煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，包括沿軸向依次設置的沖擊鉆頭、花鍵套、卡環(huán)、下支撐環(huán)、中間支撐環(huán)、沖擊活塞、殼體、配流閥塊、內支撐、配流閥、過濾器和后接頭；所述沖擊活塞為中空結構，其中間通道作為回水通道，沖擊活塞前端與下支撐環(huán)配合，后端與配流閥塊、內支撐配合，所述沖擊活塞與下支撐環(huán)、配流閥塊、內支撐之間配合表面均為間隙配合，并開有均壓槽，上述均壓槽分別形成活塞前腔體、活塞中間腔體和活塞后腔體，所述沖擊活塞可在上述腔體內進行軸向往復運動。本實用新型解決了現有回轉或氣動沖擊-回轉鉆進的施工工藝存在鉆進效率低、鉆孔周期長、施工成本高和粉塵濃度大的問題。
【專利說明】煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于水壓驅動沖擊鉆具領域，具體涉及一種煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具。

【背景技術】
[0002]在目前我國煤礦井下煤礦硬巖鉆進施工中，多采用回轉或氣動沖擊-回轉鉆進的施工工藝，均存在鉆進效率低、鉆孔周期長、施工成本高和粉塵濃度大等問題，這導致煤礦井下瓦斯治理工程與防治水工程的施工周期都比較長，影響了巷道掘進和工作面交替，對煤礦安全生產造成了嚴重影響。
實用新型內容
[0003]有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，以解決現有回轉或氣動沖擊-回轉鉆進的施工工藝存在鉆進效率低、鉆孔周期長、施工成本高和粉塵濃度大的問題。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]一種煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，包括沿軸向依次設置的沖擊鉆頭、花鍵套、卡環(huán)、下支撐環(huán)、中間支撐環(huán)、沖擊活塞、殼體、配流閥塊、內支撐、配流閥、過濾器和后接頭；所述沖擊活塞為中空結構，其中間通道作為回水通道，沖擊活塞前端與下支撐環(huán)配合，后端與配流閥塊、內支撐配合，所述沖擊活塞與下支撐環(huán)、配流閥塊、內支撐之間配合表面均為間隙配合，并開有均壓槽，上述均壓槽分別形成活塞前腔體、活塞中間腔體和活塞后腔體，所述沖擊活塞可在上述腔體內進行軸向往復運動；所述配流閥設置在配流閥塊末端的通孔內，所述煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具通過后接頭與鉆桿進行連接。
[0006]進一步，所述配流閥塊的外壁設置有凹形流道孔，所述配流閥塊端面還設置有圓形流道孔和信號孔，其中凹形流道孔、圓形流道孔、信號孔之間均勻間隔設置。
[0007]進一步，所述配流閥包括閥芯和閥套，所述閥芯與閥套之間設置有配流閥前腔體、配流閥中間腔體和配流閥后腔體，所述配流閥后腔體端面面積大于配流閥中間腔體端面面積，所述配流閥前腔體與活塞后腔體連通；所述配流閥中間腔體與凹形流道孔連通；所述配流閥后腔體與信號孔連通。
[0008]進一步，所述閥芯也為中空結構，其前端設置有圓形孔道，連通配流閥前腔體和中間回水通道，后端面堵死，中間通道為回水通道。
[0009]進一步，所述配流閥塊的凹形流道孔分為兩個部分，中間斷開，第一部分通向配流閥中間腔體，第二部分連通配流閥前腔體和活塞后腔體。
[0010]進一步，所述配流閥塊設置有8個圓形流道孔和4個信號孔，其中4個圓形流道孔連通沖擊活塞前腔體，另外4個連通配流閥前腔體和活塞后腔體；2個信號孔連通配流閥后腔體與活塞中間腔體；2個信號孔連通活塞中間腔體與中間回水通道。
[0011]本實用新型的有益效果是:本實用新型的沖擊鉆具，可連接鉆桿，置于孔底，接通高壓水，配流閥通過配流信號孔的作用，進行左位和右位的切換，使得活塞后腔體交替接通高壓水和低壓回水，從而使得沖擊活塞進行周而復始的往復運動，實現沖擊+回轉鉆進工藝，從而提高煤礦井下硬巖鉆進的效率，而其傳動介質與沖洗介質統一，可完全避免煤礦巷道內粉塵污染，顯著提高工作環(huán)境的質量。
[0012]本實用新型的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導。本實用新型的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中:
[0014]圖1為本實用新型鉆具剖視圖；
[0015]圖2為配流閥塊結構示意圖；
[0016]圖3為沖擊活塞處于沖程工作位置示意圖；
