一种机械水动力组合式扩孔装置的制作方法

本发明涉及水力钻孔技术领域，具体为一种机械水动力组合式扩孔装置。

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。部分设备虽然能够进行不切换冲孔，但在遇到硬质煤层时水力冲孔效率低，用时长，扩孔效果不明显，不能够对开采前的瓦斯进行有效的预抽放，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：

本发明的目的在于提供一种机械水动力组合式扩孔装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体，以及设于钻杆体内部的刀体、轴、密封圈、挡圈、弹簧、限位装置和活塞式水流换向器，所述刀体的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，所述限位装置包括芯阀、阀盖、密封圈、挡圈和弹簧，所述芯阀的一端嵌入阀盖中，并且芯阀套接有弹簧，所述弹簧的一端抵接阀盖，且其另一端抵接芯阀槽，所述芯阀槽卡接挡圈，所述挡圈套接阀盖，所述阀盖抵接密封圈，所述芯阀的另一端贯穿芯阀槽后抵接顶销；

所述活塞式水流换向器包括活塞、活塞套、密封圈、挡圈和弹簧，所述活塞套开设有活塞套密封圈槽、活塞套挡圈槽、高压时水流通过孔、低压时水流通过孔、活塞槽和弹簧槽，所述活塞套挡圈槽固定连接挡圈，所述挡圈抵接活塞，所述活塞外周套设有密封圈，所述活塞套内设有活塞杆，所述活塞杆套接有弹簧，活塞杆的一端抵接活塞，且其另一端抵接单向阀座，所述单向阀座与活塞套之间设有套接在活塞杆上的垫圈，所述单向阀座固定连接单向阀芯。

优选的，所述钻杆体开设有芯阀槽、阀盖槽、轴槽、刀体槽、水流通过孔和活塞套槽，所述阀盖槽套接有阀盖，所述轴槽内设有轴，所述刀体槽套接有刀体，所述活塞套槽套接有活塞套。

优选的，所述钻杆体螺接连接头，所述连接头固定连接过滤网，所述过滤网为不锈钢金属丝过滤网，连接头套接有第二螺旋弹簧，第二螺旋弹簧抵接单向阀芯。

优选的，所述刀体内开设有轴穿过孔、顶销壳体槽、水道槽和喷嘴槽，所述轴穿过孔内设有轴，所述顶销壳体槽套接有顶销壳体，所述顶销壳体内设有第一螺旋弹簧和顶销，所述第一螺旋弹簧的一端抵接顶销壳体槽，且其另一端抵接顶销，所述顶销的头端贯穿顶销壳体，所述喷嘴槽内套接有喷嘴。

优选的，所述轴开设有刀体水流通过孔、连通水道孔、水流通过槽、刀体密封圈槽，所述刀体密封圈槽设有两个，两个刀体密封圈槽间距小于一厘米，并且两个密封圈槽均套接有环状橡胶密封圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明集水力打钻、机械扩孔为一体的先进装置，该装置在常规开孔过程中低压水可对钻杆体进行冷却，水流能保证孔内排粉效果，高压时机械刀体打开，进行煤体切割，通过高低压的转换就能实现钻孔与扩孔一体化，解决了常规设备更换零配件较多、工人劳动强度大、效率低下与无法进行高硬度煤层扩孔的问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中钻杆体结构示意图；

