CN114991761B - 煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器及方法，包括旋转外筒，其第五腔体和第六腔体内安装有输送轴；第一腔体、第二腔体和第三腔体内安装有载波信号转换接头；载波信号转换接头与外筒电路组相连接，外筒电路组与外筒线圈组相连接，外筒线圈组同轴套装在内轴线圈组的外部，内轴线圈组与内轴电路组相连，内轴电路组与快插接头相连，快插接头安装在伸出第六腔体外的第五段上，在旋转外筒相对于输送轴转动的过程中进行电能和信号的相互传输；载波信号转换接头上设置有轴向贯通的一个及以上的第一水道，输送轴内设置有轴向贯通的第二水道，第一水道、第四腔体和第二水道形成一条冲洗液的流动通道，实现冲洗液的旋转输送。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下坑道钻探技术领域，涉及旋转输送器，具体涉及一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器及使用方法。
背景技术
煤矿井下定向钻孔是进行矿井地质勘查和灾害防治的关键。定向造斜钻具和随钻测量系统是定向钻孔轨迹精确测控的核心，孔口旋转输送器是确保定向造斜钻具和随钻测量系统正常稳定工作的关键。孔口旋转输送器主要用于定向钻进孔内设备与孔口设备相对旋转的同时，向孔内提供充足流量和压力的冲洗液确保定向造斜钻具正常工作，同时连接随钻测量系统的孔口信号采集处理终端和孔底测量探管，实现双向信号传输，为钻孔轨迹控制决策提供依据。
现有孔口旋转输送器由于功能要求多、长期处于高压旋转工作状态，使用寿命短，且存在以下技术不足：
(A)冲洗液易泄漏。现有旋转输送器一般采用盘根、胶塞、密封圈等密封组件进行密封，其尺寸均较为固定。旋转输送器使用时，密封组件长期处于相对旋转状态，易磨损失效，导致冲洗液漏失严重，既减少了进入孔底定向造斜钻具的冲洗液流量，又限制了冲洗液压力正常升高，制约了定向造斜钻具的性能发挥，此外恶化了钻场施工环境。
(B)信号传输故障率高。现有旋转输送器的信号传输装置均采用机械式点接触结构，进行孔口信号采集处理终端和孔底测量探管之间的信号传输，定向钻进时信号传输装置长期处于相对旋转状态，易接触不良或损坏，信号传输故障率高，需频繁停钻检修或更换。
(C)制约孔内仪器工作时间。受现有旋转输送器的信号传输装置故障率高等影响，现有旋转输送器主要用于向钻孔提供钻进用冲洗液和双向信号传输，不具有电能传输功能，孔底测量探管主要采用电池筒进行供电，孔内工作时间短，需要频繁退钻更换电池，不能满足长时间工作要求。
(D)信号传输实时性差。受旋转输送器信号传输易故障、孔内电池筒供电等多因素影响，目前随钻测量系统主要采用间歇工作模式，钻进过程中部采集孔底信息，当前钻杆施工完成后，才测量孔内静态参数，既不利于了解孔内实时钻进情况，又易导致控制滞后，制约了智能定向钻进工艺的发展。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器及使用方法，解决现有技术中的旋转输送器存在的冲洗液易泄漏、孔内仪器工作时间受限以及信号传输故障率高三者难以兼顾的技术问题。
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：
一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，包括旋转外筒和输送轴，旋转外筒内从前端至后端依次设置有六个同轴连通的腔体，分别为第一腔体、第二腔体、第三腔体、第四腔体、第五腔体和第六腔体，第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体的内径依次减小，第四腔体、第五腔体和第六腔体的内径依次增大；
所述的旋转外筒的外侧壁上还开设有外筒电路组安装仓，外筒电路组安装仓上盖合有可拆卸的外仓盖；所述的第六腔体内的后部套装有第一定位环，第一定位环的后端与第六腔体内的后端平齐，第一定位环的前端与第六腔体和第五腔体之间的阶梯面之间形成外筒线圈组安装仓，外筒线圈组安装仓上盖合有可拆卸的第一非金属环状内仓盖；
所述的输送轴的外壁从前端到后端依次分为五段，分别为第一段、第二段、第三段、第四段和第五段，第一段、第二段和第三段的外径依次增大，第三段、第四段和第五段的外径依次减小；
所述的第二段上安装有第二定位环，第二定位环与第二段和第三段之间的轴肩之间形成内轴线圈组安装仓，内轴线圈组安装仓上盖合有可拆卸的第二非金属环状内仓盖；所述的第三段上开设有内轴电路组安装仓；
所述的第五腔体和第六腔体内安装有输送轴；所述的第一段的前端通过第五腔体和第四腔体之间的阶梯面进行限位，所述的第二段上在第五腔体和第六腔体的之间的阶梯面和第二定位环之间的位置从前端至后端依次套装有可变径动密封组、挡板和滚动轴承，所述的第三段的外径等于第六腔体的内径，所述的第四段上从后端至前端也依次套装有可变径动密封组、挡板和滚动轴承，所述的第五段的前端套装有锁紧母，锁紧母安装在第一定位环的后端能够对第四段后端的可变径动密封组进行限位，所述的第五段的后端伸出至第六腔体的后端外且与水管接头相连，使得旋转外筒能够绕输送轴转动；
所述的第一腔体、第二腔体和第三腔体内安装有载波信号转换接头；所述的外筒电路组安装仓内安装有外筒电路组，所述的外筒线圈组安装仓内安装有外筒线圈组；所述的内轴线圈组安装仓内安装有内轴线圈组，所述的内轴电路组安装仓内安装有内轴电路组；
所述的载波信号转换接头与外筒电路组相连接，外筒电路组与外筒线圈组相连接，外筒线圈组同轴套装在内轴线圈组的外部，在旋转外筒相对于输送轴转动的过程中进行电能和信号的相互传输，内轴线圈组与内轴电路组相连，内轴电路组与快插接头相连，快插接头安装在伸出第六腔体外的第五段上；
