高壓水射流鉆割一體化鉆頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高壓水射流鉆割一體化鉆頭，包括閥體和連接在閥體前端的外鉆頭，閥體內(nèi)設(shè)置空腔，外鉆頭內(nèi)開設(shè)第一水流通道以及第二水流通道，第二水流通道內(nèi)設(shè)置連桿，連桿的前端安裝內(nèi)鉆頭，連桿的另一端設(shè)置閥塊，空腔內(nèi)設(shè)置有彈簧，彈簧的一端與閥塊連接，彈簧的另一端與空腔的腔壁連接；閥體的側(cè)壁上開設(shè)有與所述空腔相連通的至少一個水射流孔。該高壓水射流鉆割一體化鉆頭不加磨料，純水切割，克服了磨料高壓水射流切割對設(shè)備磨損和切割縫深度受限制的問題，能夠?qū)γ簩舆M(jìn)行鉆孔和切割，提高了煤層的瓦斯抽采率。
【專利說明】高壓水射流鉆割一體化鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤層開采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高壓水射流鉆割一體化鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002]高壓水射流增透防突技術(shù)研究始于上世紀(jì)80年代，目前國外高壓水射流增透防突技術(shù)已經(jīng)非常成熟，廣泛應(yīng)用于路面清洗、工業(yè)除銹、彈藥除銹、油井腐蝕防護(hù)、金屬及非金屬板材切割、噴射注漿、破碎路面、破碎大豆分離蛋白、煤礦瓦斯抽采等，尤其澳大利亞，在地面和井下鉆孔中應(yīng)用高壓水輔助鉆進(jìn)和切縫增透技術(shù)已非常成熟，在全世界占領(lǐng)先地位。
[0003]國內(nèi)高壓水射流增透防突技術(shù)研究始于上世紀(jì)90年代，分別有研究磨料高壓水射流防突設(shè)備及技術(shù)，由于添加磨料，工藝復(fù)雜，適用于較淺防突瓦斯抽放鉆孔；及利用鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)切割、鉆桿輸水的高壓水射流設(shè)備，鉆桿連接處容易滲漏，保壓問題需要解決；及高壓水射流增透防突設(shè)備，無法實現(xiàn)鉆割一體，存在易堵塞水路問題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高壓水射流鉆割一體化鉆頭。該高壓水射流鉆割一體化鉆頭不加磨料，純水切割，克服了磨料高壓水射流切割對設(shè)備磨損和切割縫深度受限制的問題，能夠?qū)γ簩舆M(jìn)行鉆孔和切割，提高了煤層的瓦斯抽米率。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:包括閥體和連接在閥體前端的外鉆頭，所述閥體內(nèi)設(shè)置有空腔，所述外鉆頭內(nèi)開設(shè)有用于向外鉆頭前端的切刃部供水的第一水流通道以及用于連通所述空腔和第一水流通道的第二水流通道，所述第二水流通道內(nèi)設(shè)置有能夠沿外鉆頭的中心軸線伸縮的連桿，所述連桿的前端設(shè)置有能夠伸出切刃部或縮進(jìn)切刃部的內(nèi)鉆頭，所述連桿的另一端設(shè)置有用于將所述空腔和第二水流通道連通或關(guān)斷的閥塊，所述空腔內(nèi)設(shè)置有彈簧，所述彈簧的一端與閥塊連接，所述彈簧的另一端與空腔的腔壁連接；所述閥體的側(cè)壁上開設(shè)有與所述空腔相連通的至少一個水射流孔。
[0006]上述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述水射流孔的數(shù)量為兩個，兩個所述水射流孔沿閥體的周向布設(shè)，且兩個所述水射流孔關(guān)于閥體的中心軸線呈對稱布設(shè)。
[0007]上述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述外鉆頭上且位于外鉆頭的內(nèi)端與閥塊之間設(shè)置有密封環(huán)。
[0008]上述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述閥體的前端套在外鉆頭的后端上，且在所述閥體和外鉆頭的結(jié)合部設(shè)置有密封圈。
