煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，包括鉆機(jī)、高壓水射流系統(tǒng)、鉆桿及鉆頭，鉆機(jī)帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)及鉆入煤礦層，高壓水射流系統(tǒng)包括水箱、高壓水泵及高壓膠管，高壓膠管通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)接頭與鉆桿的尾部連接并相通，鉆頭上設(shè)有供高壓水射出的噴嘴，鉆頭在所述鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下可自軸旋轉(zhuǎn)，噴嘴包括設(shè)于鉆頭前端的推進(jìn)噴嘴及設(shè)于鉆頭側(cè)壁的側(cè)向噴嘴，側(cè)向噴嘴包括傾斜于鉆頭軸線向后開(kāi)設(shè)的排渣噴嘴；推進(jìn)噴嘴對(duì)前方的煤體至少形成軸向沖擊力，使得受力煤體經(jīng)受高壓水浸泡而逐漸破碎或者由鉆頭研磨破碎，通過(guò)增設(shè)朝向后方的排渣噴嘴，能夠推動(dòng)破碎煤渣向鉆孔入口一側(cè)運(yùn)動(dòng)，加速煤渣的排出，避免煤渣堆積造成排渣不暢，增加成孔深度。
【專利說(shuō)明】煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種煤礦穿層鉆孔裝置，特別涉及一種煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)煤炭需求的增大，煤炭產(chǎn)量不斷提高。這樣，一方面現(xiàn)有的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井面臨提高產(chǎn)量的壓力，另一方面生產(chǎn)礦井的延深使得原來(lái)的礦井越來(lái)越多地逐漸變?yōu)楦咄咚?、突出礦井。對(duì)于突出煤層和高瓦斯煤層而言，瓦斯抽放是防治突出和治理瓦斯的治本措施，而鉆孔抽放瓦斯是可行而且較為經(jīng)濟(jì)的一種抽放方法，已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。我國(guó)是煤與瓦斯突出災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，平均每年突出次數(shù)在600次以上，防突是煤礦安全生產(chǎn)的主要任務(wù)。
[0003]為了解決在我國(guó)高地應(yīng)力、松軟煤層中常規(guī)機(jī)械鉆機(jī)施工順層鉆孔難和穿層鉆孔煤層段孔徑小的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤層順層鉆孔和擴(kuò)孔同步實(shí)施以及穿層鉆孔擴(kuò)孔的目的，現(xiàn)有技術(shù)中也存在煤層高壓水射流鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其包括高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)、鉆機(jī)、鉆桿鉆具系統(tǒng)，高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)包括依次相連的儲(chǔ)水箱、高壓水泵、高壓膠管，鉆機(jī)包括鉆機(jī)操縱臺(tái)和鉆機(jī)本體，鉆桿鉆具系統(tǒng)包括高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置、高壓密封鉆桿、具有高壓水射流噴嘴的射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭，通過(guò)高壓水射流對(duì)孔底和孔壁煤體的旋轉(zhuǎn)切割和機(jī)械葉片的切削研磨聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)煤層孔的鉆進(jìn)和擴(kuò)孔，可以有效地避免煤層鉆孔過(guò)程中的卡鉆和夾鉆現(xiàn)象，在高地應(yīng)力、松軟煤層中形成大孔徑的長(zhǎng)鉆孔，增大鉆孔周圍煤體的透氣性和卸壓范圍，提高煤層鉆孔的瓦斯抽放效果和防突效果。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)僅注重于對(duì)鉆孔周圍煤體進(jìn)行軸向、徑向、斜前向射流打擊、破碎及濕潤(rùn)，在鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的大塊煤渣雖然可被研磨分別，但是隨著成孔深度的增加，大量煤渣堆積鉆孔造成排渣不暢，使得鉆孔成孔深度有限，大大限制了它的應(yīng)用。
