CN203856412U - 高压水射流钻割一体化钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压水射流钻割一体化钻头，包括阀体和连接在阀体前端的外钻头，阀体内设置空腔，外钻头内开设第一水流通道以及第二水流通道，第二水流通道内设置连杆，连杆的前端安装内钻头，连杆的另一端设置阀块，空腔内设置有弹簧，弹簧的一端与阀块连接，弹簧的另一端与空腔的腔壁连接；阀体的侧壁上开设有与所述空腔相连通的至少一个水射流孔。该高压水射流钻割一体化钻头不加磨料，纯水切割，克服了磨料高压水射流切割对设备磨损和切割缝深度受限制的问题，能够对煤层进行钻孔和切割，提高了煤层的瓦斯抽采率。
Description
技术领域
本实用新型属于煤层开采技术领域，具体涉及一种高压水射流钻割一体化钻头。
背景技术
高压水射流增透防突技术研究始于上世纪80年代，目前国外高压水射流增透防突技术已经非常成熟，广泛应用于路面清洗、工业除锈、弹药除锈、油井腐蚀防护、金属及非金属板材切割、喷射注浆、破碎路面、破碎大豆分离蛋白、煤矿瓦斯抽采等，尤其澳大利亚，在地面和井下钻孔中应用高压水辅助钻进和切缝增透技术已非常成熟，在全世界占领先地位。
国内高压水射流增透防突技术研究始于上世纪90年代，分别有研究磨料高压水射流防突设备及技术，由于添加磨料，工艺复杂，适用于较浅防突瓦斯抽放钻孔；及利用钻机旋转切割、钻杆输水的高压水射流设备，钻杆连接处容易渗漏，保压问题需要解决；及高压水射流增透防突设备,无法实现钻割一体，存在易堵塞水路问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种高压水射流钻割一体化钻头。该高压水射流钻割一体化钻头不加磨料，纯水切割，克服了磨料高压水射流切割对设备磨损和切割缝深度受限制的问题，能够对煤层进行钻孔和切割，提高了煤层的瓦斯抽采率。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：包括阀体和连接在阀体前端的外钻头，所述阀体内设置有空腔，所述外钻头内开设有用于向外钻头前端的切刃部供水的第一水流通道以及用于连通所述空腔和第一水流通道的第二水流通道，所述第二水流通道内设置有能够沿外钻头的中心轴线伸缩的连杆，所述连杆的前端设置有能够伸出切刃部或缩进切刃部的内钻头，所述连杆的另一端设置有用于将所述空腔和第二水流通道连通或关断的阀块，所述空腔内设置有弹簧，所述弹簧的一端与阀块连接，所述弹簧的另一端与空腔的腔壁连接；所述阀体的侧壁上开设有与所述空腔相连通的至少一个水射流孔。
上述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述水射流孔的数量为两个，两个所述水射流孔沿阀体的周向布设，且两个所述水射流孔关于阀体的中心轴线呈对称布设。
上述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述外钻头上且位于外钻头的内端与阀块之间设置有密封环。
上述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述阀体的前端套在外钻头的后端上，且在所述阀体和外钻头的结合部设置有密封圈。
上述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述连杆的后端安装有用于固定阀块的锁紧螺母。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理。
2、本实用新型不加磨料，纯水切割，克服了磨料高压水射流切割对设备磨损和切割缝深度受限制的问题。用于向空腔供水的输水管路采用高压切割专用管，与钻杆作为输水管路相比输送距离长，连接方便可靠，保压效果好。打钻和切割一次完成，降低用工成本，提高工作效率。
3、本实用新型通过设置两个水射流孔，提高了高压水射流切割的效率，并且两个所述水射流孔的对称布设，确保钻头转动时受力均匀，平稳转动。
4、本实用新型的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，降低井下施工成本，提高井下工作效率，其使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为使用本实用新型在煤层上形成的钻孔和切割缝的示意图。
附图标记说明:
1—外钻头； 1-1—第一水流通道； 1-2—第二水流通道；
1-3—切刃部； 2—内钻头； 3—阀体；
3-1—空腔； 3-2—水射流孔； 4—弹簧；
5—锁紧螺母； 6—阀块； 7—密封环；
8—连杆； 9—密封圈； 10—煤层；
11—钻孔； 12—切割缝。
具体实施方式
如图1所示的一种高压水射流钻割一体化钻头，包括阀体3和连接在阀体3前端的外钻头1，所述阀体3内设置有空腔3-1，所述外钻头1内开设有用于向外钻头1前端的切刃部1-3供水的第一水流通道1-1以及用于连通所述空腔3-1和第一水流通道1-1的第二水流通道1-2，所述第二水流通道1-2内设置有能够沿外钻头1的中心轴线伸缩的连杆8，所述连杆8的前端设置有能够伸出切刃部1-3或缩进切刃部1-3的内钻头2，所述连杆8的另一端设置有用于将所述空腔3-1和所述第二水流通道1-2连通或关断的阀块6，所述空腔3-1内设置有弹簧4，所述弹簧4的一端与阀块6连接，所述弹簧4的另一端与空腔3-1的腔壁连接；所述阀体3的侧壁上开设有与所述空腔3-1相连通的至少一个水射流孔3-2。其中，所述内钻头2设置在所述切刃部1-3的中心处。所述第一水流通道1-1倾斜设置。
