本發(fā)明涉及井下煤礦機械設備領域，具體為一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥。

背景技術：

隨著煤層鉆孔深度的增加，煤層之間的應力也逐漸增大，普通的小鉆頭打的瓦斯抽放孔很容易被煤層之間的應力擠壓回去，大大降低了瓦斯抽放的效率。水力鉆孔技術自上世紀80年代被發(fā)現(xiàn)以后直到現(xiàn)在才逐漸被應用到煤層開采中去。但是由于水力鉆孔作業(yè)方式在沖孔時需要將鉆桿拔出，換成沖孔設備，才能實現(xiàn)水力沖孔。這些設備大多比較笨重，附件較多，工序復雜且二次導入鉆桿時會因塌孔等原因造成導入不順利，嚴重影響瓦斯抽采工作，造成了鉆進效率低下工人勞動強度增大，井下生產(chǎn)效率等各方面的不良影響。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述水力沖孔作業(yè)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，絞龍能夠自動排粉，改變水流的壓力可實現(xiàn)鉆孔與沖孔功能間的轉(zhuǎn)換，單向閥解決了打鉆與沖孔過程中時常出現(xiàn)的煤水逆流問題。

本發(fā)明為了解決上述問題所采取的技術方案為：一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，包括外壁帶有絞龍的閥體，閥體中具有供水流流通的中心通道，閥體沿沖孔方向的首端設有鉆頭連接頭，閥體沿沖孔方向的尾端設有多個貫穿閥體側壁并置于中心通道內(nèi)的射流噴頭，所述鉆頭連接頭具有與中心通道相貫通的通孔，通孔尾端與中心通道相接處固定設置有供水流單向流入通孔內(nèi)的單向閥，通孔首端設置有濾網(wǎng)，所述中心通道尾部處設置有環(huán)形限位凸起，閥體位于鉆頭連接頭與環(huán)形限位凸起之間的中心通道內(nèi)設置有高低壓水流切換機構；

所述高低壓水流切換機構包括活塞筒以及滑動插設在活塞筒內(nèi)的活塞閥，活塞筒與活塞閥均為沿沖孔方向首端密封、尾端敞開的筒體，活塞筒尾部側壁開設有與射流噴頭相互貫通的高壓射流孔；活塞筒的筒體與中心通道之間形成低壓水流通道，活塞筒的側壁開設有與低壓水流通道連通的低壓水流通孔Ⅰ，活塞閥的側壁開設有低壓水流通孔Ⅱ，活塞閥通過設置在活塞筒筒體內(nèi)的彈性件與活塞筒密封端的底壁連接，且在彈性件自然狀態(tài)下，低壓水流通孔Ⅱ與低壓水流通孔Ⅰ相互貫通，而活塞閥的閥壁末端密封高壓射流孔，并在水壓增大時，活塞閥前移壓縮彈性件后封閉低壓水流通孔Ⅱ，打開高壓射流孔。

作為優(yōu)選的，所述單向閥由具有一梯形通腔的單向閥座和設置在梯形通腔中的鋼球構成，梯形通腔的大口端朝向沖孔方向設置，且梯形通腔與通孔及中心通道相連通。

作為優(yōu)選的，所述通孔中位于單向閥首尾兩端處設置有用于固定單向閥的且可通過水流的擋板和限位擋圈。

作為優(yōu)選的，所述鉆頭連接頭尾端螺紋連接在閥體內(nèi)，鉆頭連接頭首端設置有用于連接鉆頭的公接頭，且公接頭的長度不大于35毫米。

作為優(yōu)選的，所述活塞筒首端通過絲堵密封。

作為優(yōu)選的，所述活塞筒的兩端均具有與中心通道內(nèi)徑匹配的連接凸部，活塞筒位于兩個連接凸部之間的筒體外徑小于中心通道內(nèi)徑，低壓水流通孔Ⅰ設置在活塞筒筒體上相鄰活塞筒尾端連接凸部的位置處，高壓射流孔設置在活塞筒尾端的連接凸部上。

作為優(yōu)選的，所述活塞筒的敞口端處設置有用于限制活塞閥位置的限位擋圈。

作為優(yōu)選的，所述濾網(wǎng)位于鉆頭連接頭首端的一側設置有用于固定濾網(wǎng)的限位擋圈。

作為優(yōu)選的，所述活塞筒兩端與中心通道之間以及活塞閥兩端與活塞筒之間均設置有密封圈。

作為優(yōu)選的，所述閥體沿沖孔方向的尾端設有用于連接鉆桿的母接頭。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

