一种防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置的制作方法

本实用新型涉及一种水力冲孔装置，具体涉及一种防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置。
背景技术：
：煤与瓦斯突出是威胁我国煤矿安全生产的重大灾害问题之一，为了有效治理突出灾害，我国矿井一般采用开采保护层、大面积预抽等措施。对于大量的没有保护层开采条件的单一煤层，必须进行本煤层瓦斯预抽。但是，我国突出煤层普遍属于松软低透气性煤层，因此，为实现高效瓦斯预抽，防治煤与瓦斯突出，需采用水力冲孔等强化防突技术。水力冲孔措施是依靠高压水的冲击力，对煤体进行切割、破碎，破碎的煤块被水流带出孔外，随之形成一个较大尺寸空洞，周围煤体卸压，裂隙增多，促进瓦斯解吸与排放。但是，目前进行水力冲孔实际操作时，部分空间在实施钻孔后需要退出打钻杆，将钻进钻头更换冲孔钻头，更换过程费时费力；部分矿井使用了自动切换钻头，但射流孔孔径单一，不能满足不同硬度煤体和不同破坏类型煤体的需要，要么造成冲出煤量小，冲孔速度慢，要么造成冲煤速度过快，产生喷孔、堵孔施工。其原因在于复杂地质条件下实施水力冲孔作业，高压水射流破煤过程涉及到射流、煤、瓦斯等因素的相互耦合作用，破煤过程极为复杂，而且，不同破坏类型的煤体和不同硬度的煤体，破煤条件差别极大，对冲孔的水压和钻头的冲孔参数要求较为严格。本实用新型依据煤的强度和煤体破坏类型、水射流破煤机理，考虑到钻孔实际排出冲孔水的影响因素，合理设计水压和射孔直径，预测出冲孔半径，为水力冲孔提供理论基础，合理的冲孔设计提供参考，提高矿井安全生产效益。技术实现要素：本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种可以快速切换水力钻孔以及水力冲孔作业模式的防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置，所述的防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置设置在安装钻头的钻杆端部，包括固定杆、锥形塞和圆台筒，固定杆沿水平方向固定在钻杆内，圆台筒外形为上小下大的圆台型结构且顶部和底部均敞口，圆台筒通过安装架固定连接在钻杆内，圆台筒位于固定杆的下方，圆台筒的底部边沿固定在钻杆内壁上，锥形塞通过弹簧连接在固定杆下方，锥形塞位于圆台筒内且与圆台筒同轴线设置，锥形塞的上小下大的锥形结构，锥形塞的底部半径大于圆台筒顶部的内径，钻杆的杆壁上沿径向方向开设有若干个射流孔，若干个射流孔绕钻杆的轴线呈环形阵列布置，锥形塞的底部固定连接有连接架，连接架沿水平方向设置，连接架连接有用于封堵射流孔的封堵套，封堵套的外壁与钻杆的内壁滑动配合。锥形塞内部沿中心线方向内嵌有中心杆，中心杆上沿锥形塞的径向方向固定连接有若干连接筋，连接筋内置于锥形塞内，中心杆的上端与弹簧的下端连接，中心杆下端与连接架固定连接。采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型解决了水力冲孔时，需要更换冲孔钻头的问题，能够实现低水压进行水力钻孔和高水压水力冲孔作业，不需要退出更换钻头即可实现冲孔，其中射流孔是根据煤的强度和破坏类型所设计的一系列孔径，且其大小受到冲出煤量的限制，根据矿井实际情况采取合适孔径，弹簧是根据不同水压所采用的不同弹性系数的弹簧，有利于矿井冲孔工作的进行，且水压是由煤的强度和破坏类型所设计。附图说明图1是本实用新型在钻孔时的状态示意图；图2是本实用新型在水力冲孔时的状态示意图。具体实施方式如图1和图2所示，本实用新型的防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置，所述的防治瓦斯突出的钻冲自动切换装置设置在安装钻头的钻杆1端部，包括固定杆2、锥形塞3和圆台筒4，固定杆2沿水平方向固定在钻杆1内，圆台筒4外形为上小下大的圆台型结构且顶部和底部均敞口，圆台筒4通过安装架5固定连接在钻杆1内，圆台筒4位于固定杆2的下方，圆台筒4的底部边沿固定在钻杆1内壁上，锥形塞3通过弹簧6连接在固定杆2下方，锥形塞3位于圆台筒4内且与圆台筒4同轴线设置，锥形塞3的上小下大的锥形结构，锥形塞3的底部半径大于圆台筒4顶部的内径，钻杆1的杆壁上沿径向方向开设有若干个射流孔7，若干个射流孔7绕钻杆1的轴线呈环形阵列布置，锥形塞3的底部固定连接有连接架8，连接架8沿水平方向设置，连接架8连接有用于封堵射流孔7的封堵套9，封堵套9的外壁与钻杆1的内壁滑动配合。