CN114856559A - 煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器及使用方法 - Google Patents

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CN114856559A CN202210523519.2A CN202210523519A CN114856559A CN 114856559 A CN114856559 A CN 114856559A CN 202210523519 A CN202210523519 A CN 202210523519A CN 114856559 A CN114856559 A CN 114856559A
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Abstract

本发明提供了一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器及使用方法，包括旋转外管，旋转外管包括从前端至后端依次一体成型设置的夹持体、组合静态密封体和旋转动态密封体，夹持体、组合静态密封体和旋转动态密封体均为轴向中空结构且同轴设置，内部形成一条过水流道；旋转动态密封体内设置有送水轴；二级旋转密封腔体内的送水轴上套装有两个滚动轴承、两个挡环和两个及以上动态密封装置，使得旋转外管能够绕着送水轴转动。本发明采用插接方式与矿用钻杆快速连接，通过两个动态密封装置的双重旋转动密封作用，避免了高压水从送水轴与旋转动态密封体之间的环状间隙泄漏。

Description

煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器及使用方法
技术领域
本发明属于煤矿井下坑道钻探技术领域，涉及送水器，具体涉及一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器及使用方法。
背景技术
送水器是煤矿井下坑道钻进装备的重要组成部分，主要用于钻机驱动孔内钻具高速回转钻进碎岩过程中，向钻孔提供高压水作为钻孔排渣介质，并将钻具高速回转与送水管路分离，避免送水管路旋转缠绕。
现有送水器均采用螺纹连接、螺纹静密封、旋转动密封组件固定尺寸密封，在实际应用中，其存在以下技术不足：
(A)安装时间长。每次加接钻杆时，均需要先从矿用钻杆与送水器连接螺纹处拆开，卸掉送水器；加接上矿用钻杆后，再将送水器与矿用钻杆的连接螺纹拧紧。螺纹拧卸时间长且频繁，钻杆加接效率低，制约了钻机自动加杆技术的发展。
(B)连接螺纹易磨损。定向钻进过程中需要频繁进行钻杆加卸，送水器拆卸安装频繁，连接螺纹磨损速度快，高压水易从螺纹处泄漏，使用寿命短、成本高。
(C)旋转动密封易失效。现有送水器外管与送水轴之间一般采用盘根、胶塞、密封圈等密封组件进行旋转动密封，其尺寸均较为固定，不可根据磨损情况进行自动调整，而常规回转钻进的转速非常高，密封组件磨损速度快，易发生旋转动密封失效。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器及使用方法，解决现有技术中的旋转送水器的旋转动密封易失效的技术问题。
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：
一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，包括旋转外管，所述的旋转外管包括从前端至后端依次一体成型设置的夹持体、组合静态密封体和旋转动态密封体，所述的夹持体、组合静态密封体和旋转动态密封体均为轴向中空结构且同轴设置，内部形成一条过水流道；
所述的夹持体上设置有夹紧装置，夹持体内部前端设置有导正环；
所述的组合静态密封体内为一体相连的四级阶梯腔体，从前端到后端分别为直径依次减小的一级组合密封腔体、二级组合密封腔体、三级组合密封腔体和四级组合密封腔体，一级组合密封腔体与夹持体内部相连通，四级组合密封腔体与旋转动态密封体内相连通；所述的一级组合密封腔体内安装有矿用钻杆侧壁密封塞，所述的二级组合密封腔体内安装有矿用钻杆接头密封塞；
所述的旋转动态密封体内为一体相连的两级阶梯腔体，从前端到后端分别为直径依次减小的一级旋转密封腔体和二级旋转密封腔体，一级旋转密封腔体与四级组合密封腔体相连通，一级旋转密封腔体的内径大于四级组合密封腔体的内径；
所述的旋转动态密封体内设置有送水轴，送水轴内为过水流道，送水轴的前端通过一级旋转密封腔体与四级组合密封腔体之间的阶梯面进行限位，送水轴的后部通过安装在二级旋转密封腔体后端的锁紧母进行限位，送水轴伸出旋转动态密封体外的后端连通有转换接手；
所述的二级旋转密封腔体内的送水轴上套装有两个滚动轴承、两个挡环和两个及以上动态密封装置，使得旋转外管能够绕着送水轴密封转动。
本发明还具有如下技术特征：
