CN110671052B - 一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，包括喷头、旋转轴、壳体和用于连接高压管的接头；喷头和接头分别设置在旋转轴的两端，壳体套设在旋转轴上；喷头上设置有用于安装前喷嘴的前喷孔和用于安装后喷嘴的后喷孔；旋转轴上设置有第一锥面，壳体上设置有与该第一锥面匹配的第二锥面，第二锥面圆周设置有凹向其内部的第一沟槽，旋转轴与接头的对接面上沿圆周方向设置有凹向旋转轴内部的第二沟槽；本发明通过选用不同直径孔眼的前、后喷嘴可实现对装置推进力和推进方向的控制。针对不同规格的前、后喷嘴和不同大小和方向的推进力，装置内的两组腔体均可自动的实现平衡，保证喷头的高速转动。

Description

一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置

技术领域

本发明属于煤层瓦斯抽放钻孔技术领域，具体涉及一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置。

背景技术

高压水自旋转喷头早期多用于管道清洗领域，是一种高效、多用途的水射流清洗工具；近些年，随着煤层气开采技术的不断发展，高压水自旋转喷头开始被应用于煤层气强化增产技术领域，利用高压水射流能量高度集中的特点，实施对煤层、岩层的破碎和切割，达到增加煤储层透气性的目的。

目前，现有的高压水自旋转喷头存在以下几个问题：

(1)针对不同硬度层位的钻孔施工，需要匹配不同孔径的喷嘴，以达到最优的射流切削效率和装置推进力。不同规格的前、后喷嘴会形成不同大小和方向的推进力，现有技术无法实现大范围的推进力调节和推进力处于不同方向时的喷头自平衡。

(2)不同钻孔的硬度不同，同一钻孔不同深度时的硬度也会有所变化，当装置钻遇硬度较低煤岩体时，由于喷头推进力不变，射流切屑速度加快，装置的给进速度也会加快，同一深度的射流切屑时间就会相应减小，从而容易导致局部钻孔孔径过小，后续直径较大装置无法顺利通过，钻孔无法顺利完成。当装置钻遇硬度较高煤岩体时，由于推进力不变，射流喷头在同一深度的切割时间无法有效延长，也会发生射流有效切割半径较小问题。

为此，本发明的设计者有鉴于现有技术存在的上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期从事相关产业的经验和成果，研究出一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，以克服上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，解决目前的高压水自旋转喷头在不同硬度的煤层无法实现大的推进力调节范围和推进力处于不同方向时的喷头自平衡的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，包括喷头、旋转轴、壳体和用于连接高压管的接头；所述的喷头和接头分别设置在旋转轴的两端，壳体套设在旋转轴上；所述的喷头上设置有用于安装前喷嘴的前喷孔和用于安装后喷嘴的后喷孔；

所述的旋转轴上设置有第一锥面，第一锥面从接头至喷头的方向逐渐收缩；所述的壳体上设置有与该第一锥面匹配的第二锥面，所述的第一锥面和第二锥面的锥角相同；所述的旋转轴上设置有从第一通孔贯通至第一锥面处的第三通孔，沿所述的第二锥面圆周设置有凹向其内部的第一沟槽，通过第三通孔向第一沟槽内输入高压水；所述的旋转轴与接头的对接面上沿圆周方向设置有凹向旋转轴内部的第二沟槽；

所述的第一沟槽(302)和第二沟槽(207)的大小满足以下条件：

其中：S_第一沟槽表示第一沟槽沿旋转轴轴向的投影面积；S_轴表示旋转轴尾部插入接头部分轴的横截面积；S_第二沟槽表示第二沟槽的横截面积；

表示所有后喷孔沿轴向的等效面积之和，S_后i表示第i个后喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积，i＝1,2,…,n，n表示后喷孔的个数；

表示所有前喷孔沿轴向的等效面积之和，S_前j是指第j个前喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积，j＝1,2,…,m，m表示前喷孔的个数。

优选的，3≤m≤5，2≤n≤4。

具体的，所述的旋转轴包括依次连接的第一圆柱轴、锥形轴和第二圆柱轴，第一圆柱轴与喷头固接，第二圆柱轴插接在第二通孔中，锥形轴上第一锥面自第二圆柱轴端部逐渐收缩至第一圆柱轴，锥形轴的大端直径大于第二圆柱轴的直径，锥形轴大端的底面上设置有所述的第二沟槽。

