正反转可自动拆卸式钻杆

1029 编辑：中冶有色技术网来源：中煤科工集团重庆研究院有限公司

2023-12-19 14:38:00

权利要求书： 1.一种正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：包括杆体以及连接于杆体两端的公接头和用于与公接头螺纹连接的母接头，所述杆体、公接头和母接头为中空结构形成轴向相互贯通且与外界连通的流体通道，所述公接头端部设置有插销组件，所述插销组件包括轴向开设于公接头端部的销孔、轴向滑动设于销孔内的销轴以及弹性件，所述弹性件具有使销轴轴向缩进至销孔内的弹性力，所述母接头端部开设有与销轴配合的插接孔，所述公接头内开设有使流体通道与销孔贯通的压力孔，所述压力孔用于使得流体进入销孔内进而驱动销轴向外滑动并插入插接孔内。

2.根据权利要求1所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述销孔轴向贯通于公接头轴向两端，所述销孔内端部通过堵头密封，所述销轴位于堵头轴向外侧并轴向密封滑动内套于销孔内，弹性件位于堵头与销轴之间，所述压力孔与销孔中位于销轴与堵头之间的空间连通。

3.根据权利要求1所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：公接头端部周向均匀设置有多个插销组件，所述母接头端部设置有多个与各销轴一一匹配的插接孔，所述公接头内开设有多个与各插接孔贯通的压力孔。

4.根据权利要求2所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述堵头外端部以及销轴内端部开设有用于容纳弹性件两端的凹槽。

5.根据权利要求4所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述凹槽内径向固定有挂轴，所述弹性件的两端分别钩在两个挂轴上。

6.根据权利要求5所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述凹槽内径向开有一组螺纹安装孔，所述挂轴两端螺纹连接于两个螺纹安装孔内。

7.根据权利要求6所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述挂轴为两端大中部小的阶梯轴结构，所述挂轴两端为具有外螺纹的螺纹段。

8.根据权利要求1所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述插接孔为腰型孔。

9.根据权利要求1所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述公接头为外端小内端大的阶梯轴结构，所述公接头的小径段为向外外径逐渐变小的锥形外螺纹接头，所述插销组件设置于公接头轴肩处。