所述的动态密封装置包括依次设置的异形密封塞，与异形密封塞相配合实现动态密封的压紧环，压紧环通过压紧环上连接的压紧弹簧进行压紧。
所述的异形密封塞为能够套装在送水轴外壁上的轴向中空的圆台形结构，异形密封塞的前端外径大于后端外径，异形密封塞的内壁直径相同，且异形密封塞的内侧壁上沿着周向设置有沟槽，沟槽内设置有与送水轴接触密封的密封圈；所述的异形密封塞前端面上沿着周向设置有梯形凹槽；
所述的压紧环为能够套装在送水轴外壁上的轴向中空的结构，包括从前到后依次一体成形的定位凸台、调整体和梯形凸台；所述的定位凸台套装在送水轴外壁上，所述的梯形凸台的高度小于梯形凹槽的深度，所述的调整体外径不大于梯形凸台的最大外径，内径不小于梯形凸台的最小内径，梯形凸台与梯形凹槽相配合实现动态密封。
所述的送水轴的外壁分为一体成型的六段，包括第一段，第一段的前端为第二段，第二段的前端为第四段，第一段的后端为第三段，第三段的后端为第五段，第五段的后端为第六段；第一段的外径大于第二段的外径，第二段的外径大于第四段的外径，第一段的外径大于第三段的外径，第三段的外径大于第五段的外径，第五段的外径大于第六段的外径；
所述的第一段的外径等于所述的二级旋转密封腔体的内径，所述的第一段可转动式安装在所述的二级旋转密封腔体内，第二段和第三段上分别套装有滚动轴承的内圈，滚动轴承的外圈安装在所述的二级旋转密封腔体的内壁上，第四段的后端和第五段的前端分别套装有挡环，第四段的外径等于所述的一级旋转密封腔体的内径，第四段的前端可转动式安装在所述的一级旋转密封腔体中，第六段的前端套装有锁紧母；第四段上的挡环和二级旋转密封腔体与一级旋转密封腔体的阶梯面之间以及第五段上的挡环和锁紧母之间分别设置有动态密封装置安装腔，动态密封装置安装腔内分别安装有动态密封装置，动态密封装置的两端分别顶在动态密封装置安装腔的两端。
所述的矿用钻杆侧壁密封塞的后端顶在一级组合密封腔体与二级组合密封腔体之间的阶梯面上，矿用钻杆侧壁密封塞的前端通过固定套固定限位；所述的矿用钻杆侧壁密封塞为环形结构，矿用钻杆侧壁密封塞内部为中空的密封腔体，矿用钻杆侧壁密封塞的后端面上设置有环形槽，环形槽内设置有与密封腔体连通的一个及以上导水孔；组合静态密封体的侧壁内开设有过水孔道，过水孔道的前端与环形槽相连通，过水孔道的后端与四级组合密封腔体内的过水流道相连通。
所述的矿用钻杆接头密封塞内开设有中空的安装沉孔，安装沉孔内穿过有定位连接筒，定位连接筒前端的限位凸台嵌入式压在安装沉孔的阶梯面上，定位连接筒的后部伸入至所述的三级组合密封腔体内并固定安装，将矿用钻杆接头密封塞固定安装在所述的二级组合密封腔体内；
所述的矿用钻杆接头密封塞的外部与矿用钻杆的钻杆母接头相配合，所述的矿用钻杆接头密封塞的外部设置有三个密封面，从后至前依次为第一密封面、第二密封面和第三密封面；第一密封面为垂直轴向的环形平面，第三密封面为矿用钻杆接头密封塞的前端环形面，第一密封面的内环直径大于第三密封面的外环直径，第二密封面为第一密封面与第三密封面之间的过渡锥形侧面。
所述的第一密封面用于与矿用钻杆的钻杆母接头上的第一密封台肩接触；所述的第二密封面用于与矿用钻杆的钻杆母接头上的螺纹连接面接触；所述的第三密封面用于与矿用钻杆的钻杆母接头上的第二密封台肩接触。
所述的夹紧装置为两个及以上，所述的夹紧装置包括径向开设在夹持体上的驱动仓，驱动仓开放的顶部设置有仓盖，所述的驱动仓内设置有驱动轴，驱动轴的外端穿过仓盖伸出至仓盖外，驱动轴的内端穿过驱动仓的底部伸入至夹持体内；所述的驱动仓内的驱动轴上套装有压缩复位弹簧，压缩复位弹簧的一端顶在驱动仓的底部，压缩复位弹簧的另一端顶在驱动轴上固定设置的环形凸台上，使得驱动轴能够在径向伸缩运动；
所述的驱动轴的内端与设置在夹持体内的拉环相连；所述的拉环为中空圆柱形结构，在与驱动轴安装位置相对的拉环的内壁上设置有半圆环柱形的卡瓦，卡瓦内径与矿用钻杆外径相同。
本发明还保护一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器的使用方法，包括矿用钻杆和送水器，所述的送水器采用如上所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器；
该方法包括以下步骤
步骤一，钻具连接：
采用钻机按设计完成钻孔套管段施工后，依次下入钻头和矿用钻杆至孔底；采用高压胶管将泥浆泵与送水器尾部的转换接手连接；
步骤二，送水器安装：
采用钻机上的送水器加卸机械手抱紧送水器的夹持体；夹紧装置的驱动轴的外端缩回驱动仓内，带动拉环和卡瓦下移，空出拉环的内部通道；将送水器从矿用钻杆的后端套入，在导正环的引导下，矿用钻杆进入送水器，至矿用钻杆后端的钻杆母接头与矿用钻杆接头密封塞紧密接触为止；
步骤三，送水器夹紧：
松开送水器加卸机械手，夹紧装置的驱动轴的外端在压缩复位弹簧作用下，向外伸出仓盖，带动拉环向送水器的轴心移动，卡瓦将矿用钻杆夹紧；
步骤四，送水器组合密封：