图3为图1中轴结构示意图；

图4为图1中刀体结构示意图；

图5为图1中活塞套结构示意图。

图中：1钻杆体、101阀盖槽、102轴槽、103刀体槽、104水流通过孔、105活塞套槽、106芯阀槽、2阀芯、3阀盖、4a密封圈、4b密封圈、5a挡圈、5b挡圈、6刀体、601轴穿过孔、602顶销壳体槽、603水道槽、604喷嘴槽、7弹簧、8顶销、9顶销壳体、10轴、1001刀体水流通过孔、1002连通水道孔、1003水流通过槽、1004刀体密封圈槽、11喷嘴、12活塞、13活塞套、1301活塞套密封圈槽、1302活塞套挡圈槽、1303高压时水流通过孔、1304低压时水流通过孔、1305活塞槽、1306弹簧槽、14丝堵、15垫圈、16单向阀座、17单向阀芯、18连接头、19过滤网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体1，以及设于钻杆体1内部的刀体6、轴10、密封圈4a、4b、挡圈5a、5b、弹簧7a、7b、限位装置和活塞式水流换向器。刀体6的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，限位装置包括芯阀2、阀盖3、密封圈4a、挡圈5a和弹簧7a，芯阀2的一端嵌入阀盖3中，并且芯阀2套接有弹簧7a，弹簧7a的一端抵接阀盖3，且其另一端抵接芯阀槽106，芯阀槽106卡接挡圈5a，挡圈5a套接阀盖3，阀盖3抵接密封圈4a，芯阀2的另一端贯穿芯阀槽106后抵接顶销8。

活塞式水流换向器包括活塞12、活塞套13、密封圈4b、挡圈5b和弹簧7b，活塞套13开设有活塞套密封圈槽1301、活塞套挡圈槽1302、高压时水流通过孔1303、低压时水流通过孔1304、活塞槽1305和弹簧槽1306，活塞套挡圈槽1302固定连接挡圈5b，挡圈5b抵接活塞12，活塞12外周套设有密封圈4b，活塞套13内设有活塞杆，活塞杆套接有弹簧7b，活塞杆的一端抵接活塞12，且其另一端抵接单向阀座16，单向阀座16与活塞套13之间设有套接在活塞杆上的垫圈15，单向阀座16固定连接单向阀芯17。

进一步的，钻杆体1开设有芯阀槽106、阀盖槽101、轴槽102、刀体槽103、水流通过孔104和活塞套槽105，阀盖槽101套接有阀盖3，轴槽102内设有轴10，刀体槽103套接有刀体6，活塞套槽105套接有活塞套13。

进一步的，钻杆体1螺接连接头18，连接头18固定连接过滤网19，过滤网19为不锈钢金属丝过滤网，连接头18套接有第二螺旋弹簧，第二螺旋弹簧抵接单向阀芯17。

进一步的，刀体6内开设有轴穿过孔601、顶销壳体槽602、水道槽603和喷嘴槽604，轴穿过孔601内设有轴10，顶销壳体槽602套接有顶销壳体9，顶销壳体9内设有第一螺旋弹簧和顶销8，第一螺旋弹簧的一端抵接顶销壳体槽602，且其另一端抵接顶销8，顶销8的头端贯穿顶销壳体9，喷嘴槽604内套接有喷嘴11。

进一步的，轴10开设有刀体水流通过孔1001、连通水道孔1002、水流通过槽1003、刀体密封圈槽1004，刀体密封圈槽1004设有两个，两个刀体密封圈槽1004间距小于一厘米，并且两个密封圈槽1004均套接有环状橡胶密封圈。

实施例1

一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体1，以及设于钻杆体1内部的刀体6、轴10、密封圈4a、密封圈4b、挡圈5a、挡圈5b、弹簧7a、弹簧7b、限位装置和活塞式水流换向器，所述刀体6的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，所述限位装置包括芯阀2、阀盖3、密封圈4a、挡圈5a和弹簧7a，所述芯阀2的一端嵌入阀盖3中，并且芯阀2套接有弹簧7a，所述弹簧7a的一端抵接阀盖3，且其另一端抵接芯阀槽106，所述芯阀槽106卡接挡圈5a，所述挡圈5a套接阀盖3，所述阀盖3抵接密封圈4a，所述芯阀2的另一端贯穿芯阀槽106后抵接顶销8；所述活塞式水流换向器包括活塞12、活塞套13、密封圈4b、挡圈5b和弹簧7b，所述活塞套13开设有活塞套密封圈槽1301、活塞套挡圈槽1302、高压时水流通过孔1303、低压时水流通过孔1304、活塞槽1305和弹簧槽1306，所述活塞套挡圈槽1302固定连接挡圈5b，所述挡圈5b抵接活塞12，所述活塞12外周套设有密封圈4b，所述活塞套13内设有活塞杆，所述活塞杆套接有弹簧7b，活塞杆的一端抵接活塞12，且其另一端抵接单向阀座16，所述单向阀座16与活塞套13之间设有套接在活塞杆上的垫圈15，所述单向阀座16固定连接单向阀芯17。

