[发明专利]一种多功能自激振荡射流钻头

说明书

技术领域：

本发明涉及射流钻头技术，具体涉及用于各种岩层与煤层的钻孔、切槽的射流钻头，特别适用于煤层低透气性煤层瓦斯抽采各种孔径的钻孔和切槽作业。

背景技术：

高压水射流技术是发展起来的一门新技术，它通过能量高度集中的高压水，对煤、岩层实施破碎和切槽，以提高煤岩层的渗透性。目前，采用高压水射流技术水力钻头作业方式比较单一，在钻杆推进钻孔后，不能连续进行切槽作业。中国专利号为03122735的可远程控制钻孔、割缝和纠偏的水力钻头，虽然可以实现水射流钻孔和切槽两种作业，但钻头工作状态的转换必须对它另外提供压力油作为切换的动力。另外，中国专利号为200510048133的可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头装置，虽然具备反复切换的功能，但其工作压力大，结构复杂，阻力损失大，仅适用于大孔径钻进，而不适用于软煤层中。由于上述水力钻头的局限性，使高压水射流技术难以在低透气性煤层瓦斯抽采的钻进领域中更好地推广。

发明内容：

本发明的目的在于针对类似产品工作效率较低，钻孔深度浅，结构复杂，阻力损失大，使用寿命短等缺点，提供一种集钻孔、切槽功能于一体的多功能自激振荡射流钻头。

本发明通过以下技术方案来实现其发明目的的：

本多功能自激振荡射流钻头包括带有轴向喷嘴的前端钻头和带有径向喷嘴的切割头。切割头为前后贯通的中空结构，切割头中部装有阀体，后部为压力水接口。阀体为前后贯通结构，末端侧壁上有径向的通水孔，连通腔体上的径向喷嘴，阀体内装有阀芯A和阀芯B，前部的阀芯A为前端封闭并有径向孔的中空管结构，阀芯A前端面大于其正对的阀体前端的通水口，阀芯A的外周和阀体之间留有通水间隙，阀芯A的中部有一凸缘，凸缘前后分别套有第一复位弹簧和第二复位弹簧，第一复位弹簧前端抵在阀体前端内底，第二复位弹簧的后端抵在阀芯B的前端面；阀芯B套在阀芯A的尾端，末端留有一小于阀芯A内径的通水孔，与阀芯A连通；阀芯B在水压未达到开启状态时，处于阻断阀体上的径向通水孔的位置，多功能自激振荡射流钻头为钻孔工作状态；阀芯B在水压达到开启状态时，打开阀体上的径向通水孔，多功能自激振荡射流钻头为切缝工作状态，所述切割头前部设置有保压单向阀芯。

所述阀芯A前端的径向通水孔有1-4个，直径为0.5～8mm。

所述腔体的两端设置有前端过滤片和后端过滤片，防止工作过程中多功能自激振荡射流钻头周围煤渣进入钻头内部，前部设置有保压单向阀芯，防止工作过程中由轴向喷嘴喷出的压力水回流入切割头。阀体末端设有前端挡圈，切割头尾部设有后端挡圈，确保阀体动作时不会向后移动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本钻头由于在阀体中采用第一复位弹簧与阀芯A配合滑动，在衬环、垫圈与阀体共同作用下，阀芯B与第二复位弹簧配合作业，结构简单，切换灵活，损失阻力小、钻孔深度长，而且可以在钻进过程中进行水力钻孔与切槽作业，产生的振荡射流能够促进煤层裂隙的发展，增强了煤层的渗透性，适用于软、硬煤层的各种孔径的钻孔作业，特别适用于软煤层的瓦斯抽采作业；

2、在高瓦斯低透气性煤层中钻孔/切缝过程中，由于径向喷嘴和轴向喷嘴采用自激振荡喷嘴，产生振荡射流，其冲击力比普通射流提高2.5倍，从而提高射流的破岩能力，进而使钻孔的深度大大增加，另外振荡射流能够促进煤层裂隙的发展，增强了煤层的渗透性，利于瓦斯的排出，提高瓦斯的抽采率；

3、在径向振荡喷嘴开启进行切槽时，部分水可以从轴向经由阀芯A通水孔，有效地冷却钻头，延长钻头的使用寿命，使顶部煤渣顺利排出，提高成孔率；

4、切割头腔体尾部设置的破碎刀片，可有效破碎大体积硬质岩块或煤块，保证煤岩粉顺利排出，从而减少卡钻现象的发生；

5、轴向振荡喷嘴头部腔体内设有保压单向阀芯，保证了振荡射流在钻孔内的准静压力，以支撑孔壁，实现了固孔作用；每次增加钻杆长度时，保压单向阀也会单向闭锁，防止瓦斯及煤渣沿钻杆内腔排出，避免卸压塌孔；

可见，优势明显，使高压水射流技术在低透气性煤层瓦斯抽采的钻进领域得到更广泛推广。

附图说明：

图1为多功能自激振荡射流钻头轴向剖面图；

图2为前段钻头轴向剖面图；

图3为切割头轴向剖面图；

图4为图3的左视图；

图5为前端过滤片的正视图；

图6为保压单向阀芯外观图；

图7为阀体轴向剖面图；

图8为阀芯A轴向剖面图；

图9为图8的左视图；

图10为阀芯B轴向剖面；

图11为后端过滤片的正视图；