CN101975054B - 切割煤层的高压水力割缝机 - Google Patents

Abstract

切割煤层的高压水力割缝机，涉及凿岩类机械。本发明解决现有技术传动部件易损坏，钻孔位置过低，连续管长度有限的问题。本发明的机架四角安装割缝机支撑油缸，机架中心安装滚筒旋转轴；缠绕滚筒水平放置；连续钢管推进机和矫直机由连接箱体，矫直机和推进机组成，连续钢管穿在推进机和矫直机的通孔中；高压水配水套由配水套盘，配水内套和配水外套组成，配水套盘上安装连续管多层缠绕换向机构；滚筒驱动机构由液压马达，齿轮组和滚筒齿圈组成，滚筒齿圈与缠绕滚筒连接，液压马达及齿轮组安装在配水套盘上，齿轮组驱动滚筒齿圈，带动缠绕滚筒旋转；缠绕滚筒周围分布连续钢管压紧机构。本发明用于改造低渗透矿物储层(尤其煤层)的透气性。

Description

切割煤层的高压水力割缝机

技术领域

本发明涉及凿岩类机械，具体的说是一种利用高压水射流切割煤层，改造煤层透气性的高压水力割缝设备。

背景技术

甲烷是煤炭形成过程中生成的一种可燃、易爆气体。是煤矿瓦斯气体的主要成分，也是煤矿开采过程中危害性最大的有害气体。为了防止煤矿开采过程中瓦斯积聚和爆炸，目前矿井采用通风携排的方式降低煤矿巷道中的瓦斯含量。但随着机械化程度的提高和煤炭产量的增加，单纯采用通风方式已经不能有效降低煤矿巷道中的瓦斯。必须在开采前对煤层中的瓦斯实施钻孔预抽放，才能降低煤层中的瓦斯含量，减少开采过程中的瓦斯涌出量。但对于埋藏较深的煤层和裂隙发育差、或完整性好的煤层，其透气性较差。现有的钻孔抽放技术不能有效地抽放出煤层中的瓦斯，必须对煤层的透气性进行改造和提高。

高压水力割缝机是利用高压水射流对煤层进行切割，使煤层卸压，达到改造煤层透气性目的的一种设备。

专利“水射流连续推进的定向钻机”(专利号ZL03122733.3)，提出一种适于地下坑道作业的水射流连续推进的定向钻机，可以完成连续推进和钻进的功能。但从结构上看，该发明具有以下缺点：1)采用电机和无极变速器作为驱动力，以链条进行传动，带动钢管推进机构推动连续钢管。作业过程中连续管因某些原因停止运动时，或者推进机构的滚轮会严重磨损连续管，或者因推进机构滚轮与连续管摩擦力大而停止旋转时，传动链条因不能驱动推进机构将被拉断；2)滚筒采用直立式布置，连续管从缠绕滚筒下部水平推出，使得钻孔位置过低，不适于煤矿使用；3)连续管在滚筒上单层缠绕，使得滚筒储存连续管的长度有限，不能实现超长钻孔的施工。基于上述三个缺点，大大地限制了该发明的使用。

发明内容

本发明是在克服上述发明缺点的基础上提出的一种切割煤层的高压水力割缝机，解决现有技术传动系统部件易损坏、运动不同步，滚筒立置、钻孔位置过低，连续管单层缠绕、长度有限的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种切割煤层的高压水力割缝机，包括：机架，安装在机架内的缠绕滚筒，缠绕在缠绕滚筒上的连续钢管，连续钢管推进机和矫直机，安装在连续钢管前端的水射流钻头，以及滚筒驱动机构和高压水配水套，其特征在于：所述机架的四个角安装由液压阀组控制的割缝机支撑油缸，所述机架的中心安装有滚筒旋转轴；所述缠绕滚筒水平放置，并与机架中心的滚筒旋转轴动配合；所述连续钢管推进机和矫直机安装在机架上，它由连接箱体，矫直机和推进机组成，连续钢管穿在推进机和矫直机的通孔中，推进油缸运动时带动推进机工作；所述高压水配水套由配水套盘，配水内套和配水外套及密封件组成，所述配水套盘上安装连续管多层缠绕换向机构；所述滚筒驱动机构由液压马达，齿轮组和滚筒齿圈组成，滚筒齿圈与缠绕滚筒通过螺栓连接，液压马达及齿轮组安装在所述配水套盘上，齿轮组驱动滚筒齿圈，带动缠绕滚筒绕滚筒旋转轴旋转；所述缠绕滚筒周围分布三组连续钢管压紧机构，每组所述压紧机构由滑道立柱，拉簧，压紧滚轮组成，每组连续钢管压紧机构由一个水平连接臂连接在配水套盘上，当滚筒旋转时，压紧滚轮能够同滚筒一起上下移动。

所述矫直机由矫直机壳体和两组滚轮组成，两组滚轮分别以水平和垂直两个方向安装在矫直机壳体内；所述推进机由夹持器，两个推进油缸，及两个拉拔油缸组成，所述矫直机、推进油缸和拉拔油缸固定在机座上，所述夹持器固定在所述推进油缸的活塞杆上。