进一步的，还包括阻隔环，所述的阻隔环上设置有与壳体外径匹配的内孔，所述的阻隔环固定在壳体上；所述的后喷孔在阻隔环处的喷射轨迹位于阻隔环的外侧。

具体的，阻隔环整体轮廓为环形结构，所述的阻隔环上设置有沿其轴向贯通的排水孔，排水孔沿圆周方向设置有多个。

具体的，所述的第三通孔至少有两个，围绕第一锥面对称设置。

具体的，所述的旋转轴的第一通孔壁上设置有一圈第一导水槽，第一导水槽与第三通孔连通。

具体的，所述的接头的第二通孔壁上设置有一圈第二导水槽。

具体的，所述的喷头包括锥体段、空心圆柱体段和设置在锥体段与空心圆柱体段间的过渡段，其中，锥体段的最大直径大于空心圆柱体段的直径，过渡段从锥体段的最大直径处逐渐收缩至空心圆柱体段；空心圆柱体段的内部设置有用于与旋转轴连接的螺纹，锥体段的锥面为向外凸的弧形面；所述的前喷孔设置在锥体段的锥面上，所述的后喷孔围绕过渡段圆周设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用本发明的钻孔装置的喷头与喷嘴为分体式结构，可根据实际需要更换同规格孔径大小的喷嘴，或者当任意喷嘴发生损坏或堵塞时只需利用工具将原有喷嘴拆出更换即可，大大提升了装置的便捷性；

在喷头喷孔大小变化时，通过旋转轴和壳体之间的第一沟槽形成的腔体、以及旋转轴与接头之间的第二沟槽形成的腔体，使得壳体与旋转轴之间、接头与旋转轴之间形成持续性水流动，进而形成一层水膜，降低部件之间的摩擦力，在喷头射流力的作用下，实现旋转轴和喷头的高速旋转。高速旋转的喷头喷出的水柱形成一个规则的圆柱形包络面，进一步保证了钻孔孔壁的规则性。

(2)本发明通过在壳体前端设计阻隔环，当装置钻进过快孔径过小时，阻隔环无法通过，装置会停止推进，从喷头后喷孔喷出来的高压水会反复切削阻隔环卡滞部位的煤岩，直至阻隔环能够顺利通过时，装置才能重新向前推进。从而保证所施工钻孔的最小孔径不小于阻隔环外径。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例所示的钻孔装置的整体结构图。

图2是本发明实施例所示的推进力向前时装置剖视图。

图3是本发明实施例所示的推进力向后时装置剖视图。

图4是本发明的实施例所示的外壳的剖视图。

图5是本发明的实施例所示的接头的剖视图。

图6是本发明的实施例所示的旋转轴的剖视图。

图7是本发明的实施例所示的阻隔环的示意图。

图8是本发明的实施例所示的喷头的示意图。

图9是本发明的实施例所示的喷嘴的示意图。

图10是钻孔过程中阻隔环功能实现示意图。

图中各标号表示为：

1-喷头，2-旋转轴，3-壳体，4-接头，5-阻隔环；

101-锥体段，102-空心圆柱体段，103-过渡段，104-前喷孔，105-后喷孔，106-喷嘴主体，107-喷射孔，108-螺纹；

201-第一通孔，202-第一圆柱轴，203-锥形轴，204-第二圆柱轴，205-第一锥面，206-第三通孔，207-第二沟槽，208-第一导水槽；

301-第二锥面，302-第一沟槽，303-泄水孔，304-盲孔；

401-第二通孔，402-第二导水槽。

501-内孔，502-排水孔，503-螺纹孔。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明中单个前喷孔沿轴向的等效面积用S_前j表示，S_前j是指第j个前喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴2轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积；每个前喷孔对应的装置腔体内压力是相等的。在本发明中，装置腔体内压力可通过在接头4的末端安装压力表来获取，也可将水泵的泵压作为装置腔体内压力。

本发明中单个后喷孔沿轴向的等效面积用S_后i表示，S_后i是指第i个后喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴2轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积；每个前喷孔对应的装置腔体内压力是相等的，同前喷孔沿轴向的等效面积计算时的装置腔体内压力。