实施例2

一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体1，以及设于钻杆体1内部的刀体6、轴10、密封圈4a、密封圈4b、挡圈5a、挡圈5b、弹簧7a、弹簧7b、限位装置和活塞式水流换向器，所述刀体6的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，所述限位装置包括芯阀2、阀盖3、密封圈4a、挡圈5a和弹簧7a，所述芯阀2的一端嵌入阀盖3中，并且芯阀2套接有弹簧7a，所述弹簧7a的一端抵接阀盖3，且其另一端抵接芯阀槽106，所述芯阀槽106卡接挡圈5a，所述挡圈5a套接阀盖3，所述阀盖3抵接密封圈4a，所述芯阀2的另一端贯穿芯阀槽106后抵接顶销8；所述活塞式水流换向器包括活塞12、活塞套13、密封圈4b、挡圈5b和弹簧7b，所述活塞套13开设有活塞套密封圈槽1301、活塞套挡圈槽1302、高压时水流通过孔1303、低压时水流通过孔1304、活塞槽1305和弹簧槽1306，所述活塞套挡圈槽1302固定连接挡圈5b，所述挡圈5b抵接活塞12，所述活塞12外周套设有密封圈4b，所述活塞套13内设有活塞杆，所述活塞杆套接有弹簧7b，活塞杆的一端抵接活塞12，且其另一端抵接单向阀座16，所述单向阀座16与活塞套13之间设有套接在活塞杆上的垫圈15，所述单向阀座16固定连接单向阀芯17。

所述钻杆体1开设有芯阀槽106、阀盖槽101、轴槽102、刀体槽103、水流通过孔104和活塞套槽105，所述阀盖槽101套接有阀盖3，所述轴槽102内设有轴10，所述刀体槽103套接有刀体6，所述活塞套槽105套接有活塞套13。

实施例3

一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体1，以及设于钻杆体1内部的刀体6、轴10、密封圈4a、密封圈4b、挡圈5a、挡圈5b、弹簧7a、弹簧7b、限位装置和活塞式水流换向器，所述刀体6的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，所述限位装置包括芯阀2、阀盖3、密封圈4a、挡圈5a和弹簧7a，所述芯阀2的一端嵌入阀盖3中，并且芯阀2套接有弹簧7a，所述弹簧7a的一端抵接阀盖3，且其另一端抵接芯阀槽106，所述芯阀槽106卡接挡圈5a，所述挡圈5a套接阀盖3，所述阀盖3抵接密封圈4a，所述芯阀2的另一端贯穿芯阀槽106后抵接顶销8；所述活塞式水流换向器包括活塞12、活塞套13、密封圈4b、挡圈5b和弹簧7b，所述活塞套13开设有活塞套密封圈槽1301、活塞套挡圈槽1302、高压时水流通过孔1303、低压时水流通过孔1304、活塞槽1305和弹簧槽1306，所述活塞套挡圈槽1302固定连接挡圈5b，所述挡圈5b抵接活塞12，所述活塞12外周套设有密封圈4b，所述活塞套13内设有活塞杆，所述活塞杆套接有弹簧7b，活塞杆的一端抵接活塞12，且其另一端抵接单向阀座16，所述单向阀座16与活塞套13之间设有套接在活塞杆上的垫圈15，所述单向阀座16固定连接单向阀芯17。

所述钻杆体1开设有芯阀槽106、阀盖槽101、轴槽102、刀体槽103、水流通过孔104和活塞套槽105，所述阀盖槽101套接有阀盖3，所述轴槽102内设有轴10，所述刀体槽103套接有刀体6，所述活塞套槽105套接有活塞套13。