所述的载波信号转换接头上设置有轴向贯通的一个及以上的第一水道，所述的输送轴内设置有轴向贯通的第二水道，第一水道、第四腔体和第二水道形成一条冲洗液的过水流道。
本发明还具有如下技术特征：
所述的载波信号转换接头包括转换头本体，转换头本体的前端设置有绝缘弹簧座，绝缘弹簧座内安装有信号弹簧；
所述的转换头本体的外壁分为一体成型的三段，从前端到后端依次为外径递减的第一段本体、第二段本体和第三段本体，第一段本体安装在第一腔体内，第二段本体安装在第二腔体内，第三段本体安装在第三本体内；
所述的第一段本体上设置有与第一腔体的内壁接触密封的第一密封圈，第二段本体上设置有与第二腔体的内壁连接的螺纹，第三段本体上套装有轴截面为L形的环状的凸型绝缘套，凸型绝缘套外套装有凸锥台形传导头，凸型绝缘套和凸锥台形传导头由与转换头本体连接的第一绝缘压环进行固定限位；第三段本体的后端端面上开设有环形凹槽，环形凹槽内安装有凸出环形凹槽的密封垫圈，密封垫圈与第三腔体和第四腔体之间的阶梯面接触密封；
所述的第三腔体的底部安装有轴截面为L形的环状的凹型绝缘套，凹型绝缘套内套装有凹锥筒形传导座，凹锥筒形传导座的内锥面与凸锥台形传导头的外锥面相配合紧密接触，用于电能和信号的传输，所述的凹型绝缘套和凹锥筒形传导座由与第三腔体连接的第二绝缘压环进行固定限位。
所述的信号弹簧与凸锥台形传导头之间通过位于第一通讯孔道内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第一通讯孔道依次穿过绝缘弹簧座、转换头本体和凸型绝缘套；所述的凹锥筒形传导座与外筒电路组之间通过位于第二通讯孔道内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第二通讯孔道穿过凹型绝缘套与外筒电路组安装仓连通；所述的内轴电路组与快插接头之间通过位于第三通讯孔道内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第三通讯孔道位于输送轴的侧壁内。
所述的可变径动密封组包括异形密封塞，异形密封塞为中空的圆台形结构，异形密封塞的前端外径比后端外径大，内壁直径相同，异形密封塞的内壁上沿着周向设置有一圈沟槽，沟槽内设置有第二密封圈；异形密封塞的前端的侧壁端面上轴向向内设置有一圈梯形凹槽，梯形凹槽内设置有U形弹簧。
所述的外筒电路组包括第一信号接收模块、第二信号发射模块、电能转换滤波稳压模块和第二载波信号处理模块，第一信号接收模块、第二信号发射模块和电能转换滤波稳压模块分别与第二载波信号处理模块相连，第二载波信号处理模块与信号弹簧相连；
所述的外筒线圈组包括依次排列的第一信号接收线圈系、第二信号发射线圈系和电能接收线圈系，且其两两之间均设置有第一磁屏蔽环，第一信号接收线圈系与第一信号接收模块相连，第二信号发射线圈系与第二信号发射模块相连，电能接收线圈系与电能转换滤波稳压模块相连；
所述的内轴线圈组包括依次排列的第一信号发射线圈系、第二信号接收线圈系和电能发送线圈系，且其两两之间均设置有第二磁屏蔽环；第一信号发射线圈系与第一信号接收线圈系同轴套装对应设置，第二信号接收线圈系与第二信号发射线圈系同轴套装对应设置，电能发送线圈系和电能接收线圈系同轴套装对应设置；
所述的内轴电路组包括第一信号发射模块、第二信号接收模块、电能高频转换模块和第一载波信号处理模块，第一信号发射模块、第二信号接收模块和电能高频转换模块分别与第一载波信号处理模块相连，第一载波信号处理模块与快插接头相连；第一信号发射模块与第一信号发射线圈系相连，第二信号接收模块与第二信号接收线圈系相连，电能高频转换模块与电能发送线圈系相连。
所述的旋转外筒前端设置有与矿用中心通缆钻杆相配合连接的公螺纹。
本发明还保护一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器的使用方法，包括旋转输送器和矿用中心通缆钻杆；
所述的旋转输送器采用如上所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器；
该方法包括以下步骤：
步骤一，旋转输送器连接：
开始定向钻进之前，将旋转输送器的前端直接与矿用中心通缆钻杆的后端连接，采用高压胶管将旋转输送器上的水管接头与泥浆泵连接，采用通讯电缆将旋转输送器上的快插接头与孔口信号采集处理终端连接；
步骤二，旋转输送器冲洗液传输：
开启泥浆泵，通过旋转输送器向定向钻孔提供冲洗液，冲洗液沿过水流道进入矿用中心通缆钻杆，并传输至孔底，驱动孔底定向造斜钻具、冷却定向钻头后，携带钻进产生的钻渣排出定向钻孔；
步骤三，旋转输送器电能和信号传输：
定向钻孔施工过程中，孔口信号采集处理终端通过旋转输送器和矿用中心通缆钻杆向孔底测量探管供电和下发控制信号，控制孔底测量探管工作；孔底测量探管根据控制信号进行孔底信息测量后，通过矿用中心通缆钻杆和旋转输送器将测量信号上传给孔口信号采集处理终端，由孔口信号采集处理终端进行数据理显示，为施工人员定向钻进决策提供依据。
步骤三中，旋转输送器电能和信号传输时，包括以下分步骤：
分步骤，电能下传：
孔口信号采集处理终端将电能通过快插接头传输至第一载波信号处理模块；第一载波信号处理模块将电能交由电能高频转换模块，由电能高频转换模块将电能从直流电处理成高频交流电，再交由电能发送线圈系传输出去。电能接收线圈系接收到电能后，交给电能转换滤波稳压模块将高频交流电转换为稳定的直流电，并传输至第二载波信号处理模块；第二载波信号处理模块通过矿用中心通缆钻杆将电能传输给孔底测量探管，为孔底测量探管供电；