[0009]上述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述連桿的后端安裝有用于固定閥塊的鎖緊螺母。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0011]1、本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理。
[0012]2、本實用新型不加磨料，純水切割，克服了磨料高壓水射流切割對設(shè)備磨損和切割縫深度受限制的問題。用于向空腔供水的輸水管路采用高壓切割專用管，與鉆桿作為輸水管路相比輸送距離長，連接方便可靠，保壓效果好。打鉆和切割一次完成，降低用工成本，提高工作效率。
[0013]3、本實用新型通過設(shè)置兩個水射流孔，提高了高壓水射流切割的效率，并且兩個所述水射流孔的對稱布設(shè)，確保鉆頭轉(zhuǎn)動時受力均勻，平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。
[0014]4、本實用新型的實現(xiàn)成本低，使用效果好，便于推廣使用。
[0015]綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長，降低井下施工成本，提高井下工作效率，其使用效果好，便于推廣使用。
[0016]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為使用本實用新型在煤層上形成的鉆孔和切割縫的示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記說明:
[0020]I一外鉆頭； 1-1一第一水流通道；1-2—第二水流通道；
[0021]1-3—切刃部；2—內(nèi)鉆頭；3—閥體；
[0022]3-1—空腔； 3-2—水射流孔；4一彈簧；
[0023]5—鎖緊螺母；6—閥塊；7—密封環(huán)；
[0024]8一連桿；9一密封圈；10—煤層；
[0025]11 一鉆孔； 12—切割縫。

【具體實施方式】
[0026]如圖1所示的一種高壓水射流鉆割一體化鉆頭，包括閥體3和連接在閥體3前端的外鉆頭1，所述閥體3內(nèi)設(shè)置有空腔3-1，所述外鉆頭I內(nèi)開設(shè)有用于向外鉆頭I前端的切刃部1-3供水的第一水流通道1-1以及用于連通所述空腔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內(nèi)設(shè)置有能夠沿外鉆頭I的中心軸線伸縮的連桿8，所述連桿8的前端設(shè)置有能夠伸出切刃部1-3或縮進(jìn)切刃部1-3的內(nèi)鉆頭2，所述連桿8的另一端設(shè)置有用于將所述空腔3-1和所述第二水流通道1-2連通或關(guān)斷的閥塊6，所述空腔3-1內(nèi)設(shè)置有彈簧4，所述彈簧4的一端與閥塊6連接，所述彈簧4的另一端與空腔3-1的腔壁連接；所述閥體3的側(cè)壁上開設(shè)有與所述空腔3-1相連通的至少一個水射流孔3-2。其中，所述內(nèi)鉆頭2設(shè)置在所述切刃部1-3的中心處。所述第一水流通道1-1傾斜設(shè)置。
[0027]結(jié)合圖1和圖2，在使用時，先在煤層10上打鉆形成用于瓦斯抽放的鉆孔11，具體的動作是:閥體3和鉆桿連接，切刃部1-3和內(nèi)鉆頭2同時接觸煤層10，鉆桿轉(zhuǎn)動帶動外鉆頭I轉(zhuǎn)動，內(nèi)鉆頭2受力后隨連桿8 —起向后收縮，連桿8在收縮的冋時帶動閥塊6向后移動，從而使空腔3-1和第二水流通道1-2連通,進(jìn)而使流入空腔3-1內(nèi)的低壓水(水壓為2MPa)經(jīng)第二水流通道1-2進(jìn)入第一水流通道1-1,流出第一水流通道1_1的水一方面可以給外鉆頭I降溫，另一方面可以將鉆出的煤渣以流體的形式帶出去。
[0028]然后對煤層10進(jìn)行切割，即該鉆頭當(dāng)鉆進(jìn)至指定距離后，停止鉆進(jìn)，并將外鉆頭I后退一段距離，此時在彈簧4的彈力作用下，內(nèi)鉆頭2和連桿8同時伸出，連桿8帶動閥塊6移動，閥塊6將關(guān)斷空腔3-1和第二流水通道1-2的連通，此時給空腔3-1內(nèi)通入高壓水(50MPa?90MPa)，高壓水通過水射流孔3_2噴出，隨著外鉆頭I的轉(zhuǎn)動，由水射流孔3_2噴射出來的高壓水會對煤層10進(jìn)行切割形成切割縫12，所述切割縫12呈圓形且繞鉆孔11的圓周方向布設(shè)，這樣，外鉆頭I每退出一段距離，就對煤層10進(jìn)行切割形成一個切割縫12。如圖2所示，按照這個方法，在煤層10的一個區(qū)域鉆出多個平行的鉆孔11，在每個鉆孔11的圓周方向形成多個切割縫12，由于多個切割縫12的形成，使得煤層10的應(yīng)力發(fā)生變化進(jìn)而釋放壓力，最后造成煤層10破裂，整個煤層10垮塌。并且高壓水射流切割所形成較深的用于卸壓、排瓦斯的切割縫12，能使煤層10的煤體物理性質(zhì)發(fā)生改變，原始應(yīng)力重新分布進(jìn)而增強(qiáng)煤層10的透氣性。擴(kuò)大切割縫12卸壓、排放瓦斯的范圍，從而達(dá)到防突的目的。