开启泥浆泵从送水器后端的转换接手向钻孔供水，压力水进入送水器后，沿过水孔道、环形槽和导水孔进入矿用钻杆侧壁密封塞的密封腔体内，密封腔体膨胀，贴紧矿用钻杆的外侧壁，密封住送水器与矿用钻杆之间的环状间隙，实现矿用钻杆侧壁密封塞和矿用钻杆接头密封塞对矿用钻杆内外的双重静密封；
步骤五，送水器旋转密封：
采用钻机高速回转的矿用钻杆进行回转钻进施工时，送水器的旋转外管与矿用钻杆一起回转，送水轴和转换接手保持静止；在钻孔施工过程中，通过两个动态密封装置实现送水轴与旋转动态密封体之间的双重动密封；
所述的动态密封装置工作时，压紧环在压紧弹簧作用下与异形密封塞紧密接触，压紧环的梯形凸台进入异形密封塞的梯形凹槽内，异形密封塞挤压膨胀，异形密封塞的外壁前部始终保持与旋转动态密封体内壁紧密接触，避免高压水从旋转动态密封体与送水轴之间的环状间隙泄漏；
步骤六，送水器取下：
单根矿用钻杆施工完成后，关闭泥浆泵，停止向钻孔注入压力水，矿用钻杆侧壁密封塞复原；采用送水器加卸机械手抱紧送水器的夹持体，夹紧装置的驱动轴的外端缩回驱动仓内，带动拉环和卡瓦下移，松开矿用钻杆；采用送水器加卸机械手将送水器从矿用钻杆的后端取下；
步骤七，完钻封孔：
当钻孔深度未达到设计深度时，采用钻杆加卸机械手在孔内钻具后端加接矿用钻杆，重复步骤二至步骤六进行钻进施工；当钻孔深度达到设计深度后，利用钻杆加卸机械手依次拆卸并取出孔内钻具，安装后期作业所需要的管路设施，进行封孔。
步骤五中，当高压水进入旋转动态密封体与送水轴之间的环状间隙时，高压水作用在异形密封塞的前端面上，与压紧弹簧的作用力叠加，进一步加大异形密封塞的挤压膨胀，增加异形密封塞与旋转动态密封体的接触面积，确保高压水无泄漏。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的送水器采用两个动态密封装置对旋转动态密封体进行旋转动密封，动态密封装置既可根据异形密封塞的动态磨损情况自动挤压膨胀，确保异形密封塞的外壁前部始终保持与旋转动态密封体内壁紧密接触，又可根据钻进水压变化，自动增加异形密封塞与旋转动态密封体的接触面积，强化密封效果。通过两个动态密封装置的双重旋转动密封作用，避免了高压水从送水轴与旋转动态密封体之间的环状间隙泄漏。
(Ⅱ)本发明的送水器采用矿用钻杆侧壁密封塞对矿用钻杆的外壁进行密封，且矿用钻杆侧壁密封塞在钻进高压水控制下进行工作，停泵加接钻杆时，可以自动松开钻杆，避免影响旋转送水器加卸；开泵钻进时，自动密封钻杆，且钻进水压越大，密封效果越好。采用矿用钻杆接头密封塞对矿用钻杆的钻杆母接头进行密封，利用三个密封面紧密接触，扩大了密封面积，提高了密封可靠性。通过以上双重静密封作用，避免高压水从矿用钻杆与送水器之间的环状间隙泄漏。
(Ⅲ)本发明的送水器采用插接方式与矿用钻杆连接，取消了连接螺纹，其夹紧装置采用常闭式结构，当利用送水器加卸机械手进行连接时，自动打开中心通道，便于套上矿用钻杆；插接到位松开送水器加卸机械手时，自动夹紧矿用钻杆，连接速度快，效率高，既提高了综合钻进效率，又避免了以往连接螺纹易磨损失效，导致送水器使用寿命短的问题。
附图说明
图1是煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器的整体剖视结构示意图。
图2是异形密封塞的剖视结构示意图。
图3是压紧环的剖视结构示意图。
图4是送水轴的剖视结构示意图。
图5是矿用钻杆侧壁密封塞的正剖视结构示意图。
图6是矿用钻杆侧壁密封塞的侧视结构示意图。
图7是矿用钻杆接头密封塞的分解结构示意图。
图8是矿用钻杆的剖视结构示意图。
图9是夹紧装置的剖视结构示意图。
图10是煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器的使用状态示意图。
图中各个标号的含义为：1-夹持体，2-组合静态密封体，3-旋转动态密封体，4-过水流道，5-夹紧装置，6-导正环，7-矿用钻杆侧壁密封塞，8-矿用钻杆接头密封塞，9-送水轴，10-锁紧母，11-转换接手，12-滚动轴承，13-挡环，14-动态密封装置，15-过水孔道，16-动态密封装置安装腔，17-固定套，18-矿用钻杆，19-送水器，20-旋转外管；
201-一级组合密封腔体，202-二级组合密封腔体，203-三级组合密封腔体，204-四级组合密封腔体；
301-一级旋转密封腔体，302-二级旋转密封腔体；
501-驱动仓，502-仓盖，503-驱动轴，504-压缩复位弹簧，505-环形凸台，506-拉环，507-卡瓦；
701-密封腔体，702-环形槽，703-导水孔；
801-安装沉孔，802-定位连接筒，803-限位凸台，804-第一密封面，805-第二密封面，806-第三密封面；
901-第一段，902-第二段，903-第三段，904-第四段，905-第五段，906-第六段；
1401-异形密封塞，1402-压紧环，1403-压紧弹簧；
