[发明专利]一种液压控制的空气钻进掏穴装置及施工方法

说明书

本发明提供了一种液压控制的空气钻进掏穴装置及施工方法，该掏穴装置包括从后到前依次连接的钻杆连接头、外壳总成和钻头连接头，外壳总成内设置有控制组件、反冲弹簧、活塞总成、配流件和刀翼，控制组件和反冲弹簧均同轴套设在活塞总成外，活塞总成的轴向前端安装有刀翼，活塞总成的轴向后端内设置有配流件。该施工方法采用高压水控制刀翼的开闭运动，采用压缩空气进行钻进施工和掏穴施工。该液压控制的空气钻进掏穴装置能够满足空气钻进施工中的掏穴需求，该施工方法为松软低透气性煤层等不适宜清水钻进的地层提供了一种有效的掏穴增透方案，有助于提高松软低透气性煤层的瓦斯抽采效率。

技术领域

本发明属于煤矿井下掏穴钻进技术领域，涉及掏穴装置，具体涉及一种液压控制的空气钻进掏穴装置及施工方法。

背景技术

为解决低透气性煤层瓦斯抽采效率低的问题，目前常采用掏穴钻进的方法，即通过从煤层顶底板巷钻进抽采钻孔，并进行掏穴施工，掏穴施工能够在不增大顶底板岩层段钻孔直径的前提下增大煤层段钻孔直径，提高瓦斯抽采效率。

目前采用的掏穴装置主要是通过孔口改变冲洗液流量以控制掏穴装置刀翼的开合来实现煤层段掏穴钻进。授权公告号为CN210217825U的中国专利公开了一种煤层中液动力机械一体化变径造穴装置，该装置通过改变孔口泵入液量的大小控制机械臂开合以切割煤层，实现了煤层掏穴施工，但是该类工艺方法必须采用清水或泥浆等液体为冲洗介质进行钻进以起到驱动活塞，进而控制刀翼开合的功能。授权公告号为CN106761410B的中国专利和授权公告号为CN215761540U的中国专利分别公开了一种双通道钻冲扩一体装置，该装置通过双通道送水器与双通道钻杆配合形成两套独立的水路，进而通过一套水路控制刀翼开合，且解决了依靠流量控制刀翼开合的不稳定性，但在使用过程中需要配备专用双通道钻杆及送水器。

目前的掏穴钻进的方法常采用液体进行钻进，但是由于煤层松软，采用液体进行钻进容易出现钻头糊钻的现象，此外若水压过高，还会破坏孔壁稳定性。随着软煤钻进技术的发展，空气钻进、泡沫钻进等非水基冲洗介质钻进施工方法广泛应用于松软煤层钻进中，并取得了良好应用效果。然而在空气钻进施工中，现有技术中的掏穴装置难以满足空气钻进施工中的掏穴需求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种液压控制的空气钻进掏穴装置及施工方法，解决现有技术中的掏穴装置难以满足空气钻进施工中的掏穴需求的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种液压控制的空气钻进掏穴装置，包括从后到前依次连接的钻杆连接头、外壳总成和钻头连接头；

所述的外壳总成包括主外壳，主外壳的轴向两端均开放，主外壳的轴向后端内安装有钻杆连接头，主外壳的轴向前端内安装有钻头连接头；

所述的主外壳和钻头连接头的后端面围成的空间为中心通道；主外壳的内壁上从后到前依次设置有第一台阶和第二台阶，主外壳的轴向后端与第一台阶之间的中心通道为控制组件安装腔，控制组件安装腔从后到前依次设置有配流件和控制组件；第一台阶和第二台阶之间的中心通道为反冲弹簧安装腔，反冲弹簧安装腔内设置有反冲弹簧；第二台阶和钻头连接头的后端面之间的中心通道为刀翼安装腔，刀翼安装腔内设置有多对刀翼；

所述的控制组件安装腔内还设置有活塞总成的轴向后端，活塞总成的轴向前端贯穿反冲弹簧安装腔，并伸入刀翼安装腔之内；所述的控制组件和反冲弹簧均同轴套设在活塞总成外；

所述的活塞总成的轴向后端内设置有配流件，活塞总成的轴向前端上可活动式安装有多对刀翼的轴向后端，所述的刀翼能够进行开闭运动并从刀翼安装腔的两侧设置的刀翼伸出口中伸出；

所述的控制组件能够围绕活塞总成做旋转运动；所述的刀翼和活塞总成能够作为一个整体在中心通道内沿着轴向方向移动；