煤矿井下树状钻孔的气动推进装置
技术领域
[0001] 本
发明属于煤矿井下
煤层气抽采技术领域，涉及一种高压
树脂管的推进装置，可适用于在煤矿井下树状钻孔时对高压树脂管进行安全高效地输送。
背景技术
[0002] 随着矿区煤层向深部延伸，地应
力与瓦斯压力增大的同时，煤层瓦斯含量有所增加。而且由于我国大部分矿区煤层赋存复杂的特点，在抽放瓦斯时不能实现煤体大范围卸压，造成大采长回采工作面超前排放钻孔过程中单孔瓦斯抽放范围小、抽放量少、抽放浓度低、瓦斯预抽时间长。针对上述情况，有学者提出自进式
水力喷射树状钻孔增加煤层透气性技术，即在原瓦斯抽采母孔
基础上，利用高压水射流破岩原理，实现完全射流钻进多个子孔的新技术。
[0003] 在利用高压水射流进行钻进中深树状水平孔或不同
角度的树状仰孔时，由于管线自身的阻力，管线与钻孔壁的
摩擦力以及自进式
钻头所产生的自推力不足，可能无法完成长距离钻孔的钻进，因此，需要相应的推进装置对高压树脂管线进行输送。中国
专利CN1443920公布的《水射流连续推进的定向钻机》中提到了类似的装置，是一种水射流连续推进定向钻机的
钢管推进装置。它利用传动
齿轮组带动固定在
箱体上的钢管对滚摩擦轮转动，通过摩擦轮与钢管之间的摩擦力推动钢管前进。该机构只有两个对滚摩擦轮提供摩擦力，
接触面积小，所产生的摩擦力小，即提供的推力不足。中国专利CN1558084公布的《连续管的强力推进装置》是一种为连续钢管提供推力的机构。它是在连续钢管上下对称安置的传输链条上固定摩擦
块，通过摩擦块上的V型槽与连续钢管之间的摩擦力来提供推力，并可以实现正反转，提供正反推力。该机构提供推进力大，对连续钢管的局部损伤小，但是结构复杂，体积庞大。再则，煤矿井下作业条件复杂，以上装置均由
电机带动，安全系数低，且无法实现无极变速。
[0004] 因此，由于在钻进中深钻孔时，钻孔长，管路长，阻力大，或钻孔倾角大的仰孔时，孔的倾角越大，管路在垂直方向上的分力就越大大，故阻力也越大，这两种情况
下管道的前进阻力都很大，单靠自进式钻头的自推力是不够的，因此需要额外提供推力装置。
[0005] 目前，用于水射流钻进的推进装置较少，大多是为连续钢管提供推力的装置，而高压树脂管的推进装置则很少，已有推进装置的设计仍存在需要解决的问题：
[0006] （1）机构与连续管之间的摩擦力小，所提供的推进力不足；
[0007] （2）设备结构复杂，体积庞大；
[0008] （3）为高压树脂管提供推力的机构少，对管线的局部损伤大；
[0009] （4）安全系数低，无法实现无级变速。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于针对上述现有推进技术的不足，提供一种适用于煤矿井下树状钻孔的气动推进装置，满足结构简单，体积小，提供推进力大，对连续管的局部损伤小，本质安全等要求，从而使钻进中、深孔和大角度仰孔成为了可能。
[0011] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0012] 本发明为一种煤矿井下树状钻孔的气动推进装置，主要包括推进装置
机架、
同步带轮（包括主动带轮和从动带轮）、压紧带轮、异型同步
齿形带、带减速机的气动
马达、减速机
输出轴、从动轮轴、压紧轮轴、压紧杆、
弹簧、弹簧盖、蝶形
螺母、管托机构、防尘罩以及相应的链接机构如
螺栓（螺钉）、螺母、
垫片、轴销等。
[0013] 本发明在高压树脂管上下两侧对称设置一对带轮，下侧为传动带轮，上侧为压紧带轮，各侧带轮上均套有相同的异型同步齿形带，通过齿形带与高压树脂管的充分接触所产生的摩擦力来提供推进力，具体地：
[0014] 一对同步带轮安装在机架上，一个为主动轮，与气动马达的减速机输出轴连接，另一个为从动轮，两带轮之间通过异形同步齿形带连接，异形同步齿形带的外表面有与高压树脂管外径匹配的U形槽。一对压紧带轮通过压紧轮轴安装在机架上，与同步带轮上下正对配合，两压紧带轮之间通过另一条异形同步齿形带连接，通过异形同步齿形带与高压树脂管的充分接触所产生的摩擦力来提供推进力，从而实现对高压树脂管的输送和
收线。
[0015] 本发明的高压树脂管上部的压紧带轮是上下可调的，通过调节蝶形螺母压紧弹簧来实现上部压紧带轮的下移，从而实现对高压树脂管的压紧。具体结构是，压紧轮轴的一端、弹簧以及弹簧盖均套在压紧杆上，蝶形螺母拧入在压紧杆上端紧抵弹簧盖，弹簧下端压在压紧轮轴上，通过调节蝶形螺母可以使压紧杆上的弹簧压缩，实现压紧带轮上下调节。这种压紧机构有一定弹性，能够在不良环境下工作。