锥形塞3内部沿中心线方向内嵌有中心杆10，中心杆10上沿锥形塞3的径向方向固定连接有若干连接筋11，连接筋11内置于锥形塞3内，中心杆10的上端与弹簧6的下端连接，中心杆10下端与连接架8固定连接。锥形塞3选用硬质橡胶，增加耐磨性，延长使用时间，减少成本。封堵套9材料选择采用丁晴橡胶耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强，此外，它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。利用本装置进行瓦斯防突的方法，包括以下步骤：（1）、制作钻冲自动切换装置，并将钻冲自动切换装置安装在钻杆1的上端部，然后在钻杆1的上端部安装钻头；（2）、在钻孔位置处安装钻机，然后将钻杆1装配在钻机上，启动钻机，钻机驱动钻杆1开始工作，钻杆1对煤岩层进行钻孔，在钻杆1钻进的同时，向钻杆1内通入低压水，低压水由圆台筒4内壁与锥形塞3外壁之间的通道进入钻头内，并通过钻头排出，通过钻杆1外壁与钻孔内壁之间的通道携带煤屑排出钻孔外，同时也对钻头进行降温，此时封堵套9完全封堵所有的射流孔7；（3）、钻孔深度到达设定深度后，增大通入钻杆1内水的压力，高压水向上冲击锥形塞3，锥形塞3在高压水的冲击下向上运动，弹簧6被压缩，直至锥形塞3的外壁与圆台筒4的内壁相贴合，此时锥形塞3将圆台筒4完全封堵，锥形塞3向上移动时通过中心杆10同步带动连接架8和封堵套9向上移动，射流孔7打开，高压水经射流孔7向外射出，开始进行水力冲孔，水力冲孔过程中，根据设定的冲孔长度，沿钻孔的轴向方向往复移动钻杆。步骤（1）中钻冲自动切换装置的制作安装方法，包括以下步骤；a）、首先将中心杆10和所有的连接筋11焊接在一起，接着利用注塑机注塑锥形塞3，其中在注塑过程中，中心杆10和连接筋11插设在注塑模具内，从而在注塑后中心杆10和连接筋11内嵌在锥形塞3内，在注塑时需保证中心杆10与锥形塞3的轴线重合；b）、接着将连接架8焊接在封堵套9的内壁上，然后将中心杆10下端焊接在连接架8上，在焊接时保证封堵套9的中心线与中心杆10中心线重合；c）、对钻杆1上端部沿径向方向进行钻孔，形成若干个射流孔7，若干射流孔7绕钻杆1的轴线呈环形阵列布置；d）、将封堵套9和锥形塞3一起放入钻杆1的上端部内，接着将圆台筒4放入钻杆1内，并且把圆台筒4的底部焊接在钻杆1内壁上，圆台筒4的顶部通过安装架5连接在钻杆1内壁；e）、将固定杆2焊接在钻杆1内壁，固定杆2位于圆台筒4上方，接着安装弹簧6，将弹簧6连接在中心杆10上端与固定杆2之间。其中射流孔7是根据煤的强度和破坏类型所设计的一系列孔径，且其大小受到冲出煤量的限制，根据矿井实际情况，采取合适孔径。其中弹簧6是根据不同水压所采用的不同弹性系数的弹簧6，更有利于矿井冲孔工作的进行，且水压是由煤的强度和破坏类型所设计。以坚固性系数f在0.1~0.5之间的煤进行讨论，按照经验公式，煤抗压强度为10f，即1MPa~5MPa，破煤力约为煤抗压强度的2~3倍，根据射流反冲力的表达式：F=1.56d2p，式中：F—射流反冲力，Nd—喷嘴出口直径，mmp—射流压力，MPa计算出破煤压力与供水压力的关系：P破=1.98P水可得坚固性系数f供给水压（MPa）0.57.30.45.80.34.40.22.90.11.5根据射流切割理论公式：式中：K—试验常数dc—射流破坏形成的浅坑直径c—水中声速v0—射流速度和Powell和Simpson所推算的切割深度与射流压力的关系曲线，且按照钻杆1120r/min的转速，估算出冲孔范围。考虑冲出的煤量，若过大可能会造成堵孔现象，所以对射孔直径进行限定。因喷嘴及其他部位存在阻力损失，对供给水压进行修正。根据水压、封堵套9所需上移的距离，通过胡克定律，求出所需弹簧6的弹性系数。本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型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，均属于本实用新型技术方案的保护范围。当前第1页1 2 3