专利名称：可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头的制作方法
技术领域：
本发明属于采矿钻进领域，涉及一种利用高压水射流技术实施钻孔、割缝，并可实现远程控制和纠偏的水力钻头。
背景技术：
为了利用高压水射流对各种矿岩层进行大孔径的垂直、水平、拐弯钻深孔的操作和切换钻孔、割缝工序，需要根据钻进过程中方向的偏离情况，随时纠偏，调整钻孔方向，保证钻进质量。现有技术的纠偏钻头，不仅结构庞大，而且不能适应连续管推进的施工要求，同时不能进行钻孔和割缝工序的切换，应用范围受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可远程控制钻孔、割缝工序切换和纠偏的水力钻头，它具有结构紧凑，钻孔-割缝切换操作简便，纠偏准确可靠的优点。可广泛应用于高压水射流连续钢管推进钻孔-割缝的施工作业。
本发明的另一个目的是提供一种可远程控制钻孔、割缝工序切换和纠偏的水力钻头的工作方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，包括壳体、位于壳体内的空心轴、与空心轴连接的喷头，所述的水力钻头由可定角度旋转的喷头、割缝喷嘴、钻孔与割缝的切换机构、定角度旋转的驱动机构组成。空心轴外接壳体，壳体和定角度旋转的喷头连接，壳体上设有割缝喷嘴，空心轴上设有钻孔与割缝的切换机构和定角度旋转的驱动机构。
所述的可定角度旋转的喷头由旋转壳体、喷头体、喷嘴、定位套、定位件组成，喷头体通过位于空心轴外侧的旋转壳体，由定位套和定位件锁定在壳体上，喷嘴中心线与喷头轴线平行或呈锐角相交，且不对称分布。
所述的割缝喷嘴位于壳体的外圆两侧，且对称布置在壳体的两侧，每侧至少设置3对，其中心线与空心轴轴线垂直，喷嘴之间平行或呈小角度相交。
所述的钻孔与割缝的切换机构由接头、空心轴定位块、旋转壳体组成，接头位于空心轴)的进液端，接头上设有第二液力通道，且与空心轴的肩部可形成一个空隙，定位块位于空心轴的另一端，固定于旋转壳体内，空心轴上设有径向水通道，旋转壳体上设有和径向水通道相通的轴向水通道。
所述的空心轴上设有可与钻头空腔相通的径向水通道，和可与壳体上的割缝喷嘴相通的径向水通道，中部还设有可与空心轴和壳体之间形成的空腔相通的径向水通道。
所述的定角度旋转的驱动机构由接头、空心轴、转套、旋转壳体组成，接头上设有第二液力的轴向通道，且与空心轴的肩部可形成一个空隙，转套位于空心轴的凸肩与旋转壳体的内壁之间。转套位于空心轴外侧，通过旋转壳体上的花形滑键定位于旋转壳体内侧。
可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头的工作方法采用第二个液力的第一级压力，由接头上的轴向通道驱动空心轴做第一段轴向位移，使定角度旋转的喷头做旋转运动，通过喷头体上不对称分布的喷嘴实现纠偏动作；采用第二个液力的第二级压力，由接头上的轴向通道驱动空心轴做第二段轴向位移，使空心轴上的径向水通道与壳体上的割缝喷嘴相通，同时使径向水通道关闭，高压水由割缝喷嘴4喷出，实现由钻孔向割缝的切换，反之，可由割缝向钻孔切换。
本发明与现有技术相比，由于结构上增设了旋转壳体，空心轴和旋转壳体之间设置了一种转套，能使旋转壳体和喷头体一起作定角度的旋转运动，并通过不对称分布的喷嘴结构，从而实现纠偏功能。由于空心轴、旋转壳体以及接头上合理地设置了水通道第二液力通道，因此，通过空心轴的轴向位移，使空心轴上的径向水通道与割缝喷嘴、空腔、旋转壳体水通道之间产生不同的连通组合，并通过定位块的定位，由控制阀可简便地将钻孔工序和割缝工序互相切换，满足了施工的要求。总之，本发明具有结构紧凑，钻孔-割缝切换工序操作简便，纠偏准确可靠的优点。
下面将通过实施例并结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是一种可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头的结构示意图；具体实施方式
