CN103527189A

CN103527189A - 高压水钻割一体机

Info

Publication number: CN103527189A
Application number: CN201310500687.0A
Authority: CN
Inventors: 张晓银
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公开了一种高压水钻割一体机，包括推进器，推进器上安装有高压钻杆，高压钻杆的前端安装有矿用钻割一体钻头，推进器的入水口上通过旋转水龙头与高压胶管相连接，高压胶管的另一端与水泵相连接，水泵分别于水箱和防爆开关相连接，推进器还与推进控制器相连接并受其控制，推进控制器还与推进器电机相连接；矿用钻割一体钻头根据通入内腔水为高压水或低压水，来实现切割和打钻的工作状态的自动转换。本发明实现了钻割一体化，打钻和切割的切换简单可靠，不加磨料，纯水切割。

Description

高压水钻割一体机

技术领域

本发明属于煤矿用机械设备技术领域，具体涉及一种高压水钻割一体机。

背景技术

高压水射流增透防突技术研究始于上世纪80年代，目前国外高压水射流增透防突技术已经非常成熟，广泛应用于路面清洗、工业除锈、弹药除锈、油井腐蚀防护、金属及非金属板材切割、喷射注浆、破碎路面、破碎大豆分离蛋白、煤矿瓦斯抽采等，尤其澳大利亚，在地面和井下钻孔中应用高压水辅助钻进和切缝增透技术已非常成熟，在全世界占领先地位。

国内高压水射流增透防突技术研究始于上世纪90年代，分别有研究磨料高压水射流防突设备及技术，由于添加磨料，工艺复杂，适用于较浅防突瓦斯抽放钻孔；及利用钻机旋转切割、钻杆输水的高压水射流设备，钻杆连接处容易渗漏，保压问题需要解决；及高压水射流增透防突设备,无法实现钻割一体，存在易堵塞水路问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压水钻割一体机，实现了钻割一体化，打钻和切割的切换简单可靠，不加磨料，纯水切割。

本发明所采用的技术方案是，一种高压水钻割一体机，包括推进器，推进器上安装有高压钻杆，高压钻杆的前端安装有矿用钻割一体钻头，推进器的入水口上通过旋转水龙头与高压胶管相连接，高压胶管的另一端与水泵相连接，水泵上还分别连接有水箱和防爆开关，推进器还与推进控制器相连接并受其控制，推进控制器还与推进器电机相连接；矿用钻割一体钻头根据通入内腔水为高压水或低压水，来实现切割和打钻的工作状态的自动转换。

进一步的，矿用钻割一体钻头包括内腔开通的主轴，主轴的前端同轴安装有环形压盖，后端用于和高压钻杆相连接，主轴上沿径向方向安装有用于切割煤层的喷嘴；主轴内腔中、且位于喷嘴安装处的前方与主轴同轴安装有弹性件，弹性件前端固定安装有密封件，密封件在弹性件伸展时随之向前运动，并封闭环形压盖和主轴之间的流通通道，密封件和主轴之间具有用于形成水流通道的空隙，密封件的前端固定安装有连接件，连接件和压盖之间具有用于形成水流通道的空隙，连接件的前段伸出在压盖的外部且同轴固定安装有钻头；钻头的后段同轴安装有管状护件，管状护件套装在压盖和主轴的外部，管状护件的长度满足以下条件：在密封件封闭环形压盖和主轴之间的流通通道时，管状护件的后端位于喷嘴喷水口的前方以打开喷嘴的喷水口；否则管状护件的后端位于喷嘴喷水口的后方以关闭喷嘴的喷水口。

进一步的，弹性件为弹簧，主轴内腔中、且位于喷嘴安装处的前方设置有一阶梯状凸台，弹簧的后端抵在阶梯状凸台的前端面上。

进一步的，密封件为花键轴，花键轴的外径与其在主轴内腔中滑动段的直径相适应。

进一步的，连接件为连接销，连接销与钻头螺纹连接。

进一步的，管状护件包括滑套和喷嘴护套，滑套螺纹连接在钻头的后段上，喷嘴护套通过卡销固定连接在滑套的后段上；主轴的外部、且位于喷嘴安装处的前方设置有主轴滑动段，主轴滑动段上设置有一个或沿圆周均匀设置有多个滑动导向条，滑动导向条均与主轴的轴向方向平行；滑套的内腔相对于滑动导向条的滑动区域为滑套滑动段，滑套滑动段设置有与滑动导向条相适应的滑槽，滑套滑动段的横截面形状与主轴滑动段的横截面形状相适应；卡销设置在滑槽的后端。

