CN114876456A - 煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤矿井下密封插接有线信号传输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；其中，组合静态密封体内安装有信号转换头；旋转动态密封体的侧壁后端开设有后端开放的第一环形安装腔，转换接手的侧壁前端开设有前端开放的第二环形安装腔，第一环形安装腔和第二环形安装腔之间安装有旋转通讯装置；转换接手的后端安装有快插通讯接头。本发明的采用旋转有线信号传输方式，先利用信号转换头将有线传输钻杆上传的测量数据转换到侧壁，然后利用旋转通讯装置实现相对旋转状态下、跨接头的数据可靠传输，保障了随钻测量数据传输稳定性。

Description

煤矿井下密封插接有线信号传输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密封插接有线信号传输旋转送水器及使用方法。

背景技术

有线传输旋转送水器是煤矿井下定向钻进装备的重要组成部分，其既可在定向钻机驱动孔内定向钻具复合定向碎岩的同时向钻孔提供高压水作为钻孔排渣介质和孔底螺杆钻具动力介质，又可将孔内测量探管有线传输至孔口的数据实时传输给孔口防爆计算机，为钻孔轨迹控制决策提供依据。

现有有线传输旋转送水器如申请公布号为CN101725342A的中国发明专利所示，均采用螺纹连接密封、中心通缆式结构信号传输，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，均需要先从有线传输钻杆与送水器连接螺纹处拆开，卸掉送水器；加接上有线传输钻杆后，再将送水器与有线传输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，且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，易导致密封失效，使用寿命短、成本高。

(C)信号传输易故障。现有信号传输装置在送水器内居中固定安装，定向钻进时送水器与有线传输钻杆保持相对旋转，导致信号传输装置易损坏，信号传输故障率高，需频繁停钻检修或更换，且制约了孔底随钻多参数测量仪器的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器及使用方法，解决现有技术中的有线信号传输旋转送水器的信号传输易故障的技术问题。

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：

一种煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，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钻杆侧壁密封塞，所述的二级组合密封腔体内安装有钻杆接头密封塞；

所述的钻杆接头密封塞内开设有中空的安装沉孔，安装沉孔内穿过有信号转换头，信号转换头的限位凸台嵌入式压在安装沉孔的阶梯面上，信号转换头的后部伸入至所述的三级组合密封腔体内并固定安装，将钻杆接头密封塞固定安装在所述的二级组合密封腔体内；

所述的信号转换头包括信号转换头本体，信号转换头本体的头端外侧设置有限位凸台，所述的信号转换头本体的外壁后部和中部设置有两个密封圈，信号转换头本体的前端沿轴向设置有绝缘弹簧座，所述的绝缘弹簧座内安装有信号弹簧；所述的信号转换头本体和绝缘弹簧座内设置有折线形的第一通讯孔道，第一通讯孔道的一端与信号弹簧连通，第一通讯孔道的另一端位于信号转换头本体外部的两个密封圈之间；所述的信号转换头本体内沿着轴向开设有水道；

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，所述的送水轴伸出旋转动态密封体外的后端连通有转换接手；所述的旋转动态密封体的侧壁后端开设有后端开放的第一环形安装腔，所述的转换接手的侧壁前端开设有前端开放的第二环形安装腔，第一环形安装腔和第二环形安装腔之间安装有旋转通讯装置；

所述的旋转通信装置包括安装在第一环形安装腔内的带底孔的第一绝缘底座，第一绝缘底座内部的环形空腔内设置有信号传输环；所述的信号传输环由与所述的旋转动态密封体连接的第一限位绝缘环固定限位；

所述的旋转通信装置还包括安装在第二环形安装腔内的带底孔的第二绝缘底座，第二绝缘底座内部的环形空腔内设置有压紧弹簧和信号接收环，压紧弹簧的一端顶在第二绝缘底座的后端，压紧弹簧的另一端顶在信号接收环上，信号接收环通过与转换接手连接的第二限位绝缘环进行限位；

所述的信号接收环的前端设置有导电齿，所述的导电齿在压紧弹簧作用下，始终紧密贴靠在信号传输环的后端面上，使得信号接收环与信号传输环始终保持可相对转动式的电连接；

所述的组合静态密封体和旋转动态密封体的侧壁内开设有第二通讯孔道，第二通讯孔道的一端贯通所述的三级组合密封腔体的内壁且与第一通讯孔道的一端相连通，所述的第二通讯孔道的另一端连通第一环形安装腔；所述的信号转换头的信号弹簧与所述的旋转通信装置的信号传输环之间通过位于第一通讯孔道和第二通讯孔道内的通讯线缆相连通；