以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。

旋转水射流钻孔装置在正常工作时，从喷嘴中高速喷出水柱切削煤岩体的同时，喷头1和旋转轴2必须保持高速转动，才能保证水柱轨迹的包络线是一个规则的圆柱体，进而保证钻孔的截面规则。高速转动的喷头1和旋转轴2受到多个力的作用，而且这些力彼此平衡。当改变喷嘴喷孔大小时，势必会打破之前的平衡。如何在改变喷孔大小的同时，让旋转装置自动的实现喷头和锥块的受力平衡成为本发明的关键技术。因此，本发明的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置是为了实现不同喷孔孔径下装置的推进力大小和方向的自平衡调节。该装置具体如下所示：

如图1所示，本发明公开了一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，该装置包括喷头1、旋转轴2、壳体3和用于连接高压管的接头4。

为了实现不同孔径大小可替换，本发明的喷头和喷嘴采用分体式设计，具体为：在喷头1上设置有用于安装前喷嘴的前喷孔104和用于安装后喷嘴的后喷孔105。

如图2所示，旋转轴2上设置有沿其轴向贯通的用于向喷头1中喷入高压水的第一通孔201，接头4上设置有第二通孔401，第一通孔201和第二通孔401同轴连通，喷头1和接头4分别设置在旋转轴2的两端，其中，旋转轴2的一端与喷头1固接，旋转轴2的另一端设置在接头的第二通孔401中，旋转轴2外径与第二通孔401间隙配合。壳体3套设在旋转轴2上，具体的，壳体3通过螺纹连接的方式固定在接头4的外壁上，使得喷头1能够带动旋转轴2一起在壳体3内转动。

旋转轴2上设置有第一锥面205，第一锥面205从接头4至喷头1的方向逐渐收缩。具体的，本发明的具体实施例中，如图6所示，旋转轴2包括依次连接的第一圆柱轴202、锥形轴203和第二圆柱轴204，其中，第一圆柱轴202、锥形轴203和第二圆柱轴204一体化加工而成。第一圆柱轴202与喷头1固接，具体通过螺纹连接。第二圆柱轴204插接在第二通孔401中，且第二圆柱轴204与第二通孔401间隙配合。锥形轴203上第一锥面205自第二圆柱轴204端部逐渐收缩至第一圆柱轴202，锥形轴203的大端直径大于第二圆柱轴204的直径，锥形轴203大端的底面上围绕其圆周设置有第二沟槽207。

壳体3上设置有与该第一锥面205匹配的第二锥面301，第一锥面205和第二锥面301具有相同的锥面角度和高度，使得旋转轴能够沿其轴向有一定浮动量。旋转轴2上设置有从第一通孔201贯通至第一锥面205处的第三通孔206。沿第二锥面301圆周设置有凹向其内部的第一沟槽302，第一沟槽302与旋转轴外侧面之间形成如图2所示M腔体。第一锥面205上的第三通孔206位置与第一沟槽302对应，通过第三通孔206向第一沟槽302内输入高压水，在水流高压下，旋转轴2和喷头1一起能够相对于壳体3和接头4自转。

旋转轴2与接头4的对接面上沿圆周设置有凹槽旋转轴2内部的第二沟槽207，第二沟槽207与接头4的端部形成如图3所示的腔体N。M腔体和N腔体的作用在下文中介绍本装置的双向自平衡原理时会进行说明。

壳体3上设置有从内向外贯通的用于泄水的泄水孔303，泄水孔303位于旋转轴2和接头的对接面附近。泄水孔03主要用于M腔体和N腔体打开时的高压水均可从泄水孔303中泄出。

在本实施例中，第一沟槽302和第二沟槽207的大小满足以下条件：

其中：S_第一沟槽表示第一沟槽沿旋转轴轴向的投影面积，如图4所示；S_轴表示旋转轴尾部插入接头中的横截面积，即S_轴＝π(r_{圆柱轴-外}-r_{圆柱轴-内})²，r_{圆柱轴-外}表示圆柱轴204的外径，r_{圆柱轴-内}表示圆柱轴204的内径，如图6所示；S_第二沟槽表示第二沟槽的横截面积；

