一种适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具的制作方法

本发明涉及一种适用于钻孔水力开采的伸缩式水力开采钻具，特别是涉及一种适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具。

背景技术

钻孔水力开采技术是先在目标区钻孔，然后将高压水枪放置在钻孔内目标矿层深度处，利用高压射出的高速流体携带的能量破碎岩石，最后破碎的岩石与钻井液形成固液混合物，由地表装置抽吸至地表，然后对矿浆进行分离提取矿物的开采方法。钻孔水力开采技术具有开采成本低、生产效率高、对周围环境影响小等优点。传统的水力开采钻具其高压水喷嘴固定在钻具外壁，喷嘴位置不可移动，在矿层破碎区的半径逐渐变大的过程中，高压水喷出后受到的破碎区内钻井液及矿渣的阻力也随之增大，导致高压水破碎岩石的能量急剧降低，极大地降低了水力开采的生产效率。

为了解决上述问题，公开号为“cn104018840a”的中国专利文献中公开了一种基于棘爪锁紧机构的伸缩式水力开采钻具，但该钻具只能在水枪张开至最大角度时，才能通过解卡装置解卡，收回水枪。公告号为“cn203961980u”的中国专利文献中公开了一种基于弹簧卡头控制的伸缩式水力开采钻具，但该钻具在有钻井液的条件下工作时，夹紧力不够，水枪固定不可靠，而且在水枪未伸出至最大角度时，水枪无法收回。公告号为“cn104018838b”的中国专利文献公开了一种用于钻孔水力开采的电控单动伸缩钻具及公告号为“cn104005767b”的中国专利文献公开了一种用于钻孔水力开采的电控伸缩钻具，电控伸缩式水力开采钻具通过工控系统控制，通过电机、行星减速机、滚珠丝杠配合实现水枪臂的伸缩，另外，还需内置电源以供电机工作，结构相对复杂，对工作环境要求苛刻，工作稳定性相对较差；并且电控单动式除了上述不足外，还需增加单动机构、单动机构驱动电机，从而加大了钻具结构的复杂性。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具，在水力开采的过程中，可以用遥控器在地表远程控制钻具控制室内电磁阀箱的工作状态，从而控制水枪的伸缩，在传统水力开采钻具优势的基础上，实现水枪与目标矿体距离的可控调节。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具，其特征在于，包括高压水输送系统、水枪伸缩系统、控制系统、排渣系统及支撑系统，

所述高压水输送系统包括分液接头、引流器、旋转接头坐、旋转接头及水枪，所述分液接头的上端与地表高压水源连接，分液接头的下端穿过坐环与中心轴上接头连接，分液接头中间开有沿其径向设置的液体流通通道；所述引流器的上部具有环形腔，在所述环形腔内设有与分液接头的液体流通通道等高的环形开口，并且环形开口与分液接头的液体流通通道密封连接；所述旋转接头坐的上端与引流器的下端密封连接，旋转接头坐的下端与旋转接头的上端密封连接；所述旋转接头的下端与水枪密封连接；

所述水枪伸缩系统包括液压油缸、液压缸、液压泵、电磁阀箱及顶杆，其中液压油缸穿过撑托器的下部坐于控制室顶端盖上，液压油缸具有中心通孔；液压泵的吸液口与液压油缸的排液口相连，液压泵的排液口与电磁阀箱的进液口相连，电磁阀箱的回液口与液压油缸的回液口相连，电磁阀箱的两个排液口，分别为第一排液口、第二排液口，第一排液口与液压缸的上腔相连，第二排液口与液压缸的下腔相连，液压缸的活塞杆通过销子连接于顶杆下端，顶杆上端通过销子连接在水枪上；

所述控制系统包括分线器、遥控箱、液压缸、电磁阀箱、位移控制器、控制室顶端盖、控制室底端盖及控制室密封管，分线器的正极与位于地表上的电滑环的负极相连，该电滑环与遥控器相连，分线器的负极分别与遥控箱的正极、位移控制器的正极相连，遥控箱的负极分别与电磁阀箱、液压泵相连，位移控制器的位移传感器连接在液压缸的顶端；控制室密封管的一端与控制室顶端盖密封连接，控制室密封管的另一端与控制室底端盖密封连接，控制室密封管、控制室顶端盖及控制室底端盖形成的密封腔用于容置所述控制系统；

所述排渣系统包括排渣管，排渣管的上端穿过旋转接头坐的通孔与地表设备连通，排渣管的下端连接在控制室顶端盖上，钻具工作时，排渣管用于将孔底破碎的岩屑在水力的输送下排至地表；