[0004]因此，就需要一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其不僅能夠在鉆孔過(guò)程中對(duì)鉆孔周圍煤體進(jìn)行射流打擊、破碎及濕潤(rùn)，還能夠加速擴(kuò)孔中鉆屑的排出，避免煤渣堆積造成排渣不暢，增加成孔深度，增大鉆擴(kuò)裝置的應(yīng)用范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其不僅能夠在鉆孔過(guò)程中對(duì)鉆孔周圍煤體進(jìn)行射流打擊、破碎及濕潤(rùn)，還能夠加速擴(kuò)孔中鉆屑的排出，避免煤渣堆積造成排渣不暢，增加成孔深度，增大鉆擴(kuò)裝置的應(yīng)用范圍。
[0006]本實(shí)用新型的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，它包括鉆機(jī)、高壓水射流系統(tǒng)、鉆桿及與所述鉆桿連接相通的鉆頭，所述鉆機(jī)帶動(dòng)所述鉆桿旋轉(zhuǎn)及鉆入煤礦層，所述高壓水射流系統(tǒng)包括依次連接的水箱、高壓水泵及高壓膠管，所述高壓膠管通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)接頭與所述鉆桿的尾部連接并相通，所述鉆頭上設(shè)有供高壓水射出的噴嘴，所述鉆頭在所述鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下可自軸旋轉(zhuǎn)，所述噴嘴包括設(shè)于所述鉆頭前端的推進(jìn)噴嘴及設(shè)于所述鉆頭側(cè)壁的側(cè)向噴嘴，所述側(cè)向噴嘴包括傾斜于所述鉆頭軸線向后開(kāi)設(shè)的排渣噴嘴。
[0007]進(jìn)一步，所述排渣噴嘴軸線與所述鉆頭軸線之間的夾角為30° -70°。
[0008]進(jìn)一步，所述排渣噴嘴以等間距的方式設(shè)置，并且在同一縱截面圓周上對(duì)稱設(shè)置至少兩個(gè)。
[0009]進(jìn)一步，所述側(cè)向噴嘴還包括沿所述鉆頭徑向開(kāi)設(shè)的擴(kuò)孔噴嘴，所述擴(kuò)孔噴嘴設(shè)于所述排渣噴嘴之前。
[0010]進(jìn)一步，所述擴(kuò)孔噴嘴以等間距的方式設(shè)置，并且在同一縱截面圓周上對(duì)稱設(shè)置至少兩個(gè)。
[0011]進(jìn)一步，所述鉆頭前端按中心對(duì)稱均勻設(shè)置至少三個(gè)鉆齒，所述推進(jìn)噴嘴包括設(shè)于所述鉆頭中心的直向噴嘴及設(shè)于各所述鉆齒之間的斜向噴嘴，所述斜向噴嘴軸線與所述鉆頭軸線之間的夾角為10° -60°。
[0012]進(jìn)一步，所述高壓旋轉(zhuǎn)接頭包括殼體、軸承、密封圈及中空的旋轉(zhuǎn)軸，所述殼體兩端加工成法蘭盤結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在所述殼體內(nèi)部且可在外力作用下與所述軸承配合實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)，所述軸承、旋轉(zhuǎn)軸與所述殼體的連接處通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，所述旋轉(zhuǎn)軸的一端與所述鉆桿相連接、另一端與所述高壓膠管固定連接，所述殼體上開(kāi)有通至所述軸承的油孔。
[0013]進(jìn)一步，所述鉆頭與鉆桿之間的連接，以及加長(zhǎng)所述鉆桿長(zhǎng)度時(shí)多根所述鉆桿首尾之間的依次連接均采用內(nèi)置擠壓密封連接方式。