分步骤，控制信号下传：
当孔口信号采集处理终端需要向孔底测量探管下发控制指令时，孔口信号采集处理终端将控制信号载波在电能上，通过快插接头传输至第一载波信号处理模块；第一载波信号处理模块将控制信号和电能分离后，将控制信号交由第一信号发射模块，由第一信号发射模块控制第一信号发射线圈系传输出去。第一信号接收线圈系接收到控制信号后，先交给第一信号接收模块进行解调处理，然后第一信号接收模块将控制信号传输给第二控制信号接收模块；第二载波信号处理模块将控制信号载波在直流电上，形成载波信号，通过矿用中心通缆钻杆传输至孔底测量探管，孔底测量探管按照控制信号要求进行工作。
分步骤，测量信号上传：
孔底测量探管按照控制信号要求工作，测量得到孔底信息后，将测量信号载波在电能上，通过矿用中心通缆钻杆传输至第二载波信号处理模块；第二载波信号处理模块将测量信号与电能分离后，将测量信号交由第二信号发射模块，由第二信号发射模块控制第二信号发射线圈系传输出去。第二信号接收线圈系接收到测量信号后，先交给第二信号接收模块进行解调处理，然后第二信号接收模块将测量信号传输给第一载波信号处理模块；第一载波信号处理模块将测量信号载波在直流电上，形成载波信号，通过快插接头传输至孔口信号采集处理终端，由孔口信号采集处理终端解调得到孔底信息。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的旋转输送器采用可变径旋转动密封、非接触式无线信号传输、非接触式电能传输等技术手段，实现了旋转输送器高压大流量冲洗液输送、稳定双向信号传输和连续孔底测量探管供电，确保孔底定向造斜钻具正常工作，提高了随钻测量仪器孔内工作时间和数据传输实时性，提升了综合钻进效率，为智能定向钻进提供了保障。
(Ⅱ)本发明的旋转输送器采用两个可变径动密封组对输送器外筒和输送轴进行旋转动密封，可变径动密封组既可根据钻进过程中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输送器外筒内壁紧密接触，又可根据钻进水压变化，自动增加异形密封塞与输送器外筒的接触面积，强化密封效果。通过两个可变径动密封组的双重旋转动密封作用，避免了高压冲洗液从输送器外筒和输送轴之间的环状间隙泄漏。
(Ⅲ)本发明的旋转输送器采用非接触式无线信号传输技术，基于电磁感应原理，实现了孔口信号采集处理终端和孔底测量探管之间的双向信号传输，信号传输装置之间无接触，不受旋转钻进工况影响，信号传输故障率低。
(Ⅳ)本发明的旋转输送器采用非接触式无线电能传输技术，基于电磁感应原理，利用孔口信号采集处理终端为孔底测量探管连续稳定供电，孔底测量探管摆脱了频繁更换电池的不足，可长时间连续工作。
(Ⅴ)本发明中，在孔底测量探管连续孔外供电和孔内外双向信号稳定传输支撑下，随钻测量系统可连续工作，随钻实时采集孔底钻进信息，缩短了控制响应时间，为钻孔轨迹调控、钻进工况识别和钻进参数优化等智能钻进工艺提供了决策依据。
附图说明
图1是煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器的整体剖视结构示意图。
图2是旋转外筒的剖视结构示意图。
图3是输送轴的剖视结构示意图。
图4是载波信号转换接头的剖视结构示意图。
图5是图4的A-A截面剖视图。
图6是可变径动密封组的剖视结构示意图。
图7是外筒电路组、外筒线圈组、内轴线圈组和内轴电路组的连接关系示意图。
图8是煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器的使用状态示意图。
图9是矿用中心通缆钻杆的剖视结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-旋转外筒，2-输送轴，3-外筒电路组安装仓，4-外仓盖，5-第一定位环，6-外筒线圈组安装仓，7-第一非金属环状内仓盖，8-第二定位环，9-内轴线圈组安装仓，10-第二非金属环状内仓盖，11-内轴电路组安装仓，12-可变径动密封组，13-挡板，14-滚动轴承，15-锁紧母，16-水管接头，17-载波信号转换接头，18-外筒电路组，19-外筒线圈组，20-内轴线圈组，21-内轴电路组，22-快插接头，23-过水流道，24-第一通讯孔道，25-第二通讯孔道，26-第三通讯孔道，27-公螺纹，28-矿用中心通缆钻杆，29-旋转输送器，30-孔口信号采集处理终端，31-孔底测量探管；
101-第一腔体，102-第二腔体，103-第三腔体，104-第四腔体，105-第五腔体，106-第六腔体；
201-第一段，202-第二段，203-第三段，204-第四段，205-第五段，206-第二水道；
1201-异形密封塞，1202-沟槽，1203-第二密封圈，1204-凹槽，1205-U形弹簧；
1701-转换头本体，1702-绝缘弹簧座，1703-信号弹簧，1704-第一段本体，1705-第二段本体，1706-第三段本体，1707-第一密封圈，1708-螺纹，1709-凸型绝缘套，1710-凸锥台形传导头，1711-第一绝缘压环，1712-环形凹槽，1713-密封垫圈，1714-凹型绝缘套，1715-凹锥筒形传导座，1716-第二绝缘压环，1717-第一水道；
1801-第一信号接收模块，1802-第二信号发射模块，1803-电能转换滤波稳压模块，1804-第二载波信号处理模块；
1901-第一信号接收线圈系，1902-第二信号发射线圈系，1903-电能接收线圈系，1904-第一磁屏蔽环；
2001-第一信号发射线圈系，2002-第二信号接收线圈系，2003-电能发送线圈系，2004-第二磁屏蔽环；
