一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀的制作方法

本发明涉及井下煤矿机械设备领域，具体为一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀。

背景技术：

随着煤层钻孔深度的增加，煤层之间的应力也逐渐增大，普通的小钻头打的瓦斯抽放孔很容易被煤层之间的应力挤压回去，大大降低了瓦斯抽放的效率。水力钻孔技术自上世纪80年代被发现以后直到现在才逐渐被应用到煤层开采中去。但是由于水力钻孔作业方式在冲孔时需要将钻杆拔出，换成冲孔设备，才能实现水力冲孔。这些设备大多比较笨重，附件较多，工序复杂且二次导入钻杆时会因塌孔等原因造成导入不顺利，严重影响瓦斯抽采工作，造成了钻进效率低下工人劳动强度增大，井下生产效率等各方面的不良影响。

技术实现要素：

为了解决上述水力冲孔作业中存在的问题，本发明提出了一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，结构简单，方便更换，在钻孔时能够自动排粉，通过高低压的转换就能实现钻孔与冲孔一体化，同时解决了打钻与冲孔过程中时常出现的煤水逆流问题。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，包括外壁带有绞龙的杆体以及与杆体连接的钻头，杆体中具有供水流流通的中心通道，杆体沿冲孔方向的尾端设有多个贯穿杆体侧壁并置于中心通道内的射流喷头，杆体两端均设置有母接头，中心通道尾部与母接头相接处设置有环形限位凸起，所述杆体通过一带有中心通孔的杆状连接头与钻头连接，连接头尾端与杆体首端螺纹连接，且连接头尾端的中心通孔中固定设置有供水流单向流入钻头中的单向阀，连接头首端通过该端的杆状连接部插设在钻头中，且连接头首端的中心通孔中设置有滤网，杆状连接部侧壁设置有用于固定钻头的限位销，杆体位于连接头与环形限位凸起之间的中心通道内设置有高低压水流切换机构；

所述高低压水流切换机构包括活塞筒以及滑动插设在活塞筒内的活塞阀，活塞筒与活塞阀均为沿冲孔方向首端密封、尾端敞开的筒体，活塞筒尾部侧壁开设有与射流喷头相互贯通的高压射流孔；活塞筒的筒体与中心通道之间形成低压水流通道，活塞筒的侧壁开设有与低压水流通道连通的低压水流通孔Ⅰ，活塞阀的侧壁开设有低压水流通孔Ⅱ，活塞阀通过设置在活塞筒筒体内的弹性件与活塞筒密封端的底壁连接，且在弹性件自然状态下，低压水流通孔Ⅱ与低压水流通孔Ⅰ相互贯通，而活塞阀的阀壁末端密封高压射流孔，并在水压增大时，活塞阀前移压缩弹性件后封闭低压水流通孔Ⅱ，打开高压射流孔。

作为优选的，所述中心通孔中位于单向阀两侧处设置有用于固定单向阀的且可通过水流的挡板和挡圈。

作为优选的，所述单向阀由具有一梯形通孔的单向阀座和设置在梯形通孔中的钢球构成，梯形通孔的大口端朝向冲孔方向设置，且梯形通孔与中心通孔及中心通道相连通。

作为优选的，所述活塞筒首端通过丝堵密封。

作为优选的，所述活塞筒的两端均具有与中心通道内径匹配的连接凸部，活塞筒位于两个连接凸部之间的筒体外径小于中心通道内径，低压水流通孔Ⅰ设置在活塞筒筒体上相邻活塞筒尾端连接凸部的位置处，高压射流孔设置在活塞筒尾端的连接凸部上。

作为优选的，所述钻头内设置有与杆体内的中心通道以及连接头内的中心通孔相贯通的用于降温的空腔。

作为优选的，所述活塞筒的敞口端处设置有用于限制活塞阀位置的限位挡圈。

作为优选的，所述活塞筒两端与中心通道之间、活塞阀两端与活塞筒之间以及连接头首端与钻头之间相接触连接的位置均设置有密封圈。

作为优选的，所述连接头为六方结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明所述的一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，以水压作为动力的高低压水流切换机构可使切换阀集打钻、冲孔为一体，实现钻孔与冲孔一体化，解决了常规设备中打钻与冲孔转换更换零配件较多、工人劳动强度大、效率低下的问题，且结构简单，操作时仅需改变水流压力，操作极其方便。

第二，本发明所述的一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，连接头与钻头之间通过限位销实现钻头的卡接固定，在使用中极大简化了钻头的拆卸工序，解决了钻头拆卸困难的问题，且连接头通过其六方结构与钻头之间传递扭矩，效率更高。

第三，本发明所述的一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，阀体外壁的绞龙在水刀工作钻孔状态下能够将煤粉沿着绞龙的螺旋方向自动排出，避免煤粉在钻孔中的堆积。

第四，本发明所述的一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，水流通过钻头后流向煤层钻孔中，水流与煤粉混合一起形成煤泥，单向阀可有效防止煤泥逆流进入到连接头内，保证高低压水流切换机构的正常工作。

附图说明

图1为本发明一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀的结构示意图；

图2为本发明一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀中杆体的结构示意图；

图3为本发明一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀中高低压水流切换机构的结构示意图；

图4为本发明一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀中连接头的结构示意图；

图5为本发明一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀中钻头的结构示意图；

图中标记：1、杆体，101、射流喷头，102、母接头，2、环形限位凸起，3、连接头，301、限位销，302、中心通孔，303、挡板，4、活塞筒，401、高压射流孔，402、低压水流通孔Ⅰ，403、连接凸部，5、活塞阀，501、低压水流通孔Ⅱ，6、弹性件，7、低压水流通道，8、钻头，801、空腔，9、单向阀，901、单向阀座，902、钢球，10、滤网，11、丝堵，12、限位挡圈，13、密封圈。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。