[0014]進(jìn)一步，所述高壓膠管與所述高壓旋轉(zhuǎn)接頭之間通過(guò)快速接頭相連接。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，高壓水經(jīng)過(guò)鉆桿送入噴嘴，形成高壓細(xì)射流對(duì)煤體進(jìn)行沖擊，其中推進(jìn)噴嘴對(duì)前方的煤體至少形成軸向沖擊力，使得受力煤體經(jīng)受高壓水浸泡而逐漸破碎或者由鉆頭研磨破碎，側(cè)向噴嘴對(duì)四周煤體形成側(cè)向沖擊力，尤其是朝向后方的排渣噴嘴，其能夠?qū)ν苿?dòng)破碎煤渣向鉆孔入口一側(cè)運(yùn)動(dòng)，加速煤渣的排出，避免煤渣堆積造成排渣不暢，增加成孔深度；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型的鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型的高壓旋轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型的鉆桿的內(nèi)置擠壓密封結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本實(shí)用新型的鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實(shí)用新型的高壓旋轉(zhuǎn)接頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本實(shí)用新型的鉆桿的內(nèi)置擠壓密封結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示:本實(shí)施例的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，它包括鉆機(jī)1、高壓水射流系統(tǒng)、鉆桿2及與所述鉆桿2連接相通的鉆頭3，所述鉆機(jī)I帶動(dòng)所述鉆桿2旋轉(zhuǎn)及鉆入煤礦層，所述高壓水射流系統(tǒng)包括依次連接的水箱41、高壓水泵42及高壓膠管43，所述高壓膠管43通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)接頭5與所述鉆桿2的尾部連接并相通，所述鉆頭3上設(shè)有供高壓水射出的噴嘴，所述鉆頭3在所述鉆桿2的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下可自軸旋轉(zhuǎn)，所述噴嘴包括設(shè)于所述鉆頭3前端的推進(jìn)噴嘴及設(shè)于所述鉆頭3側(cè)壁的側(cè)向噴嘴，所述側(cè)向噴嘴包括傾斜于所述鉆頭3軸線向后開(kāi)設(shè)的排渣噴嘴31 ;水箱41用于儲(chǔ)存水源；高壓水泵42可使用額定壓力為25MPa、額定流量為75L/min的高壓水柱塞泵；高壓膠管43中設(shè)有控制閥以控制流速；鉆桿2、鉆頭3均為中空結(jié)構(gòu)，以輸送高壓水；鉆頭3以鉆孔時(shí)位于前面的一端為前端；高壓水經(jīng)過(guò)鉆桿2送入噴嘴，形成高壓細(xì)射流對(duì)煤體進(jìn)行沖擊，其中推進(jìn)噴嘴對(duì)前方的煤體至少形成軸向沖擊力，使得受力煤體經(jīng)受高壓水浸泡而逐漸破碎或者由鉆頭3研磨破碎，側(cè)向噴嘴對(duì)四周煤體形成側(cè)向沖擊力，尤其是朝向后方的排渣噴嘴31，其能夠?qū)ν苿?dòng)破碎煤渣向鉆孔入口一側(cè)運(yùn)動(dòng)，加速煤渣的排出，避免煤渣堆積造成排渣不暢，增加成孔深度；此外，還可以將排渣噴嘴31設(shè)計(jì)成自旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，即在高壓水的驅(qū)動(dòng)下可快速旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)鉆孔孔壁形成環(huán)狀切割，進(jìn)一步加速煤渣的排出；所述排渣噴嘴31軸線與所述鉆頭3軸線之間的夾角α為50° ;排渣噴嘴31呈錐形狀，以增強(qiáng)射流沖擊力。
