專利名稱：一種助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機械領域，特別是一種助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備。
背景技術：
深孔高效鉆進技術是煤礦瓦斯抽采的關鍵技術之一，鉆孔深度決定著瓦斯抽采的范圍和效率。由于各地區(qū)的煤層賦存條件不同，煤層深孔鉆進的難易程度差別很大。松軟煤層和瓦斯突出煤層在我國可采煤層中占有很大比例，在這類煤層中鉆孔，尤其是在地應力高的區(qū)域，容易出現(xiàn)塌孔和卡鉆現(xiàn)象，造成鉆孔成孔率低，成孔深度淺。在松軟煤層和突出煤層中進行鉆孔施工一直是國內(nèi)外鉆探技術的難題之一。目前國內(nèi)瓦斯抽放常用的鉆進方式有光面鉆桿鉆進，風力或水力排屑(這種鉆進方法一般鉆頭比鉆桿的直徑大，依靠高壓氣流或水流將鉆屑從鉆桿和鉆孔壁之間的空隙中排出)和螺旋葉片鉆桿鉆進，依靠螺旋機械動力排屑。光面鉆桿風力或水力排屑在沒有瓦斯突出，煤的硬度系數(shù)較高的煤層中鉆速度快、成孔質(zhì)量好、鉆孔也比較深。但是在松軟煤層和瓦斯突出煤層鉆進時，由于地應力、瓦斯壓力、鉆桿震動等因素，在鉆孔內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)局部塌孔抱鉆桿現(xiàn)象，此時風力或水力排屑通道堵塞，輕者卡鉆、丟鉆，嚴重時因摩擦發(fā)熱引起煤和瓦斯燃燒釀成重大安全事故。使用螺旋葉片鉆桿鉆進，螺旋葉片排屑需要強大的機械動動力，在鉆到一定的深度時容易出現(xiàn)吸鉆、斷桿鉆現(xiàn)象，鉆孔長度受到限制。為解決該類難題，專家、學者和現(xiàn)場技術人員在不斷的努力研究。如專利授權號為 200610111830. 5公開的一種突出煤層扒孔降溫鉆具及鉆進方法，該專利中提供了一種在光面鉆桿上車上螺旋溝槽的新型鉆桿。該種鉆桿在實際應用中起到了疏通因塌孔被堵塞的主排屑通道作用，但由于溝槽造成了鉆桿斷面積減少，再加上應力集中、磨損等因素，鉆桿更易折斷。專利公開號為200910064357. 5公開了雙動力低螺旋鉆桿及其加工方法。該專利中提供了兩種方法制作螺旋鉆桿，一種是將鋼管軋制成一條或多條的直線凸棱然后再加熱扭轉(zhuǎn)成螺旋凸棱鉆桿，另一種是用特制高硬度模具將普通光面鉆桿輥(擠)壓成螺旋凸棱鉆桿。這兩種方法制成的螺旋鉆桿都能依靠低螺旋動力疏通主排屑通道，增加鉆進長度，但其缺點是加工成本高，鉆桿表面所形成的螺旋凸棱和鉆桿主體是同一種材質(zhì)硬度低，在鉆進過程將很快被磨損掉。綜上所述，設計一種能在普通光面鉆桿上熔覆成耐磨螺旋凸棱的專用設備勢在必行。

實用新型內(nèi)容針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術之缺陷，本實用新型之目的，就是提供一種助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，可有效解決在鉆進過程發(fā)生塌孔時，依靠螺旋動力有效帶走緊抱在鉆桿上的煤屑，疏通風力或水力排屑通道，提高鉆進速度和成孔長度，同時還提高了鉆桿的機械強度、剛度和耐磨性能，延長其使用壽命。