2101-第一信号发射模块，2102-第二信号接收模块，2103-电能高频转换模块，2104-第一载波信号处理模块；
2801-钻杆本体，2802-第一支撑环，2803-绝缘母接头，2804-导电接头，2805-第二支撑环，2806-绝缘公接头，2807-导电弹簧，2808-绝缘芯管，2809-第三水道。
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、线圈系、磁屏蔽环、模块和设备，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件、线圈系、磁屏蔽环、模块和设备。例如高压胶管、泥浆泵、孔口信号采集处理终端、孔底定向造斜钻具和孔底测量探管均采用已知的设备。
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电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，如图1所示，包括旋转外筒1和输送轴2，如图2所示，旋转外筒1内从前端至后端依次设置有六个同轴连通的腔体，分别为第一腔体101、第二腔体102、第三腔体103、第四腔体104、第五腔体105和第六腔体106，第一腔体101、第二腔体102、第三腔体103和第四腔体104的内径依次减小，第四腔体104、第五腔体105和第六腔体106的内径依次增大；
旋转外筒1的外侧壁上还开设有外筒电路组安装仓3，外筒电路组安装仓3上盖合有可拆卸的外仓盖4；第六腔体106内的后部套装有第一定位环5，第一定位环5的后端与第六腔体106内的后端平齐，第一定位环5的前端与第六腔体106和第五腔体105之间的阶梯面之间形成外筒线圈组安装仓6，外筒线圈组安装仓6上盖合有可拆卸的第一非金属环状内仓盖7；
如图3所示，输送轴2的外壁从前端到后端依次分为五段，分别为第一段201、第二段202、第三段203、第四段204和第五段205，第一段201、第二段202和第三段203的外径依次增大，第三段203、第四段204和第五段205的外径依次减小；
第二段202上安装有第二定位环8，第二定位环8与第二段202和第三段203之间的轴肩之间形成内轴线圈组安装仓9，内轴线圈组安装仓9上盖合有可拆卸的第二非金属环状内仓盖10；第三段203上开设有内轴电路组安装仓11；
如图1所示，第五腔105体和第六腔体106内安装有输送轴2；第一段201的前端通过第五腔体105和第四腔体104之间的阶梯面进行限位，第二段202上在第五腔体105和第六腔体106的之间的阶梯面和第二定位环8之间的位置从前端至后端依次套装有可变径动密封组12、挡板13和滚动轴承14，第三段203的外径等于第六腔体106的内径，第四段204上从后端至前端也依次套装有可变径动密封组12、挡板13和滚动轴承14，第五段205的前端套装有锁紧母15，锁紧母15安装在第一定位环5的后端能够对第四段204后端的可变径动密封组12进行限位，第五段205的后端伸出至第六腔体106的后端外且与水管接头16相连，使得旋转外筒1能够绕输送轴2转动；
如图1所示，第一腔体101、第二腔体102和第三腔体103内安装有载波信号转换接头17；外筒电路组安装仓3内安装有外筒电路组18，外筒线圈组安装仓6内安装有外筒线圈组19；内轴线圈组安装仓9内安装有内轴线圈组20，内轴电路组安装仓11内安装有内轴电路组21；
载波信号转换接头17与外筒电路组18相连接，外筒电路组18与外筒线圈组19相连接，外筒线圈组19同轴套装在内轴线圈组20的外部，在旋转外筒1相对于输送轴2转动的过程中进行电能和信号的相互传输，内轴线圈组20与内轴电路组21相连，内轴电路组21与快插接头22相连，快插接头22安装在伸出第六腔体106外的第五段205上；
载波信号转换接头17上设置有轴向贯通的一个及以上的第一水道1717，输送轴2内设置有轴向贯通的第二水道206，第一水道1717、第四腔体104和第二水道205形成一条冲洗液的过水流道23。
作为本实施例的一种优选方案，如图4和图5所示，载波信号转换接头17包括转换头本体1701，转换头本体1701的前端设置有绝缘弹簧座1702，绝缘弹簧座1702内安装有信号弹簧1703；
转换头本体1701的外壁分为一体成型的三段，从前端到后端依次为外径递减的第一段本体1704、第二段本体1705和第三段本体1706，第一段本体1704安装在第一腔体101内，第二段本体1705安装在第二腔体102内，第三段本体1706安装在第三本体103内；
第一段本体1704上设置有与第一腔体101的内壁接触密封的第一密封圈1707，第二段本体1705上设置有与第二腔体102的内壁连接的螺纹1708，第三段本体1706上套装有轴截面为L形的环状的凸型绝缘套1709，凸型绝缘套1709外套装有凸锥台形传导头1710，凸型绝缘套1709和凸锥台形传导头1710由与转换头本体1701连接的第一绝缘压环1711进行固定限位；第三段本体1706的后端端面上开设有环形凹槽1712，环形凹槽1712内安装有凸出环形凹槽1712的密封垫圈1713，密封垫圈1713与第三腔体103和第四腔体104之间的阶梯面接触密封；
第三腔体103的底部安装有轴截面为L形的环状的凹型绝缘套1714，凹型绝缘套1714内套装有凹锥筒形传导座1715，凹锥筒形传导座1715的内锥面与凸锥台形传导头1710的外锥面相配合紧密接触，用于电能和信号的传输，凹型绝缘套1714和凹锥筒形传导座1715由与第三腔体103连接的第二绝缘压环1716进行固定限位。
