CN111236842A - 一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井钻探设备技术领域，公开了一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，包括壳体、流量调节组件和弹簧座；壳体内设有液体流道；流量调节组件包括密封套和调节柱塞，密封套内设有第二流道，第二流道的内壁上设有内螺纹，密封套的上游端设有至少一个第一切割流道；调节柱塞包括至少设有一个楔面和至少一个连接面，连接面设有外螺纹；调节柱塞与密封套螺纹连接，楔面与第二流道的内壁之间形成调节流道；弹簧座与液体流道密封连接，弹簧座内设有第一流道；调节柱塞和弹簧座之间设有弹簧；与密封套的滑动区域相对应的壳体上设有第二切割流道，第二切割流道的两侧分别设有密封圈；本水力造穴机构可以实现割缝和钻进无需退钻杆。
Description
技术领域
本发明涉及矿井钻探设备领域，特别是指一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构。
背景技术
水力造穴是在原有钻孔的基础上，通过高压水射流将钻孔的煤壁进行破碎剥离，形成一段或者数段直径远大于初始钻孔直径的孔洞，俗称水力冲孔。由于煤体的原始应力平衡得到破坏，造成煤体在孔洞方向发生位移，促使应力状态重新分布，从而诱导煤体的次生裂隙发育。煤体中瓦斯的赋存与解析的平衡得到破坏，部分吸附瓦斯向游离瓦斯转化，并通过裂隙进行运移排放。同时被高压水浸泡的煤体的塑性得到增强，降低了煤体的吸解速度、水力造穴时冲出的大型孔洞对煤体起到一定的卸压作用，进而破坏了发生突出的基础条件。
现有的水力造穴机构，钻孔结束后需要先将钻杆完全退出，更换设备后再进行造穴，更换不同设备工序复杂，增加了工程量。
发明内容
本发明提出一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，解决了现有技术中钻孔后需要更换造穴设备，工序复杂，工作量大的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，包括
壳体，所述壳体内设有液体流道；
流量调节组件，所述流量调节组件包括
密封套，所述密封套内设有第二流道，所述第二流道的内壁上设有内螺纹，所述密封套的上游端设有至少一个第一切割流道；
和调节柱塞，所述调节柱塞包括至少设有一个楔面和至少一个连接面，所述连接面设有外螺纹；
所述调节柱塞与所述密封套螺纹连接，所述楔面与所述第二流道的内壁之间形成调节流道；
和弹簧座，所述弹簧座与所述液体流道密封连接，所述弹簧座内设有第一流道；
所述调节柱塞和所述弹簧座之间设有弹簧；
与所述密封套的滑动区域相对应的所述壳体上设有第二切割流道，所述第二切割流道的两侧分别设有密封圈；
打钻时，液体自所述液体流道的上游端流入，然后依次流经所述第二流道、所述调节流道、所述液体流道和所述第一流道，最后自所述液体流道流出；切割时，所述调节柱塞将所述第一流道封闭且所述第一切割流道与所述第二切割流道连通，液体自所述液体流道的上游端流入，然后流经所述第二流道和所述第一切割流道，最后自所述第二切割流道流出。
作为优选的技术方案，所述壳体包括
上游壳体，所述上游壳体的下游端设有插接孔，所述插接孔的孔壁上设有多个外切割孔；
和下游壳体，所述下游壳体的上游端设有插接部，所述插接部上设有多个内切割孔；
所述插接部插入所述插接孔内，所述外切割孔和所述内切割孔一一对应且共同形成所述第二切割流道；
所述插接孔和所述插接部之间还设有多个密封圈，多个所述密封圈分别位于所述第二切割流道的两侧。
作为优选的技术方案，所述上游壳体和所述下游壳体之间还设有防逆转支撑结构，所述防逆转支撑结构包括多个销钉，所述插接孔的孔壁上设有多个销钉孔，所述插接部的外壁上设有多个销钉槽，所述销钉位于所述销钉孔内且所述销钉伸入所述销钉槽内。
作为优选的技术方案，所述插接孔的上游端设有环状的内密封肩，所述内密封肩的内径大于所述插接部的内径且所述插接部的上游端的端面贴在所述内密封肩的端面上。
作为优选的技术方案，所述插接部的下游端的外壁上设有外密封肩，所述上游壳体的下游端面贴在所述外密封肩的上游端的端面上。
作为优选的技术方案，所述下游壳体的上游端固定有密封环体，所述密封环体顶紧在所述内密封肩的端面上且所述密封环体的内径大于所述内密封肩的内径。
作为优选的技术方案，所述调节柱塞设有两个所述楔面和两个所述连接面，两个所述楔面和两个所述连接面相间设置。
作为优选的技术方案，两个所述楔面以所述调节柱塞的中心面对称设置，且两个所述连接面以所述调节柱塞的中心面对称设置。
作为优选的技术方案，所述调节柱塞的下游设有密封面，所述密封面上居中设有连接轴，所述连接轴的外径小于所述调节柱塞的外径；所述弹簧套在所述连接轴的外侧，所述弹簧位于所述第一流道内。
作为优选的技术方案，所述弹簧座包括与固定弹簧座和移动弹簧座，所述固定弹簧座固定在所述液体流道内且与所述液体流道密封连接，所述固定弹簧座内设有调节腔，所述移动弹簧座位于所述调节腔内且所述移动弹簧座与所述固定弹簧座螺纹连接；所述移动弹簧座内设有弹簧安装腔。
