煤矿用自进式防爆高压水射流钻的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，包括水处理系统以及与水处理系统通过软管连通的水射流系统，所述水射流系统的控制端连接远程操控系统，远程操控系统通过常规动力系统或者变频动力系统驱动水射流系统；所述水射流系统包括通过高压软管依次连通的高压水泵、脚踏阀以及自动盘管器，自动盘管器上卷绕有高压喷射管，自动盘管器前端设置有软管导向器、防喷溅装置和防倒退保持器；所述高压喷射管依次穿过软管导向器、防喷溅装置以及防倒退保持器后连接自进式水射流钻头。本实用新型应用于煤矿坑道中进行钻孔作业，具有钻进速度快、钻进效率高、成孔质量高、运行安全可靠的优点。
【专利说明】煤矿用自进式防爆高压水射流钻机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻进用钻机，特别是一种煤矿用防爆水射流钻机。
【背景技术】
[0002]在煤矿领域中，煤矿井下经常需要进行超前探测孔和瓦斯抽放孔的施工，施工过程中钻机是不可缺少的钻进设备。传统的钻机大多采用卡盘带动钻杆进行回转，驱动钻头切削破岩的原理制成的；此类钻机的缺点是钻进效率底，成孔速度慢，钻孔的大小完全取决于钻头的尺寸，且在钻孔过程中易发生埋钻卡事故，很大程度上制约了煤矿巷道掘进和采煤速度的提高。
[0003]高压水射流技术是上世纪80年代发展起来的一门新技术，其特点是通过高压水射流能量高度集中，具有巨大冲击力的原理，去射击物体，实现被击物的加工作业，主要用于管道及平面清洗。在90年代，国外开创了在地面垂直钻孔实施径向水力喷射钻孔技术的结构原理与方法，应用在油田径向射流钻进，以达到增产的效果。然而对于在煤矿井下坑道实施高压水射流钻孔技术，则因空间限制和防爆要求变得极为困难。
[0004]目前应用高压水射流钻孔技术而设计的钻进设备，大多是采用短钻杆或短钢管逐根加长的方式来输送高压水，实现破岩钻孔。此种结构的钻进设备由于钻杆接头密封性不足，压力损失严重，钻孔效率低，劳动强度大，使得高压水射流钻孔难以实现。
[0005]中国专利03122733.3公开了一种水射流连续推进的定向钻机，由缠绕机构、连续钢管、钢管推进机构、钢管矫直机构、水射流钻头、随钻测斜仪、方向控制系统、高压水泵以及油泵组成，用于解决高压水射流钻长孔的连续推进、钻进方向可控的难题。但是该技术需要设置钢管推进机构和钢管校直机构实现连续钢管的收放，结构复杂，不仅钻进速度受限，影响施工效率；而且结构较为复杂，设备运行可靠性差。
实用新型内容
[0006]本实用新型需要解决的技术问题是提供一种结构简单、钻进速度快、钻进效率高的自进式高压水射流钻机。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:
[0008]煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，包括水处理系统以及与水处理系统通过软管连通的水射流系统，所述水射流系统的控制端连接远程操控系统，远程操控系统通过常规动力系统或者变频动力系统驱动水射流系统；所述水射流系统包括通过高压软管依次连通的高压水泵、脚踏阀以及自动盘管器，所述自动盘管器上卷绕有装有高压水的高压喷射管，自动盘管器前方通过机架设置有用于对高压喷射管进行导向的软管导向器，软管导向器的前端依次设置有防喷溅装置和用于防止高压喷射管倒退的防倒退保持器；所述高压喷射管依次穿过软管导向器、防喷溅装置以及防倒退保持器后连接自进式水射流钻头。
[0009]所述水处理系统的具体结构为:所述水处理系统包括通过软管依次连接的水粗过滤器、水箱以及水精过滤器。[0010]所述远程操控系统的具体结构为:所述远程操控系统包括用于调节高压水泵水压的高压水泵调压阀、用于控制高压水泵输出功率的高压水泵马达控制阀以及用于控制自动盘管器动作的自动盘管控制阀；所述高压水泵马达控制阀与高压水泵之间通过高压软管连通，自动盘管控制阀与自动盘管器之间通过普通软管连通。
[0011]所述常规动力系统的具体结构为:所述常规动力系统包括防爆电机以及受防爆电机驱动的液压主泵和液压副泵防爆电机的受控端连接防爆电气控制器；所述液压主泵的输出端连接高压水泵马达控制阀，液压副泵的输出端连接自动盘管控制阀。
[0012]所述变频动力系统的具体结构为:所述变频动力系统包括防爆电机和油泵电机，所述防爆电机和油泵电机的受控端分别与防爆变频控制器连接，防爆电机的输出端经减速器与高压水泵连接，油泵电机的输出端经液压泵与自动盘管控制阀连接。
[0013]由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是:
