一种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头，包括机体、行走装置、动力源、液压控制系统、支撑装置、伸缩臂和钻机及水射流系统。本实用新型将水射流装置上的磨料供料管设计成对称布置的进砂孔和回水孔，当喷头体堵塞出现回流，通过此旁路的回流排出管排出，避免回流进入供料系统，提高切割过程的可靠性和加工效率；钻机及水射流系统可以极大地增加射流冲击岩石形成圆环型割缝的深度，增加煤层的透气性，降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量，使突出煤层降为非突出煤层，降低钻孔施工过程中的粉尘；同时，最大限度地降低坚硬岩石的抗切削能力，提高了钻机钻进坚硬岩石的能力和效率，延长机械截齿的使用寿命，提高了煤炭资源的安全、高效开发。
【专利说明】
一种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头
技术领域
[0001]本实用新型属于煤矿安全开采设备技术领域，尤其涉及一种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头。
【背景技术】
[0002]有效增加“三软”不稳定突出煤层透气性系数，使煤层瓦斯压力降低，促使地应力重新分布，增长卸压带长度，不仅对防治煤巷掘进工作面突出为职工提供安全生产保障，同时又能加快煤巷掘进速度。通过高压磨料射流在煤层中切缝，增加煤的暴露面积和突出煤层的透气性系数，降低瓦斯压力，促使地应力重新分布，是目前提高“三软”煤层瓦斯排放和防突措施的有效方法之一。在实际应用中，高压水射流割缝技术一般需要先由钻机打出孔，然后由高压水射流设备进行割缝。常规做法需要两套独立的设备，在工艺过程中需要多次移动钻具和割缝设备，且钻孔后割缝时可能出现钻孔闭合等变形损坏而无法割缝等问题。以上问题造成施工辅助时间过长，进度慢，效率低，成为影响掘进速度的重要因素。
[0003]目前，工程用高压水射流钻孔、切缝喷头的结构主要分以下几类:第一类是强制旋转和自旋转喷头，强制旋转喷头体积较大，且结构复杂。自旋转喷头，结构复杂，还需要限速装置。这类喷头主要应用于船舶除锈和切缝等工程;第二类是内旋转式喷头，射流要求压力高，一般设备很难达到，这类喷头主要应用于建筑物清洗和管道清洗等工程;第三类是多喷嘴固定式喷头，成孔不规则，这类喷头主要应用于油田钻孔和辅助掘进等工程。总的来说，现有的喷头结构复杂，功能单一，主要应用于石油工程、清洗管道、船舶除锈等工程，用于矿山工程均不合适。
[0004]现有的超高压水射流切割机中的磨料水射流喷头体和控砂阀主要存在以下不足之处:1、故障率较高，不便维修;2、易回水，难清理，使用麻烦。3、零件多，形状复杂，制造成本高。上述问题的存在严重影响了整机的工作性能的正常发挥，常常因回水造成供砂故障，而产生不必要的停机，清砂。影响到用户的利益，甚至造成用户不必要的损失。以上两大技术障碍，至今未能得到有效解决，因此仍有改进的空间。
【发明内容】
[0005]本实用新型为解决现有煤层防冲射流钻孔切缝喷头切缝速度慢、煤体卸压效果不好，故障率较高、不便维修;或者易回水、难清理，使用过程复杂等技术问题，为此，发明一种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头。
[0006]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0007]—种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头包括机体、行走装置、动力源、液压控制系统、支撑装置、伸缩臂和钻机及水射流系统，所述机体的两侧安装有行走装置，所述行走装置上设置有动力源，所述动力源的末端设置液压控制系统，所述液压控制系统的另一端连接支撑装置，所述支撑装置上方设置伸缩臂，所述液压控制系统与伸缩臂连接，所述伸缩臂的前端连接钻机及水射流系统；
[0008]钻机及水射流系统包括水射流装置、钻头驱动机构和钻头机构，所述的水射流装置包括水射喷嘴、磨料混砂腔、喷头体、磨料喷砂管、磨料进砂管和在喷头体壳体上开有的回水出口，喷头体的中心有通孔，一端为高压进水口，喷头体的另一端的中心孔内安装有磨料喷砂管，通过压紧螺母将所述的磨料喷砂管与喷头体固连;水射流喷嘴位于喷头体的高压进水口内；在水射流喷嘴与磨料喷砂管之间的喷头体内孔中形成磨料混砂腔，所述的回水出口与磨料进砂管对应。
[0009]进一步，所述的行走装置为履带，该履带为独立驱动的双边履带，并采用低速液压马达驱动。
[0010]进一步，所述的液压控制系统包括主缸和油箱，所述主缸的活塞缸连接有滑块，还包括用于控制主缸的活塞缸连接滑块的下行、回程、下行速度、压力的PLC控制器，在所述主缸的活塞缸的伸出方向设有接近开关，所述油箱依次通过恒功率变量栗、插装阀、溢流阀、两位四通电磁阀、单向阀、带梭阀插装阀、节流阀、比例阀连接所述主缸的油口一，所述带梭阀插装阀依次通过带行程限制插装阀、两位两通电磁阀连接所述主缸的出油口二，所述油箱通过外控充液阀连接所述主缸的油口三。
[0011]进一步，所述的钻头驱动机构包括油缸支撑座、推进油缸、回转油缸、自收放高压软管和液压接头.