第一，本發(fā)明所述的一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，以水壓作為動力的高低壓水流切換機構可使切換閥集打鉆、沖孔為一體，實現(xiàn)鉆孔與沖孔一體化，解決了常規(guī)設備中打鉆與沖孔轉(zhuǎn)換更換零配件較多、工人勞動強度大、效率低下的問題，且結構簡單，操作時僅需改變水流壓力，操作極其方便。

第二，本發(fā)明所述的一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，閥體外壁的絞龍在切換閥工作鉆孔狀態(tài)下能夠?qū)⒚悍垩刂g龍的螺旋方向自動排出，避免煤粉在鉆孔中的堆積。

第三，本發(fā)明所述的一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，水流通過切換閥流向煤層鉆孔中，水流與煤粉混合一起形成煤泥，單向閥可有效防止煤泥逆流進入到鉆頭連接頭內(nèi)，保證高低壓水流切換機構的正常工作。

第四，本發(fā)明所述的一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，鉆頭連接頭首端的公接頭相比現(xiàn)有的常規(guī)的用于連接鉆頭的公接頭來說，鉆頭連接頭首端的公接頭的長度要明顯比常規(guī)的公接頭短，在制造相同扭矩且不喪失穩(wěn)固性的情況下，長度較短的公接頭更容易拆卸，提高鉆孔作業(yè)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥中閥體的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥中高低壓水流切換機構的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥中鉆頭連接頭的結構示意圖；

圖中標記：1、閥體，101、射流噴頭，102、母接頭，2、環(huán)形限位凸起，3、鉆頭連接頭，301、通孔，302、擋板，303、公接頭，4、活塞筒，401、高壓射流孔，402、低壓水流通孔Ⅰ，403、連接凸部，5、活塞閥，501、低壓水流通孔Ⅱ，6、彈性件，7、低壓水流通道，8、單向閥，801、單向閥座，802、鋼球，9、濾網(wǎng)，10、絲堵，11、限位擋圈，12、密封圈。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。

如圖所示，本發(fā)明為一種水力擴孔造穴用單向過濾式自排粉高低壓水流切換閥，包括外壁帶有絞龍的閥體1，閥體1中具有供水流流通的中心通道，閥體1沿沖孔方向的首端設有鉆頭連接頭3，閥體1沿沖孔方向的尾端設有多個貫穿閥體1側壁并置于中心通道內(nèi)的射流噴頭101，所述鉆頭連接頭3具有與中心通道相貫通的通孔301，通孔301尾端與中心通道相接處固定設置有供水流單向流入通孔301內(nèi)的單向閥8，通孔301首端設置有濾網(wǎng)9，所述中心通道尾部處設置有環(huán)形限位凸起2，環(huán)形限位凸起2實際上是環(huán)繞中心通道內(nèi)壁的一圈凸部，閥體1位于鉆頭連接頭3與環(huán)形限位凸起2之間的中心通道內(nèi)設置有高低壓水流切換機構；

所述高低壓水流切換機構包括活塞筒4以及滑動插設在活塞筒4內(nèi)的活塞閥5，活塞筒4與活塞閥5均為沿沖孔方向首端密封、尾端敞開的筒體，活塞筒4尾部側壁開設有與射流噴頭101相互貫通的高壓射流孔401；活塞筒4的筒體與中心通道之間形成低壓水流通道7，活塞筒4的側壁開設有與低壓水流通道7連通的低壓水流通孔Ⅰ402，活塞閥5的側壁開設有低壓水流通孔Ⅱ501，活塞閥5通過設置在活塞筒4筒體內(nèi)的彈性件6與活塞筒4密封端的底壁連接，且在彈性件6自然狀態(tài)下，低壓水流通孔Ⅱ501與低壓水流通孔Ⅰ402相互貫通，而活塞閥5的閥壁末端密封高壓射流孔401，并在水壓增大時，活塞閥5前移壓縮彈性件6后封閉低壓水流通孔Ⅱ501，打開高壓射流孔401。

以上為本發(fā)明的基本實施方式，可在以上基礎上作進一步的改進、優(yōu)化或限定。

進一步的，所述單向閥8由具有一梯形通腔的單向閥座801和設置在梯形通腔中的鋼球802構成，單向閥座801的外徑大小與通孔301內(nèi)徑相匹配，梯形通腔的大口端朝向沖孔方向設置，且梯形通腔與通孔301及中心通道相連通。

進一步的，所述通孔301中位于單向閥8首尾兩端處設置有用于固定單向閥8的且可通過水流的擋板302和限位擋圈11，擋板302和限位擋圈11均為圓環(huán)狀結構，中間的敞孔與通孔301和中心通道連通，用于水流的通過。

進一步的，所述鉆頭連接頭3尾端螺紋連接在閥體1內(nèi)，鉆頭連接頭3首端設置有用于連接鉆頭的公接頭303，且公接頭303的長度不大于35毫米，實際應用中將公接頭的長度設置為30毫米。