本實用新型包括等離子電源、數(shù)控器、執(zhí)行機構、氬氣瓶、冷水機、送粉器和等離子炬，所述的執(zhí)行機構包括底座、支架、旋轉(zhuǎn)動力頭、尾架、等離子炬和送粉器，底座的一端上裝有旋轉(zhuǎn)動力頭，旋轉(zhuǎn)動力頭上裝有第一驅(qū)動電機、減速機和卡盤，卡盤上裝有起弧接桿， 底座的另一端裝有尾架，尾架上裝有三個調(diào)中心的滾輪，調(diào)中心的滾輪上裝有收弧接桿，底座的后側(cè)有支架，支架由兩根豎梁和一根橫梁構成，支架的橫梁上裝有連在一起的第二驅(qū)動電機、等離子炬和送粉器，送粉器的出粉口和等離子炬的進粉口相連，等離子電源與等離子炬相連，氬氣瓶通過數(shù)控柜與送粉器和等離子炬相連，冷水機分別與等離子炬和收弧接桿相連，數(shù)控柜分別和兩個驅(qū)動電機、等離子電源、等離子炬、送粉器和冷水機相連。本實用新型新穎、獨特、結(jié)構科學合理，生產(chǎn)出來的助排屑耐磨螺旋鉆桿機械強度、剛度和耐磨性能好，使用該種鉆桿在松軟煤層和瓦斯突出煤層中施工，可有效提高鉆進速度和成孔長度，并能明顯延長鉆桿的使用壽命。

附圖為本實用新型的結(jié)構主視圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細說明。由附圖給出，本實用新型包括等離子電源、數(shù)控器、執(zhí)行機構、氬氣瓶、冷水機、送粉器和等離子炬，所述的執(zhí)行機構包括底座16、支架9、旋轉(zhuǎn)動力頭8、尾架、等離子炬4和送粉器14，底座16的一端上裝有旋轉(zhuǎn)動力頭8，旋轉(zhuǎn)動力頭上裝有第一驅(qū)動電機、減速機17 和卡盤7，卡盤7上裝有起弧接桿6，底座16的另一端裝有尾架1，尾架1上裝有三個調(diào)中心的滾輪15，調(diào)中心的滾輪15上裝有收弧接桿2，底座16的后側(cè)有支架9，支架由兩根豎梁和一根橫梁構成，支架9的橫梁上裝有連在一起的第二驅(qū)動電機18、等離子炬4和送粉器14， 送粉器14的出粉口和等離子炬的進粉口相連，等離子電源13與等離子炬相連，氬氣瓶10 通過數(shù)控柜與送粉器14和等離子炬4相連，冷水機11分別與等離子炬4和收弧接桿2相連，數(shù)控柜12分別和兩個驅(qū)動電機、等離子電源、等離子炬、送粉器和冷水機相連。為了保證使用效果，所述的尾架1上有3個按120度均布的滾輪15，即所述的滾輪 15呈120度均布在尾架1上。三個滾輪既同時聚中調(diào)節(jié)，也可單獨分別調(diào)節(jié)以保證收弧接桿2和起弧接桿6中同一中心線上；所述的起弧接桿和收弧接桿相對應的一端上制有螺紋， 所述的起弧接桿和收弧接桿的直徑與被熔覆鉆桿3直徑相同。所述的等離子電源是由兩個工業(yè)上通用的氬弧焊機組成，所述的收弧接桿上制有冷卻水進出口，冷卻水進出口也可以設計在起弧接桿6或者是被熔覆鉆桿3上。即所述的收弧接桿，或起弧接桿，或被熔覆鉆桿3上有冷卻水進出口，圖中未標示。本實用新型的工作情況是，將被熔覆鉆桿3經(jīng)螺紋裝在起弧接桿和收弧接桿上， 并使被熔覆的鉆桿和起弧接桿、收弧接桿的中心在同一條直線上，起弧接桿和收弧接桿的作用是讓起弧和收弧時不規(guī)則的熔覆層落在接桿上，以保證鉆桿上的熔覆層完好無缺。