本发明涉及一种适用于钻孔水力开采的伸缩水枪，特别涉及一种基于涡轮蜗杆传动的机械式伸缩水枪。
背景技术：
钻孔水力开采技术是先在目标区钻孔，然后将高压水枪放置在钻孔内目标矿层深度处，利用高压射出的高速流体携带的能量破碎岩石，最后破碎的岩石与钻井液形成固液混合物，由地表装置抽吸至地表，然后对矿浆进行分离提取矿物的开采方法。钻孔水力开采技术具有开采成本低、生产效率高、对周围环境影响小等优点。传统的水力开采钻具其高压水喷嘴固定在钻具外壁，喷嘴位置不可移动，在矿层破碎区的半径逐渐变大的过程中，高压水喷出后受到的破碎区内钻井液及矿渣的阻力也随之增大，导致高压水破碎岩石的能量急剧降低，极大地降低了水力开采的生产效率。
为了解决上述问题，现有的专利文献“CN104018840A”公开了一种基于棘爪锁紧机构的伸缩水枪，但该水枪只能在水枪张开至最大角度时，才能通过解卡装置解卡，收回水枪。“CN104005767A”公开了一种用于钻孔水力开采的电控伸缩钻具，但该钻具远程控制技术还不完善，步进电机和减速器、控制器工作环境恶劣，密封环境不容易散热，伸缩部位处于矿浆环境下工作，密封要求高，易损坏。“CN203961980U”公开了一种基于弹簧卡头控制的伸缩水枪，但该水枪在有钻井液的条件下工作时，夹紧力不够，水枪固定不可靠，而且在水枪未伸出至最大角度时，水枪无法收回，因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于涡轮蜗杆传动的机械式伸缩水枪，在水力开采的过程中，可按所需水枪伸出角度，在地表旋转蜗杆，带动涡轮、滑动板向下运动，从而带动水枪伸出，当水枪达到设定伸出角度时，卡住蜗杆，阻止其转动，即可固定水枪的伸出角度，对岩石进行破碎。
本发明包括有高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统；
所述的高压水输送系统包括高压水管、偏心接管、直角接头、水枪高压旋转接头及水枪，高压水管的顶端与地表高压水源连接，高压水管的底端通过偏心接管锁紧螺栓与偏心接管连接；偏心接管、直角接头、水枪高压旋转接头及水枪顺次密封连接，该机械式伸缩水枪工作时，地表高压水由高压水管流入偏心接管，再由偏心接管经直角接头、水枪高压旋转接头流入水枪，从水枪的喷嘴高速喷出，实现对岩石的破碎。
所述的水枪伸缩系统包括蜗杆、滑动板、蜗轮、蜗轮护板、顶端盖、导向杆、导向杆上锁紧螺母、导向杆下锁紧螺母、直角接头、水枪高压旋转接头、水枪、顶杆和第一底端盖，蜗杆上轴承安装在顶端盖的轴承槽内，蜗杆下止推轴承安装在第一底端盖的轴承槽内；蜗杆底端安装在蜗杆下止推轴承内，上端穿过蜗杆上轴承向外延伸；滑动板焊接在偏心接管上，滑动板与保护管的侧壁呈垂直布置，在滑动板一侧开设有蜗轮槽；蜗轮通过蜗轮轴安装在蜗轮槽内并与蜗杆啮合；导向杆为两根，分别穿过顶端盖、滑动板和第一底端盖上的预留孔，并用导向杆上锁紧螺母和导向杆下锁紧螺母固定在顶端盖与第一底端盖之间；水枪和第一底端盖上分别焊接有顶杆连接槽；顶杆通过顶杆连接槽安装在水枪和第一底端盖之间，并用销钉固定；蜗轮护板位于蜗轮两侧并焊接在滑动板上；该机械式伸缩水枪工作时，根据设计的水枪伸出角度旋转蜗杆，蜗轮沿导向杆向下运动，带动滑动板向下运动，从而通过水枪高压旋转接头的运动带动由顶杆等构成的连杆机构运动，实现水枪的伸缩。
所述的排渣系统包括顶端盖、排渣管、排渣管导向套、第一底端盖、第二底端盖、底端盖连接螺母以及底端盖连接螺栓，保护管的顶端与顶端盖连接，保护管的底端与第一底端盖连接，第一底端盖通过底端盖连接螺栓与第二底端盖连接；排渣管导向套依次贯穿第一底端盖和第二底端盖，并通过螺纹连接在第一底端盖上；排渣管下端与排渣管导向套螺纹连接，排渣管上端穿过顶端盖上的通孔向外延伸。在水力开采的过程中，破碎的的岩屑由钻井液携带经排渣管返回到地表。
本发明的工作过程：
一、水枪伸出、固定及收回：
在完成水力开采所需的钻孔后，将该机械式伸缩水枪下放至孔底，然后旋转蜗杆，带动蜗轮转动，从而带动滑动板向下滑动，在连杆机构的带动下，水枪向外伸出一定角度，达到设定角度后，控制蜗杆停止转动，就可以实现水枪伸出角度的固定，当需要收回水枪时，只需反向转动蜗杆即可。
二水枪旋转喷射碎岩：
在水枪的伸出角度达到要求并固定好后，通过钻机调整水枪沿钻孔轴线的旋转速度，同时高压水经过高压水管、偏心接管、直角接头、水枪高压旋转接头流入水枪，从水枪的喷嘴高速喷出，破碎岩石。
本发明的有益效果：