[0016] 本发明的推进装置的最前端安装的是一管托机构，通过调节长杆的角度来实现将高压树脂管平滑地送入不同
位置和倾角的钻孔中。管托机构具有调节长杆，调节长杆下端通过轴销安装在机架上，能绕轴销进行不同角度的转动，并在机架上以轴销为中心在相同半径上设置多个调节孔，调节长杆上设有一个调节
定位孔，调节定位孔分别与各个调节孔对应并连接固定后，实现调节长杆的角度调节，此为第一级调节；调节长杆的上端用调节螺栓固定了一个
导轨，导轨为“T”字形，两端各开一个孔以便导向轮轴通过；带有凹槽的尼龙导向轮安装导向轮轴的一边，两导向轮之间为高压管通过的空间；导向轮轴两端通过垫片和开口销固定，并在两端各套了一个
拉伸弹簧以保持整体导向轮轴和导向轮的平衡；调节长杆的整个上端可以通过调节螺栓使导轨绕螺栓转动，便于将高压管平滑的送入孔内，从而避免高压管在孔口壁转弯过急导致阻力过大，此为第二级调节。整个托管机构通过第一级调节调节长杆和第二级调节导轨来实现对高压树脂管进行不同角度的导向，从而将高压树脂管平滑地送入不同位置和倾角的钻孔中。
[0017] 整个推进装置的外侧安装
铝合金薄板防尘罩，遮住整个推进装置，既能有效地减少粉尘等杂质的进入，提高机构的使用寿命，也能保证操作人员的安全。
[0018] 本发明采用具有防爆性能的气动马达提供动力，带减速机的气动马达多为
活塞式，具有防爆功能，
扭矩大，体积小，
质量轻，能通过转换进气方向实现正反转，并通过调节进气量实现无极调速。
[0019] 本发明的异型同步齿形带采用寿命长且
摩擦系数较高的
复合材料制作而成，其上面带有U型凹槽，与高压树脂管的接触面积大，对高压树脂管的损伤小。
[0020] 本发明的工作原理是：
[0021] 采用气动马达提供动力，带动主动带轮转动，能通过转换进气方向实现正反转，所以本发明不仅能在钻进时对高压树脂管提供推力，而且还能在钻孔完毕后对软管进行收线。高压树脂管下部是一对主动带轮和从动带轮，当气动马达带动主齿轮转动时，从动齿轮也会在异形同步
齿条的作用下进行转动，由于上下对称异型同步齿形带与高压树脂管之间存在摩擦力，促使高压树脂管向前推进。由于岩性的不同，钻进速度将会不同，推进速度也会不同，可以通过调节气动马达的进气量来调节转动速度，从而满足不同时刻的推进速度的要求。在实际施工过程中，钻孔之间的位置、倾斜角度是不同的，可以通过调节推进装置前端的管托机构长杆的角度和导轨的角度实现两级调节，使高压树脂管能平滑的进入不同类型的钻孔中。
[0022] 本发明设计与现有推进技术相比，主要具有以下优点：
[0023] 1．本推进装置采用同步带轮和异形同步齿形带配合，由压紧机构压紧，可以提供较大的，并且稳定的摩擦力，适合为高压树脂管类管线提供推力。
[0024] 2．本推进装置采用复合材料制成的异型同步齿形带提供摩擦力，摩擦系数大，提供摩擦力大，使用寿命长，能有效减少对管线的局部损伤。
[0025] 3．本推进装置采用的压紧机构结构简单，通过蝶形螺母、压紧杆和弹簧部件可以获得足够的弹性压紧力，有利于推进装置在不良的环境下工作。本推进装置设计了管路托举导向机构，采用两级调节，可以根据钻孔之间的位置、倾斜角度的不同，调节输送高压树脂管的角度和高度，使高压树脂管能平滑的进入不同类型的钻孔中。在自进式钻孔过程中，如果光靠自进式钻头的自进力推进是很难钻出深长孔的。所以通过本推进机构对管道进行推进再结合自进式钻头的自进力就能钻出中深孔，也能实现大角度仰孔的钻进。
[0026] 4．本推进装置采用气动马达提供动力，在煤矿井下具有防爆性能，转速相对较慢，扭矩大，能正反转和无极调速，能实现高压管的输送和收线，而且整体尺寸小，质量轻。
[0027] 5.本推进装置由于采用气动马达提供动力，能直接利用井下现有铺设的压缩空气管道作为动力源，无需另设单独的动力装置。
[0028] 可见，本发明与现有推进技术相比，所提供的摩擦力大，对管线的局部损伤小，机构具有防爆功能，能实现高压树脂管的输送和收线，也能进行无极调速，并且结构简单，尺寸较小，质量轻，使用寿命长，能有效完成水力钻进中深孔时对高压树脂管的输送。
附图说明
[0029] 图1是本推进装置的主视图（不带防尘罩）；
[0030] 图2是本推进装置的A—A剖面图；
[0031] 图3是本推进装置的B—B剖面图；
[0032] 图4a和图4b是本推进装置机架的主视图和左视图；
[0033] 图5a和图5b是本推进装置压紧轮轴的俯视图和轴对称剖面图；