所述的转换接手的侧壁内开设有第三通讯孔道，第三通讯孔道的一端连通第二环形安装腔，第三通讯孔道的另一端位于转换接手的后端，所述的转换接手的后端安装有快插通讯接头，所述的快插通讯接头与所述的旋转通信装置的信号接收环之间通过位于第三通讯孔道内的通讯线缆相连通。

本发明还具有如下技术特征：

所述的信号转换头本体外部的两个密封圈之间还设置有一个径向的螺纹孔，所述的信号转换头本体通过安装在螺纹孔中的固定螺栓实现与三级组合密封腔体的侧壁之间的固定连接。

所述的钻杆接头密封塞的外部与有线传输钻杆的钻杆母接头相配合，所述的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有线传输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有线传输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有线传输钻杆的钻杆母接头上的第二密封台肩接触。

所述的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，钻杆侧壁密封塞的前端通过固定套固定限位；所述的钻杆侧壁密封塞为环形结构，钻杆侧壁密封塞内部为中空的密封腔体，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；

所述的送水轴的外壁分为一体成型的三段，包括第一段，第一段的前端为第二段，第一段的后端为第三段，第一段的外径大于第二段的外径，第一段的外径大于第三段的外径；

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，第二段的后端和第三段的前端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，第二段的外径等于所述的一级旋转密封腔体的内径，第二段的前端可转动式安装在所述的一级旋转密封腔体中，第三段的中部套装有锁紧母；锁紧母和滚动轴承之间的第三段上套装有旋转动态密封塞，旋转动态密封塞与所述的二级旋转密封腔体的内壁接触密封，使得旋转外管能够绕送水轴密封转动。

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，卡瓦的内径与有线传输钻杆的外径相同。

所述的信号转换头本体内沿着轴向开设有两个个及以上贯通的且沿周向均匀分布的水道；所述的信号接收环的前端设置有三组及以上的导电齿。

本发明还保护一种煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器的使用方法，其特征在于，包括有线传输钻杆和送水器，所述的送水器采用如上所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器；

该方法包括以下步骤：

步骤一，定向钻具连接：

采用定向钻机按设计完成定向钻孔套管段施工后，依次下入定向钻头、螺杆马达、无磁钻杆和有线传输钻杆至孔底；采用高压胶管将泥浆泵与送水器后部的转换接手连接；采用通讯电缆将孔口防爆计算机与送水器后部的快插通讯接头连接；

步骤二，送水器安装：

采用定向钻机上的送水器加卸机械手抱紧夹持体；夹紧装置的驱动轴缩回至驱动仓内，带动拉环和卡瓦下移，空出拉环的内部通道；将送水器从有线传输钻杆的后端套入，在导正环的引导下，有线传输钻杆进入送水器，至有线传输钻杆后端的钻杆母接头与钻杆接头密封塞紧密接触为止；

信号转换头上的绝缘弹簧座伸入有线传输钻杆的绝缘母接头中，信号弹簧与绝缘母接头内的导电母接头紧密接触，连通信号传输线路；

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，卡瓦将有线传输钻杆夹紧；

步骤四，送水器密封：

开启泥浆泵从送水器尾部的转换接手向定向钻孔供水，压力水进入送水器后，沿过水流道、环形槽和导水孔进入密封腔体内，钻杆侧壁密封塞腔体膨胀，贴紧有线传输钻杆外壁，静态密封住送水器与有线传输钻杆之间的环状间隙；

步骤五，定向钻进：

按照设计轨迹进行定向钻孔施工，施工过程中，孔底测量探管将测得的数据通过有线传输钻杆，经信号弹簧、信号传输环、信号接收环、快插通讯接头传输给孔口防爆计算机，由防爆计算机进行数据处理，为施工人员定向钻进决策提供依据；

施工过程中，旋转动态密封塞能够动态密封住旋转动态密封体与送水轴之间的环状间隙；

步骤六，送水器取下：

单根有线传输钻杆施工完成后，关闭泥浆泵，停止向定向钻孔注入压力水，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，夹紧装置的驱动轴缩回驱动仓内，带动拉环和卡瓦下移，松开有线传输钻杆；采用送水器加卸机械手将送水器从有线传输钻杆后端取下；

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定向钻具后端加接有线传输钻杆，重复步骤二至步骤六进行定向钻进施工；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定向钻具，安装后期作业所需要的管路设施，进行封孔。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的采用旋转有线信号传输方式，先利用信号转换头将有线传输钻杆上传的测量数据转换到侧壁，然后利用旋转通讯装置实现相对旋转状态下、跨接头的数据可靠传输，保障了随钻测量数据传输稳定性。

(Ⅱ)本发明的送水器采用三重密封方式，钻杆侧壁密封塞和钻杆接头密封塞对有线传输钻杆内外进行双重静态密封，避免高压水从送水器与有线传输钻杆之间的环状间隙泄漏；同时旋转动态密封塞密封住旋转密封体与送水轴之间的间隙，避免高压水从送水器的后端泄漏。