140101-沟槽，140102-密封圈，140103-梯形凹槽；
140201-定位凸台，140202-调整体，140203-梯形凸台；
1801-钻杆母接头，1802-第一密封台肩，1803-螺纹连接面，1804-第二密封台肩，1805-钻杆公接头。
以下结合实施例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
需要说明的是，本发明中的所有部件和设备，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件和设备。例如钻机、钻头和送水器加卸机械手均采用已知设备。
本发明有鉴于背景技术中所提及的缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，针对目前煤矿井下送水器存在的安装时间长、连接螺纹易磨损、旋转动密封易失效等不足，研究设计出一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器及使用方法，以克服上述缺陷。
本发明采用插接连接、双重静密封和双重旋转动密封的技术手段，实现了送水器快速连接、钻杆自动密封、送水器高速旋转无泄漏，提高了送水器加卸速度和使用寿命，进而提高了综合钻进效率，并为煤矿井下钻杆自动加卸技术开发提供了基础保障。
以下给出本发明的具体实施例，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。
实施例1：
本实施例给出一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，如图1所示，包括旋转外管20，旋转外管20包括从前端至后端依次一体成型设置的夹持体1、组合静态密封体2和旋转动态密封体3，夹持体1、组合静态密封体2和旋转动态密封体3均为轴向中空结构且同轴设置，内部形成一条过水流道4。
夹持体1上设置有夹紧装置5，夹持体2内部前端设置有导正环6。
组合静态密封体2内为一体相连的四级阶梯腔体，从前端到后端分别为直径依次减小的一级组合密封腔体201、二级组合密封腔体202、三级组合密封腔体203和四级组合密封腔体204，一级组合密封腔体201与夹持体1内部相连通，四级组合密封腔体204与旋转动态密封体3内相连通；一级组合密封腔体201内安装有矿用钻杆侧壁密封塞7，二级组合密封腔体202内安装有矿用钻杆接头密封塞8。
旋转动态密封体3内为一体相连的两级阶梯腔体，从前端到后端分别为直径依次减小的一级旋转密封腔体301和二级旋转密封腔体302，一级旋转密封腔体301与四级组合密封腔体204相连通，一级旋转密封腔体301的内径大于四级组合密封腔体204的内径。
旋转动态密封体3内设置有送水轴9，送水轴9内为过水流道4，送水轴9的前端通过一级旋转密封腔体301与四级组合密封腔体204之间的阶梯面进行限位，送水轴9的后部通过安装在二级旋转密封腔体302后端的锁紧母10进行限位，送水轴9伸出旋转动态密封体3外的后端连通有转换接手11。
二级旋转密封腔体302内的送水轴9上套装有两个滚动轴承12、两个挡环13和两个及以上动态密封装置14，使得旋转外管20能够绕着送水轴9密封转动。
作为本实施例的一种具体方案，动态密封装置14包括依次设置的异形密封塞1401，与异形密封塞1401相配合实现动态密封的压紧环1402，压紧环1402通过压紧环1402上连接的压紧弹簧1403进行压紧。
作为本实施例的一种优选方案，如图2所示，异形密封塞1401为能够套装在送水轴9外壁上的轴向中空的圆台形结构，异形密封塞1401的前端外径大于后端外径，异形密封塞1401的内壁直径相同，且异形密封塞1401的内侧壁上沿着周向设置有沟槽140101，沟槽140101内设置有与送水轴9接触密封的密封圈140102；异形密封塞1401前端面上沿着周向设置有梯形凹槽140103。
如图3所示，压紧环1402为能够套装在送水轴9外壁上的轴向中空的结构，包括从前到后依次一体成形的定位凸台140201、调整体140202和梯形凸台140203；定位凸台140201套装在送水轴9外壁上，梯形凸台140203的高度小于梯形凹槽140103的深度，调整体140202外径不大于梯形凸台140203的最大外径，内径不小于梯形凸台140203的最小内径，梯形凸台140203与梯形凹槽140103相配合实现动态密封。
作为本实施例的一种优选方案，如图4所示，送水轴9的外壁分为一体成型的六段，包括第一段901，第一段901的前端为第二段902，第二段902的前端为第四段904，第一段901的后端为第三段903，第三段903的后端为第五段905，第五段905的后端为第六段906；第一段901的外径大于第二段902的外径，第二段902的外径大于第四段904的外径，第一段901的外径大于第三段903的外径，第三段903的外径大于第五段905的外径，第五段905的外径大于第六段906的外径。