[0012]进一步所述的钻头机构包括通用钻杆、钻杆支撑座和钻头;所述油缸支撑座和钻杆支撑座均固定在支撑台上。
[0013]由于本实用新型将水射流装置上的磨料供料管设计成对称布置的进砂孔和回水孔。当喷头体堵塞出现回流，可以通过此旁路的回流排出管排出，避免了回流进入供料系统，从而保证了磨料供料系统在任何情况下的干燥，提高了喷头体工作可靠性;通过对称均衡布置进砂孔和回水孔，消除由砂喷管堵塞造成的回水进入到磨料供料阀的现象，因此不会发生回水直接进入磨料供料阀的故障，有利于提高切割过程的可靠性和加工效率；
[0014]本实用新型能有效改善瓦斯治理的效果，提高煤巷的掘进速度，一体化结构可以灵活调整钻孔参数，这使其具有施工周期短、效率高的显著优点;钻机及水射流系统可以极大地增加射流冲击岩石(煤层)形成圆环型割缝的深度，最大限度地降低坚硬岩石的抗切削能力，增加煤层的透气性，降低了煤层瓦斯压力和瓦斯含量，降低机械截齿破碎坚硬岩石的难度，提高了钻机钻进坚硬岩石的能力和效率，不仅可以很好地抑制岩石破碎产生的粉尘，还能实现机械截齿破碎坚硬岩石，延长机械截齿的使用寿命，提高了煤炭资源的安全、高效开发。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型提供的多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头结构示意图；
[0016]图2是本实用新型实施例提供的液压控制系统的结构示意图；
[0017]图3是本本实用新型提供的钻机及水射流系统的结构示意图；
[0018]图4是本本实用新型提供的水射流装置示意图。
[0019]图中:1、机体;2、行走装置;3、动力源;4、液压控制系统;4-1、主缸;4-2、油箱;4_3、恒功率变量栗;4-4、插装阀;4-5、溢流阀;4-6、两位四通电磁阀;4-7、单向阀;4-8、带梭阀插装阀;4-9、节流阀;4-10、比例阀;4-11、油口一;4-12、带行程限制插装阀;4_13、两位两通电磁阀;4-14、出油口二; 4-15、外控充液阀;4-16、油口三;5、支撑装置;6、伸缩臂;7、钻机及水射流系统;7-1、水射流装置;7-1-1、水射喷嘴;7-1-2、磨料混砂腔;7-1-3、喷头体;7-1-4、磨料喷砂管;7-1-5、磨料进砂管;7-1-6、回水出口； 7-2、钻头驱动机构;7-3、钻头机构。
【具体实施方式】
[0020]为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0021 ] 请参阅图1至图4所示:
[0022]机体1、行走装置2、动力源3、液压控制系统4、支撑装置5、伸缩臂6和钻机及水射流系统7，所述机体I的两侧安装有行走装置2，所述行走装置2上设置有动力源3，所述动力源3的末端设置液压控制系统4，所述液压控制系统4的另一端连接支撑装置5，所述支撑装置5上方设置伸缩臂6，所述液压件控制系统4控制伸缩臂6的运动方向，所述伸缩臂6的前端连接钻机及水射流系统7。
[0023]所述的钻机及水射流系统7包括水射流装置7-1、钻头驱动机构7-2和钻头机构7-3。
