CN100485163C - 一种煤层瓦斯抽放方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矿煤层瓦斯抽放方法及装置，属煤矿安全领域，其目的在于延长钻头寿命，提高钻进深度及速度，增强瓦斯抽采过程中的安全性以及提高煤层的透气性；其特征在于该方法主要按如下顺序步骤进行：启动高压水泵，调节阀门，钻机推进、钻孔，调节阀门，钻机旋转，切槽，关闭高压水泵；该方法涉及的煤层瓦斯抽放装置主要包括高压水泵、混合室、磨料罐、高压密闭旋转器、钻机、钻杆和多功能钻头；利用多相振荡射流切割和破碎煤层，进行钻孔和切槽，其动力效应诱发煤层裂隙场的演化，使得煤层透气性增加，产生的煤渣十分细小，可随回水快速排出，避免了抱钻、喷孔现象，可用于不同煤质煤层的瓦斯抽放和提高瓦斯抽放量。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿煤层瓦斯抽放方法及装置，属煤矿安全领域，特别适用于煤矿低透气性煤层的瓦斯抽放。
背景技术
我国是世界上最大的产煤国，同时也是发生煤矿灾害事故最严重的国家，瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，袁亮的“开采煤层顶板瓦斯抽放的方法(专利号：CN1532374)”，柴兆喜的“轮辐状煤孔布置的独立瓦斯抽放矿井(专利号：CN2903390)”，主要是通过改变钻孔布置方式，来提高瓦斯的抽采量，但是存在着钻孔深度浅、钻孔密度大、排放瓦斯的有效范围小等缺点，且在软煤和突出煤层中打钻往往造成塌孔、夹钻、顶钻、喷孔现象以及由于钻头、钻杆和煤岩的摩擦作用，导致钻头钻杆温度过高而加速了钻头的磨损速度。由于煤层的透气性低，现有的钻进方法的抽放效果不理想，和煤矿瓦斯灾害治理对瓦斯抽放的要求相比，我国煤矿瓦斯抽放效果有待提高。
发明内容：
本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种煤层瓦斯抽放方法及装置。以避免卡钻并防止钻头与煤岩摩擦产生高温或火花而导致瓦斯燃烧事故、延长钻头寿命、提高钻进深度及速度以及提高煤层透气性。
为了实现上述发明目的，本发明技术方案为：
一种煤层瓦斯抽放方法，包括钻孔和切槽两个部分，其特征在于由钻头上轴向振荡喷嘴产生的多相振荡射流先切割和破碎煤体，钻进导向孔，切削钻头上的切削刀具进一步研磨煤渣并将导向孔扩大，当钻孔至规定深度后开始回退，通过轴/径向射流切换，由径向振荡喷嘴产生的多相振荡射流再进行径向切槽。是一种集钻孔、固孔、切槽、冲屑、水动力致裂为一体的瓦斯抽放方法。
该方法按如下顺序步骤进行：
(1)准备煤层瓦斯抽放装置工作条件：检查多相振荡射流煤层瓦斯抽放装置中各连接管路的牢固和密封，使高压水泵距离煤层施钻点3～10m；
(2)启动高压水泵2：高压水泵2的工作流量为50～300L/min，工作压力为5～40MPa；
(3)调节阀门：先开第一截止阀8，再开第二截止阀6，后开第三截止阀4，使高压水经过高压水管进入混合室5与磨料罐7来的磨料混合后，经过高压密闭旋转器13，再通过钻杆9，经由轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2形成多相振荡射流喷出；
(4)钻机推进、钻孔：轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2产生的多相振荡射流先切割和破碎煤层，并在煤层中钻进导向孔，通过切削钻头10-2上的切削刀具10-1将切割、破碎后的煤研磨，并将导向孔扩大成瓦斯抽放孔，研磨后粒径为0.1～5mm煤颗粒随回水快速排出；轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2喷出的多相振荡射流在钻孔内产生的1～10Mpa的准静压力支撑瓦斯抽放孔孔壁；钻进每1根钻杆后，关闭第三截止阀4，停止钻机推进、旋转，加钻杆9，每加一根钻杆9，依次重复步骤3，4；
