[发明专利]用于煤矿井下树状钻孔的自进式水力喷射钻头

摘要

本发明为用于煤矿井下树状钻孔的自进式喷射钻头，包括前部平台、中心自激振荡喷嘴、边喷嘴、中部喷嘴和后部喷嘴，具有分级破岩功能，其一部分流体通过中心自激振荡喷嘴，产生自激振荡脉冲射流，率先产生中心破碎坑；一部分流体通过具有一定张角和偏角的边喷嘴，产生具有三维速度的斜射流围绕中心破碎坑继续破岩钻进，钻出先导小孔；经过中部喷嘴而形成的射流具有径向分速度和切向分速度，具有扶正作用，保持钻头和高压管的钻进平衡，并且能对先导小孔进行再次扩孔；后部喷嘴产生的射流将为钻头和高压管的钻进提供自推力，并进一步扩孔和排渣。本发明不仅结构简单，体积小巧，钻头寿命长，而且破岩和扩孔效果好，钻进速度快，可提高煤层气抽采率。

主权项

用于煤矿井下树状钻孔的自进式水力喷射钻头，包括钻头体和钻头体上的中心自激振荡喷嘴(2)、边喷嘴(3)、中部喷嘴(4)和后部喷嘴(5)；其特征在于：所述钻头体中空，前部为球形，前端面为一平台(1)，在平台中心即自进式钻头轴线上设置中心自激振荡喷嘴(2)，在平台上围绕中心自激振荡喷嘴(2)四周均匀布置具有张角α和偏角β的边喷嘴(3)；钻头体中部均匀分布有在横截面中具有偏向角θ的中部喷嘴(4)，横截面是指过中部喷嘴的轴线且与钻头轴线垂直的平面；钻头体后端为开口端，设有内螺纹(6)用于连接高压软管，其侧壁上均匀布置有与钻头体轴线呈锥角Φ的后部喷嘴(5)，钻头体的内部空腔(7)为前段圆锥形和后段圆柱形的组合空腔，圆锥形段的锥度为；所述平台(1)的半径R2为2.5mm—4.0mm，边喷嘴(3)的数目为3—6个，喷嘴直径为0.5mm—1.2mm，围绕平台中心的分布半径R1为1.0mm‑2.0mm，张角α在15°—30°之间，偏角β在60°—90°之间；边喷嘴的设定是：在内部空腔(7)圆锥形段的前端面上距钻头轴线1.0mm‑10.0mm距离确定一点为边喷嘴起点，将过边喷嘴起点且与钻头轴线平行的直线定义为直线一，直线一和钻头轴线所确定的平面定义为平面一；以直线一为基线，先在平面一内向远离钻头轴线的方向偏转一定角度，此角度设定为张角α；此时将喷嘴轴线定义为直线二；再将直线二以边喷嘴起点为原点，以直线一为旋转轴，旋转一定锥角，所得的喷嘴轴线定义为直线三，即为边喷嘴的实际轴线，此时将直线二和直线三在自进式钻头横截面上投影的夹角设定为偏角β；所有边喷嘴都按此方法均匀布置，且偏转的角度和方向均一致；所述中部喷嘴(4)的数目为3—6个，喷嘴直径为0.5mm—1.2mm，偏向角θ在30°—45°之间，偏向角θ是指中部喷嘴的轴线与径向半径的夹角；所述后部喷嘴(5)的数目为6—8个，喷嘴直径为0.5mm—1.5mm，轴向锥角Φ在10°—30°之间，轴向锥角Φ是指后部喷嘴的轴线与钻头轴线的夹角；所述钻头的整体长度范围为14mm—18mm，外径范围为10mm—14mm。