CN102852547A - 矿用钻割一体化防突增透系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用钻割一体化防突增透系统，包括钻机、钻杆和钻头，还包括水箱和高压泵站，钻头为钻割一体钻头，钻杆通过第一旋转接头连接有高压胶管，高压泵站的入口与水箱连接，高压泵站的出口与高压胶管连接；钻割一体钻头包括钻头壳体和水力切割组件，钻头壳体的前端外侧设置有第一钻进刀，钻头壳体的前端开有第一排水通道；水力切割组件包括依次连接的水力自旋切割头、第一导管和第二旋转接头，水力自旋切割头设置在钻头壳体前端内部，钻头壳体内壁上设置有第一限位机构和第二限位机构，水力自旋切割头上安装有喷嘴。本发明降低了设备购置及使用成本，缩短了劳动时间和劳动成本，提高了煤层瓦斯的抽放效率，实用性强，推广应用价值高。

Description

矿用钻割一体化防突增透系统

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯治理设备技术领域，尤其是涉及一种矿用钻割一体化防突增透系统。

背景技术

目前煤矿瓦斯治理主要是通过施工钻孔预抽煤层中的瓦斯，来避免采煤过程中的瓦斯事故。应用单一钻孔预抽瓦斯，钻孔直径是影响瓦斯抽放效果的关键因素：孔径小，则自由面小，瓦斯的排放速度低，等待开采的时间较长，影响了矿井的生产效率；而孔径又不能太大，否则在煤层综合应力下，孔的形成和孔的稳定性会受到破坏，而且孔径大的钻孔钻进速度较慢，效率较低，需要较大的外在动力，钻孔的有效煤孔段往往只占整个钻孔的一小部分，完全没有必要施工孔径太大的钻孔。