结合图1和图2，在使用时，先在煤层10上打钻形成用于瓦斯抽放的钻孔11，具体的动作是：阀体3和钻杆连接，切刃部1-3和内钻头2同时接触煤层10，钻杆转动带动外钻头1转动，内钻头2受力后随连杆8一起向后收缩，连杆8在收缩的同时带动阀块6向后移动，从而使空腔3-1和第二水流通道1-2连通，进而使流入空腔3-1内的低压水(水压为2MPa)经第二水流通道1-2进入第一水流通道1-1，流出第一水流通道1-1的水一方面可以给外钻头1降温，另一方面可以将钻出的煤渣以流体的形式带出去。
然后对煤层10进行切割，即该钻头当钻进至指定距离后，停止钻进，并将外钻头1后退一段距离，此时在弹簧4的弹力作用下，内钻头2和连杆8同时伸出，连杆8带动阀块6移动，阀块6将关断空腔3-1和第二流水通道1-2的连通，此时给空腔3-1内通入高压水(50MPa～90MPa)，高压水通过水射流孔3-2喷出，随着外钻头1的转动，由水射流孔3-2喷射出来的高压水会对煤层10进行切割形成切割缝12，所述切割缝12呈圆形且绕钻孔11的圆周方向布设，这样，外钻头1每退出一段距离，就对煤层10进行切割形成一个切割缝12。如图2所示，按照这个方法，在煤层10的一个区域钻出多个平行的钻孔11，在每个钻孔11的圆周方向形成多个切割缝12，由于多个切割缝12的形成，使得煤层10的应力发生变化进而释放压力，最后造成煤层10破裂，整个煤层10垮塌。并且高压水射流切割所形成较深的用于卸压、排瓦斯的切割缝12，能使煤层10的煤体物理性质发生改变，原始应力重新分布进而增强煤层10的透气性。扩大切割缝12卸压、排放瓦斯的范围，从而达到防突的目的。
本实施例中，通过该钻割一体化钻头对煤层10进行钻孔和切割，提高了煤层10的瓦斯抽采率，有利于瓦斯的排放，并且不加磨料，纯水切割，克服了磨料高压水射流切割对设备磨损和切割缝12深度受限制的问题。用于向空腔3-1供水的输水管路采用高压切割专用管，与钻杆作为输水管路相比输送距离长，连接方便可靠，保压效果好。
如图1所示，所述水射流孔3-2的数量为两个，两个所述水射流孔3-2沿阀体3的周向布设，且两个所述水射流孔3-2关于阀体3的中心轴线呈对称布设。通过设置两个水射流孔3-2，提高了高压水射流切割的效率，并且两个所述水射流孔3-2的对称布设，确保外钻头1转动时受力均匀，平稳转动。
如图1所示，所述外钻头1上且位于外钻头1的内端与阀块6之间设置有密封环7。能够确保在通过高压水射流割缝时，确保空腔3-1与第二水流通道1-2不会连通，保证了输入空腔3-1内的高压水压力不会降低。
如图1所示，所述阀体3的前端套在外钻头1的后端上，且在所述阀体3和外钻头1的结合部设置有密封圈9。能够确保在通过高压水射流割缝时，确保空腔3-1内的水不会从所述阀体3和外钻头1之间的连接处流出，保证了输入空腔3-1内的高压水压力不会降低。
如图1所示，所述连杆8的后端安装有用于固定阀块6的锁紧螺母5。保证了阀块6和连杆8的紧固连接。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：包括阀体(3)和连接在阀体(3)前端的外钻头(1)，所述阀体(3)内设置有空腔(3-1)，所述外钻头(1)内开设有用于向外钻头(1)前端的切刃部(1-3)供水的第一水流通道(1-1)以及用于连通所述空腔(3-1)和第一水流通道(1-1)的第二水流通道(1-2)，所述第二水流通道(1-2)内设置有能够沿外钻头(1)的中心轴线伸缩的连杆(8)，所述连杆(8)的前端设置有能够伸出切刃部(1-3)或缩进切刃部(1-3)的内钻头(2)，所述连杆(8)的另一端设置有用于将所述空腔(3-1)和第二水流通道(1-2)连通或关断的阀块(6)，所述空腔(3-1)内设置有弹簧(4)，所述弹簧(4)的一端与阀块(6)连接，所述弹簧(4)的另一端与空腔(3-1)的腔壁连接；所述阀体(3)的侧壁上开设有与所述空腔(3-1)相连通的至少一个水射流孔(3-2)。
2.根据权利要求1所述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述水射流孔(3-2)的数量为两个，两个所述水射流孔(3-2)沿阀体(3)的周向布设，且两个所述水射流孔(3-2)关于阀体(3)的中心轴线呈对称布设。
3.根据权利要求1所述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述外钻头(1)上且位于外钻头(1)的内端与阀块(6)之间设置有密封环(7)。
4.根据权利要求1所述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述阀体(3)的前端套在外钻头(1)的后端上，且在所述阀体(3)和外钻头(1)的结合部设置有密封圈(9)。
5.根据权利要求1所述的高压水射流钻割一体化钻头，其特征在于：所述连杆(8)的后端安装有用于固定阀块(6)的锁紧螺母(5)。
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