[0029]本實施例中，通過該鉆割一體化鉆頭對煤層10進(jìn)行鉆孔和切割，提高了煤層10的瓦斯抽采率，有利于瓦斯的排放，并且不加磨料，純水切割，克服了磨料高壓水射流切割對設(shè)備磨損和切割縫12深度受限制的問題。用于向空腔3-1供水的輸水管路采用高壓切割專用管，與鉆桿作為輸水管路相比輸送距離長，連接方便可靠，保壓效果好。
[0030]如圖1所示，所述水射流孔3-2的數(shù)量為兩個，兩個所述水射流孔3-2沿閥體3的周向布設(shè)，且兩個所述水射流孔3-2關(guān)于閥體3的中心軸線呈對稱布設(shè)。通過設(shè)置兩個水射流孔3-2，提高了高壓水射流切割的效率，并且兩個所述水射流孔3-2的對稱布設(shè)，確保外鉆頭I轉(zhuǎn)動時受力均勻，平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。
[0031]如圖1所示，所述外鉆頭I上且位于外鉆頭I的內(nèi)端與閥塊6之間設(shè)置有密封環(huán)7。能夠確保在通過高壓水射流割縫時，確?？涨?-1與第二水流通道1-2不會連通，保證了輸入空腔3-1內(nèi)的高壓水壓力不會降低。
[0032]如圖1所示，所述閥體3的前端套在外鉆頭I的后端上，且在所述閥體3和外鉆頭I的結(jié)合部設(shè)置有密封圈9。能夠確保在通過高壓水射流割縫時，確保空腔3-1內(nèi)的水不會從所述閥體3和外鉆頭I之間的連接處流出，保證了輸入空腔3-1內(nèi)的高壓水壓力不會降低。
[0033]如圖1所示，所述連桿8的后端安裝有用于固定閥塊6的鎖緊螺母5。保證了閥塊6和連桿8的緊固連接。
[0034]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:包括閥體(3)和連接在閥體(3)前端的外鉆頭(I)，所述閥體(3)內(nèi)設(shè)置有空腔(3-1)，所述外鉆頭(I)內(nèi)開設(shè)有用于向外鉆頭(I)前端的切刃部(1-3)供水的第一水流通道(1-1)以及用于連通所述空腔(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)內(nèi)設(shè)置有能夠沿外鉆頭(I)的中心軸線伸縮的連桿(8)，所述連桿(8)的前端設(shè)置有能夠伸出切刃部(1-3)或縮進(jìn)切刃部(1-3)的內(nèi)鉆頭(2)，所述連桿(8)的另一端設(shè)置有用于將所述空腔(3-1)和第二水流通道(1-2)連通或關(guān)斷的閥塊(6)，所述空腔(3-1)內(nèi)設(shè)置有彈簧(4)，所述彈簧(4)的一端與閥塊(6)連接，所述彈簧⑷的另一端與空腔(3-1)的腔壁連接；所述閥體(3)的側(cè)壁上開設(shè)有與所述空腔(3-1)相連通的至少一個水射流孔(3-2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述水射流孔(3-2)的數(shù)量為兩個，兩個所述水射流孔(3-2)沿閥體(3)的周向布設(shè)，且兩個所述水射流孔(3-2)關(guān)于閥體(3)的中心軸線呈對稱布設(shè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述外鉆頭(I)上且位于外鉆頭(I)的內(nèi)端與閥塊(6)之間設(shè)置有密封環(huán)(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述閥體(3)的前端套在外鉆頭(I)的后端上，且在所述閥體(3)和外鉆頭(I)的結(jié)合部設(shè)置有密封圈(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流鉆割一體化鉆頭，其特征在于:所述連桿(8)的后端安裝有用于固定閥塊(6)的鎖緊螺母(5)。
【文檔編號】E21B10/60GK203856412SQ201420287943
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】肖魁元 申請人:西安美尼礦山設(shè)備科技有限公司