10.根据权利要求2所述的正反转可自动拆卸式钻杆，其特征在于：所述销轴外圆设置有环形密封槽，所述密封槽内设置有使销轴外圆与销孔内圆之间密封的密封圈。

说明书：正反转可自动拆卸式钻杆技术领域[0001] 本发明涉及矿山机械技术领域，特别涉及一种正反转可自动拆卸式钻杆。背景技术[0002] 冲击地压是影响煤矿安全生产的主要灾害之一，卸压钻孔是防治冲击地压的一种有效方法。由于冲击地压钻孔工艺的特殊性，容易发生卡钻、抱钻等事故，此时需要通过钻杆的反转实现解卡。[0003] 在目前的钻孔作业中，前、后两根钻杆之间普遍采用圆锥螺纹连接。因而，在钻孔施工过程中，钻杆只能正向旋转。受复杂地质条件影响，若发生垮孔、排渣不畅等情况，极易发生卡钻、抱钻等事故。此时，若试图通过钻杆正反转交替缓解卡钻、抱钻，则会发生钻杆脱扣，导致丢钻。另一方面，在松软煤层钻孔和冲击地压钻孔施工过程中，也极易发生卡钻等事故。从钻探工艺角度出发，通过钻杆正反交替旋转和往复扫孔可以实现增强排渣和解卡卸压，从而避免卡钻、抱钻的发生。[0004] 为解决钻杆反转的问题，先后出现了形联接和花键副联接等两大类结构形式。形联接大都采用“三棱”、“六方”等多面体柱形面结构插装对接，用以传递正、反双向转矩，同时结合销钉定位，承担钻杆轴向载荷；花键副联接采用内、外花键配合，传递周向转矩，轴向载荷依然采用销钉连接定位。上述联接方式虽然能实现钻杆正、反双向旋转，但装卸过程繁琐，结构复杂，钻杆对接时，需要人工安装或拆卸销钉，难以用自动化方式实现装卸，严重降低了钻机的自动化施工效率。[0005] 有鉴于上述技术问题，需要一种正反转可自动拆卸式钻杆，在可实现钻杆正反转的基础上，够实现钻杆的自动装卸，提高钻机的自动化施工效率。发明内容[0006] 有鉴于此，本发明提供一种正反转可自动拆卸式钻杆，在可实现钻杆正反转的基础上，够实现钻杆的自动装卸，提高钻机的自动化施工效率。[0007] 本发明的正反转可自动拆卸式钻杆，包括杆体以及连接于杆体两端的公接头和用于与公接头螺纹连接的母接头，所述杆体、公接头和母接头为中空结构形成轴向相互贯通且与外界连通的流体通道，所述公接头端部设置有插销组件，所述插销组件包括轴向开设于公接头端部的销孔、轴向滑动设于销孔内的销轴以及弹性件，所述弹性件具有使销轴轴向缩进至销孔内的弹性力，所述母接头端部开设有与销轴配合的插接孔，所述公接头内开设有使流体通道与销孔贯通的压力孔，所述压力孔用于使得流体进入销孔内进而驱动销轴向外滑动并插入插接孔内。[0008] 进一步，所述销孔轴向贯通于公接头轴向两端，所述销孔内端部通过堵头密封，所述销轴位于堵头轴向外侧并轴向密封滑动内套于销孔内，弹性件位于堵头与销轴之间，所述压力孔与销孔中位于销轴与堵头之间的空间连通。[0009] 进一步，公接头端部周向均匀设置有多个插销组件，所述母接头端部设置有多个与各销轴一一匹配的插接孔，所述公接头内开设有多个与各插接孔贯通的压力孔。[0010] 进一步，所述堵头外端部以及销轴内端部开设有用于容纳弹性件两端的凹槽。[0011] 进一步，所述凹槽内径向固定有挂轴，所述弹性件的两端分别钩在两个挂轴上。[0012] 进一步，所述凹槽内径向开有一组螺纹安装孔，所述挂轴两端螺纹连接于两个螺纹安装孔内。[0013] 进一步，所述挂轴为两端大中部小的阶梯轴结构，所述挂轴两端为具有外螺纹的螺纹段。[0014] 进一步，所述插接孔为腰型孔。[0015] 进一步，所述公接头为外端小内端大的阶梯轴结构，所述公接头的小径段为向外外径逐渐变小的锥形外螺纹接头，所述插销组件设置于公接头轴肩处。[0016] 进一步，所述销轴外圆设置有环形密封槽，所述密封槽内设置有使销轴外圆与销孔内圆之间密封的密封圈。[0017] 本发明的有益效果：[0018] 本发明中当流体被注入流体通道内时，流体会经过压力孔进入销孔内对销轴施加轴向压力进而驱动销轴克服弹性件的弹力轴向滑动，销轴头部滑出销孔外并插入插接孔内对公接头和母接头形成周向锁定，此时钻杆反转时，不会使得相邻钻杆转动造成脱钻现象，当流体通道内流体压力降低无法使销轴克服弹性力时，销轴被弹性件的弹力驱动缩进至销孔内，此时钻杆反转时，相邻钻杆可相对转动，利于钻杆的拆卸，该结构的钻杆结构简单，操作以及控制容易，通过钻进过程中常用的流体即可控制相邻钻杆之间的周向锁定和解锁，钻杆可周向锁定，实现正反交替旋转和往复扫孔以增强排渣和解卡卸压，从而避免卡钻、抱钻的发生，钻杆也可周向解锁反转拆卸，减少了人工辅助拆卸装配的环节，并可实现钻机自动拆卸，可大大提高钻机的自动化施工效率。