CN201810206U - 高压水射流钻扩一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于煤矿井下煤层钻孔后开展高压水力扩孔的高压水射流钻扩一体化装置，包括钻杆、钻头、高压水射流装置，高压水射流装置一端为接头套与钻杆联接，另一端为高压阀套与钻头联接，自接头套到高压阀套设有两端贯通的水流通道，水流通道侧壁设有射流喷嘴并通至外部，水流通道中设有高压单向阀。采用本实用新型可提高扩孔效率、降低扩孔劳动强度、改善煤层瓦斯释放条件及提高钻孔瓦斯抽放速度和效率。

Description

高压水射流钻扩一体化装置
技术领域
本实用新型属于煤矿设备领域，具体涉及煤矿井下煤层钻孔后开展高压水力扩孔的钻扩一体化装置，以提高扩孔效率、降低扩孔劳动强度、改善煤层瓦斯释放条件及提高钻孔瓦斯抽放速度和效率。
背景技术
在煤矿生产过程中，为保证煤矿安全生产，需要钻进大量钻孔抽放煤层瓦斯，为了进一步改善煤层瓦斯释放条件，提高钻孔瓦斯抽放速度和效率，故须对煤层段钻孔实施高压水力扩孔。现使用中的扩孔装置存在如下突出问题：
1.钻孔钻进和扩孔是两套设备，两个工序分离，在钻孔完成后，再更换扩孔钻头扩孔，辅助时间长，劳动强度大。
2.更换扩孔钻头时必须全部退出钻杆，常因不稳定岩层跨落封孔导致扩孔钻头无法投送到扩孔位置实施扩孔作业。
3.频繁装拆钻杆，加快钻杆磨损，降低钻杆使用寿命。
实用新型内容
为解决现有扩孔装置存在的上述问题，本实用新型提供一种钻扩一体化装置，在钻具上增设高压水射流装置，以钻扩一体的方式，实现了煤矿井下钻孔钻进和煤层段扩孔作业同时完成。
本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案是：
高压水射流钻扩一体化装置，包括钻杆、钻头、高压水射流装置，其特征在于：高压水射流装置一端为接头套与钻杆联接，另一端为高压阀套与钻头联接，自接头套到高压阀套设有两端贯通的水流通道，水流通道侧壁设有射流喷嘴并通至外部，水流通道中设有高压单向阀。
所述高压单向阀设置在一个高压单向阀腔内，高压单向阀的阀芯前端呈锥形，与高压单向阀腔至水流通道的入口契合，阀芯后端为阀体，阀体圆周上设置阻尼孔，阀体后端由挡圈定位，前端与高压单向阀腔腔体壁端面之间设置有弹簧。
所述高压单向阀腔位于高压阀套内。
所述射流喷嘴呈向前倾斜方式布置。
所述射流喷嘴在接头套圆周上设置有三个。
本实用新型的工作原理及有益效果如下：
本装置采用钻扩一体的设计理念，当钻孔钻进至所需扩孔位置时，将通入水辫器的低压低流量水切换为高压高流量水，钻机则由钻孔钻进工作状态自动切换为高压水射流扩孔工作状态。
当钻孔钻进至所需扩孔的位置时，通过手动转换阀门将钻进时的钻机冷却水(低压低流量)转换为高压高流量水。高压高流量水通过水辫器、钻杆到达高压水射流装置，通过高压水射流装置中的高压单向阀芯上阻尼孔的作用，在高压单向阀芯两端形成压差，推动高压阀芯移动，直至高压单向阀关闭，在高压水射流装置内建立起稳定高压，同时高压水从射流喷嘴中射出，形成高压水射流达到切割煤层的目的。
扩孔完成后，将高压高流量水转换为低压低流量的钻机冷却水，高压单向阀芯在孔底弹簧的作用下复位，高压单向阀开启，钻机恢复到正常钻进状态。
本装置已通过多次实验室试验及现场试验，动作灵敏，工作可靠，实现了在煤矿生产过程中正常钻孔钻进和大直径煤层扩孔同时完成。
附图说明
