【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤岩钻孔，具体涉及一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔方法及装置。
技术介绍
1、利用高效破岩钻井技术，提高钻井机械钻速，缩短建井周期是目前亟须解决的问题，且该技术已得到实际运用。高压水射流钻井：是利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高能射流破碎岩石，并充分地清洗钻孔，避免岩屑重复切削，也可以与机械作用联合破碎岩石；
2、而现有的，采用单一种类的水射流同时用作自进动力源和破岩钻孔射流时，1、存在排削不畅易堵塞钻孔的弊端，主要体现为：磨料水射流同时作为自进动力源和破岩钻孔射流时，磨料水射流的破岩钻孔能力虽强，但是用作自进动力源的部分因含有磨料，易堵塞钻孔；2、或存在破岩钻孔能力弱的弊端，主要体现为：纯水射流同时作为自进动力源和破岩钻孔射流时，纯水射流驱动自进能够排出岩屑，降低阻塞风险，但是用作破岩钻孔射流部分的破岩钻孔能力减弱；3、以及自进式钻头在钻进过程中，无法得到自进钻头实时的位置及钻进轨迹；
3、为此本申请提出了一种解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔方法及装置，用于解决针对单一种类的水射流同时用作自进动力源和破岩钻孔射流时，存在排削不畅易堵塞钻孔或者破岩钻孔能力弱且无法得到自进钻头实时的位置及钻进轨迹的技术问题；具体利用分流式的纯水射流和磨料水射流，分别实现钻头的反推驱动和破岩钻孔进给，结合钻头的位置实时显示的功能，其目的是：使钻头在钻孔自进作业过程中，具有磨料水射流较强破岩钻孔能力
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，包括钻头本体、外管及内管，所述钻头本体的后侧内部呈空腔状，所述钻头本体对应空腔的前段依次开设有相连通的安装腔、混合腔及前向喷嘴，所述钻头本体的前侧中部开设有喷出口，所述喷出口与前向喷嘴连通；
3、所述钻头本体通过安装腔转动安装有加旋叶片，所述加旋叶片的外侧开设有与轴向形成倾角的叶轮槽，所述加旋叶片的中部开设有中心孔，所述内管贯穿空腔与中心孔对齐，所述外管安装于钻头本体的后侧外端，所述钻头本体对应外管内侧的后端开设有纯水射流进口，所述钻头本体对应空腔内底端的部分开设有反向喷嘴；
4、所述外管用以纯水射流输送，高压纯水射流通过反向喷嘴喷出时产生推力使钻头本体向前推进，所述内管用以含磨料水射流的输送，高压的磨料水射流分别通过叶轮槽和中心孔并聚集在前向喷嘴处喷出，使磨料水射流呈现向前喷射的直旋混合射流。
5、进一步设置为：所述钻头本体的外侧安装有均匀分布的稳定翅板，所述稳定翅板为尖锐状且前端高度低于后端高度。
6、进一步设置为：所述轨迹获取模块包括有传感器，所述传感器为姿态传感器，所述钻头本体的前端外侧为半圆球状，所述传感器环绕式分布且嵌入安装至钻头本体前端的半圆球体中部。
7、进一步设置为：所述钻头本体靠近喷出口的前端开设有环槽，所述环槽内开设有盲孔，所述钻头本体通过环槽贴合安装有阻力环，所述阻力环的外平面与钻头本体前端的肩部相贴合，所述阻力环上安装有与盲孔相匹配的调整螺栓，所述调整螺栓的外端与阻力环的外端平齐，所述调整螺栓贯穿阻力环延伸至内部的外部套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与钻头本体、阻力环相抵接。
8、一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔方法，包括如下步骤：
9、s1：将高压水管分别与外管、内管相连，并且使外管内高压泵入纯水射流，内管内高压泵入磨料水射流；
10、s2：其中，通过外管泵入的纯水射流通过纯水射流进口进入空腔中，再通过反向喷嘴向外喷出，提供整个钻头本体的自进力，并且扩大钻头本体钻孔的孔径；
11、s3：而通过内管泵入的磨料水射流进入加旋叶片中，首先由加旋叶片的中心孔形成直射流，其余部分通过加旋叶片上的叶轮槽形成旋转射流，直射流和旋转射流于混合腔内混合形成直旋混合射流并经过前向喷嘴最终由喷出口射出进行破岩；
12、s4：钻头本体向煤岩内钻入的过程中，通过传感器实时获取钻头本体的运行姿态，并组合形成运行轨迹。
13、所述轨迹获取模块还包括有传输模块、数据处理终端、显示模块，通过传感器获取钻头本体在掘进过程中的姿态信息后，通过传输模块传输至数据处理终端，并由数据处理终端处理得到运行轨迹，并且于显示模块中进行实时显示。
14、本专利技术具备下述有益效果：
