射流破岩旋转喷头、成孔钻具、连续钻孔系统及工控方法技术方案

本发明专利技术属于煤开采技术领域，公开了一种射流破岩旋转喷头、成孔钻具、连续钻孔系统及工控方法，通过执行机构与定向控制机构的结构设计，尤其通过设置的中心杆永磁体与电磁体之间的电磁作用，控制一个或多个定向喷射孔的开度，从而控制定向喷射的射流方向和大小，使射流破岩旋转喷头按照预设的钻孔轨迹参数或地层设置参数钻进，最终实现对钻孔的定向喷射，在流量一定的情况下，采用本发明专利技术的射流破岩旋转喷头可以实现高效破岩，通过设置具有柔韧性的通缆空心钢索，钻进过程中钻孔过程中无需频繁停钻、停泵，实现了连续钻孔，减少了工人的劳动强度，降低孔内风险。降低孔内风险。降低孔内风险。

【技术实现步骤摘要】
射流破岩旋转喷头、成孔钻具、连续钻孔系统及工控方法


[0001]本专利技术属于煤开采
，具体涉及一种射流破岩旋转喷头、成孔钻具、连续钻孔系统及工控方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下钻孔是煤矿开采及各种灾害防治的主要技术手段，钻孔包括探煤孔、探放水孔、瓦斯抽采孔等，煤矿井下巷道钻机是用于实施各种钻孔的主要装备。由于受巷道空间尺寸限制，钻杆长度通常不超过3m，一般为1m、1.5m和3m，即，钻孔过程中最多每钻进或回拉3m，就必须停钻、停泵，然后加钻杆或者卸钻杆，这种操作方式的缺陷在于：钻场工作人员劳动强度大、不利于安全施工；频繁停泵易造成孔内事故，大多数的孔内事故原因是钻井液循环停止，尤其是在地层情况复杂的情况下更易发生事故；现有钻孔装备钻进时钻头的扭矩和钻压均由巷道钻机提供，孔口钻机承受较大的反作用力，有一定的机械伤害风险；高瓦斯孔在施工过程中换钻杆孔口易发生瓦斯浓度超限；换钻杆、提供扭矩、钻压等复杂机械要求限制了钻机智能化发展。综上，现有的钻孔机制和设备存在钻孔过程劳动工作量大、孔内、孔口风险高和钻机复杂、具有机械伤害风险等问题。
[0003]为此，本专利技术的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，设计出一种井下连续钻孔系统及方法，以解决现有钻孔装置及方法固有的技术问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提出一种射流破岩旋转喷头、成孔钻具、连续钻孔系统及工控方法，以解决目前煤矿井下钻孔设备使用不便、易发生事故的技术问题。<br/>[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种射流破岩旋转喷头，包括旋转喷头本体，所述旋转喷头本体的尾端通过转动连接组件连接执行机构头端，所述执行机构的尾端连接定向控制机构；所述旋转喷头本体内设有第一导流腔，所述旋转喷头本体的头端设置有与第一导流腔同轴连通的破岩喷孔，旋转喷头本体的侧壁上开设有与第一导流腔连通的旋转喷孔，所述旋转喷头本体可在流经执行机构与定向控制机构内部的高压喷射液的推动下旋转。
[0007]本专利技术还具有以下技术特征：
[0008]具体的，所述定向控制机构包括沿径向由外向内同轴套设的第一外壳体、电磁铁筒和轴向设置有第二导流腔的中心杆，中心杆的头端沿周向间隔设置多个凸起部，中心杆外壁上等间距布设有多个中心杆永磁体，电磁铁筒的内壁上等间距布设有多个电磁体；
[0009]所述执行机构包括轴向设置有第三导流腔的第二外壳体，所述第二外壳体的尾端与第一外壳体的头端插接配合，第二外壳体的头端与旋转喷头本体相连，所述第一导流腔、第二导流腔和第三导流腔同轴连通；