[0022]本實(shí)施例中，所述排渣噴嘴31以等間距的方式設(shè)置，并且在同一縱截面圓周上對(duì)稱設(shè)置至少兩個(gè)；排渣噴嘴31可設(shè)置等間距的多組，每組均周向均勻分布，以在旋轉(zhuǎn)時(shí)形成均勻的沖擊力。
[0023]本實(shí)施例中，所述側(cè)向噴嘴還包括沿所述鉆頭3徑向開(kāi)設(shè)的擴(kuò)孔噴嘴32，所述擴(kuò)孔噴嘴32設(shè)于所述排渣噴嘴31之前；擴(kuò)孔噴嘴32對(duì)四周煤體形成徑向沖擊力，有利于擴(kuò)大鉆孔直徑；擴(kuò)孔噴嘴32設(shè)于排渣噴嘴31之前，既能增強(qiáng)綜合破碎力，也能避免影響對(duì)煤渣的推動(dòng)作用。
[0024]本實(shí)施例中，所述擴(kuò)孔噴嘴32以等間距的方式設(shè)置，并且在同一縱截面圓周上對(duì)稱設(shè)置至少兩個(gè)；擴(kuò)孔噴嘴3可設(shè)置等間距的多組，每組均周向均勻分布，以在旋轉(zhuǎn)時(shí)形成均勻的沖擊力。
[0025]本實(shí)施例中，所述鉆頭3前端按中心對(duì)稱均勻設(shè)置至少三個(gè)鉆齒3a，所述推進(jìn)噴嘴包括設(shè)于所述鉆頭3中心的直向噴嘴33及設(shè)于各所述鉆齒3a之間的斜向噴嘴(圖中未示出)，所述斜向噴嘴軸線與所述鉆頭3軸線之間的夾角為35° ;鉆齒3a利用鉆機(jī)I的機(jī)械運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆孔軸向切割煤炭，增強(qiáng)鉆頭3的研磨作用；直向噴嘴10的主要作用是在鉆頭3前方預(yù)先使孔底煤體破碎，降低了鉆齒3a的磨削難度，提高了鉆進(jìn)效率；在鉆頭3上還采用了數(shù)量與鉆齒3a的數(shù)量相同的斜向噴嘴，斜向噴嘴設(shè)置在相鄰的鉆齒3a之間且在鉆頭3的前端面上均勻分布，斜向噴嘴的軸線與鉆頭3的軸線之間存在夾角，沿出水方向，該夾角的角度范圍為10° -60°，斜向噴嘴的主要作用是在鉆頭3旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)作用下形成具有切向的旋轉(zhuǎn)射流，鉆孔孔底和孔壁煤體在旋轉(zhuǎn)射流施加的綜合破碎力作用下使煤體產(chǎn)生破壞，同時(shí)達(dá)到了鉆進(jìn)和擴(kuò)孔的效果。
[0026]本實(shí)施例中，所述高壓旋轉(zhuǎn)接頭5包括殼體51、軸承52、密封圈53及中空的旋轉(zhuǎn)軸54，所述殼體51兩端加工成法蘭盤結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)軸54設(shè)置在所述殼體51內(nèi)部且可在外力作用下與所述軸承52配合實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)，所述軸承52、旋轉(zhuǎn)軸54與所述殼體51的連接處通過(guò)密封圈53進(jìn)行密封，所述旋轉(zhuǎn)軸54的一端與所述鉆桿2相連接、另一端與所述高壓膠管43固定連接，所述殼體51上開(kāi)有通至所述軸承52的油孔55 ;在打鉆以及進(jìn)行高壓水力沖、擴(kuò)過(guò)程中，高壓旋轉(zhuǎn)接頭5能夠保證鉆桿2連接高壓膠管43過(guò)程中能夠旋轉(zhuǎn)，且密封性好、耐高壓；軸承52可使用滾珠軸承,密封圈53可選用O型圈；油孔55包括加油孔和泄油孔，打開(kāi)加油孔便于適時(shí)加入純凈潤(rùn)滑油以保證軸承52、旋轉(zhuǎn)軸54的旋轉(zhuǎn)性能，打開(kāi)泄油孔便于泄油。
[0027]本實(shí)施例中，所述鉆頭3與鉆桿2之間的連接，以及加長(zhǎng)所述鉆桿2長(zhǎng)度時(shí)多根所述鉆桿2首尾之間的依次連接均采用內(nèi)置擠壓密封連接方式；在進(jìn)行高壓水射流煤層鉆孔時(shí)，工作介質(zhì)的壓力較高，鉆孔時(shí)多數(shù)地方都是采用人工操作，因而要求高壓鉆桿要有足夠的抗壓強(qiáng)度、其接頭的焊接及密封都有嚴(yán)格要求，通過(guò)采用擠壓密封，密封性能能夠達(dá)到理想的效果。