如图1所示，一种可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，包括壳体、位于壳体内的空心轴、与空心轴连接的喷头，其特征在于所述的水力钻头由可定角度旋转的喷头、割缝喷嘴、钻孔与割缝的切换机构、定角度旋转的驱动机构组成。空心轴3外接壳体2，壳体2和定角度旋转的喷头连接，壳体2上设有割缝喷嘴4，空心轴3上设有钻孔与割缝的切换机构和定角度旋转的驱动机构。
所述的可定角度旋转的喷头由旋转壳体9、喷头体10、喷嘴11)定位套7、定位件6组成，喷头体10通过位于空心轴3外侧的旋转壳体9，由定位套7和定位件6锁定在壳体2上。喷嘴11中心线与喷头轴线平行或呈锐角相交，且不对称分布。
所述的割缝喷嘴4位于壳体2的外圆两侧，每侧至少设置3对，其中心线与空心轴轴线垂直。割缝喷嘴4沿壳体2的外圆对称布置在壳体2的两侧，喷嘴之间平行或呈小角度相交。
所述的钻孔与割缝的切换机构由接头1、空心轴3定位块12、旋转壳体9组成，接头1位于空心轴3的进液端，接头1上设有第二液力轴向通道17，且与空心轴3的肩部可形成一个空隙，定位块12位于空心轴3的另一端，固定于旋转壳体9内，空心轴上设有径向水通道14、15、16，旋转壳体9上设有和径向水通道14相通的轴向水通道13。
所述的空心轴3上设有可与钻头空腔相通的径向水通道14，和可与壳体2上的割缝喷嘴4相通的径向水通道16，中部还设有可与空心轴和壳体之间形成的空腔5相通的径向水通道15。
所述的定角度旋转的驱动机构由接头1、空心轴3、转套8、旋转壳体9组成，接头1上设有第二液力的轴向通道17，且与空心轴3的肩部可形成一个空隙，转套8位于空心轴3的凸肩与旋转壳体9的内壁之间。转套8于空心轴3外侧，通过旋转壳体9上的花形滑键定位于旋转壳体9内侧。
远程控制系统采用现有技术。
可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头的工作方法，其特征在于采用第二个液力的第一级压力，由接头1上的轴向通道17驱动空心轴3做第一段轴向位移，使定角度旋转的喷头做旋转运动，通过喷头体10上不对称分布的喷嘴11实现纠偏动作；采用第二个液力的第二级压力，由接头1上的轴向通道17驱动空心轴3做第二段轴向位移，使空心轴3上的径向水通道16与壳体2上的割缝喷嘴4相通，同时使径向水通道14关闭，高压水由割缝喷嘴4喷出，实现由钻孔向割缝的切换，反之，可由割缝向钻孔切换。
本发明的工作过程如下高压水由接头1进入，通过空心轴3的内腔，由径向通道14进入喷头体10的内腔，从喷嘴11喷出，实现对矿岩层的钻进。
当钻孔发生偏斜时，偏斜信号由控制系统处理后，将指令发给液压系统，第二液力泵工作，将液力送入接头1上的轴向通道17，使空心轴3作轴向移动，同时推动转套8绕空心轴作旋转位移，转套8的定角度旋转带动了旋转壳体9和喷头体10一起也作定角度转动，喷头体10和喷嘴11的非对称结构，使喷头体10在作定角度旋转过程中，处于不同位置时，对钻孔方向有不同的影响，从而达到调整钻孔方向的纠偏目的。第二液力卸压后，在空腔5内的高压水作用下，空心轴3复位，作好下一次定角度纠偏的准备。
当需要割缝时，停止高压水泵工作，开动第二液力泵，使压力油从轴向通道17进入，推动空心轴3作轴向位移，由于定位块12的轴向定位，使空心轴3的径向水通道16与壳体2的割缝喷嘴4相通，同时使径向水通道14关闭，高压水由割缝喷嘴4喷出，伴随喷头体10的轴向运动，实现对矿岩层的割缝作业。
权利要求
1.一种可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，包括壳体、位于壳体内的空心轴、与空心轴连接的喷头，其特征在于所述的水力钻头由可定角度旋转的喷头、割缝喷嘴、钻孔与割缝的切换机构、定角度旋转的驱动机构组成，空心轴(3)外接壳体(2)，壳体(2)和定角度旋转的喷头连接，壳体(2)上设有割缝喷嘴(4)，空心轴(3)上设有钻孔与割缝的切换机构和定角度旋转的驱动机构。
2.按照权利要求1所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的可定角度旋转的喷头由旋转壳体(9)、喷头体(10)、喷嘴(11)、定位套(7)、定位件(6)组成，喷头体(10)通过位于空心轴(3)外侧的旋转壳体(9)，由定位套(7)和定位件(6)锁定在壳体(2)上。