(Ⅲ)本发明的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，自动松开钻杆，避免影响送水器加卸；开泵钻进时，自动密封钻杆，且钻进水压越大，密封效果越好，避免了高压水的泄漏。

(Ⅳ)送水器采用插接方式与有线传输钻杆连接，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，便于套上有线传输钻杆；插接到位松开送水器加卸机械手时，自动夹紧有线传输钻杆，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的问题。

附图说明

图1是煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器的整体剖视结构示意图。

图2是信号转换头的剖视结构示意图。

图3是图2的A-A截面剖视图。

图4是旋转通讯装置的正剖视结构示意图。

图5是信号接收环的正视结构示意图。

图6是信号接收环的侧视结构示意图。

图7是钻杆接头密封塞的剖视结构示意图。

图8是有线传输钻杆的剖视结构示意图。

图9是钻杆侧壁密封塞的正视结构示意图。

图10是钻杆侧壁密封塞的侧视结构示意图。

图11是送水轴的结构示意图。

图12是夹紧装置的剖视结构示意图。

图13是煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器的使用状态示意图。

图中各个标号的含义为：1-旋转外管，2-夹持体，3-组合静态密封体，4-旋转动态密封体，5-过水流道，6-钻杆侧壁密封塞，7-钻杆接头密封塞，8-信号转换头，9-送水轴，10-转换接手，11-第一环形安装腔，12-第二环形安装腔，13-旋转通讯装置，14-第二通讯孔道，15-第三通讯孔道，16-快插通讯接头，17-固定套，18-过水孔道，19-锁紧母，20-滚动轴承，21-旋转动态密封塞，22-夹紧装置，23-有线传输钻杆，24-送水器，25-导正环；

301-一级组合密封腔体，302-二级组合密封腔体，303-三级组合密封腔体，304-四级组合密封腔体；

401-一级旋转密封腔体，402-二级旋转密封腔体；

601-密封腔体，602-环形槽，603-导水孔；

701-安装沉孔，702-第一密封面，703-第二密封面，704-第三密封面；

801-信号转换头本体，802-限位凸台，803-密封圈，804-绝缘弹簧座，805-信号弹簧，806-第一通讯孔道，807-水道，808-螺纹孔，809-固定螺栓；

901-第一段，902-第二段，903-第三段；

1301-第一绝缘底座，1302-信号传输环，1303-第一限位绝缘环，1304-第二绝缘底座，1305-压紧弹簧，1306-信号接收环，1307-第二限位绝缘环，1308-导电齿；

2201-驱动仓，2202-仓盖，2203-驱动轴，2204-压缩复位弹簧，2205-环形凸台，2206-拉环，2207-卡瓦；

2301-钻杆母接头，2302-第一密封台肩，2303-螺纹连接面，2304-第二密封台肩，2305-绝缘母接头，2306-导电母接头，2307-钻杆公接头，2308-绝缘公接头，2309-导电公接头，2310-绝缘芯管。

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。例如定向钻机、定向钻头、送水器加卸机械手、螺杆马达、无磁钻杆和孔口防爆计算机均采用已知设备。

本发明有鉴于背景技术中记载的现有技术的缺陷，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，针对目前煤矿井下有线传输送水器存在的安装时间长、连接螺纹易磨损、信号传输易故障等不足，研究设计出一种煤矿井下密封插接有线信号传输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、两重组合静态密封和一重旋转动态密封和旋转有线信号传输的技术手段，实现了送水器快速连接、旋转无泄漏、稳定有线信号传输，提高了煤矿井下定向钻进效率，降低了钻进成本，为煤矿井下自动加杆技术和随钻多参数测量仪器开发提供了保障。

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密封插接有线信号传输旋转送水器，如图1所示，包括旋转外管1，旋转外管1包括从前端至后端依次一体成型设置的夹持体2、组合静态密封体3和旋转动态密封体4，夹持体2、组合静态密封体3和旋转动态密封体4均为轴向中空结构且同轴设置，内部形成一条过水流道5；

组合静态密封体3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301、二级组合密封腔体302、三级组合密封腔体303和四级组合密封腔体304，一级组合密封腔体301与夹持体2内部相连通，四级组合密封腔体304与旋转动态密封体4内相连通；一级组合密封腔体301内安装有钻杆侧壁密封塞6，二级组合密封腔体302内安装有钻杆接头密封塞7；

钻杆接头密封塞7内开设有中空的安装沉孔701，安装沉孔701内穿过有信号转换头8，信号转换头8的限位凸台802嵌入式压在安装沉孔701的阶梯面上，信号转换头8的后部伸入至三级组合密封腔体303内并固定安装，将钻杆接头密封塞7固定安装在二级组合密封腔体302内；