目前解决上述问题的一个方法是高压水射流割缝技术和水力扩孔技术，该技术是在钻孔施工结束将钻具退出钻孔后，利用钻机，将具有保压性能的钻杆和钻杆前端的喷头输送至钻孔内，将保压钻杆和高压水泵用高压胶管连接，利用高压水对煤层进行切割或者扩孔，该技术提高了煤体的暴露面积，从而大大提高了煤层瓦斯的抽放效率。但该技术应用时，需要将钻孔施工结束后，再次输送切割装置至孔内，增加了施工工序。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿用钻割一体化防突增透系统，其结构简单，设计合理，实现方便，降低了设备购置成本及使用成本，缩短了劳动时间和劳动成本，提高了煤层瓦斯的抽放效率，实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿用钻割一体化防突增透系统，包括钻机、夹持在所述钻机上的钻杆和连接在所述钻杆一端的钻头，其特征在于：还包括水箱和用于将水箱内的水进行加压后输送的高压泵站，所述钻头为钻割一体钻头，所述钻杆的另一端通过第一旋转接头连接有用于给钻杆中输水的高压胶管，所述高压泵站的入口与水箱出口连接，所述高压泵站的出口与高压胶管连接；所述钻割一体钻头包括钻头壳体和设置在钻头壳体内的水力切割组件，所述钻割一体钻头通过所述水力切割组件在钻头壳体内的横向前后移动实现钻进与切割的切换，所述钻头壳体的前端外侧设置有第一钻进刀，所述钻头壳体的前端开有与钻头壳体内腔连通的第一排水通道；所述水力切割组件包括依次连接的水力自旋切割头、第一导管和第二旋转接头，所述水力自旋切割头设置在所述钻头壳体前端内部，位于所述第一导管外围的钻头壳体内壁上设置有用于对所述水力自旋切割头的向后移动位置和旋转位置进行限定的第一限位机构，位于所述第一限位机构后方的钻头壳体内壁上设置有用于对所述水力切割组件的向前移动位置进行限定且用于与所述水力切割组件形成密封结构的第二限位机构，所述水力自旋切割头上安装有用于喷射水流的喷嘴。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第二旋转接头外套装有滑套，所述滑套外壁紧贴所述钻头壳体内壁设置，所述滑套外壁上或所述钻头壳体内壁上轴向开有多道供水流从后到前通过的水流凹槽，所述滑套的前端设置有用于抵在所述第二限位机构后端端面上的环状凸沿，所述滑套的后端连接有用于将所述第二旋转接头固定在所述滑套内的压盖，所述压盖的中心开有供水流通过的压盖中心孔。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述钻头壳体由第一钻进壳体和与第一钻进壳体后部连接的第一钻杆连接壳体两部分构成，多个所述第一排水通道和多个所述第一钻进刀均匀设置在所述第一钻进壳体的前端外侧，所述第一限位机构为限位接头且连接在所述第一钻进壳体的内壁上，所述第二限位机构由设置在所述第一钻进壳体内壁上的环状限位凸起的后端端面构成，所述第一钻杆连接壳体的后端内壁上设置有用于与钻杆螺纹连接的钻杆连接螺纹。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：位于所述滑套外围的第一钻进壳体内壁上轴向开有第一导向槽，所述滑套上径向开有第一竖直通孔，所述第一竖直通孔内安装有与所述第一导向槽相配合的第一导向键。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一导向键的形状为“L”形。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一钻杆连接壳体与所述第一钻进壳体后部螺纹连接，所述第一钻杆连接壳体与所述第一钻进壳体之间设置有第一垫片。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一钻杆连接壳体的前端螺纹连接在所述第一钻进壳体的后端内部，所述第一钻杆连接壳体的前端端面与所述压盖的后端端面之间设置有弹簧。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述压盖上围绕所述压盖中心孔的外围开有一个或多个压盖通孔。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第二旋转接头的后端连接有第二导管，所述第二导管的后端连接有密封盖，所述密封盖的中心开有供水流通过的密封盖中心孔，所述密封盖的前半部分外径大于后半部外径且所述密封盖的前端端面能够抵在所述第二限位机构的后端端面上。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述密封盖的后端设置有覆盖在所述密封盖中心孔上的滤网，所述密封盖的后端连接有用于固定所述滤网的端盖，所述端盖的中心开有供水流通过的端盖中心孔。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述端盖与所述密封盖的后端螺纹连接。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述钻头壳体由第二钻进壳体、与第二钻进壳体后部连接的套管和与套管后部连接的第二钻杆连接壳体三部分构成，多个所述第一排水通道和多个所述第一钻进刀均匀设置在所述第二钻进壳体的前端外侧，所述第一限位机构为限位接头且连接在所述第二钻进壳体的内壁上，所述第二限位机构由伸入到所述第二钻杆连接壳体内部的所述套管的后端端面构成，所述密封盖设置在所述第二钻杆连接壳体内，所述第二钻杆连接壳体的后端内壁上设置有用于与钻杆螺纹连接的钻杆连接螺纹。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述套管的后端端面上设置有密封凹槽，所述密封凹槽中设置有位于所述密封盖的前端端面与所述套管的后端端面之间的密封垫。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：位于所述密封盖外围的第二钻杆连接壳体内壁上轴向开有多道第二导向槽，所述密封盖上径向开有第二竖直通孔，所述第二竖直通孔内安装有与多道所述第二导向槽中的任意一道相配合的第二导向键。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述套管与所述第二钻进壳体后部螺纹连接，所述第二钻杆连接壳体与所述套管后部螺纹连接，所述第二钻杆连接壳体与所述套管之间设置有第二垫片。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第二钻杆连接壳体后部内壁上设置有环状凸起，所述环状凸起与所述端盖的后端端面之间设置有弹簧。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述水力自旋切割头包括切割头壳体，所述切割头壳体后端设置有进水口，所述切割头壳体的前部径向开有第一偏心出水口和第二偏心出水口，所述第一偏心出水口和第二偏心出水口均与所述进水口相连通，所述第一偏心出水口的中轴线和第二偏心出水口的中轴线是两条平行线，所述第一偏心出水口内和所述第二偏心出水口内均设置有内螺纹，所述喷嘴的数量为两个且分别螺纹连接在所述第一偏心出水口内和第二偏心出水口内，所述切割头壳体的后端面上设置有第一限位块。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一限位机构上设置有与所述第一限位块相配合的第二限位块，所述第一限位块的数量和所述第二限位块的数量均为两个，且两个所述第一限位块和两个所述第二限位块相互交错设置。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述切割头壳体上围绕所述进水口的外围开有一个或多个第二排水通道。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述切割头壳体的前端面上设置有一个或多个第二钻进刀。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述高压胶管上连接有用于对高压胶管中水的压力进行控制的压力控制器。

上述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述高压泵站的电机上连接有防爆开关。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明结构简单，设计合理，实现方便。

2、本发明钻割一体钻头的一体化程度高，能够通过水力切割组件在钻头壳体内的横向前后移动实现钻进与切割的切换，相比于现有技术中钻进功能与切割功能分开设置的钻头，降低了设备购置成本及使用成本，在施工时减少了一套钻具的输送工序，缩短了劳动时间和劳动成本，大大提高了煤层瓦斯的抽放效率。

