CN102966309B - 高压磨料射流钻车装置 - Google Patents
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Abstract
一种高压磨料射流钻车装置，包括履带行走机构、钻机，在履带行走机构上设有操作台、经液压管依次连接的高压泵站、水箱、磨料装置、高压水辫装置，钻机设在高压水辫装置的前部，钻机上的钻杆尾端与高压水辫装置相连，钻杆的前端设有磨料射流钻头；所述的磨料装置包括磨料箱，并列设在磨料箱内的两个支架，两个支架内分别设有磨料罐；本发明利用前混合方式将磨料与高压水在磨料罐中混合后形成均匀混合液，再将均匀混合液经由液压管通过高压水辫输送到钻杆经磨料射流钻头高速喷出，形成具有极高速度的磨料射流，进而配合磨料射流钻头进行钻孔。其结构简单、切割和钻进效果好，并且不会诱发瓦斯***，无污染、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种射流钻车装置，尤其是一种适用于采矿钻进技术领域的高压磨料射流钻车装置。
技术背景
在煤矿和石料行业中，巷道开采、巷道掘进、采煤巷道支护、岩石开采等都需要对岩石或硬质矿物进行钻孔，以实现特殊目的。例如，用于井下回采工作面顺槽掘进中瓦斯超前抽放，利用顺槽进行工作面瓦斯抽放；用于煤层冲击地压防治及其他岩土工程施工钻孔和卸压破岩。而在地下煤矿巷道的掘进中，需要对巷道岩石不破坏的情况下，进行打孔钻进，由于井下存在许多易燃、易爆的危险性气体，并且地下巷道内空间狭小、条件复杂，不能使用电气焊等易产生火花的机械切割方式钻孔。现有技术的钻机是采用钻杆旋转，驱动磨料射流钻头破岩的原理制成的，其最大缺点是破岩效率低，钻孔速度慢。因此这种钻机无法满足矿业及岩土工程等特殊作业，井下急需安全、实用的非机械钻孔设备。
目前，水射流技术发展迅猛，已经被广泛的应用在采矿、航空、建筑、化工、冶金、市政工程、金属切割、破岩和清洗等诸多领域。由于水射流是一种冷钻孔方式，能有效的避免切割过程中火花的产生，其钻孔原理主要依靠通过高压高速射出的水分子的能量度集中，射击物体的巨大冲击力，会对被击物进行加工作业，如对材料的钻孔、切割。在实际的应用中，切割一些表面松、软等材质是效果明显，但对于较为坚硬的岩石或钢铁则无能为力，特别是在复杂环境条件下的矿井和石料厂，如何提高这一类钻孔效果是现场急需解决的一大问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、钻孔效果好、适合在矿井复杂环境条件下、满足特殊要求的高压磨料射流钻车装置。
技术方案：本发明的高压磨料射流钻车装置，包括履带行走机构、钻机，在履带行走机构上设有操作台、经液压管依次连接的高压泵站、水箱、磨料装置、高压水辫装置，钻机设在高压水辫装置的前部，钻机上的钻杆尾端与高压水辫装置相连，钻杆的前端设有磨料射流钻头；所述的磨料装置包括磨料箱，并列设在磨料箱内的两个支架，两个支架内分别设有磨料罐；
所述的高压水辫装置包括壳体、设在壳体内的空心轴，空心轴的前部设有与壳体前端相固定的前端盖，空心轴的尾部设有与壳体后端相固定的进水端盖，空心轴与壳体之间对称设有滚动轴承，进水端盖内设有作用在空心轴上的压环和套环，套环与空心轴之间设有轴用车氏密封，壳体上设有固定压环的内六角螺钉；
所述的磨料射流钻头包括连有锥形头的圆柱形钻头体，圆柱形钻头体的锥面上对称焊接有多个金刚复合片，圆柱形钻头体上对称开有两个螺纹通孔，螺纹通孔内设有硬质合金喷嘴，圆柱形钻头体的后端开有内螺纹孔，圆柱形钻头体的前端锥形头开有偏心孔，偏心孔与内螺纹孔之间的连接孔为喇叭形。
所述的前端盖与空心轴之间设有防尘圈；所述硬质合金喷嘴的喷口直径为2-3mm；所述多个金刚复合片为2-6个。