如图2和图3所示，信号转换头8包括信号转换头本体801，信号转换头本体801的头端外侧设置有限位凸台802，信号转换头本体801的外壁后部和中部设置有两个密封圈803，信号转换头本体801的前端沿轴向设置有绝缘弹簧座804，绝缘弹簧座804内安装有信号弹簧805；信号转换头本体801和绝缘弹簧座804内设置有折线形的第一通讯孔道806，第一通讯孔道806的一端与信号弹簧805连通，第一通讯孔道806的另一端位于信号转换头本体801外部的两个密封圈803之间；信号转换头本体801内沿着轴向开设有两个个及以上贯通的且沿周向均匀分布的水道807；

旋转动态密封体4内设置有送水轴9，送水轴9内为过水流道5，送水轴9伸出旋转动态密封体4外的后端连通有转换接手10；旋转动态密封体4的侧壁后端开设有后端开放的第一环形安装腔11，转换接手10的侧壁前端开设有前端开放的第二环形安装腔12，第一环形安装腔11和第二环形安装腔12之间安装有旋转通讯装置13；

旋转通信装置13包括安装在第一环形安装腔11内的带底孔的第一绝缘底座1301，第一绝缘底座1301内部的环形空腔内设置有信号传输环1302；信号传输环1302由与旋转动态密封体4连接的第一限位绝缘环1303固定限位；

如图4所示，旋转通信装置13还包括安装在第二环形安装腔12内的带底孔的第二绝缘底座1304，第二绝缘底座1304内部的环形空腔内设置有压紧弹簧1305和信号接收环1306，压紧弹簧1305的一端顶在第二绝缘底座1304的后端，压紧弹簧1305的另一端顶在信号接收环1306上，信号接收环1306通过与转换接手10连接的第二限位绝缘环1307进行限位；

信号接收环1306的前端设置有三组及以上的导电齿1308，导电齿1308在压紧弹簧1305作用下，始终紧密贴靠在信号传输环1302的后端面上，使得信号接收环1306与信号传输环1302始终保持可相对转动式的电连接；

组合静态密封体3和旋转动态密封体4的侧壁内开设有第二通讯孔道14，第二通讯孔道14的一端贯通三级组合密封腔体303的内壁且与第一通讯孔道806的一端相连通，第二通讯孔道14的另一端连通第一环形安装腔11；信号转换头8的信号弹簧808与旋转通信装置13的信号传输环1302之间通过位于第一通讯孔道806和第二通讯孔道14内的通讯线缆相连通；

转换接手10的侧壁内开设有第三通讯孔道15，第三通讯孔道15的一端连通第二环形安装腔12，第三通讯孔道15的另一端位于转换接手10的后端，转换接手10的后端安装有快插通讯接头16，快插通讯接头16与旋转通信装置13的信号接收环1306之间通过位于第三通讯孔道15内的通讯线缆相连通。

本实施例中，快插通讯接头16采用已知的快插通讯接头。

作为本实施例的一种优选方案，信号转换头本体801外部的两个密封圈804之间还设置有一个径向的螺纹孔808，信号转换头本体801通过安装在螺纹孔808中的固定螺栓809实现与三级组合密封腔体303的侧壁之间的固定连接。

作为本实施例的一种优选方案，如图7所示，钻杆接头密封塞7的外部与有线传输钻杆23的钻杆母接头2301相配合，钻杆接头密封塞7的外部设置有三个密封面，从后至前依次为第一密封面702、第二密封面703和第三密封面704；第一密封面702为垂直轴向的环形平面，第三密封面704为钻杆接头密封塞7的前端环形面，第一密封面702的内环直径大于第三密封面704的外环直径，第二密封面703为第一密封面702与第三密封面704之间的过渡锥形侧面。

具体的，如图8所示，有线传输钻杆23的后端为钻杆母接头2301，钻杆母接头2301内还设置有绝缘母接头2305，绝缘母接头2305内设置有导电母接头2306；有线传输钻杆23的前端为钻杆公接头2307，钻杆公接头2307内还设置有绝缘公接头2308，绝缘公接头2308内设置有导电公接头2309，导电公接头2309与导电母接头2306之间通过绝缘芯管2310相导通。第一密封面702用于与有线传输钻杆23的钻杆母接头2301上的第一密封台肩2302接触；第二密封面703用于与有线传输钻杆23的钻杆母接头2301上的螺纹连接面2303接触；第三密封面704用于与有线传输钻杆23的钻杆母接头2301上的第二密封台肩2304接触。