所述连续管多层缠绕换向机构由换向齿轮，传动齿轮组，传动齿轮，及滚筒提升齿轮组成，所述传动齿轮组由两个齿轮组成，所述传动齿轮为单个齿轮，所述配水内套的齿轮与所述换向齿轮啮合，所述配水内套与缠绕滚筒轮毂通过螺栓连接，所述换向齿轮只与所述传动齿轮或所述传动齿轮组的一个齿轮啮合，所述传动齿轮和所述传动齿轮组与所述滚筒提升齿轮啮合。

所述滚筒提升齿轮有内矩形螺纹，与所述滚筒旋转轴的矩形螺纹相配合，所述滚筒提升齿轮通过轴承与所述配水套盘连接。

所述配水套盘由三个支撑臂与连续钢管压紧机构连接。

所述推进机和矫直机的通孔与缠绕滚筒外缘相切。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

①采用全液压驱动方式，克服了传动系统中各部件运动不同步的难题；

②滚筒采用水平放置，钻孔位置可以任意调节，不受设备高度的影响；

③采用多层缠绕连续钢管，使连续管的长度不受滚筒大小的影响。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为图1的右视图；

图5为图2的E-E剖视图；

图6为图5的俯视图。

下面结合附图通过较佳实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6所示，一种切割煤层的高压水力割缝机，由机架1，连续钢管矫直机和推进机2，连续钢管多层缠绕换向机构3，连续钢管4，缠绕滚筒5，连续钢管压紧机构6，射流割缝钻头7，液压阀组8，滚筒驱动机构9，高压水配水套10等部件构成。

所述机架1的四个角安装由液压阀组8控制的割缝机支撑油缸1-1，油缸伸缩可以控制割缝机的高度和仰角，所述机架1的中心安装有滚筒旋转轴1-2，所述缠绕滚筒5水平放置，可绕位于机架中心的滚筒旋转轴1-2旋转。缠绕滚筒5旋转时，能够沿着滚筒旋转轴1-2上下移动，并将连续钢管4缠绕在缠绕滚筒5上。

所述连续钢管矫直机和推进机2安装在机架1上，包括连接箱体2-1，矫直机2-2和推进机2-3，连续钢管4穿在矫直机及推进机的通孔之中，所述通孔与缠绕滚筒5外缘大致相切。

所述矫直机2-2由矫直机壳体2-2-1和两组滚轮2-2-2组成，两组滚轮2-2-2分别以水平和垂直两个方向安装在矫直机壳体2-2-1内，从两个正交方向对连续钢管4进行矫直。

所述推进机2-3由夹持器2-3-1，两个推进油缸2-3-2，及两个拉拔油缸2-3-3组成。需要将连续钢管4伸入钻孔中时，首先由夹持器2-3-1夹紧连续钢管，然后推进油缸2-3-2带动夹持器2-3-1拽动连续钢管4，推进油缸2-3-2达到行程后，松开夹持器2-3-1，收回推进油缸2-3-2，完成一个推进循环。当需要拽出连续钢管4时，两个拉拔油缸2-3-支撑在煤壁上，滚筒驱动机构9驱动缠绕滚筒5旋转，将连续钢管4从钻孔中抽出，并缠绕在缠绕滚筒5上，可以防止高压水力割缝机向前移动。

所述高压水配水套10由配水套盘10-1，配水内套10-2和配水外套10-3及密封件组成，高压水配水套10把20～70MPa的高压水从只有上下运动的配水套盘10-1传输到旋转运动的连续钢管4中。配水套盘10-1通过轴承与滚筒提升齿轮3-4连接，并由三个支撑臂1-3连接在连续钢管压紧机构6的立柱6-1上。当滚筒5旋转时，配水内套10-2和滚筒5同步旋转，配水套盘10-1和配水外套10-3不旋转，只是连同滚筒5一起上下移动。

所述配水套盘10-1上安装连续钢管多层缠绕换向机构3，所述换向机构3由换向齿轮3-1，传动齿轮组3-2，传动齿轮3-3，及滚筒提升齿轮3-4组成，所述传动齿轮组3-2由两个齿轮组成，所述传动齿轮3-3为单个齿轮，所述配水内套10-2的齿轮与所述换向齿轮3-1啮合，所述配水内套10-2与缠绕滚筒5轮毂通过螺栓连接，所述换向齿轮3-1只与所述传动齿轮3-3或所述传动齿轮组3-2的一个齿轮啮合，所述传动齿轮3-3或所述传动齿轮组3-2可与所述滚筒提升齿轮3-4啮合。

所述滚筒提升齿轮3-4有内矩形螺纹，与所述滚筒旋转轴1-2的矩形螺纹相配合，所述滚筒提升齿轮3-4通过轴承与所述配水套盘10-1连接，当滚筒提升齿轮3-4旋转时，滚筒提升齿轮带动滚筒5及配水套盘10-1沿滚筒旋转轴1-2上下移动。