3、本发明的实现成本低，工作过程中运行平稳，高压胶管安全耐用，可靠性高，能够确保防突增透系统的长期稳定运行，使用寿命长，使用过程中，无需经常维修和维护，维修和维护成本低。

4、本发明的实用性强，使用效果好，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图。

图2为本发明实施例1中钻割一体钻头的结构示意图。

图3为图2的右视图。

图4为本发明实施例1中第一钻进壳体的结构示意图。

图5为本发明实施例1中压盖的结构示意图。

图6为图5的A-A视图。

图7为本发明实施例1中滑套的结构示意图。

图8为图7的左视图。

图9为本发明实施例2的整体结构示意图。

图10为本发明实施例2中钻割一体钻头的结构示意图。

图11为图10的右视图。

图12为本发明实施例2中第二钻杆连接壳体的结构示意图。

图13为图12的B-B视图。

图14为本发明水力自旋切割头的纵截面图。

图15为图14的左视图。

图16为图14的C-C视图。

图17为本发明限位接头的结构示意图。

图18为图17的右视图。

图19为本发明喷嘴的结构示意图。

图20为本发明实施例1中钻割一体钻头钻进施工过程的使用状态示意图。

图21为本发明实施例1中钻割一体钻头切割施工过程的使用状态示意图。

图22为本发明实施例2中钻割一体钻头钻进施工过程的使用状态示意图。

图23为本发明实施例2中钻割一体钻头切割施工过程的使用状态示意图。

附图标记说明:

1—第一排水通道；    2—第一钻进刀；       3—钻杆连接螺纹；

4—水力自旋切割头；  4-1—切割头壳体；     4-2—第一偏心出水口；

4-3—第二偏心出水口；4-4—第一限位块；     4-5—第二排水通道；

4-6—进水口；        5—第一导管；         6—旋转接头；

7—限位接头；        7-1—第二限位块；     8-1—环状限位凸起；

8-2—后端端面；      9—喷嘴；             10—滑套；

10-1—环状凸沿；     10-2—第一竖直通孔；  11—水流凹槽；

12—压盖；           12-1—压盖中心孔；    12-2—压盖通孔；

13—第一钻进壳体；   13-1—第一导向槽；

14—第一钻杆连接壳体；                      15—第一导向键；

16—第一垫片；       17—第二导管；        18—密封盖；

18-1—密封盖中心孔； 19—滤网；            20—端盖；

20-1—端盖中心孔；   21—第二钻进壳体；    22—套管；

23—第二钻杆连接壳体；                     23-1—环状凸起；

24—密封垫；         25—第二导向槽；      26—第二导向键；

27—第二垫片；       28—第二钻进刀；      29—钻机；

30—钻杆；           31—高压泵站；        32—第一旋转接头；

33—高压胶管；       34—水箱；            35—压力控制器；

36—防爆开关。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2和图3所示，本发明包括钻机29、夹持在所述钻机29上的钻杆30和连接在所述钻杆30一端的钻头，还包括水箱34和用于将水箱34内的水进行加压后输送的高压泵站31，所述钻头为钻割一体钻头37，所述钻杆30的另一端通过第一旋转接头32连接有用于给钻杆30中输水的高压胶管33，所述高压泵站31的入口与水箱34出口连接，所述高压泵站31的出口与高压胶管33连接；所述钻割一体钻头37包括钻头壳体和设置在钻头壳体内的水力切割组件，所述钻割一体钻头37通过所述水力切割组件在钻头壳体内的横向前后移动实现钻进与切割的切换，所述钻头壳体的前端外侧设置有第一钻进刀2，所述钻头壳体的前端开有与钻头壳体内腔连通的第一排水通道1；所述水力切割组件包括依次连接的水力自旋切割头4、第一导管5和第二旋转接头6，所述水力自旋切割头4设置在所述钻头壳体前端内部，位于所述第一导管5外围的钻头壳体内壁上设置有用于对所述水力自旋切割头4的向后移动位置和旋转位置进行限定的第一限位机构，位于所述第一限位机构后方的钻头壳体内壁上设置有用于对所述水力切割组件的向前移动位置进行限定且用于与所述水力切割组件形成密封结构的第二限位机构，所述水力自旋切割头4上安装有用于喷射水流的喷嘴9。