作为本实施例的一种优选方案，如图9和图10所示，钻杆侧壁密封塞6的后端顶在一级组合密封腔体301与二级组合密封腔体302之间的阶梯面上，钻杆侧壁密封塞6的前端通过固定套17固定限位；钻杆侧壁密封塞6为环形结构，钻杆侧壁密封塞6内部为中空的密封腔体601，钻杆侧壁密封塞6的后端面上设置有环形槽602，环形槽602内设置有与密封腔体601连通的一个及以上导水孔603；组合静态密封体3的侧壁内开设有过水孔道18，过水孔道18的前端与环形槽602相连通，过水孔道18的后端与四级组合密封腔体304内的过水流道5相连通。

作为本实施例的一种优选方案，旋转动态密封体4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401和二级旋转密封腔体402，一级旋转密封腔体401与四级组合密封腔体304相连通，一级旋转密封腔体401的内径大于四级组合密封腔体304的内径；

送水轴9的前端通过一级旋转密封腔体401与四级组合密封腔体304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402后端的锁紧母19进行限位；

如图11所示，送水轴9的外壁分为一体成型的三段，包括第一段901，第一段901的前端为第二段902，第一段901的后端为第三段903，第一段901的外径大于第二段902的外径，第一段901的外径大于第三段903的外径；

第一段901的外径等于二级旋转密封腔体402的内径，第一段901可转动式安装在二级旋转密封腔体402内，第二段902的后端和第三段903的前端上分别套装有滚动轴承20的内圈，滚动轴承20的外圈安装在二级旋转密封腔体402的内壁上，第二段902的外径等于一级旋转密封腔体401的内径，第二段902的前端可转动式安装在一级旋转密封腔体401中，第三段903的中部套装有锁紧母19；锁紧母19和滚动轴承20之间的第三段903上套装有旋转动态密封塞21，旋转动态密封塞21与二级旋转密封腔体402的内壁接触密封，使得旋转外管1能够绕送水轴9密封转动。

作为本实施例的一种优选方案，如图12所示，夹持体2上设置有夹紧装置22，夹持体2内部前端设置有导正环25；夹紧装置22为两个及以上，夹紧装置22包括径向开设在夹持体2上的驱动仓2201，驱动仓2201开放的顶部设置有仓盖2202，驱动仓2201内设置有驱动轴2203，驱动轴2203的外端穿过仓盖2202伸出至仓盖2202外，驱动轴2203的内端穿过驱动仓2201的底部伸入至夹持体2内；驱动仓2201内的驱动轴2203上套装有压缩复位弹簧2204，压缩复位弹簧2204的一端顶在驱动仓2201的底部，压缩复位弹簧2204的另一端顶在驱动轴2203上固定设置的环形凸台2205上，使得驱动轴2203能够在径向伸缩运动；

驱动轴2203的内端与设置在夹持体2内的拉环2206相连；拉环2206为中空圆柱形结构，在与驱动轴2203安装位置相对的拉环2206的内壁上设置有半圆环柱形的卡瓦2207，卡瓦2207的内径与有线传输钻杆23的外径相同。

实施例2：

本实施例给出一种煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器的使用方法，如图13所示，包括有线传输钻杆23和送水器24，送水器24采用实施例1中给出的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器；

该方法包括以下步骤：

步骤一，定向钻具连接：

采用定向钻机按设计完成定向钻孔套管段施工后，依次下入定向钻头、螺杆马达、无磁钻杆和有线传输钻杆23至孔底；采用高压胶管将泥浆泵与送水器24后部的转换接手10连接；采用通讯电缆将孔口防爆计算机与送水器24后部的快插通讯接头16连接；

步骤二，送水器安装：

采用定向钻机上的送水器加卸机械手抱紧夹持体2；夹紧装置22的驱动轴2203缩回至驱动仓22011内，带动拉环2206和卡瓦2207下移，空出拉环2206的内部通道；将送水器24从有线传输钻杆23的后端套入，在导正环25的引导下，有线传输钻杆23进入送水器24，至有线传输钻杆23后端的钻杆母接头2301与钻杆接头密封塞7紧密接触为止；

信号转换头8上的绝缘弹簧座804伸入有线传输钻杆23的绝缘母接头2305中，信号弹簧805与绝缘母接头2305内的导电母接头2306紧密接触，连通信号传输线路；

步骤三，送水器夹紧：

松开送水器加卸机械手，夹紧装置22的驱动轴2203在压缩复位弹簧2204作用下，向外伸出仓盖2202，带动拉环2206向送水器24的轴心移动，卡瓦2207将有线传输钻杆23夹紧；

步骤四，送水器密封：

开启泥浆泵从送水器尾部的转换接手10向定向钻孔供水，压力水进入送水器24后，沿过水流道5、环形槽602和导水孔603进入密封腔体601内，钻杆侧壁密封塞6腔体膨胀，贴紧有线传输钻杆23外壁，静态密封住送水器24与有线传输钻杆23之间的环状间隙；