第一段901的外径等于二级旋转密封腔体302的内径，第一段901可转动式安装在二级旋转密封腔体302内，第二段902和第三段903上分别套装有滚动轴承12的内圈，滚动轴承12的外圈安装在二级旋转密封腔体302的内壁上，第四段904的后端和第五段905的前端分别套装有挡环13，第四段904的外径等于一级旋转密封腔体301的内径，第四段904的前端可转动式安装在一级旋转密封腔体301中，第六段906的前端套装有锁紧母10；第四段904上的挡环13和二级旋转密封腔体302与一级旋转密封腔体301的阶梯面之间以及第五段905上的挡环13和锁紧母10之间分别设置有动态密封装置安装腔16，动态密封装置安装腔16内分别安装有动态密封装置14，动态密封装置14的两端分别顶在动态密封装置安装腔16的两端。
作为本实施例的一种优选方案，如图5和图6所示，矿用钻杆侧壁密封塞7的后端顶在一级组合密封腔体201与二级组合密封腔体202之间的阶梯面上，，矿用钻杆侧壁密封塞7的前端通过固定套17固定限位；矿用钻杆侧壁密封塞7为环形结构，矿用钻杆侧壁密封塞7内部为中空的密封腔体701，矿用钻杆侧壁密封塞701的后端面上设置有环形槽702，环形槽702内设置有与密封腔体701连通的一个及以上导水孔703；组合静态密封体2的侧壁内开设有过水孔道15，过水孔道15的前端与环形槽702相连通，过水孔道15的后端与四级组合密封腔体204内的过水流道4相连通。
作为本实施例的一种优选方案，如图7所示，矿用钻杆接头密封塞8内开设有中空的安装沉孔801，安装沉孔801内穿过有定位连接筒802，定位连接筒802前端的限位凸台803嵌入式压在安装沉孔801的阶梯面上，定位连接筒802的后部伸入至三级组合密封腔体203内并固定安装，将矿用钻杆接头密封塞8固定安装在二级组合密封腔体802内；本实施例中，定位连接筒802的后部伸入至三级组合密封腔体203内并通过螺纹实现固定安装。
矿用钻杆接头密封塞8的外部与矿用钻杆18的钻杆母接头1801相配合，矿用钻杆接头密封塞8的外部设置有三个密封面，从后至前依次为第一密封面804、第二密封面805和第三密封面806；第一密封面804为垂直轴向的环形平面，第三密封面806为矿用钻杆接头密封塞8的前端环形面，第一密封面804的内环直径大于第三密封面806的外环直径，第二密封面805为第一密封面804与第三密封面806之间的过渡锥形侧面。
具体的，如图8所示，第一密封面804用于与矿用钻杆18的钻杆母接头1801上的第一密封台肩1802接触；第二密封面805用于与矿用钻杆18的钻杆母接头1801上的螺纹连接面1803接触；第三密封面806用于与矿用钻杆18的钻杆母接头1801上的第二密封台肩1804接触。本实施例中，矿用钻杆18的一端为钻杆母接头1801，另一端为钻杆公接头1805。
作为本实施例的一种优选方案，如图9所示，夹紧装置5为两个及以上，夹紧装置5包括径向开设在夹持体1上的驱动仓501，驱动仓501开放的顶部设置有仓盖502，驱动仓501内设置有驱动轴503，驱动轴503的外端穿过仓盖502伸出至仓盖502外，驱动轴503的内端穿过驱动仓501的底部伸入至夹持体1内；驱动仓501内的驱动轴503上套装有压缩复位弹簧504，压缩复位弹簧504的一端顶在驱动仓501的底部，压缩复位弹簧504的另一端顶在驱动轴503上固定设置的环形凸台505上，使得驱动轴503能够在径向伸缩运动。
驱动轴503的内端与设置在夹持体1内的拉环506相连；拉环506为中空圆柱形结构，在与驱动轴503安装位置相对的拉环506的内壁上设置有半圆环柱形的卡瓦507，卡瓦507内径与矿用钻杆18外径相同。
实施例2：
本实施例给出一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器的使用方法，如图10所示，包括矿用钻杆18和送水器19，送水器19采用实施例1中给出的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器。
该方法包括以下步骤
步骤一，钻具连接：
采用钻机按设计完成钻孔套管段施工后，依次下入钻头和矿用钻杆18至孔底；采用高压胶管将泥浆泵与送水器19尾部的转换接手11连接。
步骤二，送水器安装：
采用钻机上的送水器加卸机械手抱紧送水器19的夹持体1；夹紧装置5的驱动轴503的外端缩回驱动仓501内，带动拉环506和卡瓦507下移，空出拉环506的内部通道；将送水器19从矿用钻杆18的后端套入，在导正环6的引导下，矿用钻杆18进入送水器19，至矿用钻杆18后端的钻杆母接头1801与矿用钻杆接头密封塞8紧密接触为止。
步骤三，送水器夹紧：
松开送水器加卸机械手，夹紧装置5的驱动轴503的外端在压缩复位弹簧504作用下，向外伸出仓盖502，带动拉环506向送水器19的轴心移动，卡瓦507将矿用钻杆18夹紧。
步骤四，送水器组合密封：