结合图7和图8，本实施例中，所述第二旋转接头6外套装有滑套10，所述滑套10外壁紧贴所述钻头壳体内壁设置，所述滑套10外壁上或所述钻头壳体内壁上轴向开有多道供水流从后到前通过的水流凹槽11，所述滑套10的前端设置有用于抵在所述第二限位机构后端端面上的环状凸沿10-1，所述滑套10的后端连接有用于将所述第二旋转接头6固定在所述滑套10内的压盖12，所述压盖12的中心开有供水流通过的压盖中心孔12-1。其中，压盖12用于限制所述第二旋转接头6在滑套10内的运动，即防止本发明在切割施工过程中，所述第二旋转接头6受到力的作用而旋转。

如图2所示，本实施例中，所述钻头壳体由第一钻进壳体13和与第一钻进壳体13后部连接的第一钻杆连接壳体14两部分构成，多个所述第一排水通道1和多个所述第一钻进刀2均匀设置在所述第一钻进壳体13的前端外侧，所述第一限位机构为限位接头7且连接在所述第一钻进壳体13的内壁上，所述第二限位机构由设置在所述第一钻进壳体13内壁上的环状限位凸起8-1的后端端面构成，所述第一钻杆连接壳体14的后端内壁上设置有用于与钻杆30螺纹连接的钻杆连接螺纹3。

结合图4，本实施例中，位于所述滑套10外围的第一钻进壳体13内壁上轴向开有第一导向槽13-1，所述滑套10上径向开有第一竖直通孔10-2，所述第一竖直通孔内安装有与所述第一导向槽13-1相配合的第一导向键15。具体地，所述第一导向键15的形状为“L”形。

如图2所示，本实施例中，所述第一钻杆连接壳体14与所述第一钻进壳体13后部螺纹连接，所述第一钻杆连接壳体14与所述第一钻进壳体13之间设置有第一垫片16，所述第一垫片16为橡胶垫片或紫铜垫片。所述第一钻杆连接壳体14的前端螺纹连接在所述第一钻进壳体13的后端内部，所述第一钻杆连接壳体14的前端端面与所述压盖12的后端端面之间设置有弹簧，弹簧用于在进行切割施工时起到助力作用，加速第二限位机构与所述水力切割组件形成密封结构。

结合图5和图6，本实施例中，所述压盖12上围绕所述压盖中心孔12-1的外围开有一个或多个压盖通孔12-2，方便压盖12的拿捏和拆装。

结合图14、图15、图16和图19，本实施例中，所述水力自旋切割头4包括切割头壳体4-1，所述切割头壳体4-1后端设置有进水口4-6，所述切割头壳体4-1的前部径向开有第一偏心出水口4-2和第二偏心出水口4-3，所述第一偏心出水口4-2和第二偏心出水口4-3均与所述进水口4-6相连通，所述第一偏心出水口4-2的中轴线和第二偏心出水口4-3的中轴线是两条平行线，所述第一偏心出水口4-2内和所述第二偏心出水口4-3内均设置有内螺纹，所述喷嘴9的数量为两个且分别螺纹连接在所述第一偏心出水口4-2内和第二偏心出水口4-3内，所述切割头壳体4-1的后端面上设置有第一限位块4-4。

结合图17和图18，本实施例中，所述第一限位机构上设置有与所述第一限位块4-4相配合的第二限位块7-1，所述第一限位块4-4的数量和所述第二限位块7-1的数量均为两个，且两个所述第一限位块4-4和两个所述第二限位块7-1相互交错设置。所述切割头壳体4-1上围绕所述进水

4-6的外围开有一个或多个第二排水通道4-5。所述切割头壳体4-1的前端面上设置有一个或多个第二钻进刀28。

如图1所示，本实施例中，所述高压泵站31的电机31-1上连接有防爆开关36。具体实施时，水流凹槽11开在所述滑套10外壁上；所述第一旋转接头32采用了市购的高压旋转接头，所述高压旋转接头的压力为30Mpa～100Mpa；所述第二旋转接头6采用了市购的高速高压旋转接头，所述高速高压旋转接头的压力为30Mpa～100Mpa、转速为800r pm～4000rpm；所述高压胶管33由连接在一起的高压软质胶管和高压硬质胶管构成，所述高压软质胶管与高压泵站31的出口连接，所述高压硬质胶管与第一旋转接头32连接。其中，所述高压硬质胶管由内胶层、中胶层、增强层和外胶层组成，增强层由2层、4层或6层钢丝缠绕而成。