(5)判断钻机是否继续钻进：当已钻进深度未达到20～300m时，则继续钻进，重复步骤3，4；当已钻进深度达到20～300m时，则停止钻进，关闭第三截止阀4，停止钻机推进、旋转，将轴/径向射流切换阀芯10-5置入阀体10-6孔内，关闭轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2；
(6)调节阀门：停止钻进后，退钻杆9，钻杆9每退0.5～10m，开第三截止阀4；
(7)钻机旋转，切槽：停止退钻杆，高压水通过钻杆9，经径向振荡喷嘴10-6-1形成多相振荡射流喷出，旋转钻杆9，让多相振荡射流沿瓦斯抽放孔径向在煤层进行环状切槽，切槽时间为0.5～20min；切完一个槽后，关闭第三截止阀4，停止钻机12旋转，继续切槽，每切一次槽，依次重复步骤6，7；
(8)判断钻机是否继续切槽：当已切槽的数目未达到2～600个时，则继续切槽，重复步骤6，7；当已切槽的数目达到2～600个时，则停止切槽，关闭第三截止阀4，停止钻机12旋转；
(9)终孔：关闭高压水泵。
一种实现上述方法的煤层瓦斯抽放装置，该装置包括水箱1、高压水泵2、溢流阀3、第三截止阀4、混合室5、第二截止阀6、磨料罐7、第一截止阀8、高压密闭旋转器13、钻机12、钻杆9、钻头10的切削刀具10-1和连接管路；其特征在于钻头10为多功能钻头，该钻头的后端与钻杆9的前端可拆卸连接，多功能钻头包括切削刀具10-1，切削钻头10-2，隔板10-3，保压单向阀芯10-4，轴/径向射流切换阀芯10-5和阀体10-6，切削刀具与切削钻头前端翼固定连接；切削钻头10-2外形为柱体，从切削钻头10-2的翼根处端面到其后端面之间的纵轴上，依次有轴向振荡喷嘴10-2-1和与该轴向振荡喷嘴的纵轴夹角为0～30°的1～6个均匀分布在同一圆周上的辅助振荡喷嘴10-2-2，柱形孔和切削钻头连接孔，轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2与柱形孔相通，柱形孔与切削钻头连接孔相通；从轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2的端面到柱形孔的孔底依次有直径0.5～8mm、高0.5～60mm的圆形孔，直径1～24mm、高0.35～48mm的自激振荡腔室，直径0.25～6mm、高5～48mm的圆形孔，锥度0～30°、高0.5～48mm的圆台形孔和直径0.5～8mm，高0.5～48mm的圆形通孔；阀体10-6外形为柱体，阀体10-6前端与切削钻头连接孔可拆卸连接，从阀体10-6的前端面到其后端面之间的纵轴上，依次有直径10～16mm，高10～16mm的保压单向阀腔10-6-3，直径2～11mm，高10～50mm的柱形孔，直径10～30mm，高20～100mm的轴/径向射流切换阀腔，第一密封槽10-6-2和阀体连接孔；保压单向阀腔、柱形孔、轴/径向射流切换阀腔和阀体连接孔相通；在阀体10-6的轴/径向射流切换阀腔内壁上垂直于阀体10-6纵轴线方向，开有1～4个径向振荡喷嘴10-6-1，该喷嘴轴线距轴/径向射流切换阀腔的孔底10～16mm并与轴/径向射流切换阀腔相通，从径向振荡喷嘴10-6-1的外端到轴/径向射流切换阀腔内壁依次有直径0.5～8mm、高0.5～60mm的圆形孔，直径1～24mm、高0.35～48mm自激振荡腔室，直径0.25～6mm、高5～48mm的圆形孔，锥度0～30°、高0.5～48mm的圆台形孔和直径0.5～8mm，高0.5～48mm的圆形通孔；隔板10-3为高2～10mm的圆柱体，其内均匀分布有5～21个直径5～10mm的通孔，并与阀体10-6前端固定连接；保压单向阀芯10-4为一直径6