进一步的，主轴滑动段为环形凸台，滑套滑动段为环形内凹槽。

进一步的，钻头内开有与主轴内腔相连通的水流通道，水流通道的数量和位置均与该钻头上的钻齿相对应。

进一步的，主轴上开有用于安装喷嘴的安装孔，各安装孔和主轴的空腔之间还具有一隔层，隔层和主轴是一体式结构，隔层上开有通水孔。

进一步的，压盖的后段伸入在主轴内且与主轴螺纹连接，压盖和主轴的连接处安装有压盖密封圈；喷嘴的数量为多个，且沿主轴的圆周方向均匀分布，喷嘴和主轴连接处安装有喷嘴基座密封圈。

本发明高压水钻割一体机的有益效果是：

一、切割直径大，比常规割缝设备大0.4m。

二、实现了钻割一体化，钻孔施工完后可从孔底开始退钻切割，不用反复退钻进钻，节省人力成本。

三、矿用钻割一体钻头结构合理，采用高压水压力和纵向弹簧相配合，切换打钻和切割两种不同工作状态。

四、在打钻时遇到卡钻现象能丢弃钻头，钻杆完全退出钻孔，降低损失。

五、不加磨料，纯水切割，克服了磨料高压水射流切割对设备磨损和切割孔深受限制的问题。

附图说明

图1是本发明矿用高压水钻割一体机的机构示意图；

图2是本发明中的矿用钻割一体钻头在打钻工作状态下的结构示意图；

图3是本发明中的矿用钻割一体钻头在切割工作状态下的结构示意图；

图4是本发明中的钻头的示意图；

图5是图2中的A-A向剖面图；

图6是图2中的B-B向剖面图；

图7是图2中的Ⅰ处局部放大图；

图8是图2中的Ⅱ处局部放大图。

其中，1、主轴，2、喷嘴基座，3、喷嘴护套，4、卡销，5、花键轴，6、滑套，7、连接销，8、压盖，9、钻头，10、喷嘴基座密封圈，11、压盖密封圈，12、弹簧，13、喷嘴，14、矿用钻割一体钻头，15、防爆开关，16、水泵，17、高压胶管，18、水箱，19、旋转水龙头，20、推进控制器，21、推进器，22、高压钻杆，23、推进器电机，24、矿用钻割一体钻头。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种高压水钻割一体机，包括推进器21。推进器21上安装有高压钻杆22，高压钻杆22的前端安装有矿用钻割一体钻头24。矿用钻割一体钻头24根据通入内腔水为高压水或低压水，来实现切割和打钻的工作状态的自动转换。推进器21的入水口上通过旋转水龙头19与高压胶管17相连接，高压胶管17的另一端与水泵16相连接，水泵16分别于水箱1和防爆开关15相连接，推进器21还与推进控制器20相连接并受其控制，推进控制器20还与推进器电机23相连接。

如图2和图3所示，本发明中的高压水钻割一体机14，包括内腔开通的主轴1，主轴1的前端同轴安装有压盖8，压盖8的后段伸入在主轴1内且与主轴1螺纹连接。压盖8为环形结构，其中心内腔为水流通道。如图8所示，为保证密封和保压，压盖8和主轴1的连接处安装有压盖密封圈11。主轴1的后端用于和高压钻杆相连接，具体是：主轴1内腔的后段设置有内螺纹，与高压钻杆螺纹连接。

主轴1上径向方向安装有用于切割煤层的喷嘴13。为实现切割高效和工作时高速转动状态下的主轴1的受力均匀，喷嘴13的数量为多个，且沿主轴1的圆周方向均匀分布。主轴1上开有用于安装喷嘴的安装孔，各喷嘴13是通过对应的喷嘴基座2安装在对应的安装孔上。如图7所示，为保证密封性，喷嘴13和主轴1连接处安装有喷嘴基座密封圈10，具体是位于喷嘴基座2和主轴1之间。为保证喷嘴13与主轴1两者的内腔相连通，在安装孔和主轴1的空腔之间还具有一隔层，隔层上开有通水孔，以保证切割时高压水的通过。隔层和主轴1是一体式结构，不需要另外设置独立的过滤网等装置。