步骤五，定向钻进：

按照设计轨迹进行定向钻孔施工，施工过程中，孔底测量探管将测得的数据通过有线传输钻杆23，经信号弹簧805、信号传输环1302、信号接收环1306、快插通讯接头16传输给孔口防爆计算机，由防爆计算机进行数据处理，为施工人员定向钻进决策提供依据；

施工过程中，旋转动态密封塞21能够动态密封住旋转动态密封体4与送水轴9之间的环状间隙；

步骤六，送水器取下：

单根有线传输钻杆23施工完成后，关闭泥浆泵，停止向定向钻孔注入压力水，钻杆侧壁密封塞6复原；采用送水器加卸机械手抱紧送水器24的夹持体2，夹紧装置22的驱动轴2203缩回驱动仓2201内，带动拉环2206和卡瓦2207下移，松开有线传输钻杆23；采用送水器加卸机械手将送水器24从有线传输钻杆23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定向钻具后端加接有线传输钻杆23，重复步骤二至步骤六进行定向钻进施工；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定向钻具，安装后期作业所需要的管路设施，进行封孔。

Claims (10)

1.一种煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，包括旋转外管(1)，其特征在于，所述的旋转外管(1)包括从前端至后端依次一体成型设置的夹持体(2)、组合静态密封体(3)和旋转动态密封体(4)，所述的夹持体(2)、组合静态密封体(3)和旋转动态密封体(4)均为轴向中空结构且同轴设置，内部形成一条过水流道(5)；

所述的组合静态密封体(3)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(301)、二级组合密封腔体(302)、三级组合密封腔体(303)和四级组合密封腔体(304)，一级组合密封腔体(301)与夹持体(2)内部相连通，四级组合密封腔体(304)与旋转动态密封体(4)内相连通；所述的一级组合密封腔体(301)内安装有钻杆侧壁密封塞(6)，所述的二级组合密封腔体(302)内安装有钻杆接头密封塞(7)；

所述的钻杆接头密封塞(7)内开设有中空的安装沉孔(701)，安装沉孔(701)内穿过有信号转换头(8)，信号转换头(8)的限位凸台(802)嵌入式压在安装沉孔(701)的阶梯面上，信号转换头(8)的后部伸入至所述的三级组合密封腔体(303)内并固定安装，将钻杆接头密封塞(7)固定安装在所述的二级组合密封腔体(302)内；

所述的信号转换头(8)包括信号转换头本体(801)，信号转换头本体(801)的头端外侧设置有限位凸台(802)，所述的信号转换头本体(801)的外壁后部和中部设置有两个密封圈(803)，信号转换头本体(801)的前端沿轴向设置有绝缘弹簧座(804)，所述的绝缘弹簧座(804)内安装有信号弹簧(805)；所述的信号转换头本体(801)和绝缘弹簧座(804)内设置有折线形的第一通讯孔道(806)，第一通讯孔道(806)的一端与信号弹簧(805)连通，第一通讯孔道(806)的另一端位于信号转换头本体(801)外部的两个密封圈(803)之间；所述的信号转换头本体(801)内沿着轴向开设有水道(807)；

所述的旋转动态密封体(4)内设置有送水轴(9)，送水轴(9)内为过水流道(5)，所述的送水轴(9)伸出旋转动态密封体(4)外的后端连通有转换接手(10)；所述的旋转动态密封体(4)的侧壁后端开设有后端开放的第一环形安装腔(11)，所述的转换接手(10)的侧壁前端开设有前端开放的第二环形安装腔(12)，第一环形安装腔(11)和第二环形安装腔(12)之间安装有旋转通讯装置(13)；

所述的旋转通信装置(13)包括安装在第一环形安装腔(11)内的带底孔的第一绝缘底座(1301)，第一绝缘底座(1301)内部的环形空腔内设置有信号传输环(1302)；所述的信号传输环(1302)由与所述的旋转动态密封体(4)连接的第一限位绝缘环(1303)固定限位；

所述的旋转通信装置(13)还包括安装在第二环形安装腔(12)内的带底孔的第二绝缘底座(1304)，第二绝缘底座(1304)内部的环形空腔内设置有压紧弹簧(1305)和信号接收环(1306)，压紧弹簧(1305)的一端顶在第二绝缘底座(1304)的后端，压紧弹簧(1305)的另一端顶在信号接收环(1306)上，信号接收环(1306)通过与转换接手(10)连接的第二限位绝缘环(1307)进行限位；

所述的信号接收环(1306)的前端设置有导电齿(1308)，所述的导电齿(1308)在压紧弹簧(1305)作用下，始终紧密贴靠在信号传输环(1302)的后端面上，使得信号接收环(1306)与信号传输环(1302)始终保持可相对转动式的电连接；