表示所有后喷孔沿轴向的等效面积之和，S_后i表示第i个后喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积，i＝1,2,…,n，n表示后喷孔的个数；

表示所有前喷孔沿轴向的等效面积之和；S_前j是指第j个前喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积，j＝1,2,…,m，m表示前喷孔的个数；m的取值需要根据实际钻进作业的地层特征和现场能提供的高压水泵的性能参数来综合确定。优选的，3≤m≤5；n表示后喷孔的个数，n的取值需要结合需求推进力的大小、前喷孔的大小、个数、后喷孔的大小等诸多因素综合确定，优选的，2≤n≤4。在本发明的一个具体实施例中，m＝5，n＝2。

当喷孔直径发生变化时，只要保证前、后喷孔规格满足公式1和公式2的要求，在壳体3与旋转轴2之间，接头4和旋转轴2之间均可形成持续性水流动，进而形成一层水膜，大大降低部件之间摩擦力，所以在喷头射流力的作用下，本装置可以实现高速转动。

作为本发明的优选实施例，第三通孔206设置有两个，且围绕第一锥面205对称设置。若第三通孔206数量设置较多，则每个孔的直径太小，容易形成杂质堵塞，若第三通孔较少，这样第三通孔的直径就较大，泄水量太大，不利于平衡。

作为本发明的优选实施例，旋转轴2的第一通孔201壁上设置有一圈第一导水槽208，第一导水槽208与第三通孔206连通。由于第一通孔201为光滑圆柱形通孔，通过在壁上设置第一导水槽208使得进入第一通孔201中的高压水在此处形成紊流，并在压力作用下进入第三通孔206中。同理，在接头4的第二通孔401壁上也设置有一圈第二导水槽402，如图5所示，其作用与第一导水槽208的作用类似。

作为本发明的优选实施例，喷头1整体形状设计为蘑菇状，如图8所示，喷头1包括锥体段101、空心圆柱体段102和设置在锥体段101与空心圆柱体段102间的过渡段103，其中，锥体段101的最大直径大于空心圆柱体段102的直径，过渡段103从锥体段101的最大直径处逐渐收缩至空心圆柱体段102；空心圆柱体段102的内部设置有用于与旋转轴2连接的螺纹，且空心圆柱体段102的内腔与前喷孔104、后喷孔105贯通。锥体段101的锥面为向外凸的弧形面，近似呈半球状结构。前喷孔104对称设置在锥体段101的锥面上，后喷孔105围绕过渡段103圆周设置，前喷孔104和后喷孔105数量根据需要设计。

将喷头设置为这种截面变化的结构，方便设置前喷孔104和后喷孔105，并使得前喷孔104和后喷孔105与轴线呈一定角度。具体是：前喷孔104轴线、后喷孔105轴线与旋转轴2的轴线保持一定的夹角b的同时，沿回转方向还留有一定的扭转角a。每个喷孔轴线与旋转轴形成夹角b，且前喷孔轴线与旋转轴夹角b各不相同，是为了保证从喷孔中喷出的高压水柱在快速回转时形成的包络面分布的更加均匀，进一步保证钻孔孔壁规则。扭转角a是为了射流形成的反作用力沿旋转轴方向形成扭矩驱动喷头带动锥块回转。

作为本发明的优选实施例，前喷嘴和后喷嘴分别通过螺纹连接在前喷孔104和后喷孔105中。其中，如图9所示，前喷嘴104包括喷嘴主体106，喷嘴主体106内设置有喷射孔107，喷嘴主体106外壁上设置有用于与前喷孔104连接的螺纹108。后喷嘴105和前喷嘴104的形状相同，后喷嘴105和前喷嘴104可分别根据实际需要设置不同规格的喷射孔107大小，在使用时直接替换不同直径喷射孔对应的喷嘴即可。

以下给出本发明的上述实施例的具体工作过程及工作原理：

①当射流力的方向沿轴线向前时(如图2所示)