[0028]本實(shí)施例中，所述高壓膠管43與所述高壓旋轉(zhuǎn)接頭5之間通過(guò)快速接頭6相連接，便于快速安裝。
[0029]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，包括鉆機(jī)、高壓水射流系統(tǒng)、鉆桿及與所述鉆桿連接相通的鉆頭，所述鉆機(jī)帶動(dòng)所述鉆桿旋轉(zhuǎn)及鉆入煤礦層，所述高壓水射流系統(tǒng)包括依次連接的水箱、高壓水泵及高壓膠管，所述高壓膠管通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)接頭與所述鉆桿的尾部連接并相通，所述鉆頭上設(shè)有供高壓水射出的噴嘴，所述鉆頭在所述鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下可自軸旋轉(zhuǎn)，其特征在于:所述噴嘴包括設(shè)于所述鉆頭前端的推進(jìn)噴嘴及設(shè)于所述鉆頭側(cè)壁的側(cè)向噴嘴，所述側(cè)向噴嘴包括傾斜于所述鉆頭軸線向后開(kāi)設(shè)的排渣噴嘴；所述推進(jìn)噴嘴包括設(shè)于所述鉆頭中心的直向噴嘴及設(shè)于各鉆齒之間的斜向噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述排渣噴嘴軸線與所述鉆頭軸線之間的夾角為30° -70°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述排渣噴嘴以等間距的方式設(shè)置，并且在同一縱截面圓周上對(duì)稱設(shè)置至少兩個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述側(cè)向噴嘴還包括沿所述鉆頭徑向開(kāi)設(shè)的擴(kuò)孔噴嘴，所述擴(kuò)孔噴嘴設(shè)于所述排渣噴嘴之前。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述擴(kuò)孔噴嘴以等間距的方式設(shè)置，并且在同一縱截面圓周上對(duì)稱設(shè)置至少兩個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述鉆頭前端按中心對(duì)稱均勻設(shè)置至少三個(gè)鉆齒，所述斜向噴嘴軸線與所述鉆頭軸線之間的夾角為10。-60。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述高壓旋轉(zhuǎn)接頭包括殼體、軸承、密封圈及中空的旋轉(zhuǎn)軸，所述殼體兩端加工成法蘭盤結(jié)構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在所述殼體內(nèi)部且可在外力作用下與所述軸承配合實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)，所述軸承、旋轉(zhuǎn)軸與所述殼體的連接處通過(guò)密封圈進(jìn)行密封，所述旋轉(zhuǎn)軸的一端與所述鉆桿相連接、另一端與所述高壓膠管固定連接，所述殼體上開(kāi)有通至所述軸承的油孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述鉆頭與鉆桿之間的連接，以及加長(zhǎng)所述鉆桿長(zhǎng)度時(shí)多根所述鉆桿首尾之間的依次連接均采用內(nèi)置擠壓密封連接方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的煤礦穿層鉆孔高壓水射流鉆擴(kuò)裝置，其特征在于:所述高壓膠管與高壓旋轉(zhuǎn)接頭之間通過(guò)快速接頭相連接。
【文檔編號(hào)】E21B7/18GK204060514SQ201420200796
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】曹建軍, 張永將, 孟賢正, 李成成, 劉軍, 徐遵玉, 陳國(guó)紅, 程國(guó)建, 李高帥, 袁本慶, 陸占金 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司