[0010]所述第二外壳体的侧壁上沿轴向布设多个安装腔，所述安装腔的底部设置有弹
簧，弹簧上连接有可在安装腔内移动的执行杆，所述执行杆上还开设有过水孔，且所述执行杆的尾端穿出安装腔与凸起部抵接；
[0011]所述第二外壳体的侧壁上还开设有定向喷射孔，所述定向喷射孔与所述安装腔和第三导流腔连通；
[0012]当中心杆在中心杆永磁体与电磁体之间的电磁作用下发生旋转时，执行杆可在中心杆的推动下在安装腔内沿轴向移动，使得过水孔与定向喷射孔连通或断开。
[0013]更进一步的，所述安装腔的数量为3个，且沿第二外壳体的外壁等间距布设，所述中心杆永磁体与电磁体的数量均为6个。
[0014]更进一步的，所述转动连接组件为轴承。
[0015]本专利技术还公开了一种成孔钻具，包括上述的射流破岩旋转喷头，还包括顺次设置在射流破岩旋转喷头后端的控制短节和测量短节；
[0016]所述控制短节包括设置有第一芯管的控制短节外管，套设在控制短节外管内的控制组件，以及嵌设在第一控制短节外管内的控制通信电缆；
[0017]所述测量短节包括设置有第二芯管的测量短节外管，套设在测量短节外管内的测量组件，以及嵌设在测量短节外管内的测量通信电缆；
[0018]所述第一外壳体、控制短节外管和测量短节外管顺序贯通设置，所述第一芯管、第二芯管和第二导流腔连通形成喷射液流道；所述控制通信电缆、测量通信电缆和嵌设在电磁铁筒外壁内的电磁通信电缆依次连通，形成供电通信通路。
[0019]本专利技术还公开一种连续钻孔系统，包括上述的成孔钻具，所述成孔钻具的尾端连接通缆空心钢索，所述通缆空心钢索经通缆空心钢索输送装置连接设置在通缆空心钢索存储筒上的排线器；
[0020]所述通缆空心钢索在通缆空心钢索输送装置的带动下在钻孔内沿钻孔轴向移动，所述通缆空心钢索的尾端连接有高压泵，所述高压泵经通缆空心钢索为与通缆空心钢索头端连通的成孔钻具提供喷射液。
[0021]更进一步的，所述通缆空心钢索包括中心通孔的内管，以及同轴套设在所述内管外的外管，所述内管与外管之间形成环形安置空间，所述环形安置空间内沿径向由内向外顺序布设承压保护层和钢丝层，所述承压保护层内设置有测量控制线路。
[0022]更进一步的，所述通缆空心钢索输送装置和通缆空心钢索存储筒下方还设置有连续钻孔系统输送平台。
[0023]更进一步的，所述连续钻孔系统输送平台上还设置有监控装置，所述监控装置与所述测量控制线路连接设置。
[0024]本专利技术还公开一种连续钻孔系统的工控方法，通过上述连续钻孔系统实现，包括以下内容：
[0025]预设钻孔轨迹参数或地层参数，并将预设的参数输入到监控装置；监控装置通过测量控制线路将预设的参数输送到控制短节，控制短节根据收到的设置参数将接收到的控制指令转化为电信号指令，然后通过调整一个或多个电磁体的磁性来推动中心杆旋转预定角度，进而推动一个或多个执行杆发生轴向移动打开一个或多个定向喷射孔，为射流破岩旋转喷头施加侧向力，使射流破岩旋转喷头按照预设的钻孔轨迹参数或地层设置参数钻进，最终实现定向喷射，完成定向破岩成孔；在钻进过程中，控制短节还将采集到的当前成
孔钻具的姿态钻孔轨迹传输给监控装置。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027](1)采用本专利技术射流破岩旋转喷头，通过执行机构与定向控制机构的结构设计，尤其通过设置的中心杆永磁体与电磁体之间的电磁作用，控制一个或多个定向喷射孔的开度，从而控制定向喷射的射流方向和大小，通缆空心钢索施加钻压，在流量一定的情况下，采用本专利技术的射流破岩旋转喷头可以实现高效破岩。