～12mm的表面光滑球体，活动位于保压单向阀腔内，当本钻头10工作时，保压单向阀芯10-4由于压差被推至隔板10-3的开阀位置，高压多相流体通过；当钻杆里的高压多相流体卸压时，保压单向阀芯10-4由于压差反向闭锁，使本钻头顶部始终处于高压状态；轴/径向射流切换阀芯10-5为一直径6～12mm且表面有两条相互垂直相交环形槽的球体，该环形槽深0.5～4mm，宽0.5～4mm，当钻头进行径向切槽时，将该阀芯置入轴/径向射流切换阀腔，工作时，轴/径向射流切换阀芯10-5两侧压差使其锁闭，轴/径向射流切换阀芯10-5两条相互垂直相交的环形槽保证钻头径向振荡喷嘴10-6-1和轴向振荡喷嘴10-2-1同时有高压水流；在钻杆9连接孔底加工了第二密封槽9-1并在该密封槽内安装了密封垫圈。
本发明是这样实现发明目的的：钻孔过程中，钻头上的轴向振荡喷嘴产生的多相振荡射流破碎煤岩，钻进导向孔，切削钻头上的切削刀具进一步研磨煤渣并将导向孔扩大，与原技术相比，减弱了切削钻头的受力，提高了切削钻头的寿命，加之水本身具有冷却作用，从根本上解决了钻头温度过高而导致的事故，钻进过程所需要的扭矩和推力大幅度降低，钻进设备的负荷大大降低，有利于钻成更深孔，使钻孔保持平直，可以有效的解决采用风钻钻孔时由于钻孔深度浅而导致钻孔密度大的问题，提高了钻孔的工效。当钻孔至规定深度后开始回退，通过轴/径向射流切换，由径向振荡喷嘴产生的多相振荡射流再进行径向切槽。由于在钻孔、切槽过程中，煤渣是是以细小的煤粒的形式与水排除钻孔，这就提高了排渣的顺畅性，并起到了降尘的作用，同时改善了施工现场的作业环境。多相振荡射流在钻孔内产生的准静压作用支撑孔壁，实现固孔作用，多相振荡射流的冲击、振动、气蚀等动力效应诱发煤体应力场和裂隙场动态演化，使得煤体裂隙率增大，煤层透气性增加，同时促进吸附瓦斯快速解析为游离瓦斯，从而提高了瓦斯抽放量。
本发明具有的以下技术效果：
1、与现有技术相比，本发明采用高压水泵向高压密闭钻杆和多功能钻头供液，高压水经过高压密闭钻杆和多功能钻头的自激振荡磨料喷嘴形成多相振荡射流，冲击破碎煤岩，被多相振荡射流破碎的煤岩随后在孔内水和旋转钻头的作用下被磨碎成细小的煤粒随孔内水排出钻孔，在钻孔完成后，通过径向振荡喷嘴和轴/径向射流切换，由径向振荡喷嘴产生的多相振荡射流再进行径向切槽。延长了切削钻头寿命、提高了钻进深度及速度、提高了煤层透气性、避免卡钻并防止钻头与煤岩摩擦产生高温或火花而导致瓦斯燃烧事故。
2、本发明在松藻矿区打通一矿的试验情况表明，与现有技术相比，本发明钻进平均深度为：144m，是现有连续射流工艺的2～3倍；钻进平均速度为：0.21m/min，是现有连续射流工艺的1.5～2倍；单孔瓦斯的平均抽采流量为：2.1384L/min，是现有连续射流工艺的3～5倍，煤层透气性得到了极大的提高。
3、本发明适用于煤矿瓦斯抽放的钻孔和切槽，特别是煤矿低透气性煤层的瓦斯抽放。
附图说明：
图1为本发明的方法流程图， 图2为本发明装置示意图，
图3为图4的顶部俯视图， 图4为图3中多功能钻头的A-A的剖面图
图5为钻杆轴向剖面图， 图6是图7的俯视图
图7是图6中切削钻头的B-B剖面图， 图8是阀体轴向剖面图，
图9是隔板的俯视图的放大图， 图10是图9中隔板的轴向剖面图，
图11是保压单向阀芯的放大俯视图， 图12是轴/径向射流切换阀芯的放大俯视图。
在图1至图12中：
1—水箱 2—高压水泵 3—溢流阀
4—截止阀 5—混合室 6—截止阀
7—磨料罐 8—截止阀 9—钻杆
10—钻头 11—煤层 12—钻机
13—高压密闭旋转器 9-1—密封槽 10-1—切削刀具
10-2—切削钻头 10-3—隔板 10-4—保压单向阀芯
10-5—轴/径向射流切换阀芯 10-6—阀体 10-2-1—轴向振荡喷嘴
10-2-2—辅助振荡喷嘴 10-6-1—径向振荡喷嘴 10-6-2—密封槽