增大前喷孔104的直径可增大装置受到的向后的射流力，同样增大后喷孔105的直径可增大装置受到的向前的射流力，通过匹配不同直径喷孔的前喷嘴和后喷嘴，可以调节装置所受射流力的大小和方向。当射流力向前时，喷头1和旋转轴2在射流力的作用下向前运动，第一锥面205贴紧壳体的第二锥面301，旋转轴2和壳体3之间形成密封腔体M。高压水通过接头4中的第二通孔401进入装置内部，经由旋转轴2进入喷头1，从各喷嘴中高速喷出；同时一部分水通过旋转轴2内部的第一导水槽208和第三通孔206进入密封腔体M内部形成憋压。此时，腔体M内的压力和喷头1内的压力近乎相等，根据公式(1)可知，腔体M对旋转轴2的作用力会大于射流力加上旋转轴1末端轴受到的沿推进力方向的压力。故旋转轴2在腔体M内高压水的作用下会带动喷头1一起稍向图2右侧运动，当第一锥面205和第二锥面301脱开时，腔体M内的水会从两锥面缝隙中泻出，腔体压力会迅速下降，喷头1和旋转轴2又会向前运动，最终达到一个动态的平衡。平衡状态时，两锥面彼此不接触，而且锥面之间一直会有水泻出，进而托起旋转轴2，减小旋转轴2和壳体3之间的摩擦力。同时另一部分水通过旋转轴2末端轴和接头4上的第二通孔401之间的缝隙，经由第二导水槽402进入旋转轴2和接头4之间，并从泄水孔303中泻出。高速流动的水在第二导水槽402处形成紊流托起旋转轴，大大减小旋转轴2和接头4之间的摩擦力。

②当射流力的方向沿轴线向后时(如图3所示)

当射流力向后时，喷头1和旋转轴2在射流力的作用下向后运动，旋转轴2底部平面贴紧接头4前端面，旋转轴2和接头4之间形成密封腔体N。由于高压水通过接头4进入装置内部，经由旋转轴2进入喷头1，从各喷嘴中高速喷出；同时一部分水通过旋转轴2内部的第一导水槽208和第三通孔206经由两锥面缝隙中泻出。同时另一部分水通过旋转轴2末端轴和接头4上的第二通孔401之间的缝隙，经由第二导水槽402进入旋转轴2和接头4之间的密封腔体N形成憋压，由于装置满足公式2要求，并且整个装置内部水压近似相等，故旋转轴2会在腔体N内部水压的作用下向前运动，旋转轴2和接头4的锥面彼此脱开，压力水从泄水孔303中泻出。此时，腔体N内压力迅速下降，旋转轴2又会在推进力的作用下向后运动，最终达到一个动态的平衡。平衡状态时，接头4和旋转轴2彼此不接触，而且两平面之间一直会有水泻出，从而大大减小旋转轴2和接头4之间的摩擦力。

不同钻孔的硬度不同，同一钻孔不同深度时的硬度也会有所变化，当装置钻遇硬度较低位置时，由于喷头推进力不变，射流切屑速度加快，装置的给进速度也会加快，同一深度的射流切屑时间就会相应减小，从而导致局部钻孔孔径过小，后续直径较大装置无法顺利通过，发生卡钻，钻孔无法顺利完成。因此，在本发明的另一个具体实施例中，在壳体3的前段设置一个阻隔环5，保证所施工钻孔的最小孔径不小于阻隔环外径。阻隔环5的具体结构为：如图7所示，阻隔环5整体轮廓为环形结构，阻隔环5上设置有与壳体3外径匹配的内孔501，阻隔环5的侧部设置有连通内孔501的螺纹孔503，壳体3外部设置有盲孔304，盲孔304与该螺纹孔504对应，通过螺钉将阻隔环5固定在壳体3外部。此处需要说明的是，为了避免后喷孔105喷射的高压水喷射到阻隔环5上，后喷孔105在阻隔环5处的喷射轨迹位于阻隔环5的外侧。

另外，在阻隔环上设置有沿其轴向贯通的排水孔502，排水孔502沿圆周方向设置有多个，当钻孔过小阻隔环无法通过时，通过排水口502将喷头1一侧的水泄出。

当装置钻进过快孔径过小时，阻隔环5无法通过，装置会停止推进，从喷头后喷孔105喷出来的高压水会反复切削阻隔环5卡滞部位的煤岩，直至阻隔环能够顺利通过时，装置才能重新向前推进，如图10所示。从而保证所施工钻孔的最小孔径不小于阻隔环外径。施工时，可根据后续配套装置的规格直径设计阻隔环的外径和安装位置，从而保证装置在钻孔时的通过性。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，包括喷头(1)、旋转轴(2)、壳体(3)和用于连接高压管的接头(4)；所述的喷头(1)和接头(4)分别设置在旋转轴(2)的两端，壳体(3)套设在旋转轴(2)上，其特征在于，