如图所示，本发明为一种自排粉式可单向过滤的高低压水流自动转换水刀，包括外壁带有绞龙的杆体1以及与杆体1连接的钻头8，杆体1中具有供水流流通的中心通道，杆体1沿冲孔方向的尾端设有多个贯穿杆体1侧壁并置于中心通道内的射流喷头101，杆体1两端均设置有母接头102，中心通道尾部与母接头102相接处设置有环形限位凸起2，所述杆体1通过一带有中心通孔302的杆状连接头3与钻头8连接，连接头3尾端与杆体1首端螺纹连接，且连接头3尾端的中心通孔302中固定设置有供水流单向流入钻头8中的单向阀9，连接头3首端通过该端的杆状连接部插设在钻头1中，且连接头3首端的中心通孔302中设置有滤网10，杆状连接部侧壁设置有用于固定钻头8的限位销301，杆体1位于连接头3与环形限位凸起2之间的中心通道内设置有高低压水流切换机构；

所述高低压水流切换机构包括活塞筒4以及滑动插设在活塞筒4内的活塞阀5，活塞筒4与活塞阀5均为沿冲孔方向首端密封、尾端敞开的筒体，活塞筒4尾部侧壁开设有与射流喷头101相互贯通的高压射流孔401；活塞筒4的筒体与中心通道之间形成低压水流通道7，活塞筒4的侧壁开设有与低压水流通道7连通的低压水流通孔Ⅰ402，活塞阀5的侧壁开设有低压水流通孔Ⅱ501，活塞阀5通过设置在活塞筒4筒体内的弹性件6与活塞筒4密封端的底壁连接，且在弹性件6自然状态下，低压水流通孔Ⅱ501与低压水流通孔Ⅰ402相互贯通，而活塞阀5的阀壁末端密封高压射流孔401，并在水压增大时，活塞阀5前移压缩弹性件6后封闭低压水流通孔Ⅱ501，打开高压射流孔401。

以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。

进一步的，所述中心通孔302中位于单向阀9两侧处设置有用于固定单向阀9的且可通过水流的挡板303和限位挡圈12。

进一步的，所述单向阀9由具有一梯形通孔的单向阀座901和设置在梯形通孔中的钢球902构成，梯形通孔的大口端朝向冲孔方向设置，且梯形通孔与中心通孔302及中心通道相连通。

进一步的，所述活塞筒4首端通过丝堵11密封。

进一步的，所述活塞筒4的两端均具有与中心通道内径匹配的连接凸部403，活塞筒4位于两个连接凸部403之间的筒体外径小于中心通道内径，低压水流通孔Ⅰ402设置在活塞筒4筒体上相邻活塞筒尾端连接凸部403的位置处，高压射流孔401设置在活塞筒尾端的连接凸部403上。

进一步的，所述钻头8内设置有与杆体1内的中心通道以及连接头3内的中心通孔302相贯通的用于降温的空腔801。

进一步的，所述活塞筒4的敞口端处设置有用于限制活塞阀5位置的限位挡圈12。

进一步的，所述活塞筒4两端与中心通道之间、活塞阀5两端与活塞筒4之间以及连接头3首端与钻头8之间相接触连接的位置均设置有密封圈13。

进一步的，所述连接头3为六方结构，连接3头通过其六方结构与钻头8之间传递扭矩，效率更高。

在正常打钻过程中，水的流速及压力比较低，水流先经杆体1内的中心通道进入活塞阀5，此时水压不足以压缩弹性件6，活塞阀5的低压水流通孔Ⅱ501与活塞筒4的低压水流通孔Ⅰ402相互贯通，且活塞阀5的阀壁末端密封高压射流孔401，整个割煤装置处于低压水流冲洗冷却状态，水流先后经低压水流通孔Ⅱ501、低压水流通孔Ⅰ402后流入低压水流通道7，并经低压水流通道7穿过单向阀9进入到连接头3的通孔中后通过滤网10，流入到钻头8内的通腔801中，对钻头8进行水力冷却。

在钻头冷却环节运用小孔节流的原理：水流通过滤网10后，水流遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使水流的压力急剧下降，其所对应的蒸发温度也会相应下降，因此液体就会在较低温度下蒸发，蒸发过程吸收本身的热量，从而对钻头8进行冷却。

在冲孔造穴过程中，加大水流的压力与流速，水流先经杆体1内的中心通道进入活塞阀5，此时水压冲撞活塞阀5密封垫的力足以压缩弹性件6，弹性件6收缩，活塞阀5前移，活塞阀5的低压水流通孔Ⅱ501与活塞筒4的低压水流通孔Ⅰ402失去贯通的状态，关闭水流的前进通道，至活塞阀5的阀壁末端脱离对高压射流孔401的密封，此时，高压射流孔401和射流喷头101与杆体1的中心通道处于相互贯通的状态，高压的水流经过高压射流孔401和射流喷头101后对煤层进行高压冲孔造穴。

高压冲孔造穴过程中，低压水流的通路关闭，单向阀9没有了水流的推动，就会关闭通道，防止煤水通过钻头8出水孔进入腔体内部影响活塞式水流换向器的使用。

在打钻过程中，杆体1外侧的绞龙会对矿石及煤粉进行自动排出，防止其影响钻孔效率。

以限位销301的方式将钻头8和连接头3进行连接，连接头3为六方结构，通过六方结构与钻头8传递扭矩，在钻头8磨损后只需要通过简单的工具对限位销301拆装，就能迅速完成钻头8的更换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。