現(xiàn)有的常規(guī)的用于連接鉆頭的公接頭，其長度一般為55毫米，日常的拆卸較為耗時，且螺紋長度較長的情況下旋進的力便越大，拆卸費力，現(xiàn)將公接頭的長度設置為30毫米，相比常規(guī)的其長度縮減了將近一半，且通過反復的實踐證明，30毫米的公接頭在相同動力的前提下所帶來的扭矩以及連接的穩(wěn)固性相比55毫米的傳統(tǒng)公接頭，并未受到太大的影響，即，在相同動力下，30毫米的公接頭與55毫米的傳統(tǒng)公接頭均能傳遞同等的扭矩以及具有同等的穩(wěn)固性。最重要的是，30毫米的公接頭在鉆頭拆卸時更加省時省力。

進一步的，所述活塞筒4首端通過絲堵10密封。

進一步的，所述活塞筒4的兩端均具有與中心通道內(nèi)徑匹配的連接凸部403，活塞筒4位于兩個連接凸部403之間的筒體外徑小于中心通道內(nèi)徑，低壓水流通孔Ⅰ402設置在活塞筒4筒體上相鄰活塞筒尾端連接凸部403的位置處，高壓射流孔401設置在活塞筒尾端的連接凸部403上。

進一步的，所述活塞筒4的敞口端處設置有用于限制活塞閥5位置的限位擋圈11。

進一步的，所述濾網(wǎng)9位于鉆頭連接頭3首端的一側設置有用于固定濾網(wǎng)9的限位擋圈11。

進一步的，所述活塞筒4兩端與中心通道之間以及活塞閥5兩端與活塞筒4之間均設置有密封圈12。

進一步的，所述閥體1沿沖孔方向的尾端設有用于連接鉆桿的母接頭102。

在正常打鉆過程中，水的流速及壓力比較低，水流先經(jīng)閥體1內(nèi)的中心通道進入活塞閥5，此時水壓不足以壓縮彈性件6，活塞閥5的低壓水流通孔Ⅱ501與活塞筒4的低壓水流通孔Ⅰ402相互貫通，且活塞閥5的閥壁末端密封高壓射流孔401，整個割煤裝置處于低壓水流沖洗冷卻狀態(tài)，水流先后經(jīng)低壓水流通孔Ⅱ501、低壓水流通孔Ⅰ402后流入低壓水流通道7，并經(jīng)低壓水流通道7穿過單向閥8進入到鉆頭連接頭3的通孔301中后通過濾網(wǎng)9，流向與切換閥相連接的鉆頭中，流向鉆頭的水流可對鉆頭進行水力冷卻，水流流出后可對煤層壁進行沖刷，且在水流對煤層壁沖刷過程中，單向閥8可有效防止煤水逆流進入到鉆頭連接頭3內(nèi)。

在鉆頭冷卻環(huán)節(jié)運用小孔節(jié)流的原理：水流通過濾網(wǎng)9后，水流遇到突然變窄的斷面，由于存在阻力使水流的壓力急劇下降，其所對應的蒸發(fā)溫度也會相應下降，因此液體就會在較低溫度下蒸發(fā)，蒸發(fā)過程吸收本身的熱量，從而對鉆頭8進行冷卻。

在沖孔造穴過程中，加大水流的壓力與流速，水流先經(jīng)閥體1內(nèi)的中心通道進入活塞閥5，此時水壓沖撞活塞閥5密封墊的力足以壓縮彈性件6，彈性件6收縮，活塞閥5前移，活塞閥5的低壓水流通孔Ⅱ501與活塞筒4的低壓水流通孔Ⅰ402失去貫通的狀態(tài)，關閉水流的前進通道，至活塞閥5的閥壁末端脫離對高壓射流孔401的密封，此時，高壓射流孔401和射流噴頭101與閥體1的中心通道處于相互貫通的狀態(tài)，高壓的水流經(jīng)過高壓射流孔401和射流噴頭101后對煤層進行高壓沖孔造穴。

高壓沖孔造穴過程中，低壓水流的通路關閉，單向閥8沒有了水流的推動，就會關閉通道，防止煤水通過鉆頭出水孔進入鉆頭連接頭3內(nèi)影響活塞式水流換向器的使用。

使用中，將切換閥母接頭與常規(guī)的鉆桿連接，切換閥首端鉆頭連接頭3上的公接頭連接鉆頭，進行打鉆作業(yè)。在打鉆過程中，閥體1外側的絞龍會對礦石及煤粉進行自動排出，防止其影響鉆孔效率。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例描述如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述所述技術內(nèi)容作出的些許更動或修飾均為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。