本实施例中，本发明的工作原理及工作过程是：

一、钻进施工：调节高压泵站31工作在低压状态下，开启防爆开关36并开启钻机29，控制钻机29带动钻杆30旋转并带动钻割一体钻头37整体前进，结合图20，设置在水力自旋切割头4前端面上的第二钻进刀28受到煤层或岩石的反作用力，使滑套10、第二旋转接头6、第一导管5和水力自旋切割头4在第一钻进壳体13的内腔中整体向后移动，直至水力自旋切割头4的前端面与第一钻进壳体13的前端面平齐，两个第一限位块4-4和两个第二限位块7-1共同作用，使水力自旋切割头4的向后移动受到限制，此时，通过高压胶管33和钻杆30输送到钻割一体钻头37中的水，一大部分水依次流经第一钻杆连接壳体14内腔、第一钻杆连接壳体14与压盖12和滑套10之间的空腔、滑套10与第一钻进壳体13之间的空腔、第一导管5与第一钻进壳体13之间的空腔、第一导管5与密封盖中心孔8-1之间的空腔、第一导管5与限位接头7之间的空腔、限位接头7与水力自旋切割头4之间的空腔，再经第一排水通道1和第二排水通道4-5排出，起到排渣作用；另一小部分水依次流经第一钻杆连接壳体14内腔、压盖中心孔12-1、第二旋转接头6内腔、第一导管5内腔输送至水力自旋切割头4的进水口4-6，再经过安装在第一偏心出水口4-2中的喷嘴9和安装在第二偏心出水口4-3中的喷嘴9排出，起到排渣作用。

二、切割施工：钻进施工结束后，调节高压泵站31工作在高压状态下，开启防爆开关36并开启钻机29，控制钻机29带动钻杆30旋转并带动钻割一体钻头37整体后退到达A工位处，然后，关闭钻机29，此时，结合图21，高压水进入到第一钻杆连接壳体14内腔中，由于高压水的压力推动作用，使得滑套10、第二旋转接头6、第一导管5和水力自旋切割头4在第一钻进壳体13的内腔中整体向前移动，直至设置在滑套10前端的环状凸沿10-1的前端面抵在设置在第一钻进壳体13内壁上的环状限位凸起8-1的后端端面上形成密封结构，水力自旋切割头4的前端伸出到了第一钻进壳体13外且喷嘴9外露，此时，全部的高压水依次流经第一钻杆连接壳体14内腔、压盖中心孔12-1、第二旋转接头6内腔、第一导管5内腔并挤压到了水力自旋切割头4的进水口4-6，进入到水力自旋切割头4中的高压水受到第一偏心出水口4-2和第二偏心出水口4-3的离心作用，带动水力自旋切割头4自行旋转，同时，高压水从安装在第一偏心出水口4-2中的喷嘴9和安装在第二偏心出水口4-3中的喷嘴9中喷出，从而对煤体实现切割作用，在A工位处形成煤层切缝。

A工位切割完成后，关闭防爆开关36，高压泵站31停止工作，水压逐渐卸掉，水力自旋切割头4停止旋转，此时，卸掉一根钻杆30，或再次开启钻机29，控制钻机29带动钻杆30旋转并带动钻割一体钻头37整体后退到达B工位处，然后关闭钻机29，重复A工位处的过程，继续对煤体进行切割，在B工位处形成煤层切缝。依此循环进行，直至所有工位均切割完成。

实施例2

结合图9～图13，本实施例与实施例1不同的是：所述高压胶管33上连接有用于对高压胶管33中水的压力进行控制的压力控制器35。所述第二旋转接头6的后端连接有第二导管17，所述第二导管17的后端连接有密封盖18，所述密封盖18的中心开有供水流通过的密封盖中心孔18-1，所述密封盖18的前半部分外径大于后半部外径且所述密封盖18的前端端面能够抵在所述第二限位机构的后端端面上。所述密封盖18的后端设置有覆盖在所述密封盖18中心孔上的滤网19，所述密封盖18的后端连接有用于固定所述滤网19的端盖20，所述端盖20的中心开有供水流通过的端盖中心孔20-1；滤网19能够过滤掉水中的杂质，避免长期使用过程中水中杂质造成水力自旋切割头4的封堵。所述端盖20与所述密封盖18的后端螺纹连接。所述钻头壳体由第二钻进壳体21、与第二钻进壳体21后部连接的套管22和与套管22后部连接的第二钻杆连接壳体23三部分构成，多个所述第一排水通道1和多个所述第一钻进刀2均匀设置在所述第二钻进壳体21的前端外侧，所述第一限位机构为限位接头7且连接在所述第二钻进壳体21的内壁上，所述第二限位机构由伸入到所述第二钻杆连接壳体23内部的所述套管22的后端端面8-2构成，所述密封盖18设置在所述第二钻杆连接壳体23内，所述第二钻杆连接壳体23的后端内壁上设置有用于与钻杆30螺纹连接的钻杆连接螺纹3。所述套管22的后端端面8-2上设置有密封凹槽，所述密封凹槽中设置有位于所述密封盖18的前端端面与所述套管22的后端端面8-2之间的密封垫24。位于所述密封盖18外围的第二钻杆连接壳体23内壁上轴向开有多道第二导向槽25，所述密封盖18上径向开有第二竖直通孔，所述第二竖直通孔内安装有与多道所述第二导向槽25中的任意一道相配合的第二导向键26。所述套管22与所述第二钻进壳体21后部螺纹连接，所述第二钻杆连接壳体23与所述套管22后部螺纹连接，所述第二钻杆连接壳体23与所述套管22之间设置有第二垫片27。所述第二钻杆连接壳体23后部内壁上设置有环状凸起23-1，所述环状凸起23-1与所述端盖20的后端端面之间设置有弹簧。其余结构均与实施例1相同。