[0017]圖4為沖擊活塞處于回程工作位置示意圖；
[0018]圖5為圖1的8-8剖視圖；
[0019]圖6為圖1的0(:剖視圖；
[0020]圖7為圖1的0-0剖視圖。

【具體實施方式】
[0021]以下將參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護范圍。
[0022]如圖所示，本實施例的沖擊鉆具，包括沿軸向依次設置的沖擊鉆頭1、花鍵套2、卡環(huán)3、下支撐環(huán)4、中間支撐環(huán)5、沖擊活塞6、殼體7、配流閥塊8、內支撐9、配流閥、過濾器12和后接頭13 ；所述沖擊活塞為中空結構，其中間通道作為回水通道，沖擊活塞前端與下支撐環(huán)配合，后端與配流閥塊、內支撐配合，所述沖擊活塞與下支撐環(huán)、配流閥塊、內支撐之間配合表面均為間隙配合，并開有均壓槽，上述均壓槽分別形成活塞前腔體、活塞中間腔體和活塞后腔體，所述沖擊活塞可在上述腔體內進行軸向往復運動；所述配流閥設置在配流閥塊末端的通孔內，所述煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具通過后接頭與鉆桿進行連接；所述配流閥塊的外壁設置有凹形流道孔，所述配流閥塊端面還設置有圓形流道孔和信號孔，其中凹形流道孔、圓形流道孔、信號孔之間均勻間隔設置；所述配流閥包括閥芯11和閥套10，所述閥芯與閥套之間設置有配流閥前腔體、配流閥中間腔體和配流閥后腔體，所述配流閥后腔體端面面積大于配流閥中間腔體端面面積，所述配流閥前腔體與活塞后腔體連通；所述配流閥中間腔體與凹形流道孔連通；所述配流閥后腔體與信號孔連通。
[0023]本實施例中的零件沿軸向布置，并且所有流道設計為360。周向布置；所述沖擊活塞、配流閥塊、配流閥芯均為中空結構，以同一軸線放置于殼體內；所述閥芯可在水壓的作用下處于左位和右位，切換高壓水經過配流閥塊流道孔交替進入沖擊活塞后腔體，驅動沖擊活塞高頻往復運動；所述壓驅動沖擊鉆具通過后接頭與鉆桿進行連接。
[0024]本實施例中，圖1為沖擊鉆具的剖視圖，圖2配流閥塊斜視圖，參考圖1、圖1可知配流閥塊各個流道孔的空間位置；圖3、圖4是為了對沖擊鉆具工作過程描述方便，將配流閥塊上的流道孔簡化為液壓管路，圖3為沖擊活塞處于沖程工作位置示意圖，圖4為沖擊活塞處于回程工作位置示意圖。
[0025]參考圖1，后接頭13開有錐形內螺紋1302，與鉆桿進行連接，另一端與鉆桿通過管制米螺紋進行連接，由高壓水泵提供的高壓水經鉆桿到達后接頭13，經孔道1301進入到水壓驅動沖擊鉆具內。后接頭13作為過濾器12的軸向定位，高壓水經過濾器12過濾后到達環(huán)形腔體1201。
[0026]參考圖1和圖3，配流閥套10置于配流閥塊8內，用螺塞進行定位，配流閥芯11置于配流閥套10內，能夠軸向運動，處于左位和右位，與配流閥套10的臺肩形成前配流腔體1102、中配流腔體1103和后配流腔體1105，配流閥芯11上開有8個圓形孔道1101，閥芯處于左位時，孔1101關閉，閥芯處于右位時，孔1101打開。
[0027]參考圖1和圖2，配流閥塊有8個360。均布的凹形流道801、802，有4個360。均布的圓形流道孔803，有4個360°均布的信號孔804、805，其中凹形流道孔與圓形流道孔間隔22.5。，信號孔與凹形流道孔間隔22.5。，與圓形流道孔間隔45。。前述各孔徑均開有工藝孔，開沉孔，用螺塞堵住。
[0028]參考圖1、圖2、圖3:配流閥塊的8個凹形流道孔分為兩個部分:第一部分流道孔801通向配流閥中間腔體1103，第二部分流道孔802連通配流閥閥芯前腔體1102和沖擊活塞后腔體603 ；4個圓形流道孔803連通沖擊活塞前腔體601 ；2個信號孔804連通配流閥后腔體1105與沖擊活塞中間腔體602，信號孔804分為兩部分806、807，兩者有一定的間距；2個信號孔805連通沖擊活塞中間腔體602與中間回水通道902。
[0029]參考圖3，以活塞撞擊鉆頭尾端的時刻為起始零點，將沖擊活塞初步分加速回程、回程制動、沖程等三種運動狀態(tài)。
[0030]加速回程運動過程:高壓水經過后接頭13、過濾器12到達環(huán)形腔體1201，分為兩路:一路經凹形流道孔801到達配流閥中間配流腔體1103，一路經圓形流道孔803到達沖擊活塞前腔體601 ；此時，配流閥后腔體1105經信號孔804、信號孔806、信號孔805、孔901與回水通道902連通，處于低壓，由于配流閥中間配流腔體端面1104處于高壓，使得配流閥芯處于右位；沖擊活塞后腔體603經流道孔802、配流閥前腔體1102、圓形孔道1101連通回水通道902，處于低壓；沖擊活塞6在沖擊活塞前腔體601的高壓下向右做加速回程運動。