[0024]所述的水射流装置7-1包括水射喷嘴7-1-1、磨料混砂腔7-1-2、喷头体7-1-3、磨料喷砂管7-1-4、磨料进砂管7-1-5和在喷头体壳体上开有的回水出口 7-1-6，喷头体的中心有通孔，一端为高压进水口，喷头体的另一端的中心孔内安装有磨料喷砂管，通过压紧螺母将所述的磨料喷砂管与喷头体固连;水射流喷嘴位于喷头体的高压进水口内；在水射流喷嘴与磨料喷砂管之间的喷头体内孔中形成磨料混砂腔，所述的回水出口与磨料进砂管对应。
[0025]所述的行走装置2为履带，该履带为独立驱动的双边履带，并采用低速液压马达驱动。
[0026]所述的液压控制系统4包括主缸4-1和油箱4-2，所述主缸4-1的活塞缸连接有滑块，还包括用于控制主缸4-1的活塞缸连接滑块的下行、回程、下行速度、压力的PLC控制器，在所述主缸4-1的活塞缸的伸出方向设有接近开关，所述油箱4-2依次通过恒功率变量栗4-3、插装阀4-4、溢流阀4-5、两位四通电磁阀4-6、单向阀4_7、带梭阀插装阀4_8、节流阀4_9、比例阀4-10连接所述主缸4-1的油口一4-11，所述带梭阀插装阀4-8依次通过带行程限制插装阀4-12、两位两通电磁阀4-13连接所述主缸4-1的出油口二4-14，所述油箱4-2通过外控充液阀4-15连接所述主缸4-1的油口三4-16。
[0027]所述的水射流装置7-1为超高压磨料水射流发生系统。
[0028]所述的钻头驱动机构7-2包括油缸支撑座、推进油缸、回转油缸、自收放高压软管和液压接头。
[0029]所述的钻头机构7-3包括通用钻杆、钻杆支撑座和钻头;所述油缸支撑座和钻杆支撑座均固定在支撑台上。
[0030]本实用新型中所述机体I为其他各部分的固定基础和承载机构，将所有其他部分连结为一个整体。机体I需要具有足够的强度、刚度和稳定性。如将液压油箱和机体融为一体，液压油箱钢板加厚兼作机架，有效减小了整机的外形尺寸，同时加大了油箱的散热面积。本实用新型在原掘进机的基础上进行改造和设计，一方面原有机体提供了方便，缩短了设计周期;本实用新型中所述行走装置2采用低速液压马达驱动，与普通的推土机相类似，具有接地比压低、附着力强、驱动力大、地面适应性强等诸多优点，可以较好地适应煤矿井下作业环境，完全可以满足行走和移动要求，又可以降低成本。本实用新型中所述动力源3原掘进机整机采用液压驱动方式，由电机带动液压栗输出压力油给各动作油缸或马达提供能源。液压驱动方式具有功率质量比大，结构紧凑，布置灵活、控制方便等特点，也是煤矿井下各种大功率设备的首选设计方案。根据新增设备和已有保留设备对驱动功率的需求计算，已有的液压栗站完全可以满足功率需求，不需另行增加电机和液压栗。这是一个非常有利的条件，因为在动力源的设计选用上不仅节约了成本，而且也节约了宝贵的空间，这使得后续的钻机和割缝装置的布置有了足够的灵活性。本实用新型中所述液压控制系统原有的液压控制系统的核心是掘进时截割头的控制工作，而改造为控制功能变化很大，增加了支撑机构、钻机、孔位参数调整机构以及特殊设计的旋转液压缸等机构和装置的控制要求，同时原有的液压控制系统的布局等设计也与新设备的要求相差较大。所以，原有的液压控制系统基本拆除不用，配合大臂、钻机和孔位参数调整机构的动作，重新设计液压控制系统回路，重新对控制系统零部件的安装位置等进行统一设计规划。本实用新型中所述支撑装置设计加装了四套支撑装置，分布于整车前部和后部，类似于液压汽车起重机的四个支撑装置，加大了支撑面积。可以有效增加水平方向的支撑力，避免整车后退，同时，由于加大了支撑面积，有效改善了工作时整车的稳定性。本实用新型中所述钻机及水射流系统为实现整机工作时的外形尺寸控制。