所述支撑系统包括坐环、中心轴上接头、中心轴下接头、中心轴、撑托器及保护管，坐环用于支撑分液接头及引流器，中心轴的上端通过中心轴上接头和中心轴下接头配合固定在旋转接头坐上，中心轴的下端固定在控制室顶端盖上，撑托器的上端通过螺栓连接在控制室顶端盖上，撑托器的下端通过螺纹连接在控制室底端盖上，电磁阀箱及遥控箱安装在撑托器的托盘上，位移控制器安装在撑托器的翼板上；保护管用于容纳中心轴下接头、中心轴、旋转接头、水枪及排渣管，保护管的顶端与控制室顶端盖连接，保护管的底端与旋转接头坐连接，保护管的侧壁设有沿轴向贯穿的开口，该开口为水枪伸出和缩回的通道。

所述的一种适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具还包括用于固定液压泵的液压泵支架，液压泵支架安装在撑托器的托盘上。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明在水力开采的过程中，可通过遥控器在地表远程控制钻具控制室内的电磁阀液体流动方向来控制液压缸的运动方向，从而控制水枪的伸缩，在水枪伸缩过程中，通过位移控制器控制液压缸的行程，实现在钻孔水力开采的过程中，水枪可以按实际工况调节伸出长度的目的。本发明不同于传统的固定式水枪，水枪伸出长度调节自由，水枪伸出收回方便，同时可以控制水枪喷嘴与目标岩石的距离，避免了淹没射流造成高压水能量的减弱，从而提高高压水射流的能量利用率，达到增加开采效率的目的；同时本发明提供的钻具通过位移控制器和电磁阀箱控制液压系统实现水枪臂的伸缩，结构简单，对工作环境适应能力较强，在井下工作安全、稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例中适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具的整体结构图。

图2是本发明实施例中适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具装配图一。

图3是图2的局部放大图一。

图4是图2的局部放大图二。

图5是本发明实施例中适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具装配图二。

图6是图5的局部放大图一。

图7是本发明实施例中适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具控制原理图。

图中各标记如下：1-分液接头，2-引流器，3-坐环，4-中心轴上接头，5-旋转接头坐，6-中心轴下接头，7-中心轴，8-旋转接头，9-顶杆，10-水枪，11-分线器，12-位移控制器，13-液压泵支架，14-电磁阀箱，15-控制室底端盖，16-液压油缸，17-遥控箱，18-撑托器，19-控制室顶端盖，20-排渣管，21-液压缸，22-液压泵，23-液压泵底座，24-保护管，25-控制室密封管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至图7所示，本发明提出的一种适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具包括高压水输送系统、水枪伸缩系统、控制系统、排渣系统及支撑系统，

高压水输送系统包括分液接头1、引流器2、旋转接头坐5、旋转接头8及水枪10，其中分液接头1的上端与地表高压水源连接，分液接头1的下端穿过坐环3与中心轴上接头4连接，分液接头1中间部分开有沿径向设置的液体流通通道，引流器2上部环形腔内设有与分液接头1的液体流通通道等高的环形开口，所述环形开口与分液接头1的液体流通通道密封连接；引流器2的下端与旋转接头坐5的上端密封连接，旋转接头坐5的下端与旋转接头8的上端密封连接，旋转接头8的下端与水枪10密封连接；地表高压水经分液接头1流入引流器2，再由引流器2依次经旋转接头坐5、旋转接头8流入水枪10，从水枪10的喷嘴高速喷出，实现对岩石的破碎。

水枪伸缩系统包括液压油缸16、液压缸21、液压泵22、电磁阀箱14及顶杆9，带中心通孔的液压油缸16穿过撑托器18的下部坐于控制室顶端盖19上，液压泵22的吸液口与液压油缸16的排液口相连，液压泵22的排液口与电磁阀箱14的进液口相连，电磁阀箱14的回液口与液压油缸16的回液口相连，电磁阀箱14的两个排液口，分别为第一排液口、第二排液口，第一出排液与液压缸21的上腔相连，第二排液口与液压缸21的下腔相连，液压缸21的活塞杆通过销子连接于顶杆9下端，顶杆9上端通过销子连接在水枪10上，其中液压泵22通过液压泵支架13固定在撑托器18的托盘上，钻具工作时，液压油缸16内的液压油经液压泵22排至电磁阀箱14，经电磁阀箱14调整流动方向后进入液压缸21，推动液压缸21的活塞杆伸缩，在顶杆9的带动下，实现水枪10的伸缩；

控制系统包括分线器11、遥控箱17、液压缸21、电磁阀箱14、位移控制器12、控制室顶端盖19、控制室底端盖15及控制室密封管25，分线器11的正极与位于地表上的电滑环的负极相连，该电滑环与遥控器相连，分线器11的负极分别与遥控箱17、位移控制器12的正极相连，遥控箱17的负极分别与电磁阀箱14、液压泵22相连，位移控制器12的位移传感器连接在液压缸21的顶端，控制室顶端盖19和控制室底端盖15分别与控制室密封管25上下端密封连接，三者形成密封腔，钻具工作时，通过地表遥控器分别控制液压泵22的关闭和启动、电磁阀箱14的进液和排液方向，位移控制器12通过控制遥控箱17的开关进而控制液压缸21的伸缩位移，控制室顶端盖19、控制室底端盖15与控制室密封管25形成的密封腔保证了控制室内电器设备的安全运行。