有益效果：本发明将冷切割原理和磨料射流钻头技术结合在一起，通过磨料前混合方式，使磨料和高压水在磨料罐内均匀混合，形成混合液，在通过管路连接到钻机，并通过磨料射流钻头射出，形成具有极高速度的磨料粒子流—磨料射流。与纯水射流相比，磨料射流将纯水射流对物料的静压连续作用改变为磨料粒子流对物料的高频撞击与冲蚀作用，其作用效果大为改观。前混合方式，磨料与水混合均匀、充分，经过高压放出后，对物料的作用效果更加突出。其装置在钻孔过程中无火花，不会诱发瓦斯***，而且还有降尘作用。利用高压磨料射流对硬质物料进行钻孔，安全有效，保证复杂环境条件下各种钻孔工作的要求，节省了大量的人力、物力，钻孔时所用的介质——水、磨料——价格低廉、安全卫生、不会带来环境污染。磨料射流钻头随着钻杆旋转，从硬质合金喷嘴喷射的磨料射流会在偏心孔四周冲击出一道凹槽，使岩石面钻孔处出现一孤立的凸起，更加有利于岩石的破碎。磨料射流钻头工作时，磨料射流先破碎岩石，然后金刚复合片作用在岩石面上。由于磨料射流已经将岩石破碎降低了钻头磨损的同时大大提高了钻孔效率。现有技术相比具有速度快、效率高、使用寿命长、维护简便等特点，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明高压磨料射流钻车装置的主视图；
图2为本发明高压磨料射流钻车装置的俯视图；
图3为本发明高压磨料射流钻车装置的磨料装置结构示意图；
图4为本发明高压磨料射流钻车装置的磨料射流钻头主视结构示意图；
图5为本发明高压磨料射流钻车装置的磨料射流钻头左视结构示意图；
图6为本发明高压磨料射流钻车装置的高压水辫装置结构示意图。
图中：1—操作台、2—高压泵站、3—水箱、4—磨料装置、5—高压水辫装置、6—钻机、7—履带行走机构、8—钻杆、9—磨料射流钻头；4-1—支架、4-2—磨料罐、4-3—卡板、4-4—支板、4-5—磨料箱；9-1—圆柱形钻头体、9-2—金刚复合片、9-3—硬质合金喷嘴、9-4—螺纹通孔、9-5—偏心孔、9-6—内螺纹孔；5-1—O型圈、5-2—空心轴、5-3—螺栓、5-4—前端盖、5-5—壳体、5-6—滚动轴承、5-7—压环、5-8—套环、5-9—进水端盖、5-10—轴用车氏密封、5-11—防尘圈、5-12—内六角螺钉。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的高压磨料射流钻车装置，主要由操作台1、高压泵站2、水箱3、磨料装置4、高压水辫装置5、钻机6、履带行走机构7、钻杆8、磨料射流钻头9构成。在履带行走机构7上设置操作台1、经液压管依次连接的高压泵站2、水箱3、磨料装置4、高压水辫装置5，钻机6设在高压水辫装置5的前部，所述的高压水辫装置5包括壳体5-5、设在壳体5-5内的空心轴5-2，空心轴5-2的前部设有经螺栓5-3与壳体5-5前端相固定的前端盖5-4，空心轴5-2的尾部设有经螺栓5-3与壳体5-5后端相固定的进水端盖5-9，空心轴5-2与壳体5-5之间对称设有滚动轴承5-6，空心轴5-2的前端设有与钻杆8螺纹相连的O型圈5-1；进水端盖5-9内设有作用在空心轴5-2上的压环5-7和套环5-8，套环5-8与空心轴5-2之间设有轴用车氏密封5-10，壳体5-5上设有固定压环5-7的内六角螺钉5-12；所述的前端盖5-4与空心轴5-2之间设有防尘圈5-11。钻机6上的钻杆8尾端与高压水辫装置5相连，钻杆8的前端设有磨料射流钻头9，磨料射流钻头9包括连有锥形头的圆柱形钻头体9-1，圆柱形钻头体9-1的锥面上对称焊接有多个金刚复合片9-2，圆柱形钻头体9-1上对称开有两个螺纹通孔9-4，螺纹通孔9-4内设有硬质合金喷嘴9-3，圆柱形钻头体9-1的后端开有内螺纹孔9-6，圆柱形钻头体9-1的前端锥形头开有偏心孔9-5，偏心孔9-5与内螺纹孔9-6之间的连接孔为喇叭形；所述硬质合金喷嘴9-3的喷口直径为2-3mm；所述多个金刚复合片9-2为2-6个。所述的磨料装置4包括磨料箱4-5，并列设在磨料箱4-5内的两个支架4-1，两个支架4-1内分别设有磨料罐4-2，支架4-1上分别设有固定磨料罐4-2的卡板4-3和支板4-4。