图1为本实用新型高压水射流装置剖面结构示意图，前后端的钻头和钻杆略。
图中标记：1接头套，2射流喷嘴，3高压阀套，4挡圈，5高压单向阀芯，6弹簧
具体实施方式
本实用新型提供的是一种用于在煤层开采中，可同时钻孔和扩孔的高压水射流钻扩一体化装置。该装置是在钻杆和钻头之间增设一个高压水射流装置。
高压水射流装置后端为接头套1与钻杆联接，前端为高压阀套3与钻头联接，两者中心纵向贯穿水流通道。接头套1侧壁上设置若干射流喷嘴2，将水流通道与外部联通。前端的高压阀套3内设置高压单向阀腔，腔体内安装高压单向阀。
高压单向阀的阀芯5从功能上包括两大部分，一是接受后端水冲力的阀体部分，截面宽度与腔体内径相当，其周边设有阻尼孔，以便将少部分水冲力引至阀体前端，阀体后端由挡圈4定位；另一部分从阀体中部向前延伸的阀杆，其长度与安装在外侧的弹簧6长度适配。阀杆前端呈锥形，与高压单向阀腔至水流通道的入口契合。
通过高压水射流装置中的高压单向阀芯上阻尼孔的作用，在高压单向阀芯两端形成压差，推动高压阀芯移动，直至高压单向阀关闭，在高压水射流装置内建立起稳定高压，同时高压水从射流喷嘴中射出，形成高压水射流达到切割煤层的目的。
扩孔完成后，将高压高流量水转换为低压低流量的钻机冷却水，高压单向阀芯在孔底弹簧的作用下复位，高压单向阀开启，钻机恢复到正常钻进状态。
在前述实施例的基础之上，还可以作不仅限于如下的一些结构变化：
高压单向阀腔可不全位于高压阀套内，至少可以有一部分位于衔接处的接头套内。
单向阀的结构也不排除有其他具有适合本实用新型要求的结构形式，本领域普通技术人员可根据该部件功能进行选择性采用。
至于接头套与高压阀套之间的连接方式可有很多选择，但必须保证连接处的密封，否则将影响水压。
接头套如附图所示，端部是一个内套结构，并与钻杆联接，当钻杆的结构形式发生变化后，其与接头套的连接方式将适应性的调整，这对本领域普通技术人员来说是显而易见的。
接头套与钻杆联接部位和前端设置射流喷嘴部位之间，也可以有整体式结构和分体式结构，可想而知，分体式结构便于维护但安装繁琐，整体式结构安装方便，但一旦接头处有损坏将导致整个接头套报废。
射流喷嘴呈向前倾斜方式布置(角度可适当调整)，也不排除垂直布置或斜向后布置。射流喷嘴在接头套圆周上设置有三个或其他合适个数。

Claims (5)

1.高压水射流钻扩一体化装置，包括钻杆、钻头、高压水射流装置，其特征在于：高压水射流装置一端为接头套(1)与钻杆联接，另一端为高压阀套(3)与钻头联接，自接头套到高压阀套设有两端贯通的水流通道，水流通道侧壁设有射流喷嘴(2)并通至外部，水流通道中设有高压单向阀。
2.根据权利要求1所述的高压水射流钻扩一体化装置，其特征在于：所述高压单向阀设置在一个高压单向阀腔内，高压单向阀的阀芯(5)前端呈锥形，与高压单向阀腔至水流通道的入口契合，阀芯后端为阀体，阀体圆周上设置阻尼孔，阀体后端由挡圈(4)定位，前端与高压单向阀腔腔体壁端面之间设置有弹簧(6)。
3.根据权利要求1或2所述的高压水射流钻扩一体化装置，其特征在于：所述高压单向阀腔位于高压阀套内。
4.根据权利要求1或2所述的高压水射流钻扩一体化装置，其特征在于：所述射流喷嘴呈向前倾斜方式布置。
5.根据权利要求1或2所述的高压水射流钻扩一体化装置，其特征在于：所述射流喷嘴在接头套圆周上设置有三个。
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