主轴1内腔中、且位于喷嘴13安装处的前方同轴安装有弹性件。弹性件前端固定安装有密封件，密封件在弹性件伸展时随之向前运动，并封闭环形压盖和主轴之间的流通通道，即密封环形压盖8的中心空腔。密封件和主轴1之间具有用于形成水流通道的空隙，密封件的前端固定安装有连接件，连接件和压盖8之间具有用于形成水流通道的空隙，连接件的前段伸出在压盖8的外部且同轴固定安装有钻头9。

本实施例中，弹性件为弹簧12，其具体安装方式为：主轴1内腔中、且位于喷嘴13安装处的前方设置有一阶梯状凸台，弹簧12的后端抵在阶梯状凸台的前端面上。密封件为花键轴5，花键轴5的外径与其在主轴1内腔中滑动段的直径相适应，花键轴5的外侧开槽处与主轴1的内壁之间形成水流通道。连接件为连接销7，连接销7与钻头9螺纹连接。

结合图4所示，钻头9开有与主轴1内腔相连通的水流通道，水流通道用于排渣，具体是与压盖8的中心腔体相通，从而实现与主轴1内腔的相通。水流通道的数量和位置均与该钻头9上的钻齿相对应。

钻头9的后段同轴安装有管状护件，管状护件位于压盖8和主轴1的外部，管状护件的长度满足以下条件：在密封件封闭环形压盖8和主轴1之间的流通通道时，管状护件的后端位于喷嘴13喷水口的前方以打开喷嘴13的喷水口；否则，管状护件的后端位于喷嘴13喷水口的后方以关闭喷嘴13的喷水口。

结合图5和图6所示，本实施例中，管状护件包括滑套6和喷嘴护套3，滑套6螺纹连接在钻头9的后段上，喷嘴护套3通过卡销4固定连接在滑套6的后段上。主轴滑动段为环形凸台，滑套滑动段为环形内凹槽。卡销4设置在滑槽的后端。主轴1的外部、且位于喷嘴13安装处的前方设置有主轴滑动段，主轴滑动段上设置有一个或沿圆周均匀设置有四个滑动导向条，滑动导向条均与主轴1的轴向方向平行。滑套6的内腔相对于滑动导向条的滑动区域为滑套滑动段，滑套滑动段设置有与滑动导向条相适应的滑槽，滑套滑动段的横截面形状与主轴滑动段的横截面形状相适应。

本发明的工作原理是：如图1所示，在推进器电机23的带动下和推进控制器20的控制下，推进器21带动高压钻杆22高速旋转，并通过控制推进器21输送到高压钻杆22内水的压力来控制矿用钻割一体钻头24的工作状态转换。当高压胶管17经旋转水龙头19、推进器21和高压钻杆22输送到矿用钻割一体钻头24的水为低压水时，矿用钻割钻头24实现打钻工作；当高压胶管17经旋转水龙头19、推进器21和高压钻杆22输送到矿用钻割一体钻头24的水为高压水时，矿用钻割钻头24实现切割工作。

如图2所示，在实现打钻工作时，只需要向主轴1内通入低压水，此时，高压钻杆带动本发明高速旋转，钻头9的钻齿高速旋转实现打钻工作。此工作状态下的水流通途径是：水流入主轴1的内腔后段，由于此时喷嘴护套3后端位于喷嘴13喷水口的后方，因此喷嘴13的喷水口被喷嘴护套3封闭，因此主轴1内的水进入安装有弹簧的内腔，继而依次流经花键轴5外壁和主轴1内壁之间的水流通道，以及连接销7与压盖8之间的水流通道，最后经钻头9内的水流通道排出，起到排渣的作用。

如图3所示，在实现切割工作时，只需要向主轴1内通入高压水，此时，高压钻杆带动本发明高速旋转，高压水进入主轴1的内腔后段，推动花键轴5向前运动，弹簧12伸展，花键轴5向前抵住压盖8并密封压盖8的中心空腔，高压水无法从钻头9的水流通道流出；在压盖8向前运动的过程的同时，连接销7带动钻头9向前运动，滑套6和喷嘴护套3随之同步向前滑动，此时，通过主轴滑动段的滑动导向条与滑套滑动段的滑槽之间的配合，实现滑动平稳以及主轴1内的密封保压，直至卡销4抵在环形凸台的后端面上；此时，喷嘴护套3位于喷嘴13喷水口的前方，喷嘴13开始工作向外喷高压水，实现切割作业。