本发明在水力开采的过程中，可按所需水枪伸出角度，旋转蜗杆，当水枪达到设定伸出角度时，阻止蜗杆旋转，即可固定水枪的伸出角度，对岩石进行破碎。本发明水枪伸出角度调节自由，并且伸出收回方便，可根据设计控制水枪喷嘴与矿层的距离，避免淹没射流造成高压水能量急剧减弱的问题，从而达到提高高压水射流的能量利用率的目的，最终提高开采效率。
附图说明
图1是本发明立体结构示意图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的内部结构侧视图。
图4是本发明的内部结构主视图。
图5是本发明的俯视图。
图6是图5的A—A剖视图。
图7是图6中的B处放大示意图。
图8是图6中的C处放大示意图。
其中：1-蜗杆、2-导向杆上锁紧螺母、3-导向杆、4-蜗轮护板、5-滑动板、6-蜗轮、7-排渣管导向套、8-底端盖连接螺栓、9-底端盖连接螺母、10-第一底端盖、11-第二底端盖、12-导向杆下锁紧螺母、13-顶杆、14-水枪、15-直角接头、16-水枪高压旋转接头、17-偏心接管、18-偏心接管锁紧螺母、19-偏心接管锁紧螺栓、20-顶端盖、21-排渣管、22-高压水管、23-保护管、24-蜗杆上轴承、25-蜗杆下止推轴承。
具体实施方式
如图1至图8所示，本发明包括有高压水输送系统、水枪伸缩系统及排渣系统；
所述的高压水输送系统包括高压水管22、偏心接管17、直角接头15、水枪高压旋转接头16及水枪14，高压水管22的顶端与地表高压水源连接，高压水管22的底端通过偏心接管锁紧螺栓19与偏心接管17连接；偏心接管10、直角接头11、水枪高压旋转接头18及水枪17顺次密封连接，该机械式伸缩水枪工作时，地表高压水由高压水管22流入偏心接管17，再由偏心接管17经直角接头15、水枪高压旋转接头16流入水枪14，从水枪14的喷嘴高速喷出，实现对岩石的破碎。
所述的水枪伸缩系统包括蜗杆1、滑动板5、蜗轮6、蜗轮护板4、顶端盖20、导向杆3、导向杆上锁紧螺母2、导向杆下锁紧螺母12、直角接头15、水枪高压旋转接头16、水枪14、顶杆13和第一底端盖10，蜗杆上轴承24安装在顶端盖20的轴承槽内，蜗杆下止推轴承25安装在第一底端盖的轴承槽内；蜗杆1底端安装在蜗杆下止推轴承25内，上端穿过蜗杆上轴承24向外延伸；滑动板5焊接在偏心接管17上，滑动板5与保护管23的侧壁呈垂直布置，在滑动板5一侧开设有蜗轮槽；蜗轮6通过蜗轮轴安装在蜗轮槽内并与蜗杆1啮合；导向杆3为两根，分别穿过顶端盖20、滑动板5和第一底端盖10上的预留孔，并用导向杆上锁紧螺母2和导向杆下锁紧螺母12固定在顶端盖20与第一底端盖10之间；水枪14和第一底端盖10上分别焊接有顶杆连接槽；顶杆13通过顶杆连接槽安装在水枪14和第一底端盖10之间，并用销钉固定；蜗轮护板4位于蜗轮6两侧并焊接在滑动板5上；该机械式伸缩水枪工作时，根据设计的水枪14伸出角度旋转蜗杆1，蜗轮6沿导向杆3向下运动，带动滑动板5向下运动，从而通过水枪高压旋转接头16的运动带动由顶杆13等构成的连杆机构运动，实现水枪14的伸缩。
所述的排渣系统包括顶端盖20、排渣管21、排渣管导向套7、第一底端盖10、第二底端盖11、底端盖连接螺母19以及底端盖连接螺栓8，保护管23的顶端与顶端盖20连接，保护管23的底端与第一底端盖10连接，第一底端盖10通过底端盖连接螺栓8与第二底端盖11连接；排渣管导向套7依次贯穿第一底端盖10和第二底端盖11，并通过螺纹连接在第一底端盖10上；排渣管21下端与排渣管导向套7螺纹连接，排渣管21上端穿过顶端盖20上的通孔向外延伸。在水力开采的过程中，破碎的的岩屑由钻井液携带经排渣管21返回到地表。
本发明的工作过程：
一、水枪14伸出、固定及收回：
在完成水力开采所需的钻孔后，将该机械式伸缩水枪下放至孔底，然后旋转蜗杆1，带动蜗轮6转动，从而带动滑动板向下滑动，在连杆机构的带动下，水枪14向外伸出一定角度，达到设定角度后，控制蜗杆停止转动，就可以实现水枪伸出角度的固定，当需要收回水枪时，只需反向转动蜗杆即可。
二水枪14旋转喷射碎岩：
在水枪14的伸出角度达到要求并固定好后，通过钻机调整水枪14沿钻孔轴线的旋转速度，同时高压水经过高压水管22、偏心接管17、直角接头15、水枪高压旋转接头18流入水枪14，从水枪14的喷嘴高速喷出，破碎岩石。
本发明的优点：
1、该机械式伸缩水枪的伸出角度由蜗杆1和蜗轮6相互配合控制，可以无级调节，一方面避免了淹没射流造成的高压水能量急剧减弱的问题；另一方面，增加了单个钻孔水力开采的区域，从而提高了钻孔水力开采的开采效率。
2、该机械式伸缩水枪伸出收回通过蜗杆1、蜗轮6等控制，因此水枪17可在任意需要的时候收回，避免了当孔内有突发情况时，水枪14不能收回造成钻具无法提升的问题。