[0014]本实用新型应用于煤矿坑道中进行钻孔作业，由于钻头具有自进性，因此能够在钻头自进力的作用下拖动高压喷射管进行连续钻进，具有钻进速度快、钻进效率高、成孔质量高、运行安全可靠的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构示意图。
[0016]其中:1.水处理系统，11.水粗过滤器，12.水箱，13.水精过滤器；2.水射流系统，21.高压水泵，22.脚踏阀，23.自动盘管器，24.高压喷射管，25.软管导向器，26.机架，27.防喷溅装置，28.防倒退保持器，29.自进式水射流钻头；3.常规动力系统，31.防爆电气控制器，32.防爆电机，33.液压主泵，34.液压副泵；4.变频动力系统，41.防爆变频控制器，42.防爆电机、43.减速器，44.油泵电机，45.液压泵；5.远程操控系统，51.高压水泵调压阀，52.高压水泵马达控制阀，53.自动盘管控制阀。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明:
[0018]煤矿用自进式防爆高压水射流钻机,包括水处理系统1、水射流系统2、远程操控系统5以及常规动力系统3或者变频动力系统4，水处理系统I通过软管与水射流系统2连通，水射流系统2的控制端连接远程操控系统5，远程操控系统5通过常规动力系统3或者变频动力系统4驱动水射流系统2。
[0019]本实用新型所述的水射流系统2包括通过高压软管依次连通的高压水泵21、脚踏阀22、自动盘管器23以及软管导向器25、防喷溅装置27、防倒退保持器28和自进式水射流钻头29。自动盘管器23上卷绕有装有高压水的高压喷射管24，自动盘管器23前方设置有软管导向器25，软管导向器25设置在机架26上，用于对高压喷射管进行导向。防喷溅装置27、防倒退保持器28依次设置软管导向器25的前端，防喷溅装置27用于防止高压水射流时喷溅，防倒退保持器28用于防止高压喷射管24倒退。高压喷射管24依次穿过软管导向器25、防喷溅装置27以及防倒退保持器28后连接自进式水射流钻头29。
[0020]水处理系统I包括通过软管依次连接的水粗过滤器11、水箱12以及水精过滤器13。[0021 ] 远程操控系统5包括高压水泵调压阀51、高压水泵马达控制阀52以及自动盘管控制阀53。高压水泵调压阀51用于调节高压水泵的水压，当高压水泵超压后溢流的水会通过高压水泵调压阀返回到水处理系统中；高压水泵马达控制阀52用于控制高压水泵的输出功率，高压水泵马达控制阀52与高压水泵21之间通过高压软管连通；自动盘管控制阀53用于控制自动盘管器23的旋转，自动盘管控制阀53与自动盘管器23之间通过普通软管连通。
[0022]常规动力系统3包括防爆电气控制器31、防爆电机32以及液压主泵33和液压副泵34。防爆电机32的受控端连接防爆电气控制器31，防爆电机32的输出端连接液压主泵33和液压副泵34 ;液压主泵33的输出端连接高压水泵马达控制阀52，液压副泵34的输出端连接自动盘管控制阀53。
[0023]变频动力系统4包括防爆变频控制器41、防爆电机42、减速器43、油泵电机44以及液压泵45。防爆电机42和油泵电机44的受控端分别与防爆变频控制器41连接，防爆电机42的输出端经减速器43与高压水泵21连接，油泵电机44的输出端经液压泵45与自动盘管控制阀53连接。
[0024]本实用新型可以在两种动力供给状态下工作，具体工作过程如下:
[0025]1、使用常规动力系统时的工作过程
[0026]首先按照设计的要求调整机架26的高度、倾角和方位角，将前端装有自进式水射流钻头29的高压喷射管24依次穿过软管导向器25、防喷溅装置27和防倒退保持器28后进入需要钻孔作业地点的导向孔中。启动防爆电机32，常规动力系统3进入工作状态；通过控制高压水泵马达控制阀52改变液压主泵33的输出状态，进一步控制高压水泵21到达预定转速，踩下脚踏阀22，高压水泵21将高压水经脚踏阀22送入自动盘管器23的回转接头中，再经过缠绕在自动盘管器上的高压喷射管24注入自进式水射流钻头29 ;自进式水射流钻头29在自进力作用下边破岩边带动高压喷射管24推进。当脚踏阀处的高压水有溢流时，可通过连接在脚踏阀与水处理系统之间的软管将水返回至水处理系统中。
[0027]通过控制高压水泵马达控制阀52改变液压主泵33的输出状态，从而实现对控制高压水泵21的转速控制，进一步可以改变高压水的流量。通过操作高压水泵调压阀51可以改变高压水的最高输出压力，从而改变自进式水射流钻头29的钻进速度和成孔直径。