Claims

1.一种高压水钻割一体机，其特征在于，包括推进器（21），所述推进器（21）上安装有高压钻杆（22），所述高压钻杆（22）的前端安装有矿用钻割一体钻头（24），所述推进器（21）的入水口上通过旋转水龙头（19）与高压胶管（17）相连接，所述高压胶管（17）的另一端与水泵（16）相连接，所述水泵（16）上还分别连接有水箱（1）和防爆开关（15），所述推进器（21）还与推进控制器（20）相连接并受其控制，所述推进控制器（20）还与推进器电机（23）相连接；所述矿用钻割一体钻头（24）根据通入内腔水为高压水或低压水，来实现切割和打钻的工作状态的自动转换。

2.按照权利要求1所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述矿用钻割一体钻头（24）包括内腔开通的主轴（1），所述主轴（1）的前端同轴安装有环形压盖（8），后端用于和高压钻杆相连接，所述主轴（1）上沿径向方向安装有用于切割煤层的喷嘴（13）；

所述主轴（1）内腔中、且位于喷嘴（13）安装处的前方与主轴（1）同轴安装有弹性件，所述弹性件前端固定安装有密封件，所述密封件在弹性件伸展时随之向前运动，并封闭环形压盖（8）和主轴（1）之间的流通通道，所述密封件和主轴（1）之间具有用于形成水流通道的空隙，所述密封件的前端固定安装有连接件，所述连接件和压盖（8）之间具有用于形成水流通道的空隙，所述连接件的前段伸出在压盖（8）的外部且同轴固定安装有钻头（9）；

所述钻头（9）的后段同轴安装有管状护件，所述管状护件套装在压盖（8）和主轴（1）的外部，所述管状护件的长度满足以下条件：在密封件封闭环形压盖（8）和主轴（1）之间的流通通道时，管状护件的后端位于喷嘴（13）喷水口的前方以打开喷嘴（13）的喷水口；否则，所述管状护件的后端位于喷嘴（13）喷水口的后方以关闭喷嘴（13）的喷水口。

3.按照权利要求2所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述弹性件为弹簧（12），所述主轴（1）内腔中、且位于喷嘴（13）安装处的前方设置有一阶梯状凸台，所述弹簧（12）的后端抵在所述阶梯状凸台的前端面上。

4.按照权利要求2所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述密封件为花键轴（5），所述花键轴（5）的外径与其在主轴（1）内腔中滑动段的直径相适应。

5.按照权利要求2所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述连接件为连接销（7），所述连接销（7）与钻头（9）螺纹连接。

6.按照权利要求2、3、4或5所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述管状护件包括滑套（6）和喷嘴护套（3），所述滑套（6）螺纹连接在钻头（9）的后段上，所述喷嘴护套（3）通过卡销（4）固定连接在滑套（6）的后段上；所述主轴（1）的外部、且位于喷嘴（13）安装处的前方设置有主轴滑动段，所述主轴滑动段上设置有一个或沿圆周均匀设置有多个滑动导向条，所述滑动导向条均与主轴（1）的轴向方向平行；所述滑套（6）的内腔相对于滑动导向条的滑动区域为滑套滑动段，所述滑套滑动段设置有与滑动导向条相适应的滑槽，所述滑套滑动段的横截面形状与主轴滑动段的横截面形状相适应；所述卡销（4）设置在滑槽的后端。

7.按照权利要求6所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述主轴滑动段为环形凸台，所述滑套滑动段为环形内凹槽。

8.按照权利要求2、3、4或5所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述钻头（9）内开有与主轴（1）内腔相连通的水流通道，所述水流通道的数量和位置均与该钻头（9）上的钻齿相对应。

9.按照权利要求2、3、4或5所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述主轴（1）上开有用于安装喷嘴的安装孔，所述各安装孔和主轴（1）的空腔之间还具有一隔层，所述隔层和主轴（1）是一体式结构，所述隔层上开有通水孔。

10.按照权利要求2、3、4或5所述高压水钻割一体机，其特征在于，所述压盖（8）的后段伸入在主轴（1）内且与主轴（1）螺纹连接，所述压盖（8）和主轴（1）的连接处安装有压盖密封圈（11）；所述喷嘴（13）的数量为多个，且沿主轴（1）的圆周方向均匀分布，所述喷嘴（13）和主轴（1）连接处安装有喷嘴基座密封圈（10）。