所述的组合静态密封体(3)和旋转动态密封体(4)的侧壁内开设有第二通讯孔道(14)，第二通讯孔道(14)的一端贯通所述的三级组合密封腔体(303)的内壁且与第一通讯孔道(806)的一端相连通，所述的第二通讯孔道(14)的另一端连通第一环形安装腔(11)；所述的信号转换头(8)的信号弹簧(808)与所述的旋转通信装置(13)的信号传输环(1302)之间通过位于第一通讯孔道(806)和第二通讯孔道(14)内的通讯线缆相连通；

所述的转换接手(10)的侧壁内开设有第三通讯孔道(15)，第三通讯孔道(15)的一端连通第二环形安装腔(12)，第三通讯孔道(15)的另一端位于转换接手(10)的后端，所述的转换接手(10)的后端安装有快插通讯接头(16)，所述的快插通讯接头(16)与所述的旋转通信装置(13)的信号接收环(1306)之间通过位于第三通讯孔道(15)内的通讯线缆相连通。

2.如权利要求1所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的信号转换头本体(801)外部的两个密封圈(804)之间还设置有一个径向的螺纹孔(808)，所述的信号转换头本体(801)通过安装在螺纹孔(808)中的固定螺栓(809)实现与三级组合密封腔体(303)的侧壁之间的固定连接。

3.如权利要求1所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的钻杆接头密封塞(7)的外部与有线传输钻杆(23)的钻杆母接头(2301)相配合，所述的钻杆接头密封塞(7)的外部设置有三个密封面，从后至前依次为第一密封面(702)、第二密封面(703)和第三密封面(704)；第一密封面(702)为垂直轴向的环形平面，第三密封面(704)为钻杆接头密封塞(7)的前端环形面，第一密封面(702)的内环直径大于第三密封面(704)的外环直径，第二密封面(703)为第一密封面(702)与第三密封面(704)之间的过渡锥形侧面。

4.如权利要求3所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的第一密封面(702)用于与有线传输钻杆(23)的钻杆母接头(2301)上的第一密封台肩(2302)接触；所述的第二密封面(703)用于与有线传输钻杆(23)的钻杆母接头(2301)上的螺纹连接面(2303)接触；所述的第三密封面(704)用于与有线传输钻杆(23)的钻杆母接头(2301)上的第二密封台肩(2304)接触。

5.如权利要求1所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的钻杆侧壁密封塞(6)的后端顶在一级组合密封腔体(301)与二级组合密封腔体(302)之间的阶梯面上，钻杆侧壁密封塞(6)的前端通过固定套(17)固定限位；所述的钻杆侧壁密封塞(6)为环形结构，钻杆侧壁密封塞(6)内部为中空的密封腔体(601)，钻杆侧壁密封塞(6)的后端面上设置有环形槽(602)，环形槽(602)内设置有与密封腔体(601)连通的一个及以上导水孔(603)；组合静态密封体(3)的侧壁内开设有过水孔道(18)，过水孔道(18)的前端与环形槽(602)相连通，过水孔道(18)的后端与四级组合密封腔体(304)内的过水流道(5)相连通。

6.如权利要求1所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的旋转动态密封体(4)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(401)和二级旋转密封腔体(402)，一级旋转密封腔体(401)与四级组合密封腔体(304)相连通，一级旋转密封腔体(401)的内径大于四级组合密封腔体(304)的内径；

所述的送水轴(9)的前端通过一级旋转密封腔体(401)与四级组合密封腔体(304)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(402)后端的锁紧母(19)进行限位；

所述的送水轴(9)的外壁分为一体成型的三段，包括第一段(901)，第一段(901)的前端为第二段(902)，第一段(901)的后端为第三段(903)，第一段(901)的外径大于第二段(902)的外径，第一段(901)的外径大于第三段(903)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(402)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(402)内，第二段(902)的后端和第三段(903)的前端上分别套装有滚动轴承(20)的内圈，滚动轴承(20)的外圈安装在所述的二级旋转密封腔体(402)的内壁上，第二段(902)的外径等于所述的一级旋转密封腔体(401)的内径，第二段(902)的前端可转动式安装在所述的一级旋转密封腔体(401)中，第三段(903)的中部套装有锁紧母(19)；锁紧母(19)和滚动轴承(20)之间的第三段(903)上套装有旋转动态密封塞(21)，旋转动态密封塞(21)与所述的二级旋转密封腔体(402)的内壁接触密封，使得旋转外管(1)能够绕送水轴(9)密封转动。

7.如权利要求1所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的夹持体(2)上设置有夹紧装置(22)，夹持体(2)内部前端设置有导正环(25)。