本发明的有益效果在于：一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，可以实现割缝和钻进无需退钻杆；本发明结构简单、性能可靠，可以实现无级调节，使得在钻进，退钻过程中用流量控制切割，或者打钻，减少一次退钻次数，使得打钻和切割互不干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明处于打钻状态的的结构示意图；
图2为本发明处于切割造穴状态的的结构示意图；
图3是密封套的结构示意图；
图4是调节柱塞的结构示意图。
图中，11-上游壳体，12-下游壳体，13-密封环体，14-外切割孔，15-内切割孔，16-防逆转支撑结构，17-密封圈，21-移动弹簧座，22-固定弹簧座，3-弹簧，41-调节柱塞，42-密封套，43-第一切割流道，44-齿状支撑，45-第二流道，46-楔面，47-两个连接面，48-密封面，49-连接轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，如图1和图2所示，包括壳体、弹簧座和流量调节组件。
壳体内设有液体流道，流体自该液体流道的上游端流入，自液体流道的下游端或自位于壳体的侧壁上的切割流道流出。若流体自液体流道的下游端流出，流体作用在马达上，为马达提供动力，马达带动钻头转动实现打钻；若自切割流道流出，流体直接作用在煤层上，对煤层进行切割、造穴。
壳体包括上游壳体11和下游壳体12，上游壳体11和下游壳体12组装成一体。最佳的，上游壳体11的下游端设有插接孔，下游壳体12的上游端设有插接部。插接部插入插接孔内，实现上游壳体11和下游壳体12的固定连接。
最佳的，插接孔的上游端设有环状的内密封肩；内密封轴肩的内径大于插接部的内径，插接部的上游端的端面贴在内密封肩的端面上，内密封轴肩的设置对插接孔和插接部之间的贴合面进行遮挡，流体不会直接对两者的贴合面进行冲击，从而可以降低插接孔和插接部之间的密封性的要求。
进一步的，插接部的下游端的外壁上设有外密封肩，插接孔的下游端面贴在外密封肩的端面上。外密封肩的设置不仅可以起到密封的作用，还起到安装定位的效果。
为了提高上游壳体11和下游壳体12的密封稳定性，下游壳体12的上游端固定有密封环体13，密封环体13顶紧在内密封肩的端面上且密封环体13的内径大于内密封肩的内径。密封环体13能够提高上游壳体11和下游壳体12之间的密封性能。
弹簧座固定在液体流道内，弹簧固定座内设有第一流道。最佳的，弹簧座包括与固定弹簧座22和移动弹簧座21。固定弹簧座22固定在液体流道内且固定弹簧座22与液体流道的内壁的连接面形成密封面。固定弹簧座22内设有调节腔，移动弹簧座21位于调节腔内，移动弹簧座21与固定弹簧座22螺纹连接，不仅将固定弹簧座22和移动弹簧座21之间的连接面密封，同时，移动弹簧座21可相对固定弹簧座22调整位置，从而可实现不同流量的控制。移动弹簧座21内设有弹簧安装孔，弹簧安装孔和调节腔共同形成第一流道。
流量调节组件包括密封套42和调节柱塞41，如图3所示，密封套42内设有第二流道45，第二流道45的内壁上设有内螺纹。
密封套42的上游端设有至少一个第一切割流道43，最佳的，密封套42的上游端设有多个齿状支撑44，相邻两个齿状支撑44之间形成第一切割流道43。密封套42优选铜套，耐磨性好。
如图4所示，调节柱塞41包括至少设有一个楔面46和至少一个连接面47，连接面47设有外螺纹。调节柱塞41与密封套42螺纹连接，楔面46与第二流道45的内壁之间形成调节流道。
通过调整调节柱塞41插入密封套42的长度，可控制调节流道的开度。
最佳的，调节柱塞41设有两个楔面46和两个连接面47，两个楔面46和两个连接面47相间设置。
进一步的，两个楔面46以调节柱塞41的中心面对称设置，且两个连接面47以调节柱塞41的中心面对称设置，便于加工，方便制造。
调节柱塞41和弹簧座之间设有弹簧3；最佳的，调节柱塞41的下游设有密封面48，密封面48上居中设有连接轴49，连接轴49的外径小于调节柱塞41的外径；弹簧3套在连接轴49的外侧；弹簧3位于第一流道内，即位于弹簧安装腔内。
与密封套42的滑动区域相对应的壳体上设有第二切割流道，插接孔的孔壁上设有多个外切割孔14，插接部上设有多个内切割孔15；外切割孔14和内切割孔15一一对应且共同形成第二切割流道。
密封套42与液体流道的内壁之间以及插接孔和插接部之间均设有多个密封圈17，多个密封圈17分别位于第二切割流道的两侧。在插接孔、液体流道的内壁上设置多个环槽，密封圈处于环槽内。当然，环槽也可设置在插接部的外壁上、密封套42的外壁上等等。
水力造穴机构通过控制液体流道内的流体的流量，进而改变作用在调节柱塞41上的压力差，最终实现流体从不同的流道流出。
当向液体流道供入较小流量时，例如供入≤300L/min静压水，弹簧3处于伸展状态，调节柱塞41远离弹簧座，第一流道处于打开状态；此时第一切割流道43与内切割孔15错开，密封套42将内切割孔15封闭；流体自液体流道的上游端流入，然后依次流经液体流道、第二流道45、调节流道、液体流道和第一流道，最终自液体流道流出，直接流向马达，为马达提供动力，马达带动钻头进行打钻。