[0031]本实用新型将水射流装置上的磨料供料管设计成对称布置的进砂孔和回水孔。当喷头体堵塞出现回流，可以通过此旁路的回流排出管排出，避免了回流进入供料系统，从而保证了磨料供料系统在任何情况下的干燥，提高了喷头体工作可靠性;通过对称均衡布置进砂孔和回水孔，消除由砂喷管堵塞造成的回水进入到磨料供料阀的现象，因此不会发生回水直接进入磨料供料阀的故障，有利于提高切割过程的可靠性和加工效率。喷头体轴向通孔前端为与锥形水射流喷嘴同锥面的锥形孔喷嘴座，后端稍大孔中过盈配合压入有硬质合金制作的圆柱环磨料混砂腔，磨料混砂腔的进口端有6 O度倒角的导砂槽，内孔为圆形直孔，水射流喷嘴与磨料混砂腔间径向有磨料进砂管和回水管，未端更大孔内插放磨料喷砂管;压紧螺帽轴向通孔也呈台阶结构，中部加工有锥面，放置有定位、抱紧磨料喷射管定位尼龙弹簧夹头。弹簧夹头可根据实际需要或不用，但在特殊情况下安装上尼龙弹簧夹头，组装时，在喷头体前端锥面孔内放入水射流喷嘴，通过后端压入可更换式圆环磨料混砂腔，插入磨料喷砂管，磨料喷砂管外装有锥形尼龙弹簧夹头，然后用压紧螺帽将磨料喷砂管与喷头体组合、压紧。使用一段时间，当磨料混砂腔、磨料喷砂管磨损，松开螺接的喷头体和压紧螺帽，顶推退出磨料混砂腔，更换一新的磨料混砂腔、磨料喷砂管，然后用压紧螺帽螺接旋紧。
[0032]以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头，其特征在于，该多功能煤层防冲射流钻孔切缝喷头包括机体、行走装置、动力源、液压控制系统、支撑装置、伸缩臂和钻机及水射流系统，所述机体的两侧安装有行走装置，所述行走装置上设置有动力源，所述动力源的末端设置液压控制系统，所述液压控制系统的另一端连接支撑装置，所述支撑装置上方设置伸缩臂，所述液压控制系统与伸缩臂连接，所述伸缩臂的前端连接钻机及水射流系统； 钻机及水射流系统包括水射流装置、钻头驱动机构和钻头机构，所述的水射流装置包括水射喷嘴、磨料混砂腔、喷头体、磨料喷砂管、磨料进砂管和在喷头体壳体上开有的回水出口，喷头体的中心有通孔，一端为高压进水口，喷头体的另一端的中心孔内安装有磨料喷砂管，通过压紧螺母将所述的磨料喷砂管与喷头体固连;水射流喷嘴位于喷头体的高压进水口内；在水射流喷嘴与磨料喷砂管之间的喷头体内孔中形成磨料混砂腔，所述的回水出口与磨料进砂管对应； 所述的行走装置为履带，该履带为独立驱动的双边履带，并采用低速液压马达驱动； 所述的液压控制系统包括主缸和油箱，所述主缸的活塞缸连接有滑块，还包括用于控制主缸的活塞缸连接滑块的下行、回程、下行速度、压力的PLC控制器，在所述主缸的活塞缸的伸出方向设有接近开关，所述油箱依次通过恒功率变量栗、插装阀、溢流阀、两位四通电磁阀、单向阀、带梭阀插装阀、节流阀、比例阀连接所述主缸的油口一，所述带梭阀插装阀依次通过带行程限制插装阀、两位两通电磁阀连接所述主缸的出油口 二，所述油箱通过外控充液阀连接所述主缸的油口三； 所述的钻头驱动机构包括油缸支撑座、推进油缸、回转油缸、自收放高压软管和液压接头; 所述的钻头机构包括通用钻杆、钻杆支撑座和钻头;所述油缸支撑座和钻杆支撑座均固定在支撑台上。
【文档编号】E21B10/60GK205605209SQ201620401641
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】谢东海
【申请人】湖南科技大学