作为本实施例的进一步优选方案，如图1所示，信号弹簧1703与凸锥台形传导头1710之间通过位于第一通讯孔道24内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第一通讯孔道24依次穿过绝缘弹簧座1702、转换头本体1701和凸型绝缘套1709；凹锥筒形传导座1715与外筒电路组18之间通过位于第二通讯孔道25内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第二通讯孔道25穿过凹型绝缘套1714与外筒电路组安装仓3连通；内轴电路组21与快插接头22之间通过位于第三通讯孔道26内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第三通讯孔道26位于输送轴2的侧壁内。
作为本实施例的一种优选方案，如图6所示，可变径动密封组12包括异形密封塞1201，异形密封塞1201为中空的圆台形结构，异形密封塞1201的前端外径比后端外径大，内壁直径相同，异形密封塞1201的内壁上沿着周向设置有一圈沟槽1202，沟槽1202内设置有第二密封圈1203；异形密封塞1201的前端的侧壁端面上轴向向内设置有一圈梯形凹槽1204，梯形凹槽1204内设置有U形弹簧1205。第二密封圈1203可使得异形密封塞1201与第五段205之间实现密封。在U形弹簧1205的弹力作用下可使得异形密封塞1201在径向弹性膨大，与第六腔体106的内壁紧密接触，在转动时实现动态密封。
作为本实施例的一种优选方案，如图7所示，外筒电路组18包括第一信号接收模块1801、第二信号发射模块1802、电能转换滤波稳压模块1803和第二载波信号处理模块1804，第一信号接收模块1801、第二信号发射模块1802和电能转换滤波稳压模块1803分别与第二载波信号处理模块1804相连，第二载波信号处理模块1804与信号弹簧1703相连；
作为本实施例的一种优选方案，如图7所示，外筒线圈组19包括依次排列的第一信号接收线圈系1901、第二信号发射线圈系1902和电能接收线圈系1903，且其两两之间均设置有第一磁屏蔽环1904，第一信号接收线圈系1901与第一信号接收模块1801相连，第二信号发射线圈系1902与第二信号发射模块1802相连，电能接收线圈系1903与电能转换滤波稳压模块1803相连；
作为本实施例的一种优选方案，如图7所示，内轴线圈组20包括依次排列的第一信号发射线圈系2001、第二信号接收线圈系2002和电能发送线圈系2003，且其两两之间均设置有第二磁屏蔽环2004；第一信号发射线圈系2001与第一信号接收线圈系1901同轴套装对应设置，第二信号接收线圈系2002与第二信号发射线圈系1902同轴套装对应设置，电能发送线圈系2003和电能接收线圈系1903同轴套装对应设置；
作为本实施例的一种优选方案，如图7所示，内轴电路组21包括第一信号发射模块2101、第二信号接收模块2102、电能高频转换模块2103和第一载波信号处理模块2104，第一信号发射模块2101、第二信号接收模块2102和电能高频转换模块2103分别与第一载波信号处理模块2104相连，第一载波信号处理模块2104与快插接头22相连；第一信号发射模块2101与第一信号发射线圈系2001相连，第二信号接收模块2102与第二信号接收线圈系2002相连，电能高频转换模块2103与电能发送线圈系2003相连。
本实施例中具体的，各个线圈系的结构基本相同，均由外凹磁芯和设置外凹磁芯内的线圈组成，但各自的外凹磁芯的宽度和线圈1106的匝数不一定相同，根据实际工况需要进行设计。
作为本实施例的一种优选方案，如图2所示，旋转外筒2前端设置有与矿用中心通缆钻杆28相配合连接的公螺纹27。
实施例2：
本实施例给出一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器的使用方法，如图8所示，包括旋转输送器29和矿用中心通缆钻杆28；
旋转输送器29采用实施例1中给出的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器；
矿用中心通缆钻杆28，如图9所示，包括钻杆本体2801，钻杆本体2801的母接头内安装有第一支撑环2802，第一支撑环2802上安装有绝缘母接头2803，绝缘母接头2803内安装有导电接头2804，钻杆本体2801的公接头内安装有第二支撑环2805，第二支撑环2805上安装有绝缘公接头2806，绝缘公接头2806内安装有导电弹簧2807，导电弹簧2807与导电接头2804之间通过绝缘芯管2808内的铜导线相连通；钻杆本体2801内还设置有贯通第一支撑环2802和第二支撑环2805的第三水道2809。
该方法包括以下步骤：
步骤一，旋转输送器连接：
开始定向钻进之前，将旋转输送器29的前端直接与矿用中心通缆钻杆28的后端连接，采用高压胶管将旋转输送器29上的水管接头16与泥浆泵连接，采用通讯电缆将旋转输送器29上的快插接头22与孔口信号采集处理终端30连接；
步骤一中，旋转输送器29安装时，当旋转输送器29与矿用中心通缆钻杆28连接好后，载波信号转换接头17上的绝缘弹簧座1702伸入矿用中心通缆钻杆28的绝缘母接头2803中，信号弹簧1703与绝缘母接头2803内的导电接头1402紧密接触，连通信号传输线路。
步骤二，旋转输送器冲洗液传输：
开启泥浆泵，通过旋转输送器29向定向钻孔提供冲洗液，冲洗液沿过水流道23进入矿用中心通缆钻杆28，并传输至孔底，驱动孔底定向造斜钻具、冷却定向钻头后，携带钻进产生的钻渣排出定向钻孔；