旋轉(zhuǎn)動力頭在第一驅(qū)動電機、減速機的作用下旋轉(zhuǎn)帶動卡盤及起弧接桿、將被熔覆鉆桿和收弧接桿旋轉(zhuǎn)，第二驅(qū)動電機帶動送粉器和等離子炬在支架橫架上水平滑動；等離子電源通過等離子炬產(chǎn)生等離子能量束流在鉆桿表面形成熔池，送粉器通過等離子炬向熔池內(nèi)同步送入合金粉末，鉆桿的表面基材和粉末同步熔化，待等離子束移去后即形成螺旋熔覆層5，冷水機同時分別對等離子炬和鉆桿進行冷卻，數(shù)控系統(tǒng)控制電源、執(zhí)行機構、等離子炬、送粉器、冷水機按既定程序工作，將普通的光面鉆桿加工成助排屑耐磨螺旋鉆桿。在使用中，本實用新型的具體實施步驟是(1)將鉆桿的兩端分別和起弧接桿和收弧接桿通過螺紋聯(lián)接在一起，鉆桿和兩端的接桿直徑相同，然后將起弧接桿裝卡在卡盤上，收弧接桿裝卡在尾架上的三個滾輪之間， 調(diào)整尾架上的三個滾輪，使鉆桿和兩個接桿在一條中心線上。然后再把將等離子炬移動至起弧接桿的上方，等離子炬的噴嘴底端距被熔覆鉆桿之間的高度調(diào)整到8 20mm(根據(jù)被熔覆鉆桿直徑而定)，將噴嘴中心向鉆桿旋轉(zhuǎn)方向的反方向偏移1 15毫米(根據(jù)被熔覆鉆桿直徑而定)，將特制的合金陶瓷粉末裝入送粉器；(2)將送粉量調(diào)整到30 lOOg/min之間，離子氣流量調(diào)整到0. 4 1. 0m3/h之間， 送粉氣流量調(diào)整到0. 2 0. 8m3/h之間，保護氣流量調(diào)整到0. 4 1. 2m3/h之間，將熔覆電流調(diào)整到50 300A之間，將等離子炬的行走速度調(diào)整到30 ISOmm/min之間，卡盤的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整到0. 5 3. Or/min，冷卻水流量調(diào)整到0. 4 1. 2m3/h之間；(3)開啟數(shù)控柜上熔覆按鈕，數(shù)控系統(tǒng)控制驅(qū)動電機帶動卡盤，起弧接桿，鉆桿和收弧接桿一起轉(zhuǎn)動，控制另一驅(qū)動電機帶動等離子炬沿支架橫梁作直線運動，同時控制等離子炬產(chǎn)生等離子能量束流，在等離子束流的作用下，瞬間將鉆桿表面和送粉器通過等離子炬同步送達的合金粉末一起熔化，設備按控制系統(tǒng)設定好的程序協(xié)調(diào)動作，自動在普通光面鉆桿表面上形成寬5 20mm，高1 IOmm螺旋熔覆層。本實用新型具有以下有益的技術效果(1)螺旋凸棱一步成形，鉆桿無變形，不需要后期校直處理，生產(chǎn)效率高、成本低。(2)加工的螺旋凸棱硬度高、耐磨性能好，熔覆層和鉆桿體呈深度冶金結(jié)合，抗沖擊性能好，鉆桿的使用壽命明顯延長。(3)熔覆后增大了鉆桿的斷面面積，明顯提高了鉆桿的機械強度和剛度。(4)加工的鉆桿在松軟煤層和瓦斯突出煤層使用時，在主排屑動力(風力或水力) 和螺旋助動力的雙重作用下，加快排屑速度，從而是提高了鉆進速度。當出現(xiàn)塌孔形成鉆穴時，依靠螺旋推動力，排出堵鉆的煤屑，疏通主排屑通道，減少卡鉆、斷鉆等鉆穴危害，延長成孔長度、提高成孔質(zhì)量。(5)鉆桿在巖層中使用，耐磨螺旋起保徑作用，可有效避免鉆桿和巖壁的直接摩擦，可顯著延長鉆桿的使用壽命。