15、1、本专利技术中，由高压水管通过外管、纯水射流进口将纯水射流排入空腔内，高压纯水射流再通过反向喷嘴向外喷出，为钻头本体提供自进力，此外，由反向喷嘴向外喷出的高压纯水射流还对钻头本体形成的孔径具有扩大作用，即采用纯水射流作为自进动力源时，纯水射流提供了一定的排出岩石碎屑的功能，进而提高了钻头的破岩钻孔效率；与此同时，由高压水管通过内管泵入的磨料水射流进入加旋叶片中，高压流体通过加旋叶片的中心孔形成直射流，其余部分通过加旋叶片上的叶轮槽形成旋转射流，二者混合形成直旋混合射流经过前向喷嘴最终通过喷出口射出完成破岩，由于直旋混合射流结合磨料具有一定的旋转切向速度，最终形成高速的岩屑磨料直旋混合射流喷射破岩，提高了破岩效率；
16、2、本专利技术中，钻头本体在向煤层中钻进的过程中，通过姿态传感器实时获取运行姿态，并发送数据至数据处理终端形成运行轨迹图显示出来，使得工作人员能够实时的进行钻头运行轨迹的查看；根据实际钻进的要求，分别控制每个反向喷嘴连接的纯水射流高压水管的水压，结合运行轨迹即可完成对钻进方向的实时控制，且通过控制高压纯水射流的喷射速度也可形成整个钻头本体钻进的速度的控制。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，包括钻头本体(1)、外管(2)、内管(3)及轨迹获取模块，所述钻头本体(1)的后侧内部呈空腔状，所述钻头本体(1)对应空腔的前段依次开设有相连通的安装腔(15)、混合腔(10)及前向喷嘴(11)，所述钻头本体(1)的前侧中部开设有喷出口(5)，所述喷出口(5)与前向喷嘴(11)连通；
2.根据权利要求1所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，所述钻头本体(1)的外侧安装有均匀分布的稳定翅板(4)，所述稳定翅板(4)为尖锐状且前端高度低于后端高度。
3.根据权利要求1所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，所述轨迹获取模块包括有传感器(7)，所述传感器(7)为姿态传感器，所述钻头本体(1)的前端外侧为半圆球状，所述传感器(7)环绕式分布且嵌入安装至钻头本体(1)前端的半圆球体中部。
4.根据权利要求1所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，所述钻头本体(1)靠近喷出口(5)的前端开设有环槽(16)，所述环槽(16)
5.一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔方法，采用如权利要求1-4任一项所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔方法，其特征在于，所述轨迹获取模块还包括有传输模块、数据处理终端、显示模块，通过传感器(7)获取钻头本体(1)在掘进过程中的姿态信息后，通过传输模块传输至数据处理终端，并由数据处理终端处理得到运行轨迹，并且于显示模块中进行实时显示。
...【技术特征摘要】
1.一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，包括钻头本体(1)、外管(2)、内管(3)及轨迹获取模块，所述钻头本体(1)的后侧内部呈空腔状，所述钻头本体(1)对应空腔的前段依次开设有相连通的安装腔(15)、混合腔(10)及前向喷嘴(11)，所述钻头本体(1)的前侧中部开设有喷出口(5)，所述喷出口(5)与前向喷嘴(11)连通；
2.根据权利要求1所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，所述钻头本体(1)的外侧安装有均匀分布的稳定翅板(4)，所述稳定翅板(4)为尖锐状且前端高度低于后端高度。
3.根据权利要求1所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，所述轨迹获取模块包括有传感器(7)，所述传感器(7)为姿态传感器，所述钻头本体(1)的前端外侧为半圆球状，所述传感器(7)环绕式分布且嵌入安装至钻头本体(1)前端的半圆球体中部。
4.根据权利要求1所述的一种纯水射流驱动自进、磨料射流破岩的钻孔装置，其特征在于，所述钻头本体(1)靠...
【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，史进龙，刘鑫昊，赵宏宇，谢淮北，张国荣，张西洋，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。