[0034] 图6a和图6b是本推进装置的调节长杆下端和调节定位孔连接处的剖面图；
[0035] 图7a和图7b是本推进装置管托机构的
正面图和A—A剖面图。
[0036] 附图标号说明：
[0037] 1、机架，2、异型同步齿形带， 3、同步带轮， 4、
沉头螺钉，5、轴端
挡板， 6、压紧轮轴，7、压紧带轮， 8、压紧杆，9、弹簧，10、弹簧盖， 11、蝶形螺母，12、管托机构，13、从动轮轴，14、圆螺母， 15、销轴（开口销、轴销等），16、平垫，17、螺栓和及其螺母，18、减速机输出轴，19、带减速机的气动马达，20、圆柱头螺钉，21、防尘罩，22、导轨， 23、导向轮轴， 24、拉伸弹簧，25、导向轮， 26、调节长杆， 27、调节定位孔，28、垫片和开口销。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图对本推进装置的具体实施方式做进一步描述：
[0039] 如图1至3所示，本发明涉及一种适用于煤矿井下树状钻孔的推进装置，高压树脂管上下两侧各对称设置一对带轮，下侧为同步带轮（3），包括主动带轮和从动带轮，上侧为压紧带轮（7），均安装在机架（1）上（机架结构见图4a和图4b）。主动带轮通过减速机输出轴（18）与带减速机的气动马达（19）相连，主动带轮与从动带轮之间套有带U型凹槽的异型同步齿形带（2），当气动马达（19）带动主动带轮转动时，从动带轮将在异型同步齿形带（2）的作用下一起转动。所用的气动马达（19）多采用活塞式气动马达，转速相对较慢，但提供的扭矩大，且可通过调节进气量来调节转速，从而与不同时刻的不同钻进速度相匹配。
[0040] 压紧带轮（7）的压紧杆（8）是一根上部为圆柱下部为立方体的杆件，且上部圆柱带有
螺纹，其尺寸与蝶形螺母（11）配套，下部立方体的横截面为正方形，其尺寸与压紧轮轴（6）配套。
[0041] 如图5a和图5b所示，压紧轮轴（6）的左边为圆柱
传动轴，右边为空心立方体，其尺寸能使其刚好套在压紧杆（8）下部立方体上，从而实现压紧轮的上下移动。
[0042] 如图3所示，整个压紧杆（8）是
焊接在推进装置的机架（1）上的。压紧轮轴（6）上安装压紧带轮（7），两压紧带轮（7）间套有相同的异型同步齿形带（2）。通过拧紧压紧杆（8）上的蝶形螺母（11）来压紧弹簧盖（10）和弹簧（9），从而推动压紧带轮（7）的下移，完成对高压树脂管的压紧，实现摩擦力的提供。本压紧方式具有一定弹性，能在不良的环境下工作。
[0043] 如图1所示，推进装置前端是一管托机构（12），其细节如图7a和图7b所示。它由调节长杆（26）、尼龙导向轮（25）、导轨（22）、拉伸弹簧（24）及其他链接部件组成。
[0044] 如图6a所示，调节长杆（26）下端通过轴销（15）安装在机架（1）上，能绕轴销进行不同角度的转动，并在机架上以轴销为中心在相同半径上设置多个调节孔，调节长杆上设有一个调节定位孔（27），调节定位孔分别与各个调节孔对应并通过平垫（16）、螺栓和及其螺母（17）固定在某一需要的角度，如图6b所示，实现调节长杆的角度调节，形成第一级调节，这是第一级调节。调节长杆（26）的上端用螺栓固定了一个导轨（22），导轨（22）为“T”字形，两端各开一个孔以便导向轮轴（23）通过；带有凹槽的尼龙导向轮（25）串在导向轮轴（23）的一边，两导向轮（25）之间为高压树脂管通过的空间。导向轮轴（23）两端通过垫片和开口销（28）固定，并在两端各套了一个拉伸弹簧（24）以保持整体导向轮轴（23）和导向轮（25）的平衡；调节长杆（26）的整个前端可以通过调节螺栓使其随着导轨（22）绕螺栓转动，便于将高压管平滑的送入孔内，从而避免高压管在孔口壁转弯过急导致阻力过大，这是第二级调节。整个托管机构通过第一级调节调节长杆（26）和第二级调节导轨（22）来实现将高压树脂管平滑地送入不同位置和倾角的钻孔中。
[0045] 此外，整个推进装置用
铝合金薄板防尘罩（21）保护，可以有效减少粉尘的进入，提高机构的推进效果和使用寿命，保证操作人员的安全。
[0046] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以定本发明的范围，在本发明公开的技术及方案的基础上，本领域的技术人员能根据本专利公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些
修改和变化，这些修改和变化均在本发明的保护范围内。