具体实施时，压力控制器35采用了申请日为2010年01月26日、申请号为201020102192.4的中国专利公开的切割压力控制器。

本实施例中，本发明的工作原理及工作过程是：

一、钻进施工：调节高压泵站31工作在低压状态下，开启防爆开关36并开启钻机29，控制钻机29带动钻杆30旋转并带动钻割一体钻头37整体前进，结合图22，设置在水力自旋切割头4前端面上的第二钻进刀28受到煤层或岩石的反作用力，使密封盖18、第二导管17、第二旋转接头6、第一导管5和水力自旋切割头4在第二钻杆连接壳体23、套管22和第二钻进壳体21的内腔中整体向后移动，直至水力自旋切割头4的前端面与第二钻进壳体21的前端面平齐，两个第一限位块4-4和两个第二限位块7-1共同作用，使水力自旋切割头4的向后移动受到限制，此时，通过高压胶管33和钻杆30输送到钻割一体钻头37中的水，一大部分水依次流经第二钻杆连接壳体23内腔、端盖20与第二钻杆连接壳体23之间的空腔、密封盖18与第二钻杆连接壳体23之间的空腔、第二导管17与第二钻杆连接壳体23之间的空腔、第二导管17与套管22之间的空腔、第二旋转接头6与套管22之间的空腔、第一导管5与套管22之间的空腔、第一导管5与第二钻进壳体21之间的空腔、第一导管5与限位接头7之间的空腔、限位接头7与水力自旋切割头4之间的空腔，再经第一排水通道1和第二排水通道4-5排出，起到排渣作用；另一小部分水依次流经第二钻杆连接壳体23内腔、端盖中心孔20-1、滤网19、密封盖中心孔18-1、第二导管17内腔、第二旋转接头6内腔、第一导管5内腔输送至水力自旋切割头4的进水口4-6，再经过安装在第一偏心出水口4-2中的喷嘴9和安装在第二偏心出水口4-3中的喷嘴9排出，起到排渣作用。

二、切割施工：钻进施工结束后，调节高压泵站31工作在高压状态下，开启防爆开关36并开启钻机29，控制钻机29带动钻杆30旋转并带动钻割一体钻头37整体后退到达A工位处，然后，关闭钻机29，此时，压力控制器35处于开通转头且只起到一个管路的作用，结合图23，高压水进入到第二钻杆连接壳体23内腔中，由于高压水的压力推动作用，使得密封盖18、第二导管17、第二旋转接头6、第一导管5和水力自旋切割头4在第二钻杆连接壳体23、套管22和第二钻进壳体21的内腔中整体向前移动，直至密封盖18的前端端面抵在所述套管22的后端端面8-2上形成密封结构，水力自旋切割头4的前端伸出到了第二钻进壳体21外且喷嘴9外露，此时，全部的高压水依次流经第二钻杆连接壳体23内腔、端盖中心孔20-1、滤网19、密封盖中心孔18-1、第二导管17内腔、第二旋转接头6内腔、第一导管5内腔并挤压到了水力自旋切割头4的进水口4-6，进入到水力自旋切割头4中的高压水受到第一偏心出水口4-2和第二偏心出水口4-3的离心作用，带动水力自旋切割头4自行旋转，同时，高压水从安装在第一偏心出水口4-2中的喷嘴9和安装在第二偏心出水口4-3中的喷嘴9中喷出，从而对煤体实现切割作用，在A工位处形成煤层切缝。