附图说明[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。[0020] 图1为本发明结构示意图；[0021] 图2为本发明剖视结构示意图；[0022] 图3为母接头结构示意图；[0023] 图4为母接头剖视结构示意图；[0024] 图5为公母接头结构示意图；[0025] 图6为公接头剖视结构示意图；[0026] 图7为销轴结构示意图；[0027] 图8为销轴剖视结构示意图；[0028] 图9为挂轴结构示意图；[0029] 图10为挂轴剖视结构示意图；[0030] 图11为堵头结构示意图；[0031] 图12为堵头剖视结构示意图；[0032] 图13为钻杆销轴嵌入结构示意图；[0033] 图14为钻杆销轴分离结构示意图；具体实施方式[0034] 如图所示：本实施例的正反转可自动拆卸式钻杆，包括杆体10以及连接于杆体两端的公接头20和用于与公接头螺纹连接的母接头30，此处公接头与母接头螺纹连接指的是一个钻杆的公接头与相邻钻杆的母接头连接，同一钻杆上的公接头和母接头不存在直接相互连接关系，所述杆体、公接头和母接头为中空结构形成轴向相互贯通且与外界连通的流体通道40，所述公接头端部设置有插销组件，所述插销组件包括轴向开设于公接头端部的销孔21、轴向滑动设于销孔内的销轴22以及弹性件23，所述弹性件具有使销轴轴向缩进至销孔内的弹性力，所述母接头端部开设有与销轴配合的插接孔31，所述公接头内开设有使流体通道与销孔贯通的压力孔27，所述压力孔用于使得流体进入销孔内进而驱动销轴向外滑动并插入插接孔内。[0035] 公接头和母接头的内端部为轴向靠近杆体一端，外端部为轴向远离杆体一端，此处所指的流体为液体或气体，结合图1和2所示，杆体为管状结构，杆体采用高强度耐磨无缝钢管制造；销轴采用高强度合金材料制造，用于保证钻杆反转的定位插接，销轴的外端设有螺纹孔I22b，便于引导销轴装入销孔中；公接头和母接头轴向开有贯通的流道，其中杆体内圆直径大于公接头和母接头内圆直径，公接头和母接头通过摩擦焊焊接于杆体的两端，进而使得钻杆内部形成了轴向贯通在的流体通道，各个钻杆相互连接使得流体通道依次连接形成了延伸至钻孔内的流道，在钻孔外可通过该流道注入高压液体或者气体，公接头具有外螺纹段，母接头具有内螺纹孔，钻杆的公接头与另一钻杆母接头连接后，该钻杆的插销组件与另一钻杆的插接孔配合，结合图2和图6所示，压力孔孔径较小，压力孔径向开设于公接头内圆并贯通至销孔内，当流体被注入流体通道内时，流体会经过压力孔进入销孔内对销轴施加轴向压力进而驱动销轴克服弹性件的弹力轴向滑动，销轴头部滑出销孔外并插入插接孔内对公接头和母接头形成周向锁定，此时钻杆反转时，不会使得相邻钻杆转动造成脱钻现象，当流体通道内流体压力降低无法使销轴克服弹性力时，销轴被弹性件的弹力驱动缩进至销孔内，此时钻杆反转时，相邻钻杆可相对转动，利于钻杆的拆卸，该结构的钻杆结构简单，操作以及控制容易，通过钻进过程中常用的流体即可控制相邻钻杆之间的周向锁定和解锁，钻杆可周向锁定，实现正反交替旋转和往复扫孔以增强排渣和解卡卸压，从而避免卡钻、抱钻的发生，钻杆也可周向解锁反转拆卸，减少了人工辅助拆卸装配的环节，并可实现钻机自动拆卸，可大大提高钻机的自动化施工效率。[0036] 本实施例中，所述销孔21轴向贯通于公接头轴向两端，所述销孔内端部通过堵头24密封，所述销轴位于堵头轴向外侧并轴向密封滑动内套于销孔内，弹性件位于堵头与销轴之间，所述压力孔27与销孔中位于销轴与堵头之间的空间连通。合图5和图6所示，销孔的内端为内螺纹孔结构，堵头螺纹内旋于该内螺纹孔使该端部密封，该内螺纹孔应与销孔保持良好的同轴度要求；堵头的内端部设置有螺纹孔II24a用于引导堵头的安装，堵头和销轴使得销孔内两头密封，可防止流体泄露，利于流体压力保持进而可靠的驱动销轴。