缠绕滚筒5旋转时能带动配水内套10-2一起旋转，并将动力传递给换向齿轮3-1的同轴齿轮。通过调整传动齿轮组3-2或传动齿轮3-3与换向齿轮3-1的啮合关系，可以实现在缠绕滚筒5旋转方向不变的条件下，改变滚筒提升齿轮3-4的旋转方向，从而改变缠绕滚筒5上下移动的方向，实现多层缠绕连续钢管4。

所述滚筒驱动机构9由液压马达9-1，齿轮组9-3和滚筒齿圈9-2组成，滚筒齿圈9-2与缠绕滚筒5通过螺栓连接，液压马达9-1及齿轮组9-3安装在所述配水套盘10-1上，齿轮组9-3驱动滚筒齿圈9-2，带动缠绕滚筒5绕滚筒旋转轴1-2旋转。

使用时首先在煤层中施工瓦斯抽放钻孔，然后将连续钢管沿钻孔伸入煤层直至钻孔的底部。再一边回退收连续钢管4，一边利用20～70MPa的高压水射流对钻孔进行切割。煤层被切割后，切割缝两侧的煤层发生变形和破裂，从而达到提高煤层透气性的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方案，并非对本发明作任何形式上的限定，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方案所作的任何简化修改，等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种切割煤层的高压水力割缝机，包括：机架(1)、安装在机架(1)内的缠绕滚筒(5)、缠绕在缠绕滚筒(5)上的连续钢管(4)、连续钢管推进机和矫直机(2)、安装在连续钢管前端的水射流钻头(7)、以及滚筒驱动机构(9)和高压水配水套(10)，其特征在于：所述机架(1)的四个角安装由液压阀组(8)控制的割缝机支撑油缸(1-1)，所述机架(1)的中心安装有滚筒旋转轴(1-2)；所述缠绕滚筒(5)水平放置，并与机架中心的滚筒旋转轴(1-2)动配合；所述连续钢管推进机和矫直机(2)安装在机架(1)上，它由连接箱体(2-1)、矫直机(2-2)和推进机(2-3)组成，连续钢管(4)穿在推进机和矫直机(2)的通孔中；所述高压水配水套(10)由配水套盘(10-1)、配水内套(10-2)和配水外套(10-3)及密封件组成，所述配水套盘(10-1)上安装连续管多层缠绕换向机构(3)；所述滚筒驱动机构(9)由液压马达(9-1)、齿轮组(9-3)和滚筒齿圈(9-2)组成，滚筒齿圈(9-2)与缠绕滚筒(5)通过螺栓连接，液压马达(9-1)及齿轮组(9-3)安装在所述配水套盘(10-1)上，齿轮组(9-3)驱动滚筒齿圈(9-2)，带动缠绕滚筒(5)绕滚筒旋转轴(1-2)旋转；所述缠绕滚筒(5)周围分布三组连续钢管压紧机构(6)，每组所述连续钢管压紧机构(6)由滑道立柱(6-1)、拉簧(6-2)、压紧滚轮(6-3)组成，每组连续钢管压紧机构由一个水平连接臂(1-3)连接在配水套盘(10-1)上，当缠绕滚筒(5)旋转时，连续钢管压紧机构能够沿着滑道立柱(6-1)同缠绕滚筒同步上下移动；所述连续管多层缠绕换向机构(3)由换向齿轮(3-1)、传动齿轮组(3-2)、传动齿轮(3-3)、及滚筒提升齿轮(3-4)组成，所述传动齿轮组(3-2)由两个齿轮组成，所述传动齿轮(3-3)为单个齿轮，所述配水内套(10-2)的齿轮与所述换向齿轮(3-1)啮合，所述配水内套(10-2)与缠绕滚筒(5)轮毂通过螺栓连接，所述换向齿轮(3-1)只与所述传动齿轮(3-3)或所述传动齿轮组(3-2)的一个齿轮啮合，所述传动齿轮(3-3)或所述传动齿轮组(3-2)与所述滚筒提升齿轮(3-4)啮合。

2.按照权利要求1所述的切割煤层的高压水力割缝机，其特征在于：所述矫直机(2-2)由矫直机壳体(2-2-1)和两组滚轮(2-2-2)组成，两组滚轮(2-2-2)分别以水平和垂直两个方向安装在矫直机壳体(2-2-1)内；所述推进机(2-3)由夹持器(2-3-1)、两个推进油缸(2-3-2)、及两个拉拔油缸(2-3-3)组成，所述矫直机(2-2)、推进油缸(2-3-2)和拉拔油缸(2-3-3)连接在所述连接箱体(2-1)上，所述夹持器(2-3-1)安装在所述推进油缸(2-3-2)活塞杆上。

3.按照权利要求1所述的切割煤层的高压水力割缝机，其特征在于：所述滚筒提升齿轮(3-4)有内矩形螺纹，与所述滚筒旋转轴(1-2)的矩形螺纹相配合，所述滚筒提升齿轮(3-4)通过轴承与所述配水套盘(10-1)连接。

4.按照权利要求1所述的切割煤层的高压水力割缝机，其特征在于：所述推进机和矫直机(2)的通孔与缠绕滚筒(5)外缘相切。

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