开启泥浆泵从送水器19后端的转换接手11向钻孔供水，压力水进入送水器19后，沿过水孔道15、环形槽702和导水孔703进入矿用钻杆侧壁密封塞7的密封腔体701内，密封腔体701膨胀，贴紧矿用钻杆18的外侧壁，密封住送水器19与矿用钻杆18之间的环状间隙，实现矿用钻杆侧壁密封塞7和矿用钻杆接头密封塞8对矿用钻杆18内外的双重静密封。
步骤五，送水器旋转密封：
采用钻机高速回转的矿用钻杆18进行回转钻进施工时，送水器19的旋转外管20与矿用钻杆18一起回转，送水轴9和转换接手11保持静止；在钻孔施工过程中，通过两个动态密封装置14实现送水轴9与旋转动态密封体3之间的双重动密封。
动态密封装置14工作时，压紧环1402在压紧弹簧1403作用下与异形密封塞1401紧密接触，压紧环1402的梯形凸台140203进入异形密封塞1401的梯形凹槽140103内，异形密封塞1401挤压膨胀，异形密封塞1401的外壁前部始终保持与旋转动态密封体3内壁紧密接触，避免高压水从旋转动态密封体3与送水轴9之间的环状间隙泄漏。
进一步的，步骤五中，当高压水进入旋转动态密封体3与送水轴9之间的环状间隙时，高压水作用在异形密封塞1401的前端面上，与压紧弹簧1403的作用力叠加，进一步加大异形密封塞1401的挤压膨胀，增加异形密封塞1401与旋转动态密封体9的接触面积，确保高压水无泄漏。
步骤六，送水器取下：
单根矿用钻杆18施工完成后，关闭泥浆泵，停止向钻孔注入压力水，矿用钻杆侧壁密封塞7复原；采用送水器加卸机械手抱紧送水器19的夹持体1，夹紧装置5的驱动轴503的外端缩回驱动仓701内，带动拉环506和卡瓦507下移，松开矿用钻杆18；采用送水器加卸机械手将送水器19从矿用钻杆18的后端取下。
步骤七，完钻封孔：
当钻孔深度未达到设计深度时，采用钻杆加卸机械手在孔内钻具后端加接矿用钻杆18，重复步骤二至步骤六进行钻进施工；当钻孔深度达到设计深度后，利用钻杆加卸机械手依次拆卸并取出孔内钻具，安装后期作业所需要的管路设施，进行封孔。

Claims (10)

1.一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，包括旋转外管(20)，其特征在于，所述的旋转外管(20)包括从前端至后端依次一体成型设置的夹持体(1)、组合静态密封体(2)和旋转动态密封体(3)，所述的夹持体(1)、组合静态密封体(2)和旋转动态密封体(3)均为轴向中空结构且同轴设置，内部形成一条过水流道(4)；
所述的夹持体(1)上设置有夹紧装置(5)，夹持体(2)内部前端设置有导正环(6)；
所述的组合静态密封体(2)内为一体相连的四级阶梯腔体，从前端到后端分别为直径依次减小的一级组合密封腔体(201)、二级组合密封腔体(202)、三级组合密封腔体(203)和四级组合密封腔体(204)，一级组合密封腔体(201)与夹持体(1)内部相连通，四级组合密封腔体(204)与旋转动态密封体(3)内相连通；所述的一级组合密封腔体(201)内安装有矿用钻杆侧壁密封塞(7)，所述的二级组合密封腔体(202)内安装有矿用钻杆接头密封塞(8)；
所述的旋转动态密封体(3)内为一体相连的两级阶梯腔体，从前端到后端分别为直径依次减小的一级旋转密封腔体(301)和二级旋转密封腔体(302)，一级旋转密封腔体(301)与四级组合密封腔体(204)相连通，一级旋转密封腔体(301)的内径大于四级组合密封腔体(204)的内径；
所述的旋转动态密封体(3)内设置有送水轴(9)，送水轴(9)内为过水流道(4)，送水轴(9)的前端通过一级旋转密封腔体(301)与四级组合密封腔体(204)之间的阶梯面进行限位，送水轴(9)的后部通过安装在二级旋转密封腔体(302)后端的锁紧母(10)进行限位，送水轴(9)伸出旋转动态密封体(3)外的后端连通有转换接手(11)；
所述的二级旋转密封腔体(302)内的送水轴(9)上套装有两个滚动轴承(12)、两个挡环(13)和两个及以上动态密封装置(14)，使得旋转外管(20)能够绕着送水轴(9)密封转动。
2.如权利要求1所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的动态密封装置(14)包括依次设置的异形密封塞(1401)，与异形密封塞(1401)相配合实现动态密封的压紧环(1402)，压紧环(1402)通过压紧环(1402)上连接的压紧弹簧(1403)进行压紧。
3.如权利要求2所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的异形密封塞(1401)为能够套装在送水轴(9)外壁上的轴向中空的圆台形结构，异形密封塞(1401)的前端外径大于后端外径，异形密封塞(1401)的内壁直径相同，且异形密封塞(1401)的内侧壁上沿着周向设置有沟槽(140101)，沟槽(140101)内设置有与送水轴(9)接触密封的密封圈(140102)；所述的异形密封塞(1401)前端面上沿着周向设置有梯形凹槽(140103)；