步骤二中，旋转输送器29冲洗液传输时，输送器外筒1与矿用中心通缆钻杆28一起旋转，输送轴2和水管接头16在滚动轴承14的支撑下保持静止，同时两个可变径动密封组12进行双重动态密封，避免高压水从输送器外筒1和输送轴2之间的环状间隙泄漏。
步骤三，旋转输送器电能和信号传输：
定向钻孔施工过程中，孔口信号采集处理终端30通过旋转输送器29和矿用中心通缆钻杆28向孔底测量探管31供电和下发控制信号，控制孔底测量探管31工作；孔底测量探管31根据控制信号进行孔底信息测量后，通过矿用中心通缆钻杆28和旋转输送器29将测量信号上传给孔口信号采集处理终端30，由孔口信号采集处理终端30进行数据理显示，为施工人员定向钻进决策提供依据。
步骤三中，旋转输送器29电能和信号传输时，外筒电路组18和外筒线圈组19跟随旋转外筒1一起旋转，内轴线圈组20和内轴电路组21跟随输送轴2一起保持静止。
作为本实施例的一种优选方案，步骤三中，旋转输送器29电能和信号传输时，包括以下分步骤：
分步骤301，电能下传：
孔口信号采集处理终端30将电能通过快插接头22传输至第一载波信号处理模块2104；第一载波信号处理模块2104将电能交由电能高频转换模块2103，由电能高频转换模块2103将电能从直流电处理成高频交流电，再交由电能发送线圈系2003传输出去。电能接收线圈系1903接收到电能后，交给电能转换滤波稳压模块1803将高频交流电转换为稳定的直流电，并传输至第二载波信号处理模块1804；第二载波信号处理模块1804通过矿用中心通缆钻杆28将电能传输给孔底测量探管31，为孔底测量探管31供电；
分步骤302，控制信号下传：
当孔口信号采集处理终端30需要向孔底测量探管31下发控制指令时，孔口信号采集处理终端30将控制信号载波在电能上，通过快插接头22传输至第一载波信号处理模块2104；第一载波信号处理模块2104将控制信号和电能分离后，将控制信号交由第一信号发射模块2101，由第一信号发射模块2101控制第一信号发射线圈系2001传输出去。第一信号接收线圈系1901接收到控制信号后，先交给第一信号接收模块1801进行解调处理，然后第一信号接收模块1801将控制信号传输给第二控制信号接收模块1804；第二载波信号处理模块1804将控制信号载波在直流电上，形成载波信号，通过矿用中心通缆钻杆28传输至孔底测量探管31，孔底测量探管31按照控制信号要求进行工作。
分步骤303，测量信号上传：
孔底测量探管31按照控制信号要求工作，测量得到孔底信息后，将测量信号载波在电能上，通过矿用中心通缆钻杆28传输至第二载波信号处理模块1804；第二载波信号处理模块1804将测量信号与电能分离后，将测量信号交由第二信号发射模块1802，由第二信号发射模块1802控制第二信号发射线圈系1902传输出去。第二信号接收线圈系2002接收到测量信号后，先交给第二信号接收模块2102进行解调处理，然后第二信号接收模块2102将测量信号传输给第一载波信号处理模块2104；第一载波信号处理模块2104将测量信号载波在直流电上，形成载波信号，通过快插接头22传输至孔口信号采集处理终端30，由孔口信号采集处理终端30解调得到孔底信息。
Claims (8)
1.一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，包括旋转外筒(1)和输送轴(2)，其特征在于，旋转外筒(1)内从前端至后端依次设置有六个同轴连通的腔体，分别为第一腔体(101)、第二腔体(102)、第三腔体(103)、第四腔体(104)、第五腔体(105)和第六腔体(106)，第一腔体(101)、第二腔体(102)、第三腔体(103)和第四腔体(104)的内径依次减小，第四腔体(104)、第五腔体(105)和第六腔体(106)的内径依次增大；
所述的旋转外筒(1)的外侧壁上还开设有外筒电路组安装仓(3)，外筒电路组安装仓(3)上盖合有可拆卸的外仓盖(4)；所述的第六腔体(106)内的后部套装有第一定位环(5)，第一定位环(5)的后端与第六腔体(106)内的后端平齐，第一定位环(5)的前端与第六腔体(106)和第五腔体(105)之间的阶梯面之间形成外筒线圈组安装仓(6)，外筒线圈组安装仓(6)上盖合有可拆卸的第一非金属环状内仓盖(7)；
所述的输送轴(2)的外壁从前端到后端依次分为五段，分别为第一段(201)、第二段(202)、第三段(203)、第四段(204)和第五段(205)，第一段(201)、第二段(202)和第三段(203)的外径依次增大，第三段(203)、第四段(204)和第五段(205)的外径依次减小；
所述的第二段(202)上安装有第二定位环(8)，第二定位环(8)与第二段(202)和第三段(203)之间的轴肩之间形成内轴线圈组安装仓(9)，内轴线圈组安装仓(9)上盖合有可拆卸的第二非金属环状内仓盖(10)；所述的第三段(203)上开设有内轴电路组安装仓(11)；
所述的第五腔体(105)体和第六腔体(106)内安装有输送轴(2)；所述的第一段(201)的前端通过第五腔体(105)和第四腔体(104)之间的阶梯面进行限位，所述的第二段(202)上在第五腔体(105)和第六腔体(106)的之间的阶梯面和第二定位环(8)之间的位置从前端至后端依次套装有可变径动密封组(12)、挡板(13)和滚动轴承(14)，所述的第三段(203)的外径等于第六腔体(106)的内径，所述的第四段(204)上从后端至前端也依次套装有可变径动密封组(12)、挡板(13)和滚动轴承(14)，所述的第五段(205)的前端套装有锁紧母(15)，锁紧母(15)安装在第一定位环(5)的后端，能够对第四段(204)后端的可变径动密封组(12)进行限位，所述的第五段(205)的后端伸出至第六腔体(106)的后端外且与水管接头(16)相连，使得旋转外筒(1)能够绕输送轴(2)转动；
