[发明专利]一种电机驱动超高压脉冲射流辅助机械冲击破岩设备

说明书

一种电机驱动超高压脉冲射流辅助机械冲击破岩设备，包括设备壳体、其前端的钻头和其外部的电机驱动装置、供水装置，设备壳体内从前到后依次设有钻头连接管、活塞腔和曲轴连杆活塞机构，钻头与钻头连接管相连且二者内部具有相连通的射流水道，钻头射流水道前端连通多个射流出口，射流水道与供水装置连通，活塞腔内钎杆一端安装在钻头连接管的活塞腔端口内，另一端与冲击活塞间隔布置在活塞腔的后端，曲轴通过轴承安装在设备壳体上并与电机驱动装置相连，钻头连接管和钎杆与设备壳体之间分别设有弹簧。本发明不需要外部提供高压泵与增压器，成本低，使用方便，并将超高压脉冲射流融入到机械冲击破岩过程中，可有效破碎普氏硬度极高的岩石。

技术领域

本发明涉及一种电机驱动超高压脉冲射流辅助机械冲击破岩设备，最适用于普式硬度系数高的坚硬岩石冲击破碎或冲击钻孔。

背景技术

目前，煤炭开采已经逐渐向深层和复杂地层发展，对深层、复杂地层煤炭资源安全高效绿色开采技术和装备提出了更高的要求和新的挑战。由于地应力的增大，通常深层、复杂地层煤岩的弹性模量、硬度和破坏强度等随之增大，单轴抗压强度往往达到150MPa以上，岩层深度增加，地层非均质性越严重、研磨性变强及可钻进性能差。

井下煤岩破碎主要采用机械切削和冲击两种方式：机械切削破岩时刀具磨损严重、消耗量大，主要用于切削破碎普氏硬度系数f≤8的煤岩；机械冲击可以破碎大部分煤岩，但在坚硬煤岩(f>15)中工作存在球齿磨损严重和脱落、破岩效率低以及粉尘量大等问题，大大降低了机械冲击破岩能力、效率以及设备使用寿命和可靠性，如何实现坚硬煤岩的安全高效破碎已经成为深层、复杂地层煤炭等矿体资源高效开发的关键问题和难点。

以往主要通过增大机械驱动功率实现机械破碎坚硬岩石，但机械破岩能力没有发生改变，仅增大功率会导致机械磨损加剧、工作面粉尘量增大，难以有效提升机械的破岩效率，且安全隐患增大。

高压脉冲射流辅助作用已被证实可以提高机械破岩能力，延长使用寿命，较连续射流辅助作用效果好，利用连续射流的低温和耗水量低特性，可以降低球齿磨损率和消耗量，改善机械冲击破岩条件。

现有的超高压辅助破岩设备大都通过设计增压器产生高压射流，而增压器的设计繁杂，其零部件加工难度大、成本高，所产生的高压射流冲击能不稳定。此外，有部分高压射流辅助破岩装备通过外部供应高压气体或内部气体燃烧产生的高压气体推动钎杆运动产生高压射流，但密封性要求高，能耗大，脉冲频率不易控制。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种电机驱动超高压脉冲射流辅助机械冲击破岩设备，无需外部高压泵和增压器，结构简单紧凑，安装、拆卸方便，动力大，产生的冲击能稳定，可实现普氏硬度系数高的岩石钻孔或破碎。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括设备壳体和安装在设备壳体前端的钻头，在所述的设备壳体外部还设有电机驱动装置和供水装置，在设备壳体内从前到后依次设有钻头连接管、活塞腔和曲轴连杆活塞机构，钻头与钻头连接管相连并且二者内部具有相连通的射流水道，钻头的射流水道前端还连通设有多个射流分水道，每个射流分水道在钻头端面形成有射流出口，钻头连接管是射流水道与供水装置连通，活塞腔内设有钎杆，钎杆的一端安装在钻头连接管的活塞腔端口内，另一端与曲轴连杆活塞机构的冲击活塞间隔布置在活塞腔的后端，曲轴连杆活塞机构的曲轴通过轴承安装在设备壳体上并与电机驱动装置相连，钻头连接管和钎杆与设备壳体之间分别设有弹簧。