A工位切割完成后，关闭防爆开关36，高压泵站31停止工作，然后，通过操作压力控制器35，快速卸掉水压，水力自旋切割头4停止旋转，此时，卸掉一根钻杆30，或再次开启钻机29，控制钻机29带动钻杆30旋转并带动钻割一体钻头37整体后退到达B工位处，然后关闭钻机29，重复A工位处的过程，继续对煤体进行切割，在B工位处形成煤层切缝。依此循环进行，直至所有工位均切割完成。

通过压力控制器35对高压胶管33中水的压力进行控制，一方面能够缩短卸压的时间，提高工作效率，另一方面使得系统的可控性更强，操作更加方便、安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (22)

1.一种矿用钻割一体化防突增透系统，包括钻机（29）、夹持在所述钻机（29）上的钻杆（30）和连接在所述钻杆（30）一端的钻头，其特征在于：还包括水箱（34）和用于将水箱（34）内的水进行加压后输送的高压泵站（31），所述钻头为钻割一体钻头（37），所述钻杆（30）的另一端通过第一旋转接头（32）连接有用于给钻杆（30）中输水的高压胶管（33），所述高压泵站（31）的入口与水箱（34）出口连接，所述高压泵站（31）的出口与高压胶管（33）连接；所述钻割一体钻头（37）包括钻头壳体和设置在钻头壳体内的水力切割组件，所述钻割一体钻头（37）通过所述水力切割组件在钻头壳体内的横向前后移动实现钻进与切割的切换，所述钻头壳体的前端外侧设置有第一钻进刀（2），所述钻头壳体的前端开有与钻头壳体内腔连通的第一排水通道（1）；所述水力切割组件包括依次连接的水力自旋切割头（4）、第一导管（5）和第二旋转接头（6），所述水力自旋切割头（4）设置在所述钻头壳体前端内部，位于所述第一导管（5）外围的钻头壳体内壁上设置有用于对所述水力自旋切割头（4）的向后移动位置和旋转位置进行限定的第一限位机构，位于所述第一限位机构后方的钻头壳体内壁上设置有用于对所述水力切割组件的向前移动位置进行限定且用于与所述水力切割组件形成密封结构的第二限位机构，所述水力自旋切割头（4）上安装有用于喷射水流的喷嘴（9）。

2.按照权利要求1所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第二旋转接头（6）外套装有滑套（10），所述滑套（10）外壁紧贴所述钻头壳体内壁设置，所述滑套（10）外壁上或所述钻头壳体内壁上轴向开有多道供水流从后到前通过的水流凹槽（11），所述滑套（10）的前端设置有用于抵在所述第二限位机构后端端面上的环状凸沿（10-1），所述滑套（10）的后端连接有用于将所述第二旋转接头（6）固定在所述滑套（10）内的压盖（12），所述压盖（12）的中心开有供水流通过的压盖中心孔（12-1）。

3.按照权利要求1所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述钻头壳体由第一钻进壳体（13）和与第一钻进壳体（13）后部连接的第一钻杆连接壳体（14）两部分构成，多个所述第一排水通道（1）和多个所述第一钻进刀（2）均匀设置在所述第一钻进壳体（13）的前端外侧，所述第一限位机构为限位接头（7）且连接在所述第一钻进壳体（13）的内壁上，所述第二限位机构由设置在所述第一钻进壳体（13）内壁上的环状限位凸起（8-1）的后端端面构成，所述第一钻杆连接壳体（14）的后端内壁上设置有用于与钻杆（30）螺纹连接的钻杆连接螺纹（3）。

4.按照权利要求3所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：位于所述滑套（10）外围的第一钻进壳体（13）内壁上轴向开有第一导向槽（13-1），所述滑套（10）上径向开有第一竖直通孔（10-2），所述第一竖直通孔内安装有与所述第一导向槽（13-1）相配合的第一导向键（15）。

5.按照权利要求4所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一导向键（15）的形状为“L”形。

6.按照权利要求3所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一钻杆连接壳体（14）与所述第一钻进壳体（13）后部螺纹连接，所述第一钻杆连接壳体（14）与所述第一钻进壳体（13）之间设置有第一垫片（16）。

7.按照权利要求6所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一钻杆连接壳体（14）的前端螺纹连接在所述第一钻进壳体（13）的后端内部，所述第一钻杆连接壳体（14）的前端端面与所述压盖（12）的后端端面之间设置有弹簧。

8.按照权利要求3所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述压盖（12）上围绕所述压盖中心孔（12-1）的外围开有一个或多个压盖通孔（12-2）。