所述的第一腔体(101)、第二腔体(102)和第三腔体(103)内安装有载波信号转换接头(17)；所述的外筒电路组安装仓(3)内安装有外筒电路组(18)，所述的外筒线圈组安装仓(6)内安装有外筒线圈组(19)；所述的内轴线圈组安装仓(9)内安装有内轴线圈组(20)，所述的内轴电路组安装仓(11)内安装有内轴电路组(21)；
所述的载波信号转换接头(17)与外筒电路组(18)相连接，外筒电路组(18)与外筒线圈组(19)相连接，外筒线圈组(19)同轴套装在内轴线圈组(20)的外部，在旋转外筒(1)相对于输送轴(2)转动的过程中进行电能和信号的相互传输，内轴线圈组(20)与内轴电路组(21)相连，内轴电路组(21)与快插接头(22)相连，快插接头(22)安装在伸出第六腔体(106)外的第五段(205)上；
所述的载波信号转换接头(17)上设置有轴向贯通的一个及以上的第一水道(1717)，所述的输送轴(2)内设置有轴向贯通的第二水道(206)，第一水道(1717)、第四腔体(104)和第二水道形成一条冲洗液的过水流道(23)。
2.如权利要求1所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，其特征在于，所述的载波信号转换接头(17)包括转换头本体(1701)，转换头本体(1701)的前端设置有绝缘弹簧座(1702)，绝缘弹簧座(1702)内安装有信号弹簧(1703)；
所述的转换头本体(1701)的外壁分为一体成型的三段，从前端到后端依次为外径递减的第一段本体(1704)、第二段本体(1705)和第三段本体(1706)，第一段本体(1704)安装在第一腔体(101)内，第二段本体(1705)安装在第二腔体(102)内，第三段本体(1706)安装在第三本体(103)内；
所述的第一段本体(1704)上设置有与第一腔体(101)的内壁接触密封的第一密封圈(1707)，第二段本体(1705)上设置有与第二腔体(102)的内壁连接的螺纹(1708)，第三段本体(1706)上套装有轴截面为L形的环状的凸型绝缘套(1709)，凸型绝缘套(1709)外套装有凸锥台形传导头(1710)，凸型绝缘套(1709)和凸锥台形传导头(1710)由与转换头本体(1701)连接的第一绝缘压环(1711)进行固定限位；第三段本体(1706)的后端端面上开设有环形凹槽(1712)，环形凹槽(1712)内安装有凸出环形凹槽(1712)的密封垫圈(1713)，密封垫圈(1713)与第三腔体(103)和第四腔体(104)之间的阶梯面接触密封；
所述的第三腔体(103)的底部安装有轴截面为L形的环状的凹型绝缘套(1714)，凹型绝缘套(1714)内套装有凹锥筒形传导座(1715)，凹锥筒形传导座(1715)的内锥面与凸锥台形传导头(1710)的外锥面相配合紧密接触，用于电能和信号的传输，所述的凹型绝缘套(1714)和凹锥筒形传导座(1715)由与第三腔体(103)连接的第二绝缘压环(1716)进行固定限位。
3.如权利要求2所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，其特征在于，所述的信号弹簧(1703)与凸锥台形传导头(1710)之间通过位于第一通讯孔道(24)内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第一通讯孔道(24)依次穿过绝缘弹簧座(1702)、转换头本体(1701)和凸型绝缘套(1709)；所述的凹锥筒形传导座(1715)与外筒电路组(18)之间通过位于第二通讯孔道(25)内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第二通讯孔道(25)穿过凹型绝缘套(1714)与外筒电路组安装仓(3)连通；所述的内轴电路组(21)与快插接头(22)之间通过位于第三通讯孔道(26)内的通讯和/或导电线缆进行电连接，第三通讯孔道(26)位于输送轴(2)的侧壁内。
4.如权利要求1所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，其特征在于，所述的可变径动密封组(12)包括异形密封塞(1201)，异形密封塞(1201)为中空的圆台形结构，异形密封塞(1201)的前端外径比后端外径大，内壁直径相同，异形密封塞(1201)的内壁上沿着周向设置有一圈沟槽(1202)，沟槽(1202)内设置有第二密封圈(1203)；异形密封塞(1201)的前端的侧壁端面上轴向向内设置有一圈梯形凹槽(1204)，梯形凹槽(1204)内设置有U形弹簧(1205)。
5.如权利要求1所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，其特征在于，所述的外筒电路组(18)包括第一信号接收模块(1801)、第二信号发射模块(1802)、电能转换滤波稳压模块(1803)和第二载波信号处理模块(1804)，第一信号接收模块(1801)、第二信号发射模块(1802)和电能转换滤波稳压模块(1803)分别与第二载波信号处理模块(1804)相连，第二载波信号处理模块(1804)与信号弹簧(1703)相连；
所述的外筒线圈组(19)包括依次排列的第一信号接收线圈系(1901)、第二信号发射线圈系(1902)和电能接收线圈系(1903)，且其两两之间均设置有第一磁屏蔽环(1904)，第一信号接收线圈系(1901)与第一信号接收模块(1801)相连，第二信号发射线圈系(1902)与第二信号发射模块(1802)相连，电能接收线圈系(1903)与电能转换滤波稳压模块(1803)相连；