所述钻杆体1螺接连接头18，所述连接头18固定连接过滤网19，所述过滤网19为不锈钢金属丝过滤网，连接头18套接有第二螺旋弹簧，第二螺旋弹簧抵接单向阀芯17。

实施例4

一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体1，以及设于钻杆体1内部的刀体6、轴10、密封圈4a、密封圈4b、挡圈5a、挡圈5b、弹簧7a、弹簧7b、限位装置和活塞式水流换向器，所述刀体6的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，所述限位装置包括芯阀2、阀盖3、密封圈4a、挡圈5a和弹簧7a，所述芯阀2的一端嵌入阀盖3中，并且芯阀2套接有弹簧7a，所述弹簧7a的一端抵接阀盖3，且其另一端抵接芯阀槽106，所述芯阀槽106卡接挡圈5a，所述挡圈5a套接阀盖3，所述阀盖3抵接密封圈4a，所述芯阀2的另一端贯穿芯阀槽106后抵接顶销8；所述活塞式水流换向器包括活塞12、活塞套13、密封圈4b、挡圈5b和弹簧7b，所述活塞套13开设有活塞套密封圈槽1301、活塞套挡圈槽1302、高压时水流通过孔1303、低压时水流通过孔1304、活塞槽1305和弹簧槽1306，所述活塞套挡圈槽1302固定连接挡圈5b，所述挡圈5b抵接活塞12，所述活塞12外周套设有密封圈4b，所述活塞套13内设有活塞杆，所述活塞杆套接有弹簧7b，活塞杆的一端抵接活塞12，且其另一端抵接单向阀座16，所述单向阀座16与活塞套13之间设有套接在活塞杆上的垫圈15，所述单向阀座16固定连接单向阀芯17。

所述钻杆体1开设有芯阀槽106、阀盖槽101、轴槽102、刀体槽103、水流通过孔104和活塞套槽105，所述阀盖槽101套接有阀盖3，所述轴槽102内设有轴10，所述刀体槽103套接有刀体6，所述活塞套槽105套接有活塞套13。

所述钻杆体1螺接连接头18，所述连接头18固定连接过滤网19，所述过滤网19为不锈钢金属丝过滤网，连接头18套接有第二螺旋弹簧，第二螺旋弹簧抵接单向阀芯17。

所述刀体6内开设有轴穿过孔601、顶销壳体槽602、水道槽603和喷嘴槽604，所述轴穿过孔601内设有轴10，所述顶销壳体槽602套接有顶销壳体9，所述顶销壳体9内设有第一螺旋弹簧和顶销8，所述第一螺旋弹簧的一端抵接顶销壳体槽602，且其另一端抵接顶销8，所述顶销8的头端贯穿顶销壳体9，所述喷嘴槽604内套接有喷嘴11。

实施例5

一种机械水动力组合式扩孔装置，包括钻杆体1，以及设于钻杆体1内部的刀体6、轴10、密封圈4a、密封圈4b、挡圈5a、挡圈5b、弹簧7a、弹簧7b、限位装置和活塞式水流换向器，所述刀体6的左端设有限位装置，且其右端设有活塞式水流换向器，所述限位装置包括芯阀2、阀盖3、密封圈4a、挡圈5a和弹簧7a，所述芯阀2的一端嵌入阀盖3中，并且芯阀2套接有弹簧7a，所述弹簧7a的一端抵接阀盖3，且其另一端抵接芯阀槽106，所述芯阀槽106卡接挡圈5a，所述挡圈5a套接阀盖3，所述阀盖3抵接密封圈4a，所述芯阀2的另一端贯穿芯阀槽106后抵接顶销8；所述活塞式水流换向器包括活塞12、活塞套13、密封圈4b、挡圈5b和弹簧7b，所述活塞套13开设有活塞套密封圈槽1301、活塞套挡圈槽1302、高压时水流通过孔1303、低压时水流通过孔1304、活塞槽1305和弹簧槽1306，所述活塞套挡圈槽1302固定连接挡圈5b，所述挡圈5b抵接活塞12，所述活塞12外周套设有密封圈4b，所述活塞套13内设有活塞杆，所述活塞杆套接有弹簧7b，活塞杆的一端抵接活塞12，且其另一端抵接单向阀座16，所述单向阀座16与活塞套13之间设有套接在活塞杆上的垫圈15，所述单向阀座16固定连接单向阀芯17。