所述的压紧环(1402)为能够套装在送水轴(9)外壁上的轴向中空的结构，包括从前到后依次一体成形的定位凸台(140201)、调整体(140202)和梯形凸台(140203)；所述的定位凸台(140201)套装在送水轴(9)外壁上，所述的梯形凸台(140203)的高度小于梯形凹槽(140103)的深度，所述的调整体(140202)外径不大于梯形凸台(140203)的最大外径，内径不小于梯形凸台(140203)的最小内径，梯形凸台(140203)与梯形凹槽(140103)相配合实现动态密封。
4.如权利要求1所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的送水轴(9)的外壁分为一体成型的六段，包括第一段(901)，第一段(901)的前端为第二段(902)，第二段(902)的前端为第四段(904)，第一段(901)的后端为第三段(903)，第三段(903)的后端为第五段(905)，第五段(905)的后端为第六段(906)；第一段(901)的外径大于第二段(902)的外径，第二段(902)的外径大于第四段(904)的外径，第一段(901)的外径大于第三段(903)的外径，第三段(903)的外径大于第五段(905)的外径，第五段(905)的外径大于第六段(906)的外径；
所述的第一段(901)的外径等于所述的二级旋转密封腔体(302)的内径，所述的第一段(901)可转动式安装在所述的二级旋转密封腔体(302)内，第二段(902)和第三段(903)上分别套装有滚动轴承(12)的内圈，滚动轴承(12)的外圈安装在所述的二级旋转密封腔体(302)的内壁上，第四段(904)的后端和第五段(905)的前端分别套装有挡环(13)，第四段(904)的外径等于所述的一级旋转密封腔体(301)的内径，第四段(904)的前端可转动式安装在所述的一级旋转密封腔体(301)中，第六段(906)的前端套装有锁紧母(10)；第四段(904)上的挡环(13)和二级旋转密封腔体(302)与一级旋转密封腔体(301)的阶梯面之间以及第五段(905)上的挡环(13)和锁紧母(10)之间分别设置有动态密封装置安装腔(16)，动态密封装置安装腔(16)内分别安装有动态密封装置(14)，动态密封装置(14)的两端分别顶在动态密封装置安装腔(16)的两端。
5.如权利要求1所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的矿用钻杆侧壁密封塞(7)的后端顶在一级组合密封腔体(201)与二级组合密封腔体(202)之间的阶梯面上，矿用钻杆侧壁密封塞(7)的前端通过固定套(17)固定限位；所述的矿用钻杆侧壁密封塞(7)为环形结构，矿用钻杆侧壁密封塞(7)内部为中空的密封腔体(701)，矿用钻杆侧壁密封塞(701)的后端面上设置有环形槽(702)，环形槽(702)内设置有与密封腔体(701)连通的一个及以上导水孔(703)；组合静态密封体(2)的侧壁内开设有过水孔道(15)，过水孔道(15)的前端与环形槽(702)相连通，过水孔道(15)的后端与四级组合密封腔体(204)内的过水流道(4)相连通。
6.如权利要求1所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的矿用钻杆接头密封塞(8)内开设有中空的安装沉孔(801)，安装沉孔(801)内穿过有定位连接筒(802)，定位连接筒(802)前端的限位凸台(803)嵌入式压在安装沉孔(801)的阶梯面上，定位连接筒(802)的后部伸入至所述的三级组合密封腔体(203)内并固定安装，将矿用钻杆接头密封塞(8)固定安装在所述的二级组合密封腔体(802)内；
所述的矿用钻杆接头密封塞(8)的外部与矿用钻杆(18)的钻杆母接头(1801)相配合，所述的矿用钻杆接头密封塞(8)的外部设置有三个密封面，从后至前依次为第一密封面(804)、第二密封面(805)和第三密封面(806)；第一密封面(804)为垂直轴向的环形平面，第三密封面(806)为矿用钻杆接头密封塞(8)的前端环形面，第一密封面(804)的内环直径大于第三密封面(806)的外环直径，第二密封面(805)为第一密封面(804)与第三密封面(806)之间的过渡锥形侧面。
7.如权利要求6所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的第一密封面(804)用于与矿用钻杆(18)的钻杆母接头(1801)上的第一密封台肩(1802)接触；所述的第二密封面(805)用于与矿用钻杆(18)的钻杆母接头(1801)上的螺纹连接面(1803)接触；所述的第三密封面(806)用于与矿用钻杆(18)的钻杆母接头(1801)上的第二密封台肩(1804)接触。