9.按照权利要求1所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第二旋转接头（6）的后端连接有第二导管（17），所述第二导管（17）的后端连接有密封盖（18），所述密封盖（18）的中心开有供水流通过的密封盖中心孔（18-1），所述密封盖（18）的前半部分外径大于后半部外径且所述密封盖（18）的前端端面能够抵在所述第二限位机构的后端端面上。

10.按照权利要求9所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述密封盖（18）的后端设置有覆盖在所述密封盖（18）中心孔上的滤网（19），所述密封盖（18）的后端连接有用于固定所述滤网（19）的端盖（20），所述端盖（20）的中心开有供水流通过的端盖中心孔（20-1）。

11.按照权利要求10所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述端盖（20）与所述密封盖（18）的后端螺纹连接。

12.按照权利要求9所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述钻头壳体由第二钻进壳体（21）、与第二钻进壳体（21）后部连接的套管（22）和与套管（22）后部连接的第二钻杆连接壳体（23）三部分构成，多个所述第一排水通道（1）和多个所述第一钻进刀（2）均匀设置在所述第二钻进壳体（21）的前端外侧，所述第一限位机构为限位接头（7）且连接在所述第二钻进壳体（21）的内壁上，所述第二限位机构由伸入到所述第二钻杆连接壳体（23）内部的所述套管（22）的后端端面（8-2）构成，所述密封盖（18）设置在所述第二钻杆连接壳体（23）内，所述第二钻杆连接壳体（23）的后端内壁上设置有用于与钻杆（30）螺纹连接的钻杆连接螺纹（3）。

13.按照权利要求12所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述套管（22）的后端端（8-2）上设置有密封凹槽，所述密封凹槽中设置有位于所述密封盖（18）的前端端面与所述套管（22）的后端端面（8-2）之间的密封垫（24）。

14.按照权利要求12所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：位于所述密封盖（18）外围的第二钻杆连接壳体（23）内壁上轴向开有多道第二导向槽（25），所述密封盖（18）上径向开有第二竖直通孔，所述第二竖直通孔内安装有与多道所述第二导向槽（25）中的任意一道相配合的第二导向键（26）。

15.按照权利要求12所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述套管（22）与所述第二钻进壳体（21）后部螺纹连接，所述第二钻杆连接壳体（23）与所述套管（22）后部螺纹连接，所述第二钻杆连接壳体（23）与所述套管（22）之间设置有第二垫片（27）。

16.按照权利要求10所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第二钻杆连接壳体（23）后部内壁上设置有环状凸起（23-1），所述环状凸起（23-1）与所述端盖（20）的后端端面之间设置有弹簧。

17.按照权利要求3～16中任一权利要求所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述水力自旋切割头（4）包括切割头壳体（4-1），所述切割头壳体（4-1）后端设置有进水口（4-6），所述切割头壳体（4-1）的前部径向开有第一偏心出水口（4-2）和第二偏心出水口（4-3），所述第一偏心出水口（4-2）和第二偏心出水口（4-3）均与所述进水口（4-6）相连通，所述第一偏心出水口（4-2）的中轴线和第二偏心出水口（4-3）的中轴线是两条平行线，所述第一偏心出水口（4-2）内和所述第二偏心出水口（4-3）内均设置有内螺纹，所述喷嘴（9）的数量为两个且分别螺纹连接在所述第一偏心出水口（4-2）内和第二偏心出水口（4-3）内，所述切割头壳体（4-1）的后端面上设置有第一限位块（4-4）。

18.按照权利要求17所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述第一限位机构上设置有与所述第一限位块（4-4）相配合的第二限位块（7-1），所述第一限位块（4-4）的数量和所述第二限位块（7-1）的数量均为两个，且两个所述第一限位块（4-4）和两个所述第二限位块（7-1）相互交错设置。

19.按照权利要求1～16中任一权利要求所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述切割头壳体（4-1）上围绕所述进水口（4-6）的外围开有一个或多个第二排水通道（4-5）。

20.按照权利要求1～16中任一权利要求所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述切割头壳体（4-1）的前端面上设置有一个或多个第二钻进刀（28）。

21.按照权利要求1～16中任一权利要求所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述高压胶管（33）上连接有用于对高压胶管（33）中水的压力进行控制的压力控制器（35）。

22.按照权利要求1～16中任一权利要求所述的矿用钻割一体化防突增透系统，其特征在于：所述高压泵站（31）的电机（31-1）上连接有防爆开关（36）。

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