所述钻杆体1开设有芯阀槽106、阀盖槽101、轴槽102、刀体槽103、水流通过孔104和活塞套槽105，所述阀盖槽101套接有阀盖3，所述轴槽102内设有轴10，所述刀体槽103套接有刀体6，所述活塞套槽105套接有活塞套13。

所述钻杆体1螺接连接头18，所述连接头18固定连接过滤网19，所述过滤网19为不锈钢金属丝过滤网，连接头18套接有第二螺旋弹簧，第二螺旋弹簧抵接单向阀芯17。

所述刀体6内开设有轴穿过孔601、顶销壳体槽602、水道槽603和喷嘴槽604，所述轴穿过孔601内设有轴10，所述顶销壳体槽602套接有顶销壳体9，所述顶销壳体9内设有第一螺旋弹簧和顶销8，所述第一螺旋弹簧的一端抵接顶销壳体槽602，且其另一端抵接顶销8，所述顶销8的头端贯穿顶销壳体9，所述喷嘴槽604内套接有喷嘴11。

所述轴10开设有刀体水流通过孔1001、连通水道孔1002、水流通过槽1003、刀体密封圈槽1004，所述刀体密封圈槽1004设有两个，两个刀体密封圈槽1004间距小于一厘米，并且两个密封圈槽1004均套接有环状橡胶密封圈。

工作原理：本发明在钻头冷却环节运用小孔节流的原理，在正常进行钻孔扩孔作业时，水流通过钻杆体1两侧水流通过孔104将水流进行分流，一部分输送至刀体6和限位装置，低压水时水流通过轴10输送至刀体6和限位装置，此时因水流压力所施加于阀芯2的力低于弹簧7a张力，阀盖2就无法打开，不能够进行机械扩孔。

另一部分输送至钻杆体1前端从连接头18流出，在低压水的水流通过前端喷嘴11，在活塞式水流换向器内，水流压力所施加于活塞12尾部的力低于弹簧7b张力与活塞12端部力之和时，水就会继续前行，推动单向向阀芯17，通过过滤网19，此时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，从而对钻头进行冷却。

当前端活塞式水流换向器内水流压力所施加于活塞12尾部的力高于弹簧7b张力与活塞端部力合时，水流就会推动活塞12前行，压缩弹簧7b，关闭水流前行，此时后端限位装置处阀芯2所承载的离也高于弹簧7a所施加的张力，限位装置内的阀芯2就会前行，推动顶销8解除限位，而高压水从刀体的喷嘴11处喷射出去形成反作用力，就能够将机械扩孔装置打开，对媒体形成切割效果，随着水压的增大，扩孔装置前端的喷嘴11同样具备高压水流切割效果，提升切割效率。

采用以下安装步骤对本发明装置进行组装：

步骤一，在活塞套13的一端装入弹簧7b和密封圈4b，然后插入活塞12，活塞12的端部套入密封圈4b，用挡圈5b限位，最后在活塞套13的另一端装入垫圈15，用丝堵14锁紧，外部装入密封圈4b；

步骤二，在连接头18的一端装入过滤网19，用塑料挡圈限位，另一端依次装入第二螺旋弹簧、单向阀芯17、单向阀座16，最后用塑料挡圈限位；

步骤三，在刀体6的上端装入第一螺旋弹簧、顶销8、顶销壳体9，另一端装入喷嘴11；

步骤四，在钻杆体1上端依次装入弹簧7a、阀芯2、阀盖3，阀盖3上装入密封圈4a，然后用挡圈5a限位，最后装入密封圈4a；

步骤五，在轴10外周装入环状橡胶密封圈。

步骤六，以上步骤完成后，将步骤一的部件装入1钻杆体内，用步骤二的部件通过螺纹紧固限位，然后将的步骤三的部件放置在钻杆体1中部空槽内，用步骤五的部件进行限位。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。