壓力小，能夠滿足煤礦井下鉆進(jìn)使用條件；且馬達(dá)轉(zhuǎn)子中通結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作的風(fēng)量的大小，從而改變回轉(zhuǎn)速度；萬(wàn)向軸總成外部管體和傳動(dòng)軸總成下部設(shè)置兩級(jí)反向旁通孔，確保孔底鉆頭堵塞或鉆渣堆積時(shí)馬達(dá)正?；剞D(zhuǎn)和排粉，有利于碎軟煤層鉆進(jìn)排渣與成孔。

4.空氣螺桿馬達(dá)設(shè)置單向閥，避免孔底壓力高或鉆桿內(nèi)卸壓時(shí)高壓氣體攜帶鉆渣反向進(jìn)入馬達(dá)內(nèi)部，對(duì)馬達(dá)造成損壞。

本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容可通過(guò)后述的說(shuō)明及所附圖而得到。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了本發(fā)明的煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1a顯示了圖1中a-a的剖視圖。

圖1b顯示了圖1中b-b的剖視圖。

圖2顯示了本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1-接頭；2-馬達(dá)總成；3-螺旋槽；4-螺旋翼片；5-一級(jí)反向旁通孔；6-萬(wàn)向軸總成；7-襯墊；8-傳動(dòng)軸總成；9-二級(jí)反向旁通孔；10-調(diào)節(jié)堵頭；11-馬達(dá)轉(zhuǎn)子；12-馬達(dá)定子；13-定子外管體；14-定子旁通孔；15-萬(wàn)向軸；16-軸承組；17-傳動(dòng)軸；18-單向閥。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1、1a、1b和2，顯示了本發(fā)明的煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)。

所述煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)包括接頭1、馬達(dá)總成2、萬(wàn)向軸總成6和傳動(dòng)軸總成8，所述馬達(dá)總成的兩端分別連接于接頭1和萬(wàn)向軸總成6，所述傳動(dòng)軸總成8設(shè)置于萬(wàn)向軸總成6的另一端。

其中，參見(jiàn)圖2，所述馬達(dá)總成2由馬達(dá)轉(zhuǎn)子11、馬達(dá)定子12和定子外管體13組成，所述定子外管體13內(nèi)為中空狀，所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子11和馬達(dá)定子12均設(shè)置于定子外管體13內(nèi)，所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子11的后端與接頭1可通過(guò)絲扣進(jìn)行連接，所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子11的前端可通過(guò)絲扣與萬(wàn)向軸15連接，所述萬(wàn)向軸15的前端再與傳動(dòng)軸17通過(guò)絲扣連接，其中，所述傳動(dòng)軸17與傳動(dòng)軸外管之間設(shè)有軸承組16，從而通過(guò)軸承組實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外部殼體不回轉(zhuǎn)。

所述馬達(dá)轉(zhuǎn)子11為中通結(jié)構(gòu)，其上部通過(guò)絲扣可連接不同通孔大小的調(diào)節(jié)堵頭10，下部則設(shè)置旁通孔14，可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作的風(fēng)量的大小，從而改變回轉(zhuǎn)速度。

其中，參見(jiàn)圖1和圖1a，所述定子外管體13的外緣設(shè)置有1～3頭連續(xù)右旋的螺旋槽3，各螺旋槽通過(guò)整體式銑槽制成，所述螺旋槽3的寬度大于螺旋翼片4的寬度，優(yōu)選的是，所述螺旋槽3的寬度為螺旋翼片4寬度的3倍，所述螺旋槽3的螺旋升角為至少20°，所述螺旋槽3深度6mm±2mm，通過(guò)該些形狀和具體參數(shù)設(shè)置，提高了鉆孔軌跡的有效控制性能，增加松軟煤層復(fù)合鉆進(jìn)排渣效果。

其中，參見(jiàn)圖1和圖1b，所述萬(wàn)向軸總成6的外部設(shè)有彎折一定角度的單彎外管，所述一定角度優(yōu)選為0.8-2度，所述單彎外管的外緣設(shè)有鑲焊復(fù)合片的襯墊7，以有效提高耐磨性能，提高使用壽命。

所述萬(wàn)向軸總成6的殼體設(shè)置一級(jí)反向旁通孔5，所述傳動(dòng)軸總成8的下部連接鉆頭處設(shè)置比一級(jí)反向旁通孔5直徑大的二級(jí)反向旁通孔9，通過(guò)馬達(dá)內(nèi)部的壓縮氣體可分別沿著一級(jí)旁通孔5、二級(jí)旁通孔9和鉆頭風(fēng)眼流出，鉆孔風(fēng)眼孔徑遠(yuǎn)比二級(jí)反向旁通孔級(jí)大；通過(guò)馬達(dá)內(nèi)部的壓縮氣體可分別沿著一級(jí)旁通孔、二級(jí)旁通孔和鉆頭風(fēng)眼流出；當(dāng)鉆頭風(fēng)眼堵塞或附近鉆渣堆積時(shí)，通過(guò)旁通孔出風(fēng)能夠確保馬達(dá)正?；剞D(zhuǎn)和排粉。

所述傳動(dòng)軸總成6的下部設(shè)置單向閥18，馬達(dá)內(nèi)部壓縮空氣可經(jīng)過(guò)開(kāi)通單向閥18從二級(jí)旁通孔9和鉆頭風(fēng)眼流出。當(dāng)孔底瓦斯壓力高或孔底氣體壓力高時(shí)單向閥18關(guān)閉，阻止高壓氣體攜帶鉆渣進(jìn)入馬達(dá)內(nèi)部，防止反向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)造成馬達(dá)工作失效。