10-6-3—保压单向阀腔
具体实施方式：
本发明在松藻矿区打通一矿的应用中，方法具体过程如下：
(1)准备煤层瓦斯抽放装置工作条件：检查多相振荡射流煤层瓦斯抽放装置中各连接管路的牢固和密封，使高压水泵距离煤层施钻点3m；
(2)启动高压水泵2：高压水泵2的工作流量为50L/min，工作压力为10MPa；
(3)调节阀门：先开截止阀8，再开截止阀6，后开截止阀4，使高压水经过高压水管进入混合室5与磨料罐来的磨料混合后，经过高压密闭旋转器13，再通过钻杆9，经由轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2形成多相振荡射流喷出；
(4)钻机推进、钻孔：轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2产生的多相振荡射流先切割和破碎煤层，并在煤层中钻进导向孔，通过切削钻头10-2上的切削刀具10-1将切割、破碎后的煤研磨，并将导向孔扩大成瓦斯抽放孔，研磨后粒径为0.1～2mm煤颗粒随回水快速排出；轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2喷出的多相振荡射流在钻孔内产生的1～10Mpa的准静压力支撑瓦斯抽放孔孔壁；钻进1根钻杆后，关闭截止阀4，停止钻机推进、旋转，加钻杆9，每加一根钻杆9，依次重复步骤3，4；
(5)判断钻机是否继续钻进：预先设计深度当已钻进深度未达到144m时，则继续钻进，重复步骤3，4；当已钻进深度达到144m时，则停止钻进，关闭截止阀4，停止钻机推进、旋转，将轴/径向射流切换阀芯10-5置入阀体10-6孔内，关闭轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2；
(6)调节阀门：钻杆每退3m时，开截止阀4；
(7)钻机旋转，切槽：停止退钻杆，高压水通过钻杆9，经径向振荡喷嘴10-6-1形成多相振荡射流喷出，旋转钻杆9，让多相振荡射流在瓦斯抽放孔径向进行环状切槽，切槽时间为20min；切完一个槽后，关闭截止阀4，停止钻机12旋转，继续切槽，每切一次槽，依次重复步骤6，7；
(8)判断钻机是否继续切槽：当已切槽的数目未达到40个时，则继续切槽，重复步骤6，7；当已切槽的数目达到40个时，则停止切槽，关闭截止阀4，停止钻机12旋转；
(9)终孔：关闭高压水泵；
一种实现上述方法的煤层瓦斯抽放装置，该装置包括水箱1、高压水泵2、溢流阀3、截止阀4、混合室5、截止阀6、磨料罐7、截止阀8、高压密闭旋转器13、钻机12、钻杆9、钻头10的切削刀具10-1和连接管路；其特征在于钻头10为多功能钻头，该钻头的后端与钻杆9的前端螺纹连接，多功能钻头包括切削刀具10-1，切削钻头10-2，隔板10-3，保压单向阀芯10-4，轴/径向射流切换阀芯10-5和阀体10-6，切削刀具与切削钻头前端翼焊接；切削钻头10-2外形为柱体，从切削钻头10-2的翼根处端面到其后端面之间的纵轴上，依次有轴向振荡喷嘴10-2-1和与该轴向振荡喷嘴夹角为5°的3个均匀分布在同一圆周上的辅助振荡喷嘴10-2-2，柱形孔和切削钻头连接孔，轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2与柱形孔相通，柱形孔与切削钻头连接孔相通；从轴向振荡喷嘴10-2-1和辅助振荡喷嘴10-2-2的端面到柱形孔的孔底依次有直径2mm、高4mm的圆形孔，直径4mm、高3mm自激振荡腔室，直径1mm、高2mm的圆形孔，锥度15°、高2mm的圆台形孔和直径2mm，高5mm的圆形通孔；阀体10-6外形为柱体，阀体10-6前端与切削钻头连接孔螺纹连接，从阀体10-6的前端面到其后端面之间的纵轴上，依次有直径10mm，高10mm的保压单向阀腔10-6-3，直径3mm，高10mm的柱形孔，直径10mm，高20mm的轴/径向射流切换阀腔，密封槽10-6-2和阀体连接孔；保压单向阀腔与柱形孔相通，柱形孔与轴/径向射流切换阀腔相通；在阀体10-6的轴/径向射流切换阀腔内壁上垂直于阀体10-6纵轴线方向，开有1个径向振荡喷嘴10-6-1，该喷嘴轴线距轴/径向射流切换阀腔的孔底10mm并与轴/径向射流切换阀腔相通，从径向振荡喷嘴10-6-1的外端到轴/径向射流切换阀腔内壁依次有直径2mm、高4mm的圆形孔，直径4mm、高3mm自激振荡腔室，直径1mm、高2mm的圆形孔，锥度15°、高2mm的圆台形孔和直径2mm，高5mm的圆形通孔；隔板10-3为高2mm的圆柱体，其内均匀分布有19个直径5mm的通孔，并与阀体10-6前端固定连接；保压单向阀芯10-4为一直径6mm的表面光滑球体，活动位于保压单向阀腔内，当本钻头工作时，保压单向阀芯10-4由于压差被推至隔板10-3的开阀位置，高压多相流体通过；当钻杆里的高压多相流体卸压时，保压单向阀芯10-4由于压差反向闭锁，使本钻头顶部始终处于高压状态；轴/径向射流切换阀芯10-5为一直径6mm且表面有两条相互垂直相交环形槽的球体，该环形槽深1mm，宽1mm，当钻头进行径向切槽时，将该阀芯置入轴/径向射流切换阀腔，工作时阀芯两侧压差使阀芯锁闭，阀芯两条相互垂直相交环形槽保证钻头径向振荡喷嘴和轴向振荡喷嘴同时有高压水流；在钻杆9连接孔底处加工了密封槽9-1并在该密封槽内安装了密封垫圈。
本发明在松藻矿区打通一矿的应用情况表明，钻进平均深度为：144m，是连续射流工艺的2～3倍；钻进平均速度为：0.21m/min，是连续射流工艺的1.5～2倍；单孔瓦斯的平均抽采流量为：2.1384L/min，是连续射流工艺的3～5倍；煤层透气性也得到了极大的提高。
Claims (2)
1、一种煤层瓦斯抽放方法，其特征在于该方法按如下顺序步骤进行：
(1)启动高压水泵(2)：高压水泵(2)的工作流量为50～300L/min，工作压力为5～40MPa；
(2)调节阀门：先开第一截止阀(8)，再开第二截止阀(6)，后开第三截止阀(4)，使高压水经过高压水管进入混合室(5)与磨料罐(7)来的磨料混合后，经过高压密闭旋转器(13)，再通过钻杆(9)，经由轴向振荡喷嘴(10-2-1)和辅助振荡喷嘴(10-2-2)形成多相振荡射流喷出；
(3)钻机推进、钻孔：轴向振荡喷嘴(10-2-1)和辅助振荡喷嘴(10-2-2)产生的多相振荡射流先切割和破碎煤层，并在煤层中钻进导向孔，通过切削钻头(10-2)上的切削刀具(10-1)将切割、破碎后的煤研磨，并将导向孔扩大成瓦斯抽放孔，研磨后粒径为0.1～5mm煤颗粒随回水快速排出；轴向振荡喷嘴(10-2-1)和辅助振荡喷嘴(10-2-2)喷出的多相振荡射流在钻孔内产生的1～10Mpa的准静压力支撑瓦斯抽放孔孔壁；钻进每1根钻杆后，关闭第三截止阀(4)，停止钻机推进、旋转，加钻杆(9)，每加一根钻杆(9)，依次重复步骤(2)，(3)；
(4)判断钻机是否继续钻进：当已钻进深度未达到20～300m时，则继续钻进，重复步骤(2)，(3)；当已钻进深度达到20～300m时，则停止钻进，关闭第三截止阀(4)，停止钻机推进、旋转，将轴/径向射流切换阀芯(10-5)置入阀体(10-6)孔内，关闭轴向振荡喷嘴(10-2-1)和辅助振荡喷嘴(10-2-2)；
(5)调节阀门：停止钻进后，退钻杆(9)，钻杆(9)每退0.5～10m，开第三截止阀(4)；
(6)钻机旋转，切槽：停止退钻杆，高压水通过钻杆(9)，经径向振荡喷嘴(10-6-1)形成多相振荡射流喷出，旋转钻杆(9)，让多相振荡射流沿瓦斯抽放孔径向在煤层进行环状切槽，切槽时间为0.5～20min；切完一个槽后，关闭第三截止阀(4)，停止钻机(12)旋转，继续切槽，每切一次槽，依次重复步骤(5)，(6)；
