[发明专利]钻进-冲孔一体化水力冲孔钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种能实现钻进、冲孔一体化并有效防止堵孔的钻进-冲孔一体化水力冲孔钻头，适用于煤矿井下瓦斯高效抽采。

背景技术

随着开采深度的增加，煤矿瓦斯灾害日趋严重。瓦斯抽采是防治瓦斯灾害、实现瓦斯综合利用的重要手段。其中水力冲孔技术是高效、安全抽采瓦斯的措施之一，它是以岩柱或者煤柱作为安全屏障，冲孔时，随着钻孔的前进，煤、水、瓦斯经过孔道向孔外排出，孔道周围煤体剧烈向孔道方向移动，同时发生煤体的膨胀变形和顶底板的相向位移，引起在冲孔一定影响范围内的地应力降低，煤层卸压，裂隙增加，使煤层透气性增高，促进瓦斯的解吸和排放，煤的强度增高和湿度增加，既消除了突出动力，又改变了突出煤层的性质，在采掘作业时起到了防治煤与瓦斯突出的作用。但为有效了提高冲力冲孔的效率和瓦斯抽放效果，水力冲孔装置还存在一些的问题。

国内已公开的专利文献CN201513195U、CN101532391分别公开了一种钻进-冲孔一体化水力冲孔钻头，但存在以下几点缺陷：①结构较为复杂，水力损失严重；②在煤水混合的环境中易出现堵塞现象，现场运用存在一定问题；③无二次破碎能力，冲孔形成的大渣块（例如硫铁矿结核）易造成排渣通道堵塞，甚至出现的憋孔、夹钻、喷孔、出煤不均匀等问题。已公开的专利文献CN102678048A公开了一种多级水力冲孔钻，具备二次破碎能力，一定程度上减小了憋孔、夹钻的几率，但依然存在更换冲孔喷头、耗费工时的问题。

发明内容

本发明为了克服现有水力冲孔装置存在的不足，提供一种钻进-冲孔一体化水力冲孔钻头，通过自动换向阀实现钻进、冲孔一体化；通过合理布置二次破碎刀具，实现大渣块的二次破碎，防止因大渣块的掉落形成排渣通道的堵塞。

    为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：钻进-冲孔一体化水力冲孔钻头，包括钻头体，贯穿整个钻头体设有轴向延伸的通孔，通孔包括位于前段的喷嘴孔部分和位于中段的阀体孔部分，喷嘴孔部分的后端口为锥形口，阀体孔部分为小孔位于前侧、大孔位于后侧的阶梯孔，阀体孔部分内设换向阀，换向阀包括凸型块和弹簧，凸型块为由顶块、凸起和底块从前至后同心设置而成，顶块、凸起和底块均为圆柱体，并且顶块前端外圈表面为与喷嘴孔部分后端口相适配的锥形面，顶块直径小于凸起直径且顶块直径小于小孔直径，凸起直径小于底块直径，底块的外圈表面与阀体孔部分的大孔壁相贴合，凸起的外圈表面与阀体孔部分的小孔壁相贴合，凸型块设有轴向延伸的连接孔和与连接孔连通的径向延伸的侧孔，连接孔为前端封堵、后端开口的盲孔，侧孔开设在顶块上，侧孔端口位于顶块的外圈表面，所述弹簧环绕在凸型块的凸起外圈，并且弹簧夹设在阀体孔部分的阶梯面与凸型块的底块之间；钻头体还设有侧喷嘴孔，侧喷嘴孔的里侧端口通向阀体孔部分的大孔、外侧端口通向钻头体的外圈表面；钻头体设有挡在凸型块后侧的定位挡环；当换向阀位于初始状态时，凸型块的前端与喷嘴孔部分的后端口之间设有间隙，凸型块底块的外圈表面封堵侧喷嘴孔的里侧端口；当换向阀位于换向状态时，凸型块前移，弹簧处于压缩状态，上述顶块前端的锥形面封堵喷嘴孔部分的锥形口，侧喷嘴孔的里侧端口与阀体孔部分的大孔连通。

    通孔还包括位于后段的扩孔部分，扩孔部分为后侧外扩的锥形螺纹孔。

    侧喷嘴孔为斜线形延伸，侧喷嘴孔的里侧端口位于其外侧端口的后侧。

    钻头体的前端对应喷嘴孔部分轴向安装有中心喷嘴，钻头体外表面上对应侧喷嘴孔的外侧端口设有侧向喷嘴。

    侧喷嘴孔在钻头体上周圈均布设置，每个侧喷嘴后侧的钻头体外圈表面上均设有侧刀片。

所述通孔位于钻头体的中心轴线上。 

本发明所述的钻进-冲孔一体化水力冲孔钻头，实现在泵压不同时自动换向阀芯动作，改变钻头内部流道，实现水力冲孔的钻进、冲孔一体化，使得水力冲孔施工时间缩短20%以上。本发明通过改变自动换向阀芯的断面积和弹簧的参数，能改变自动换向阀芯动作时需要的泵压，实现不同工况下的运用。本发明结构简单，钻头内流道合理，水力损失较小。本发明结构简单，故障率低，易于在现场使用。本发明在侧向喷嘴后方布置侧向刀片，有效防止大煤块堵塞排渣通道导致的憋孔、夹钻、出煤不均匀等问题。

附图说明

图1是本发明钻进过程的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明冲孔过程的结构示意图。

具体实施方式