本發(fā)明的煤礦井下鉆進(jìn)用多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)可在實(shí)現(xiàn)兩種控制軌跡，分別為定向鉆進(jìn)時(shí)軌跡控制和復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)輔助排渣。

其中，在定向鉆進(jìn)進(jìn)行軌跡控制時(shí)，當(dāng)壓縮空氣通過(guò)接頭1到達(dá)馬達(dá)轉(zhuǎn)子11時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子11回轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)萬(wàn)向軸15、傳動(dòng)軸17回轉(zhuǎn)，由于軸承組16的存在，定向鉆進(jìn)時(shí)，內(nèi)部馬達(dá)轉(zhuǎn)子11、萬(wàn)向軸15和傳動(dòng)軸17回轉(zhuǎn)，而外部管體不回轉(zhuǎn)。

所述多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)與隨鉆測(cè)量系統(tǒng)配合使用進(jìn)行定向鉆進(jìn)，通過(guò)改變?nèi)f向軸總成6單彎外管的彎頭方向，調(diào)整鉆頭切削方向從而改變鉆孔軌跡。由于襯墊7的存在，既能作為支點(diǎn)利于改變鉆頭切削方向，同時(shí)保護(hù)外管接頭處螺紋，避免受到損壞。

壓縮空氣通過(guò)轉(zhuǎn)子11后經(jīng)過(guò)萬(wàn)向軸15外部后，一部分氣體從一級(jí)反向旁通孔5流出到達(dá)馬達(dá)外部；另一部分氣體從萬(wàn)向軸15下部旁通孔流入傳動(dòng)軸17中心，再通過(guò)傳動(dòng)軸13中心到達(dá)底部，有一部分氣體從二級(jí)反向旁通孔9流出，剩余氣體則從孔底鉆頭風(fēng)眼處流出。由于鉆孔風(fēng)眼遠(yuǎn)大于兩級(jí)旁通孔徑，正常排渣時(shí)絕大部分風(fēng)量從鉆頭風(fēng)眼中排出。當(dāng)鉆頭風(fēng)眼堵塞或附近鉆渣堆積時(shí)，通過(guò)一級(jí)反向旁通孔5和二級(jí)反向旁通孔9出風(fēng)能夠確保馬達(dá)正?；剞D(zhuǎn)和排粉。通過(guò)更換不同通孔調(diào)節(jié)堵頭10，一部分風(fēng)量直接從馬達(dá)轉(zhuǎn)子11中心通過(guò)從下部轉(zhuǎn)子旁通孔14流出，從而改變驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子11工作風(fēng)量，能夠?qū)崿F(xiàn)輸出參數(shù)調(diào)節(jié)。

復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)輔助排渣時(shí)，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)施工時(shí)，上部鉆具回轉(zhuǎn)帶動(dòng)多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)整體回轉(zhuǎn)，而同時(shí)中心輸送的壓縮空氣帶動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子11、萬(wàn)向軸15和傳動(dòng)軸17回轉(zhuǎn)。由于空氣螺桿馬達(dá)的萬(wàn)向軸總成6處的單彎外管方向隨著鉆桿回轉(zhuǎn)不斷變換，不起造斜作用，整個(gè)鉆具實(shí)現(xiàn)常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的類似效果。

壓縮空氣通過(guò)轉(zhuǎn)子11后經(jīng)過(guò)萬(wàn)向軸15外部后，一部分氣體從一級(jí)反向旁通孔5流出到達(dá)馬達(dá)外部；另一部分氣體從萬(wàn)向軸15下部旁通孔流入傳動(dòng)軸17中心，再通過(guò)傳動(dòng)軸13中心到達(dá)底部，有一部分氣體從二級(jí)反向旁通孔流出，剩余氣體則從孔底鉆頭風(fēng)眼處流出。當(dāng)鉆頭風(fēng)眼堵塞或附近鉆渣堆積時(shí)，通過(guò)一級(jí)反向旁通孔5和二級(jí)反向旁通孔9出風(fēng)能夠確保馬達(dá)正?；剞D(zhuǎn)和排粉。

由于多級(jí)排渣空氣螺桿馬達(dá)的外殼體回轉(zhuǎn)，外部設(shè)置的螺旋翼片4將孔內(nèi)沉積鉆渣不斷攪起，而被螺旋翼片不斷旋轉(zhuǎn)攪起的鉆渣通過(guò)壓縮空氣排出孔外，起到輔助排渣的效果，避免了鉆渣的沉積，有利于孔內(nèi)鉆渣的排出。

其中，所述接頭1內(nèi)設(shè)有內(nèi)螺紋以與上部鉆具連接，接頭1與定子外管體13之間采用絲扣連接；馬達(dá)轉(zhuǎn)子11與萬(wàn)向軸15通過(guò)絲扣連接，再與傳動(dòng)軸17之間采用絲扣連接，傳動(dòng)軸17底部設(shè)計(jì)成內(nèi)螺紋，用于連接鉆頭；傳動(dòng)軸17與外部殼體之間通過(guò)軸承組16配合，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部萬(wàn)向軸和傳動(dòng)軸回轉(zhuǎn)而外部殼體不回轉(zhuǎn)。

顯而易見(jiàn)的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容、應(yīng)用或使用。雖然已經(jīng)在實(shí)施例中描述過(guò)并且在附圖中描述了實(shí)施例，但本發(fā)明不限制由附圖示例和在實(shí)施例中描述的作為目前認(rèn)為的最佳模式以實(shí)施本發(fā)明的教導(dǎo)的特定例子，本發(fā)明的范圍將包括落入前面的說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求的任何實(shí)施例。