工作原理：首先，选取粒径低于25目的石榴石或河砂作为磨料，磨料自身坚硬，磨料罐4-2中磨料添加量一般不超过磨料罐4-2自身体积的25%；接着，以前混合方式，利用高压泵站2将水箱3中的水以30MPa的压力输送到磨料罐4-2中与磨料均匀混合，形成均匀混合液；最后，均匀混合液经液压管路输送到安装在钻机6上的钻杆8。钻杆8通过高压水辫装置5与来自于磨料罐4-2的液压管相连接。高压水辫装置5保证钻杆8旋转的同时来自于磨料罐4-2的液压管不转动。钻机6设在高压水辫装置5的前部，包括机架、依次设在机架上的给进装置、夹持器、回转器。经液压管路流入钻杆8的高压混合液从设在钻杆前端的磨料射流钻头9高速喷出，形成具有极高速度的磨料粒子流——磨料射流，利用磨料粒子流对物料的高频撞击与冲蚀作用，配合磨料射流钻头9完成钻进成孔。高压磨料射流的压力为30MPa，磨料射流钻头9上喷口直径为2-3mm。钻杆8和磨料射流钻头9由钻机6带动其旋转，实现钻进；经磨料射流钻头9射出的高压高速磨料射流会辅助磨料射流钻头9进行钻孔。该钻机打钻效果更明显，特别适合在矿井复杂环境条件下使用，从而满足了地下工程特殊行业的要求。
Claims (2)
1.一种高压磨料射流钻车装置，包括履带行走机构（7）、钻机（6）、操作台（1）、高压泵站（2）、水箱（3）、磨料装置（4），其特征在于：在履带行走机构（7）上设置操作台（1）、经液压管依次连接的高压泵站（2）、水箱（3）、磨料装置（4）、高压水辫装置（5），钻机（6）设在高压水辫装置（5）的前部，钻机（6）上的钻杆（8）尾端与高压水辫装置（5）相连，钻杆（8）的前端设有磨料射流钻头（9）；所述的磨料装置（4）包括磨料箱(4-5)，并列设在磨料箱(4-5)内的两个支架(4-1)，两个支架(4-1)内分别设有磨料罐（4-2）；
所述的高压水辫装置（5）包括壳体（5-5）、设在壳体（5-5）内的空心轴（5-2），空心轴（5-2）的前部设有与壳体（5-5）前端相固定的前端盖（5-4），空心轴（5-2）的尾部设有与壳体（5-5）后端相固定的进水端盖（5-9），空心轴（5-2）与壳体（5-5）之间对称设有滚动轴承（5-6），进水端盖（5-9）内设有作用在空心轴（5-2）上的压环（5-7）和套环（5-8），套环（5-8）与空心轴（5-2）之间设有轴用车氏密封（5-10），壳体（5-5）上设有固定压环（5-7）的内六角螺钉（5-12）；所述的前端盖（5-4）与空心轴（5-2）之间设有防尘圈（5-11）；
所述的磨料射流钻头（9）包括连有锥形头的圆柱形钻头体（9-1），圆柱形钻头体（9-1）的锥形头表面上对称焊接有多个金刚复合片（9-2），圆柱形钻头体（9-1）上对称开有两个螺纹通孔（9-4），螺纹通孔（9-4）内设有硬质合金喷嘴（9-3），圆柱形钻头体（9-1）的后端开有内螺纹孔（9-6），圆柱形钻头体（9-1）的前端锥形头开有偏心孔（9-5），偏心孔（9-5）与内螺纹孔（9-6）之间的连接孔为喇叭形；所述硬质合金喷嘴（9-3）的喷口直径为2-3mm。
2.根据权利要求1所述的高压磨料射流钻车装置，其特征在于：所述多个金刚复合片（9-2）为2-6个。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150429 Termination date: 20171203 |