3.按照权利要求2所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的喷嘴(11)，其中心线与喷头轴线平行或呈锐角相交，且不对称分布。
4.按照权利要求1所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的割缝喷嘴(4)，位于壳体(2)的外圆两侧，每侧至少设置3对，其中心线与空心轴轴线垂直。
5.按照权利要求4所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的割缝喷嘴(4)，沿壳体(2)的外圆对称布置在壳体(2)的两侧，喷嘴之间平行或呈小角度相交。
6.按照权利要求1所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的钻孔与割缝的切换机构由接头(1)、空心轴(3)定位块(12)、旋转壳体(9)组成，接头(1)位于空心轴(3)的进液端，接头(1)上设有第二液力通道(17)，且与空心轴(3)的肩部可形成一个空隙，定位块(12)位于空心轴(3)的另一端，固定于旋转壳体(9)内，空心轴上设有径向水通道(14、15、16)，旋转壳体(9)上设有和径向水通道(14)相通的轴向水通道(13)。
7.按照权利要求6所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的空心轴(3)，其上设有可与钻头空腔相通的径向水通道(14)，和可与壳体(2)上的割缝喷嘴(4)相通的径向水通道(16)，中部还设有可与空心轴和壳体之间形成的空腔(5)相通的径向水通道(15)。
8.按照权利要求1所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的定角度旋转的驱动机构由接头(1)、空心轴(3)、转套(8)、旋转壳体(9)组成，接头(1)上设有第二液力的轴向通道(17)，且与空心轴(3)的肩部可形成一个空隙，转套(8)位于空心轴(3)的凸肩与旋转壳体(9)的内壁之间。
9.按照权利要求8所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，其特征在于所述的转套(8)位于空心轴(3)外侧，通过旋转壳体(9)上的花形滑键定位于旋转壳体(9)内侧。
10.按照权利要求1至9任一权利要求所述的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头的工作方法，其特征在于采用第二个液力的第一级压力，由接头(1)上的轴向通道(17)驱动空心轴(3)做第一段轴向位移，使定角度旋转的喷头做旋转运动，通过喷头体(10)上不对称分布的喷嘴(11)实现纠偏动作；采用第二个液力的第二级压力，由接头(1)上的轴向通道(17)驱动空心轴(3)做第二段轴向位移，使空心轴(3)上的径向水通道(16)与壳体(2)上的割缝喷嘴(4)相通，同时使径向水通道14关闭，高压水由割缝喷嘴4喷出，实现由钻孔向割缝的切换，反之，可由割缝向钻孔切换。
全文摘要
可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，属于采矿钻进领域。现有技术的纠偏钻头不仅结构庞大，而且不能适应连续管推进的施工要求，不能进行钻孔和割缝工序的切换，应用范围受到了限制。本发明提供的水力钻头，由可定角度旋转的喷头、割缝喷嘴、钻孔与割缝的切换机构、定角度旋转的驱动机构组成。由于结构上增设了旋转壳体，设置了一种转套，能使旋转壳体和钻头一起作定角度的旋转，从而实现纠偏功能。由于合理地设置了水通道和第二液力通道，因此，可简便地将钻孔和割缝工序切换，满足了施工的要求。本发明具有结构紧凑，钻孔－割缝切换操作简便，纠偏准确可靠的优点，可广泛应用于高压水射流连续钢管推进钻孔－割缝的施工作业。
文档编号E21B7/04GK1451839SQ0312273
公开日2003年10月29日 申请日期2003年4月18日 优先权日2003年4月18日
发明者王成寿, 赵阳升, 常宗旭, 冯增朝, 胡耀青, 杨栋 申请人:太原理工大学