所述的内轴线圈组(20)包括依次排列的第一信号发射线圈系(2001)、第二信号接收线圈系(2002)和电能发送线圈系(2003)，且其两两之间均设置有第二磁屏蔽环(2004)；第一信号发射线圈系(2001)与第一信号接收线圈系(1901)同轴套装对应设置，第二信号接收线圈系(2002)与第二信号发射线圈系(1902)同轴套装对应设置，电能发送线圈系(2003)和电能接收线圈系(1903)同轴套装对应设置；
所述的内轴电路组(21)包括第一信号发射模块(2101)、第二信号接收模块(2102)、电能高频转换模块(2103)和第一载波信号处理模块(2104)，第一信号发射模块(2101)、第二信号接收模块(2102)和电能高频转换模块(2103)分别与第一载波信号处理模块(2104)相连，第一载波信号处理模块(2104)与快插接头(22)相连；第一信号发射模块(2101)与第一信号发射线圈系(2001)相连，第二信号接收模块(2102)与第二信号接收线圈系(2002)相连，电能高频转换模块(2103)与电能发送线圈系(2003)相连。
6.如权利要求1所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器，其特征在于，所述的旋转外筒(2)前端设置有与矿用中心通缆钻杆(28)相配合连接的公螺纹(27)。
7.一种煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器的使用方法，包括旋转输送器(29)和矿用中心通缆钻杆(28)；其特征在于，所述的旋转输送器(29)采用如权利要求1至6任一项所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器；
该方法包括以下步骤：
步骤一，旋转输送器连接：
开始定向钻进之前，将旋转输送器(29)的前端直接与矿用中心通缆钻杆(28)的后端连接，采用高压胶管将旋转输送器(29)上的水管接头(16)与泥浆泵连接，采用通讯电缆将旋转输送器(29)上的快插接头(22)与孔口信号采集处理终端(30)连接；
步骤二，旋转输送器冲洗液传输：
开启泥浆泵，通过旋转输送器(29)向定向钻孔提供冲洗液，冲洗液沿过水流道(23)进入矿用中心通缆钻杆(28)，并传输至孔底，驱动孔底定向造斜钻具、冷却定向钻头后，携带钻进产生的钻渣排出定向钻孔；
步骤三，旋转输送器电能和信号传输：
定向钻孔施工过程中，孔口信号采集处理终端(30)通过旋转输送器(29)和矿用中心通缆钻杆(28)向孔底测量探管(31)供电和下发控制信号，控制孔底测量探管(31)工作；孔底测量探管(31)根据控制信号进行孔底信息测量后，通过矿用中心通缆钻杆(28)和旋转输送器(29)将测量信号上传给孔口信号采集处理终端(30)，由孔口信号采集处理终端(30)进行数据理显示，为施工人员定向钻进决策提供依据。
8.如权利要求7所述的煤矿井下电能、信号和冲洗液多功能旋转输送器的使用方法，其特征在于，步骤三中，旋转输送器(29)电能和信号传输时，包括以下分步骤：
分步骤301，电能下传：
孔口信号采集处理终端(30)将电能通过快插接头(22)传输至第一载波信号处理模块(2104)；第一载波信号处理模块(2104)将电能交由电能高频转换模块(2103)，由电能高频转换模块(2103)将电能从直流电处理成高频交流电，再交由电能发送线圈系(2003)传输出去；电能接收线圈系(1903)接收到电能后，交给电能转换滤波稳压模块(1803)将高频交流电转换为稳定的直流电，并传输至第二载波信号处理模块(1804)；第二载波信号处理模块(1804)通过矿用中心通缆钻杆(28)将电能传输给孔底测量探管(31)，为孔底测量探管(31)供电；
分步骤302，控制信号下传：
当孔口信号采集处理终端(30)需要向孔底测量探管(31)下发控制指令时，孔口信号采集处理终端(30)将控制信号载波在电能上，通过快插接头(22)传输至第一载波信号处理模块(2104)；第一载波信号处理模块(2104)将控制信号和电能分离后，将控制信号交由第一信号发射模块(2101)，由第一信号发射模块(2101)控制第一信号发射线圈系(2001)传输出去；第一信号接收线圈系(1901)接收到控制信号后，先交给第一信号接收模块(1801)进行解调处理，然后第一信号接收模块(1801)将控制信号传输给第二控制信号接收模块(1804)；第二载波信号处理模块(1804)将控制信号载波在直流电上，形成载波信号，通过矿用中心通缆钻杆(28)传输至孔底测量探管(31)，孔底测量探管(31)按照控制信号要求进行工作；
分步骤303，测量信号上传：
孔底测量探管(31)按照控制信号要求工作，测量得到孔底信息后，将测量信号载波在电能上，通过矿用中心通缆钻杆(28)传输至第二载波信号处理模块(1804)；第二载波信号处理模块(1804)将测量信号与电能分离后，将测量信号交由第二信号发射模块(1802)，由第二信号发射模块(1802)控制第二信号发射线圈系(1902)传输出去；第二信号接收线圈系(2002)接收到测量信号后，先交给第二信号接收模块(2102)进行解调处理，然后第二信号接收模块(2102)将测量信号传输给第一载波信号处理模块(2104)；第一载波信号处理模块(2104)将测量信号载波在直流电上，形成载波信号，通过快插接头(22)传输至孔口信号采集处理终端(30)，由孔口信号采集处理终端(30)解调得到孔底信息。
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