排渣系统包括排渣管20，排渣管20的上端穿过旋转接头坐5的通孔与地表设备连通，排渣管20的下端连接在控制室顶端盖19上，钻具工作时，孔底破碎的岩屑在水力的输送下，经排渣管20底端的通道进入排渣管20后排至地表。

支撑系统包括坐环3、中心轴上接头4、中心轴下接头6、中心轴7、撑托器18及保护管24，坐环3用于支撑分液接头1及引流器2，中心轴7的上端通过中心轴上接头4和中心轴下接头6配合固定在旋转接头坐5上，中心轴7的下端固定在控制室顶端盖19上，撑托器18的上端通过螺栓连接在控制室顶端盖19上，撑托器18的下端通过螺纹连接在控制室底端盖15上，电磁阀箱14及遥控箱17安装在撑托器18的托盘上，位移控制器12安装在撑托器18的翼板上；保护管24用于容纳中心轴下接头6、中心轴7、旋转接头8、水枪10及排渣管20，保护管24的顶端与控制室顶端盖19连接，保护管24的底端与旋转接头坐5连接，保护管24的侧壁设有沿轴向贯穿的开口，该开口为水枪10伸出和缩回的通道。

具体工作过程如下：

一、水枪的伸出、固定及收回：

在完成水力开采所需的钻孔后，将本发明设计的钻具下放至孔底，然后在地表用遥控器控制操作，首先，打开遥控箱17，用遥控器打开液压泵22，再用遥控器发出“水枪伸出”信号，遥控箱17接收到信号后控制电磁阀箱14的第二排液口连通液压缸21下腔，电磁阀箱14的第一排液口连通液压缸21上腔，此时高压油进入液压缸21下腔，低压油从液压缸21上腔流出，液压缸21的活塞杆上行，上行的活塞杆推动顶杆9运动，在顶杆9与水枪10之间形成的连杆机构带动下，水枪10伸出，在液压缸21的活塞杆运动的同时，置于液压缸21上端的位移控制器12中的位移传感器检测活塞杆的位移，当活塞杆的位移达到设定的位移后，位移控制器12关闭遥控箱17，此时，液压泵22处于关闭状态，电磁阀箱14油路处于断开状态，液压缸21的活塞杆停止运动，如果此时水枪10尚未伸出到设定角度，只需用遥控器重新打开遥控箱17，然后打开液压泵22，再发射“水枪伸出”信号，重复此过程，直到水枪10伸出到所需角度。当水枪10达到所需角度以后，需要固定水枪10从而破碎岩石，此时，只需用遥控器关闭遥控箱17即可。当需要收回水枪10时，首先用遥控器打开遥控箱17，然后开启液压泵22，接着发出“水枪收缩”信号，遥控箱17接收到信号后控制电磁阀箱14的第一排液口连通液压缸21上腔，电磁阀箱14的第二排液口连通液压缸21下腔，此时高压油进入液压缸21上腔，低压油从液压缸21下腔流出，液压缸21活塞杆下行，下行的活塞杆推动顶杆9运动，在顶杆9与水枪10之间形成的连杆机构带动下，水枪10收回，与水枪10伸出过程相同，在液压缸21活塞杆运动的同时，位移控制器12中的位移传感器置于液压缸上端，位移传感器监测活塞杆的位移，当活塞杆的位移达到位移控制器12的设定位移后，位移控制器12关闭遥控箱17，使液压泵22处于关闭状态，电磁阀箱14油路处于断开状态，液压缸21的活塞杆停止运动，如果此时水枪10尚未收回，只需用遥控器重新打开遥控箱17，然后打开液压泵22，再发射“水枪伸出”信号，重复此过程，直到水枪10收回。

二、水枪旋转喷射碎岩：

在水枪10的伸出角度达到要求并固定好后，通过钻机调整水枪10沿钻孔轴线的旋转速度，同时高压水依次经过分液接头1、引流器2、旋转接头坐5及旋转接头8流入水枪10，从水枪10的喷嘴高速喷出，破碎岩石。

综上所述，本发明提出的适用于钻孔水力开采的液压电控伸缩式水力开采钻具优点如下：

1、本发明提出的钻具中水枪10的伸出角度可以调节，一方面避免了淹没射流造成的高压水能量急剧减弱的问题；另一方面增加了单个钻孔水力开采的区域，从而提高了钻孔水力开采的开采效率。

2、水枪10的伸出角度由液压系统和电控系统共同控制，操作简单，自动化程度高，同时水枪10可在任意需要的时候收回，避免了当孔内有突发情况时，水枪10不能收回造成钻具无法提升的问题。