8.如权利要求1所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器，其特征在于，所述的夹紧装置(5)为两个及以上，所述的夹紧装置(5)包括径向开设在夹持体(1)上的驱动仓(501)，驱动仓(501)开放的顶部设置有仓盖(502)，所述的驱动仓(501)内设置有驱动轴(503)，驱动轴(503)的外端穿过仓盖(502)伸出至仓盖(502)外，驱动轴(503)的内端穿过驱动仓(501)的底部伸入至夹持体(1)内；所述的驱动仓(501)内的驱动轴(503)上套装有压缩复位弹簧(504)，压缩复位弹簧(504)的一端顶在驱动仓(501)的底部，压缩复位弹簧(504)的另一端顶在驱动轴(503)上固定设置的环形凸台(505)上，使得驱动轴(503)能够在径向伸缩运动；
所述的驱动轴(503)的内端与设置在夹持体(1)内的拉环(506)相连；所述的拉环(506)为中空圆柱形结构，在与驱动轴(503)安装位置相对的拉环(506)的内壁上设置有半圆环柱形的卡瓦(507)，卡瓦(507)内径与矿用钻杆(18)外径相同。
9.一种煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器的使用方法，包括矿用钻杆(18)和送水器(19)，其特征在于，所述的送水器(19)采用如权利要求1至8任一项所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器；
该方法包括以下步骤
步骤一，钻具连接：
采用钻机按设计完成钻孔套管段施工后，依次下入钻头和矿用钻杆(18)至孔底；采用高压胶管将泥浆泵与送水器(19)尾部的转换接手(11)连接；
步骤二，送水器安装：
采用钻机上的送水器加卸机械手抱紧送水器(19)的夹持体(1)；夹紧装置(5)的驱动轴(503)的外端缩回驱动仓(501)内，带动拉环(506)和卡瓦(507)下移，空出拉环(506)的内部通道；将送水器(19)从矿用钻杆(18)的后端套入，在导正环(6)的引导下，矿用钻杆(18)进入送水器(19)，至矿用钻杆(18)后端的钻杆母接头(1801)与矿用钻杆接头密封塞(8)紧密接触为止；
步骤三，送水器夹紧：
松开送水器加卸机械手，夹紧装置(5)的驱动轴(503)的外端在压缩复位弹簧(504)作用下，向外伸出仓盖(502)，带动拉环(506)向送水器(19)的轴心移动，卡瓦(507)将矿用钻杆(18)夹紧；
步骤四，送水器组合密封：
开启泥浆泵从送水器(19)后端的转换接手(11)向钻孔供水，压力水进入送水器(19)后，沿过水孔道(15)、环形槽(702)和导水孔(703)进入矿用钻杆侧壁密封塞(7)的密封腔体(701)内，密封腔体(701)膨胀，贴紧矿用钻杆(18)的外侧壁，密封住送水器(19)与矿用钻杆(18)之间的环状间隙，实现矿用钻杆侧壁密封塞(7)和矿用钻杆接头密封塞(8)对矿用钻杆(18)内外的双重静密封；
步骤五，送水器旋转密封：
采用钻机高速回转的矿用钻杆(18)进行回转钻进施工时，送水器(19)的旋转外管(15)与矿用钻杆(18)一起回转，送水轴(9)和转换接手(11)保持静止；在钻孔施工过程中，通过两个动态密封装置(14)实现送水轴(9)与旋转动态密封体(3)之间的双重动密封；
所述的动态密封装置(14)工作时，压紧环(1402)在压紧弹簧(1403)作用下与异形密封塞(1401)紧密接触，压紧环(1402)的梯形凸台(140203)进入异形密封塞(1401)的梯形凹槽(140103)内，异形密封塞(1401)挤压膨胀，异形密封塞(1401)的外壁前部始终保持与旋转动态密封体(3)内壁紧密接触，避免高压水从旋转动态密封体(3)与送水轴(9)之间的环状间隙泄漏；
步骤六，送水器取下：
单根矿用钻杆(18)施工完成后，关闭泥浆泵，停止向钻孔注入压力水，矿用钻杆侧壁密封塞(7)复原；采用送水器加卸机械手抱紧送水器(19)的夹持体(1)，夹紧装置(5)的驱动轴(503)的外端缩回驱动仓(701)内，带动拉环(506)和卡瓦(507)下移，松开矿用钻杆(18)；采用送水器加卸机械手将送水器(19)从矿用钻杆(18)的后端取下；
步骤七，完钻封孔：
当钻孔深度未达到设计深度时，采用钻杆加卸机械手在孔内钻具后端加接矿用钻杆(18)，重复步骤二至步骤六进行钻进施工；当钻孔深度达到设计深度后，利用钻杆加卸机械手依次拆卸并取出孔内钻具，安装后期作业所需要的管路设施，进行封孔。
10.如权利要求9所述的煤矿井下快速插接高压动态密封旋转送水器的使用方法，其特征在于，步骤五中，当高压水进入旋转动态密封体(3)与送水轴(9)之间的环状间隙时，高压水作用在异形密封塞(1401)的前端面上，与压紧弹簧(1403)的作用力叠加，进一步加大异形密封塞(1401)的挤压膨胀，增加异形密封塞(1401)与旋转动态密封体(9)的接触面积，确保高压水无泄漏。
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