[發明專利]一種水力機械造穴裝置、使用方法、及造穴工藝

有效

• 申請號: 202011643380.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112832729B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 仇海生;趙洪瑞;曹垚林;徐成;王貝;曲曉明;石磊;楊春麗;李向前;王立東;賈艷武;倪興;董全
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團沈陽研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00;F16K1/00;F16K15/18
• 代理公司: 沈陽易通專利事務所 21116
• 代理人: 于麗麗

1.一種水力機械造穴裝置，其特征在于：包括切割體、移動塊、活塞桿、活塞、無縫鋼管、導流轉換閥、第一缸筒、第二缸筒和復位彈簧，其中切割體包括導向鉸接軸、切割體外殼、切割體連接頭、以及兩組前切割臂和后切割臂，所述移動塊安裝在切割體外殼內的尾部，移動塊可在切割體外殼直線移動，兩組前切割臂和后切割臂分別位于切割體外殼的對向兩側，移動塊與后切割臂尾端相鉸接，所述后切割臂前端與前切割臂后端通過導向鉸接軸相鉸接，前切割臂后端與切割體外殼前部相鉸接，所述第二缸筒包括固定套、支撐端蓋和第二缸筒外殼，第二缸筒外殼前端與切割體外殼后端對接，支撐端蓋固定安裝在第二缸筒外殼內的前段處，固定套設置在第二缸筒外殼內的后端處，所述活塞桿置于第二缸筒外殼內，活塞桿尾端與活塞固定連接，活塞桿的前段穿過支撐端蓋與移動塊固定連接，所述無縫鋼管插裝在活塞桿以及切割體內部，且無縫鋼管前端延伸至切割體前端，無縫鋼管后端延伸第二缸筒的后端，所述復位彈簧套裝在活塞桿的外部，復位彈簧的前段抵接在支撐端蓋的后端面，復位彈簧的后端抵接在活塞的前端面，導流轉換閥安裝在第一缸筒內，第一缸筒前端與第二缸筒的尾端對接，導流轉換閥的兩個出水口分別與無縫鋼管的尾端和活塞后端空間連通；

在第一狀態時，外接壓力水通過導流轉換閥對無縫鋼管輸出水流；在外接壓力水的壓力達到閾值后，達到第二狀態，在第二狀態時，導流轉換閥輸出的壓力水推動活塞、活塞桿和移動塊同步前移，使前切割臂和后切割臂沿其鉸接處折疊并突出切割體外殼；

所述導流轉換閥包括閥芯、彈簧、閥套、和閥套導水孔，其中閥套與第一缸筒之間形成間隙，閥芯位于閥套內并可沿閥套軸向滑動，閥芯上設有閥套低壓孔和閥套高壓孔，彈簧兩端分別抵接在閥芯的前段以及閥套內，閥套內具有閥腔，閥套導水孔位于閥套的前端；在第一狀態時，所述閥芯未移動，閥套高壓孔處于閉合狀態，閥套低壓孔通過閥腔、閥套導水孔與無縫鋼管連通；在第二狀態時，閥芯軸向移動，閥套低壓孔、閥套高壓孔同時導通，閥套高壓孔通過閥腔、閥套與第一缸筒之間間隙后與活塞尾部空腔連通。

2.根據權利要求1所述的水力機械造穴裝置，其特征在于：所述前切割臂和后切割臂外表面安裝有合金鉆頭。

3.根據權利要求1所述的水力機械造穴裝置，其特征在于：所述切割體內部的無縫鋼管外壁開設有用于排渣、弱化煤壁、清洗切割臂的射流噴孔。

4.根據權利要求1所述的水力機械造穴裝置，其特征在于：所述導流轉換閥包括閥芯、彈簧、閥套、和閥套導水孔，其中閥套與第一缸筒之間形成間隙，閥芯位于閥套內并可沿閥套軸向滑動，閥芯上設有閥套低壓孔和閥套高壓孔，彈簧兩端分別抵接在閥芯的前段以及閥套內，閥套內具有閥腔，閥套導水孔位于閥套的前端，固定套上設有固定套單向閥孔；在第一狀態時，所述閥芯未移動，閥套高壓孔處于閉合狀態，閥套低壓孔通過閥腔、閥套導水孔與無縫鋼管連通；在第二狀態時，閥芯軸向移動，閥套低壓孔閉合，閥套高壓孔導通，閥腔、閥套與第一缸筒之間間隙后與活塞尾部空腔連通，且閥套高壓孔通過固定套單向閥孔與無縫鋼管尾端連通。

5.一種水力機械造穴裝置的使用方法，使用如權利要求1-4任一項所述的水力機械造穴裝置，其特征在于：

步驟11，將預定尺寸合金鉆頭與切割體前端相連，第一缸筒后端與鉆桿連接，末節鉆桿通過高壓膠管與清水泵站相連；

步驟12，開啟清水泵站注水，控制水壓小于切割臂張開閾值，通過高壓膠管、水尾、鉆桿、導流轉換閥、固定套、無縫鋼管向合金鉆頭注水，進而利用鉆進系統，在煤體內施工預定尺寸鉆孔；

步驟13，利用鉆進系統將水力機械造穴裝置推送至預定造穴位置，利用鉆進系統帶動水力機械裝置旋轉的同時，調升清水泵站注水壓力超過切割臂張開閾值，向合金鉆頭注水排渣的同時，通過高壓膠管、水尾、鉆桿、導流轉換閥、固定套向第二缸筒內注入高壓水并作用于活塞，帶動活塞桿沿著第二缸筒軸向移動，帶動移動塊沿著切割體軸向移動，進而帶動前切割臂、后切割臂張開，切割臂逐漸張開并旋轉切割煤壁；

步驟14，完成預定位置造穴后，調低清水泵站注水壓力小于切割臂張開閾值，活塞在復位彈簧作用下回位至初始位置，帶動切割臂收回；利用鉆進系統將水力機械造穴裝置推送至下一預定造穴位置，重復上述步驟，完成煤層多段造穴增透。