(7)判断钻机是否继续切槽：当已切槽的数目未达到2～600个时，则继续切槽，重复步骤(5)，(6)；当已切槽的数目达到2～600个时，则停止切槽，关闭第三截止阀(4)，停止钻机(12)旋转；
(8)终孔：关闭高压水泵。
2、一种实现权利要求1所述方法的煤层瓦斯抽放装置，该装置包括水箱(1)、高压水泵(2)、溢流阀(3)、第三截止阀(4)、混合室(5)、第二截止阀(6)、磨料罐(7)、第一截止阀(8)、高压密闭旋转器(13)、钻机(12)、钻杆(9)、钻头(10)的切削刀具(10-1)和连接管路；其特征在于钻头(10)为多功能钻头，该钻头的后端与钻杆(9)的前端可拆卸连接，多功能钻头包括切削刀具(10-1)，切削钻头(10-2)，隔板(10-3)，保压单向阀芯(10-4)，轴/径向射流切换阀芯(10-5)和阀体(10-6)，切削刀具与切削钻头前端翼固定连接；切削钻头(10-2)外形为柱体，从切削钻头(10-2)的翼根处端面到其后端面之间的纵轴上，依次有轴向振荡喷嘴(10-2-1)和与该轴向振荡喷嘴的纵轴夹角为0～30°的1～6个均匀分布在同一圆周上的辅助振荡喷嘴(10-2-2)，柱形孔和切削钻头连接孔，轴向振荡喷嘴(10-2-1)和辅助振荡喷嘴(10-2-2)与柱形孔相通，柱形孔与切削钻头连接孔相通；从轴向振荡喷嘴(10-2-1)和辅助振荡喷嘴(10-2-2)的端面到柱形孔的孔底依次有直径0.5～8mm、高0.5～60mm的圆形孔，直径1～24mm、高0.35～48mm的自激振荡腔室，直径0.25～6mm、高5～48mm的圆形孔，锥度0～30°、高0.5～48mm的圆台形孔和直径0.5～8mm，高0.5～48mm的圆形通孔；阀体(10-6)外形为柱体，阀体(10-6)前端与切削钻头连接孔可拆卸连接，从阀体(10-6)的前端面到其后端面之间的纵轴上，依次有直径10～16mm，高10～16mm的保压单向阀腔(10-6-3)，直径2～11mm，高10～50mm的柱形孔，直径10～30mm，高20～100mm的轴/径向射流切换阀腔，第一密封槽(10-6-2)和阀体连接孔；保压单向阀腔、柱形孔、轴/径向射流切换阀腔和阀体连接孔相通；在阀体(10-6)的轴/径向射流切换阀腔内壁上垂直于阀体(10-6)纵轴线方向，开有1～4个径向振荡喷嘴(10-6-1)，该喷嘴轴线距轴/径向射流切换阀腔的孔底10～16mm并与轴/径向射流切换阀腔相通，从径向振荡喷嘴(10-6-1)的外端到轴/径向射流切换阀腔内壁依次有直径0.5～8mm、高0.5～60mm的圆形孔，直径1～24mm、高0.35～48mm自激振荡腔室，直径0.25～6mm、高5～48mm的圆形孔，锥度0～30°、高0.5～48mm的圆台形孔和直径0.5～8mm，高0.5～48mm的圆形通孔；隔板(10-3)为高2～10mm的圆柱体，其内均匀分布有5～21个直径5～10mm的通孔，并与阀体(10-6)前端固定连接；保压单向阀芯(10-4)为一直径6～12mm的表面光滑球体，活动位于保压单向阀腔内，当本钻头(10)工作时，保压单向阀芯(10-4)由于压差被推至隔板(10-3)的开阀位置，高压多相流体通过；当钻杆里的高压多相流体卸压时，保压单向阀芯(10-4)由于压差反向闭锁，使本钻头顶部始终处于高压状态；轴/径向射流切换阀芯(10-5)为一直径6～12mm且表面有两条相互垂直相交环形槽的球体，该环形槽深0.5～4mm，宽0.5～4mm，当钻头进行径向切槽时，将该阀芯置入轴/径向射流切换阀腔，工作时，轴/径向射流切换阀芯(10-5)两侧压差使其锁闭，轴/径向射流切换阀芯(10-5)两条相互垂直相交的环形槽保证钻头径向振荡喷嘴(10-6-1)和轴向振荡喷嘴(10-2-1)同时有高压水流；在钻杆(9)连接孔底加工了第二密封槽(9-1)并在该密封槽内安装了密封垫圈。
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