所述的喷头(1)上设置有用于安装前喷嘴的前喷孔(104)和用于安装后喷嘴的后喷孔(105)；

所述的旋转轴(2)上设置有第一锥面(205)，第一锥面(205)从接头(4)至喷头(1)的方向逐渐收缩；所述的壳体(3)上设置有与该第一锥面(205)匹配的第二锥面(301)，所述的第一锥面(205)和第二锥面(301)的锥面角度相同；所述的旋转轴(2)上设置有从第一通孔(201)贯通至第一锥面(205)处的第三通孔(206)，沿所述的第二锥面(301)圆周设置有凹向其内部的第一沟槽(302)，通过第三通孔(206)向第一沟槽(302)内输入高压水；所述的旋转轴(2)与接头(4)的对接面上沿圆周方向设置有凹向旋转轴(2)内部的第二沟槽(207)；

所述的第一沟槽(302)和第二沟槽(207)的大小满足以下条件：

其中：S_第一沟槽表示第一沟槽沿旋转轴轴向的投影面积；S_轴表示旋转轴尾部插入接头中的横截面积；S_第二沟槽表示第二沟槽的横截面积；

表示所有后喷孔沿轴向的等效面积之和，S_后i表示第i个后喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积，i＝1,2,…,n，n表示后喷孔的个数；

表示所有前喷孔沿轴向的等效面积之和，S_前j是指第j个前喷孔喷射水流对装置所产生的反作用力沿装置旋转轴轴向的分力除以装置腔体内压力所得到的面积，j＝1,2,…,m，m表示前喷孔的个数。

2.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，3≤m≤5，2≤n≤4。

3.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，所述的旋转轴(2)包括依次连接的第一圆柱轴(202)、锥形轴(203)和第二圆柱轴(204)，第一圆柱轴(202)与喷头(1)固接，第二圆柱轴(204)插接在第二通孔(401)中，锥形轴(203)上第一锥面(205)自第二圆柱轴(204)端部逐渐收缩至第一圆柱轴(202)，锥形轴(203)的大端直径大于第二圆柱轴(204)的直径，锥形轴(203)大端的底面上设置有所述的第二沟槽(207)。

4.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，还包括阻隔环(5)，所述的阻隔环(5)上设置有与壳体(3)外径匹配的内孔(501)，所述的阻隔环(5)固定在壳体(3)上；所述的后喷孔(105)在阻隔环(5)处的喷射轨迹位于阻隔环(5)的外侧。

5.如权利要求3所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，阻隔环(5)整体轮廓为环形结构，所述的阻隔环上设置有沿其轴向贯通的排水孔(502)，排水孔(502)沿圆周方向设置有多个。

6.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，所述的第三通孔(206)至少有两个，围绕第一锥面(205)对称设置。

7.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，所述的旋转轴(2)的第一通孔(201)壁上设置有一圈第一导水槽(208)，第一导水槽(208)与第三通孔(206)连通。

8.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，所述的接头(4)的第二通孔(401)壁上设置有一圈第二导水槽(402)。

9.如权利要求1所述的推进力可调的双向自平衡旋转水射流钻孔装置，其特征在于，所述的喷头(1)包括锥体段(101)、空心圆柱体段(102)和设置在锥体段(101)与空心圆柱体段(102)间的过渡段(103)，其中，锥体段(101)的最大直径大于空心圆柱体段(102)的直径，过渡段(103)从锥体段(101)的最大直径处逐渐收缩至空心圆柱体段(102)；空心圆柱体段(102)的内部设置有用于与旋转轴(2)连接的螺纹，锥体段(101)的锥面为向外凸的弧形面；所述的前喷孔(104)设置在锥体段(101)的锥面上，所述的后喷孔(105)围绕过渡段(103)圆周设置。

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