權利要求1.一種助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，包括等離子電源、數(shù)控器、執(zhí)行機構、氬氣瓶、冷水機、送粉器和等離子炬，其特征在于，所述的執(zhí)行機構包括底座(16)、支架(9)、旋轉(zhuǎn)動力頭(8)、尾架(1)、等離子炬(4)和送粉器(14)，底座(16)的一端上裝有旋轉(zhuǎn)動力頭(8)， 旋轉(zhuǎn)動力頭上裝有第一驅(qū)動電機、減速機(17)和卡盤(7)，卡盤(7)上裝有起弧接桿(6)， 底座(16)的另一端裝有尾架(1)，尾架(1)上裝有三個調(diào)中心的滾輪(15)，調(diào)中心的滾輪 (15)上裝有收弧接桿O)，底座(16)的后側(cè)有支架(9)，支架由兩根豎梁和一根橫梁構成， 支架(9)的橫梁上裝有連在一起的第二驅(qū)動電機(18)、等離子炬(4)和送粉器(14)，送粉器(14)的出粉口和等離子炬的進粉口相連，等離子電源(13)與等離子炬相連，氬氣瓶(10) 通過數(shù)控柜與送粉器(14)和等離子炬(4)相連，冷水機(11)分別與等離子炬(4)和收弧接桿( 相連，數(shù)控柜(1 分別和兩個驅(qū)動電機、等離子電源、等離子炬、送粉器和冷水機相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，其特征在于，所述的滾輪 (15)呈120度均布在尾架(1)上。
3.根據(jù)權利要求1所述的助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，其特征在于，所述的起弧接桿和收弧接桿的中心在同一水平軸線上，起弧接桿和收弧接桿相對應的一端上有螺紋。
4.根據(jù)權利要求1所述的助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，其特征在于，所述的起弧接桿和收弧接桿的直徑與被熔覆鉆桿C3)直徑相同，并且三者中心在一條直線上。
5.根據(jù)權利要求1所述的助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，其特征在于，所述的等離子電源是由兩個氬弧焊機組合而成。
6.根據(jù)權利要求1所述的助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，其特征在于，所述的收弧接桿，或起弧接桿，或被熔覆鉆桿C3)上有冷卻水進出口。
專利摘要本實用新型涉及一種助排屑耐磨螺旋鉆桿熔覆設備，可有效解決在鉆進過程發(fā)生塌孔時，疏通風力或水力排屑通道，提高鉆進速度和成孔長度問題。結(jié)構是，底座的一端上裝有旋轉(zhuǎn)動力頭，其上裝有第一驅(qū)動電機、減速機和卡盤，卡盤上裝有起弧接桿，底座的另一端裝有尾架，其上有裝有收弧接桿滾輪，底座的后側(cè)支架的橫梁上裝有第二驅(qū)動電機、等離子炬和送粉器，送粉器的出粉口和等離子炬的進粉口相連，等離子電源與等離子炬相連，氬氣瓶通過數(shù)控柜與送粉器和等離子炬相連，冷水機分別與等離子炬和收弧接桿相連，數(shù)控柜分別和兩個驅(qū)動電機、等離子電源、等離子炬、送粉器和冷水機相連。本實用新型有效提高鉆進速度和成孔長度，并能明顯延長鉆桿的使用壽命。
文檔編號C23C24/10GK201990729SQ20102066286
公開日2011年9月28日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2010年12月16日
發(fā)明者劉鳴放, 張文平, 李會玲, 李運宏, 溫少安, 牛小平, 陳濤, 馬宗彬 申請人:山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司, 河南省煤科院耐磨技術有限公司