[0031]回程制動運動過程:參考圖4，當沖擊活塞前腔體601的臺肩面604越過信號孔807時，信號孔806關閉，高壓水經信號孔807、信號孔804到達配流閥后腔體1105，處于高壓，由于配流閥后腔體端面1106的受壓面積大于配流閥中間腔體端面1104的受壓面積，配流閥處于左位；此時，配流閥前腔體1102與配流閥中間腔體1103連通，圓形孔道1101關閉，高壓水經配流閥中間腔體1103、配流閥前腔體1102、孔802到達沖擊活塞后腔體603，由于沖擊活塞后腔體端面605面積大于沖擊活塞前腔體604面積，沖擊活塞6在差動壓力下做減速運動，即回程制動運動狀態(tài)。
[0032]沖程加速運動狀態(tài):參考圖3、圖4，當沖擊活塞6的速度減小至0后，開始做沖程加速運動，直至沖擊活塞中間腔體端面606越過信號孔806時，信號孔806、信號孔805連通，配流閥后腔體1105經信號孔804、信號孔806、信號孔805、內支撐孔901、回水通道902泄壓，配流閥閥芯11在配流閥中間腔體端面1104的壓力推動下迅速回到右位，沖程階段結束。此時，沖擊活塞正好沖擊鉆頭，輸出沖擊能，破碎巖石。而沖擊機構再次恢復初始狀態(tài)，活塞進入到下一次循環(huán)的回程動作。
[0033]本實施例的沖擊鉆具，可連接鉆桿，置于孔底，接通高壓水，配流閥通過配流信號孔的作用，進行左位和右位的切換，使得活塞后腔體交替接通高壓水和低壓回水，從而使得沖擊活塞進行周而復始的往復運動，實現沖擊+回轉鉆進工藝，從而提高煤礦井下硬巖鉆進的效率，而其傳動介質與沖洗介質統一，可完全避免煤礦巷道內粉塵污染，顯著提高工作環(huán)境的質量。
[0034]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，其特征在于:包括沿軸向依次設置的沖擊鉆頭、花鍵套、卡環(huán)、下支撐環(huán)、中間支撐環(huán)、沖擊活塞、殼體、配流閥塊、內支撐、配流閥、過濾器和后接頭；所述沖擊活塞為中空結構，其中間通道作為回水通道，沖擊活塞前端與下支撐環(huán)配合，后端與配流閥塊、內支撐配合，所述沖擊活塞與下支撐環(huán)、配流閥塊、內支撐之間配合表面均為間隙配合，并開有均壓槽，上述均壓槽分別形成活塞前腔體、活塞中間腔體和活塞后腔體，所述沖擊活塞可在上述腔體內進行軸向往復運動；所述配流閥設置在配流閥塊末端的通孔內，所述煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具通過后接頭與鉆桿進行連接。
2.根據權利要求1所述的煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，其特征在于:所述配流閥塊的外壁設置有凹形流道孔，所述配流閥塊端面還設置有圓形流道孔和信號孔，其中凹形流道孔、圓形流道孔、信號孔之間均勻間隔設置。
3.根據權利要求2所述的煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，其特征在于:所述配流閥包括閥芯和閥套，所述閥芯與閥套之間設置有配流閥前腔體、配流閥中間腔體和配流閥后腔體，所述配流閥后腔體端面面積大于配流閥中間腔體端面面積，所述配流閥前腔體與活塞后腔體連通；所述配流閥中間腔體與凹形流道孔連通；所述配流閥后腔體與信號孔連通。
4.根據權利要求3所述的煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，其特征在于:所述閥芯也為中空結構，其前端設置有圓形孔道，連通配流閥前腔體和中間回水通道，后端面堵死，中間通道為回水通道。
5.根據權利要求4所述的煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，其特征在于:所述配流閥塊的凹形流道孔分為兩個部分，中間斷開，第一部分通向配流閥中間腔體，第二部分連通配流閥前腔體和活塞后腔體。
6.根據權利要求5所述的煤礦硬巖鉆進水壓驅動沖擊鉆具，其特征在于:所述配流閥塊設置有8個圓形流道孔和4個信號孔，其中4個圓形流道孔連通沖擊活塞前腔體，另外4個連通配流閥前腔體和活塞后腔體；2個信號孔連通配流閥后腔體與活塞中間腔體；2個信號孔連通活塞中間腔體與中間回水通道。
【文檔編號】E21B1/26GK204152421SQ201420561729
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】陳澤平, 楊林, 朱利民, 周雪, 任曉華, 余民姚, 郝少楠, 郭向勇, 楊洋, 蔡頂春 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司