[0037] 本实施例中，公接头端部周向均匀设置有多个插销组件，所述母接头端部设置有多个与各销轴一一匹配的插接孔，所述公接头内开设有多个与各插接孔贯通的压力孔。结合图3和图5所示，本实施例中设置有六组插销组件，相应的在母接头上开设有六个插接孔，在公接头内开设有六个压力孔，该结构可使得相邻钻杆在周向锁定时，提高周向的受力均匀度，进而提高钻杆可承受的转矩。[0038] 本实施例中，所述堵头外端部以及销轴内端部开设有用于容纳弹性件两端的凹槽28。凹槽为圆形的盲孔结构，该结构可对弹性件的形变形成导向，防止弹性件侧倾，同时也利于弹性件的安装定位。

[0039] 本实施例中，所述凹槽28内径向固定有挂轴25，所述弹性件的两端分别钩在两个挂轴上。弹性件采用拉伸弹簧，拉伸弹簧的两端带有圆钩，两个圆钩分别钩于两个挂轴上用于拉伸弹簧的连接和安装。[0040] 本实施例中，所述凹槽内径向开有一组螺纹安装孔28a，所述挂轴两端螺纹连接于两个螺纹安装孔内。结合图8和图12所示，每个凹槽内径向相对开设有两个螺纹安装孔，两个螺纹安装孔可以均为通孔结构，也可以为一个通孔一个盲孔的结构，挂轴的两端可拆卸的螺纹连接于两个螺纹安装孔内，利于挂轴的安装和拆卸。[0041] 本实施例中，所述挂轴为两端大中部小的阶梯轴结构，所述挂轴两端为具有外螺纹的螺纹段25a。挂轴中部小径段利于挂轴中部穿过螺纹安装孔，便于挂轴的安装，同时挂轴中部也作为拉绳弹簧的钩接位置，挂轴的两端面设有4个细长孔25b，用于安装定位。[0042] 本实施例中，所述插接孔31为腰型孔。腰型孔长度方向与母接头端面周向方向一致，腰型孔的设置可增大公接头与另一钻杆母接头周向相对位置的误差容忍量，利于销轴可靠的插入连接，确保钻杆反转不脱扣。[0043] 本实施例中，所述公接头为外端小内端大的阶梯轴结构，所述公接头的小径段为向外外径逐渐变小的锥形外螺纹接头，所述插销组件设置于公接头轴肩处。相适配的，在母接头的端部开设有锥形的内螺纹孔，插接孔开设于母接头的端部并围绕内螺纹孔周向分布，该结构的公接头既利于与母接头连接装配也便于安装定位。[0044] 本实施例中，所述销轴外圆设置有环形密封槽22a，所述密封槽内设置有使销轴外圆与销孔内圆之间密封的密封圈26。密封圈为橡胶材质，通过橡胶圈实现销轴在销孔内的滑动密封；[0045] 结合图13所示，自动上钻过程：钻杆I60处于被钻机夹持器夹紧状态，钻杆II50作为上钻钻杆，通过钻杆II50的旋转推进，使得钻杆II50的公接头旋入钻杆I60的母接头之中，完成钻杆I60和钻杆II50的旋合。随即从钻杆II50的尾部通入流体，流体经钻杆II50内部，从公接头内的压力孔流入销孔内，流体推动销轴伸出，使得销轴插入钻杆I60的母接头的插接孔之中，使得钻杆II50和钻杆I60完成联接，通过销轴便可实现承受反向转矩，通过公接头的圆锥螺纹结构可承受正向转矩和轴向受力，完成钻杆自动上钻。[0046] 如图14所示，自动卸钻过程：钻杆I60处于被钻机夹持器夹紧状态，钻杆II50作为卸钻钻杆，流体停止供流，在弹性件23的复位作用下，钻杆II50的销轴从钻杆I60的母接头的插接孔中退出，缩回到初始状态。此时钻杆II50和钻杆I60脱离可反转状态；随后钻杆II50公接头旋出钻杆I60的母接头，使得钻杆II50和钻杆I60完全脱离，完成钻杆自动卸钻。[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，而不脱离本发明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。