[0028](2)采用本专利技术的连续钻孔系统由于采用了具有柔韧性的通缆空心钢索，所以无需再钻进过程中钻孔过程中频繁停钻、停泵，然后加钻杆或者卸钻杆，实现了连续钻孔，减少了工人的劳动强度，降低孔内风险，便于根据孔内情况进行轨迹调整。
[0029](3)本专利技术的连续钻孔系统采用水射流钻进，钻机不提供扭矩、安全性高、钻具组合简单，可实施自动化、智能化钻进。
[0030](4)本专利技术方法采用通缆空心钢索输送装置借助通缆空心钢索提供给进力，通过对一个或多个电磁体的磁性的调整，最终实现定向喷射的射流方向和大小调节，操作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射流破岩旋转喷头，包括旋转喷头本体(1)，其特征在于，所述旋转喷头本体(1)的尾端通过转动连接组件连接执行机构(2)头端，所述执行机构(2)的尾端连接定向控制机构(3)；所述旋转喷头本体(1)内设有第一导流腔(11)，所述旋转喷头本体(1)的头端设置有与第一导流腔(11)同轴连通的破岩喷孔(101)，旋转喷头本体(1)的侧壁上开设有与第一导流腔(11)连通的旋转喷孔(102)，所述旋转喷头本体(1)可在流经执行机构(2)与定向控制机构(3)内部的高压喷射液的推动下旋转。2.如权利要求1所述的射流破岩旋转喷头，其特征在于，所述定向控制机构(3)包括沿径向由外向内同轴套设的第一外壳体(31)、电磁铁筒(32)和轴向设置有第二导流腔(331)的中心杆(33)，中心杆(33)的头端沿周向间隔设置多个凸起部(332)，中心杆(33)外壁上等间距布设有多个中心杆永磁体(333)，电磁铁筒(32)的内壁上等间距布设有多个电磁体(321)；所述执行机构(2)包括轴向设置有第三导流腔(211)的第二外壳体(21)，所述第二外壳体(21)的尾端与第一外壳体(31)的头端插接配合，第二外壳体(21)的头端与旋转喷头本体(1)相连，所述第一导流腔(11)、第二导流腔(331)和第三导流腔(211)同轴连通；所述第二外壳体(21)的侧壁上沿轴向布设多个安装腔(212)，所述安装腔(212)的底部设置有弹簧(2121)，弹簧(2121)上连接有可在安装腔内移动的执行杆(2122)，所述执行杆(2122)上还开设有过水孔，且所述执行杆(2122)的尾端穿出安装腔(212)与凸起部(332)抵接；所述第二外壳体(21)的侧壁上还开设有定向喷射孔(213)，所述定向喷射孔(213)与所述安装腔(212)和第三导流腔(211)连通；当中心杆(33)在中心杆永磁体(333)与电磁体(321)之间的电磁作用下发生旋转时，执行杆(2122)可在中心杆(33)的推动下在安装腔(212)内沿轴向移动，使得过水孔与定向喷射孔(213)连通或断开。3.如权利要求2所述的射流破岩旋转喷头，其特征在于，所述安装腔(212)的数量为3个，且沿第二外壳体(21)的外壁等间距布设，所述中心杆永磁体(333)与电磁体(321)的数量均为6个。4.如权利要求1所述的射流破岩旋转喷头，其特征在于，所述转动连接组件为轴承。5.一种成孔钻具，其特征在于，包括如权利要求2至4任一权利要求所述的射流破岩旋转喷头，还包括顺次设置在射流破岩旋转喷头后端的测量短节(5)和控制短节(4)；所述控制短节(4)包括设...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞涛，鲁飞飞，姜在炳，舒建生，范耀，程斌，王博，辛欣，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：