8.如权利要求7所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的夹紧装置(22)为两个及以上，所述的夹紧装置(22)包括径向开设在夹持体(2)上的驱动仓(2201)，驱动仓(2201)开放的顶部设置有仓盖(2202)，所述的驱动仓(2201)内设置有驱动轴(2203)，驱动轴(2203)的外端穿过仓盖(2202)伸出至仓盖(2202)外，驱动轴(2203)的内端穿过驱动仓(2201)的底部伸入至夹持体(2)内；所述的驱动仓(2201)内的驱动轴(2203)上套装有压缩复位弹簧(2204)，压缩复位弹簧(2204)的一端顶在驱动仓(2201)的底部，压缩复位弹簧(2204)的另一端顶在驱动轴(2203)上固定设置的环形凸台(2205)上，使得驱动轴(2203)能够在径向伸缩运动；

所述的驱动轴(2203)的内端与设置在夹持体(2)内的拉环(2206)相连；所述的拉环(2206)为中空圆柱形结构，在与驱动轴(2203)安装位置相对的拉环(2206)的内壁上设置有半圆环柱形的卡瓦(2207)，卡瓦(2207)的内径与有线传输钻杆(23)的外径相同。

9.如权利要求1所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器，其特征在于，所述的信号转换头本体(801)内沿着轴向开设有两个个及以上贯通的且沿周向均匀分布的水道(807)；所述的信号接收环(1306)的前端设置有三组及以上的导电齿(1308)。

10.一种煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器的使用方法，其特征在于，包括有线传输钻杆(23)和送水器(24)，所述的送水器(24)采用如权利要求1至9任一项所述的煤矿井下密封插接有线信号传输旋转送水器；

该方法包括以下步骤：

步骤一，定向钻具连接：

采用定向钻机按设计完成定向钻孔套管段施工后，依次下入定向钻头、螺杆马达、无磁钻杆和有线传输钻杆(23)至孔底；采用高压胶管将泥浆泵与送水器(24)后部的转换接手(10)连接；采用通讯电缆将孔口防爆计算机与送水器(24)后部的快插通讯接头(16)连接；

步骤二，送水器安装：

采用定向钻机上的送水器加卸机械手抱紧夹持体(2)；夹紧装置(22)的驱动轴(2203)缩回至驱动仓(22011)内，带动拉环(2206)和卡瓦(2207)下移，空出拉环(2206)的内部通道；将送水器(24)从有线传输钻杆(23)的后端套入，在导正环(25)的引导下，有线传输钻杆(23)进入送水器(24)，至有线传输钻杆(23)后端的钻杆母接头(2301)与钻杆接头密封塞(7)紧密接触为止；

信号转换头(8)上的绝缘弹簧座(804)伸入有线传输钻杆(23)的绝缘母接头(2305)中，信号弹簧(805)与绝缘母接头(2305)内的导电母接头(2306)紧密接触，连通信号传输线路；

步骤三，送水器夹紧：

松开送水器加卸机械手，夹紧装置(22)的驱动轴(2203)在压缩复位弹簧(2204)作用下，向外伸出仓盖(2202)，带动拉环(2206)向送水器(24)的轴心移动，卡瓦(2207)将有线传输钻杆(23)夹紧；

步骤四，送水器密封：

开启泥浆泵从送水器尾部的转换接手(10)向定向钻孔供水，压力水进入送水器(24)后，沿过水流道(5)、环形槽(602)和导水孔(603)进入密封腔体(601)内，钻杆侧壁密封塞(6)腔体膨胀，贴紧有线传输钻杆(23)外壁，静态密封住送水器(24)与有线传输钻杆(23)之间的环状间隙；

步骤五，定向钻进：

按照设计轨迹进行定向钻孔施工，施工过程中，孔底测量探管将测得的数据通过有线传输钻杆(23)，经信号弹簧(805)、信号传输环(1302)、信号接收环(1306)、快插通讯接头(16)传输给孔口防爆计算机，由防爆计算机进行数据处理，为施工人员定向钻进决策提供依据；

施工过程中，旋转动态密封塞(21)能够动态密封住旋转动态密封体(4)与送水轴(9)之间的环状间隙；

步骤六，送水器取下：

单根有线传输钻杆(23)施工完成后，关闭泥浆泵，停止向定向钻孔注入压力水，钻杆侧壁密封塞(6)复原；采用送水器加卸机械手抱紧送水器(24)的夹持体(2)，夹紧装置(22)的驱动轴(2203)缩回驱动仓(2201)内，带动拉环(2206)和卡瓦(2207)下移，松开有线传输钻杆(23)；采用送水器加卸机械手将送水器(24)从有线传输钻杆(23)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定向钻具后端加接有线传输钻杆(23)，重复步骤二至步骤六进行定向钻进施工；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定向钻具，安装后期作业所需要的管路设施，进行封孔。

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