[0028]自动盘管器23由操作者按照自进式水射流钻头29的钻进速度，通过控制自动盘管器控制阀53改变液压副泵34的输出状态，从而实现对缠绕在其卷筒上的高压喷射管24实施收放作业，如此持续推进钻进至设计深度。钻进过程中，防喷溅装置27是为了防止孔内高压水喷出伤人的安全防护装置；防倒退保持器28为了防止在拔管过程中自进式水射流钻头29直接由孔内拔出伤人。
[0029]2、使用变频动力系统时的工作过程。
[0030]首先按照设计的要求调整机架26高度、倾角和方位角，将前端装有自进式水射流钻头29的高压喷射管24依次穿过软管导向器25、防喷溅装置27和防倒退保持器28进入需要钻孔作业地点的导向孔中。
[0031 ]启动防爆变频控制器41、防爆电机42、油泵电机44，变频动力系统进入工作状态。操作防爆变频控制器41，驱动防爆电机42通过减速机43使高压水泵21到达预定转速，踩下脚踏阀22，高压水泵21将高压水经脚踏阀送入自动盘管器23的回转接头中，再经过缠绕在盘管器上的高压喷射管，注入自进式水射流钻头29。自进式水射流钻头29在自进力作用下边破岩边带动高压喷射管推进。
[0032]通过操作防爆变频控制器41改变防爆电机42输入电流的频率，可以实现对高压水泵的输入转速进行无级调整，从而可以改变高压水的流量。通过操作高压水泵调压阀51可以改变高压水的最高输出压力，从而改变自进式水射流钻头的钻进速度和成孔直径。自动盘管器23由操作者按照自进式水射流钻头的钻进速度，通过控制自动盘管器控制阀53改变由油泵电机4驱动的液压泵45的输出的状态，从而实现对缠绕在其卷筒上的高压喷射管实施收放作业；如此持续推进钻进至设计深度。
【权利要求】
1.煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，其特征在于:包括水处理系统(I)以及与水处理系统(I)通过软管连通的水射流系统(2)，所述水射流系统(2)的控制端连接远程操控系统(5)，远程操控系统(5)通过常规动力系统(3)或者变频动力系统(4)驱动水射流系统(2)； 所述水射流系统(2)包括通过高压软管依次连通的高压水泵(21)、脚踏阀(22)以及自动盘管器(23)，所述自动盘管器(23)上卷绕有装有高压水的高压喷射管(24)，自动盘管器(23)前方通过机架(26)设置有用于对高压喷射管进行导向的软管导向器(25)，软管导向器(25)的前端依次设置有防喷溅装置(27)和用于防止高压喷射管(24)倒退的防倒退保持器(28);所述高压喷射管(24)依次穿过软管导向器(25)、防喷溅装置(27)以及防倒退保持器(28 )后连接自进式水射流钻头(29 )。
2.根据权利要求1所述的煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，其特征在于:所述水处理系统(I)包括通过软管依次连接的水粗过滤器(11)、水箱(12)以及水精过滤器(13)。
3.根据权利要求1所述的煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，其特征在于:所述远程操控系统(5)包括用于调节高压水泵水压的高压水泵调压阀(51)、用于控制高压水泵输出功率的高压水泵马达控制阀(52)以及用于控制自动盘管器(23)动作的自动盘管控制阀(53);所述高压水泵马达控制阀(52)与高压水泵(21)之间通过高压软管连通，自动盘管控制阀(53 )与自动盘管器(23 )之间通过普通软管连通。
4.根据权利要求3所述的煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，其特征在于:所述常规动力系统(3)包括防爆电机(32)以及受防爆电机驱动的液压主泵(33)和液压副泵(34)防爆电机(32)的受控端连接防爆电气控制器(31);所述液压主泵(33)的输出端连接高压水泵马达控制阀(52)，液压副泵(34)的输出端连接自动盘管控制阀(53)。
5.根据权利要求3所述的煤矿用自进式防爆高压水射流钻机，其特征在于:所述变频动力系统(4)包括防爆电机(42)和油泵电机(44)，所述防爆变频电机(42)和油泵电机(44)的受控端分别与防爆变频控制器(41)连接，防爆电机(42)的输出端经减速器(43)与高压水泵(21)连接，油泵电机(44)的输出端经液压泵与自动盘管控制阀(53)连接。
【文档编号】E21B7/18GK203559775SQ201320639081
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】邵太升, 魏景生, 成光星, 张敬凯, 王东江, 刘福新, 徐通峰, 渠永伟, 张宏伟, 杜立云 申请人:石家庄煤矿机械有限责任公司