当增大液体流道内的液体流量时，例如供入≥300L/min静压水，流体施加在调节柱塞41上的力变大，弹簧3被压缩，调节柱塞41将第一流道封闭；此时第一切割流道43与内切割孔15连通，即第一切割流道43与第二切割流道连通，液体自液体流道的上游端流入，然后依次流经液体流道、第二流道45和第一切割流道43，最后自第二切割流道流出，从而对煤层进行切割、造穴。
最佳的，上游壳体11和下游壳体12之间还设有防逆转支撑结构16，防逆转支撑结构16包括多个销钉，插接孔的孔壁上设有多个销钉孔，插接部的外壁上设有多个销钉槽，销钉位于销钉孔内且销钉伸入销钉槽内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：包括
壳体，所述壳体内设有液体流道；
流量调节组件，所述流量调节组件包括
密封套，所述密封套内设有第二流道，所述第二流道的内壁上设有内螺纹，所述密封套的上游端设有至少一个第一切割流道；
和调节柱塞，所述调节柱塞包括至少设有一个楔面和至少一个连接面，所述连接面设有外螺纹；
所述调节柱塞与所述密封套螺纹连接，所述楔面与所述第二流道的内壁之间形成调节流道；
和弹簧座，所述弹簧座与所述液体流道密封连接，所述弹簧座内设有第一流道；
所述调节柱塞和所述弹簧座之间设有弹簧；
与所述密封套的滑动区域相对应的所述壳体上设有第二切割流道，所述第二切割流道的两侧分别设有密封圈；
打钻时，液体自所述液体流道的上游端流入，然后依次流经所述第二流道、所述调节流道、所述液体流道和所述第一流道，最后自所述液体流道流出；切割时，所述调节柱塞将所述第一流道封闭且所述第一切割流道与所述第二切割流道连通，液体自所述液体流道的上游端流入，然后流经所述第二流道和所述第一切割流道，最后自所述第二切割流道流出。
2.如权利要求1所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述壳体包括：
上游壳体，所述上游壳体的下游端设有插接孔，所述插接孔的孔壁上设有多个外切割孔；
和下游壳体，所述下游壳体的上游端设有插接部，所述插接部上设有多个内切割孔；
所述插接部插入所述插接孔内，所述外切割孔和所述内切割孔一一对应且共同形成所述第二切割流道；
所述插接孔和所述插接部之间还设有多个密封圈，多个所述密封圈分别位于所述第二切割流道的两侧。
3.如权利要求2所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述上游壳体和所述下游壳体之间还设有防逆转支撑结构，所述防逆转支撑结构包括多个销钉，所述插接孔的孔壁上设有多个销钉孔，所述插接部的外壁上设有多个销钉槽，所述销钉位于所述销钉孔内且所述销钉伸入所述销钉槽内。
4.如权利要求2所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述插接孔的上游端设有环状的内密封肩，所述内密封肩的内径大于所述插接部的内径且所述插接部的上游端的端面贴在所述内密封肩的端面上。
5.如权利要求2所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述插接部的下游端的外壁上设有外密封肩，所述上游壳体的下游端面贴在所述外密封肩的上游端的端面上。
6.如权利要求2所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述下游壳体的上游端固定有密封环体，所述密封环体顶紧在所述内密封肩的端面上且所述密封环体的内径大于所述内密封肩的内径。
7.如权利要求1至6中任一项所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述调节柱塞设有两个所述楔面和两个所述连接面，两个所述楔面和两个所述连接面相间设置。
8.如权利要求7所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：两个所述楔面以所述调节柱塞的中心面对称设置，且两个所述连接面以所述调节柱塞的中心面对称设置。
9.如权利要求1所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述调节柱塞的下游设有密封面，所述密封面上居中设有连接轴，所述连接轴的外径小于所述调节柱塞的外径；所述弹簧套在所述连接轴的外侧，所述弹簧位于所述第一流道内。
10.如权利要求1所述的一种用于煤矿井下钻孔的水力造穴机构，其特征在于：所述弹簧座包括与固定弹簧座和移动弹簧座，所述固定弹簧座固定在所述液体流道内且与所述液体流道密封连接，所述固定弹簧座内设有调节腔，所述移动弹簧座位于所述调节腔内且所述移动弹簧座与所述固定弹簧座螺纹连接；所述移动弹簧座内设有弹簧安装腔。
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