一种水动力钻进割缝方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水动力钻进割缝方法，尤其适用于煤矿井下坑道钻进及煤层水力割缝中使用。
【背景技术】
[0002]现有的钻进方法是:采用液压坑道钻机，钻机输出较大的旋转力矩和推进力，通过钻杆带动钻头的旋转切割及进给，实现对岩石及煤层的切割以及排粉；在煤层割缝时，采用液压坑道钻机，钻机输出较大的旋转力矩，通过钻杆带动射流钻头的旋转，实现对煤层的切割；
以上方法使用的钻机基本上是以液压油为液压媒体进行能量的传递。这样需要在钻进系统上增加一套液压泵站，存在以下不足:(1)现在矿井中的泵站基本上依靠人力或步履式运输，会造成人的劳动强度过大或者步履底盘过大，不宜在巷道内使用；(2)以液压油为媒介的液压系统，在使用和维护过程中，会对周边环境造成污染；在施工过程中，由于钻杆不停的旋转，钻杆与孔壁及周边杂质发生摩擦，产生了大量的扭矩消耗，造成了能源的浪费；在钻进过程中，只单靠钻机提供的扭矩和推进力对岩石进行切割，切割速度慢，效率低下。
【发明内容】
[0003]针对上述技术的不足之处，提供一种步骤简单，消耗成本低，使用带压水为动力源的水动力钻进割缝的方法；
为实现上述技术目的，本发明水动力钻进割缝方法:采用带压水产生装置、水压控制器、水力推进系统、高压密封钻杆，所述的带压水产生装置的出水口通过高压胶管与的水压控制器相连接，水压控制器通过高压胶管水与力推进系统连接，水力推进系统通过高压密封钻杆连接有自旋转振动割缝装置；所述水压控制器包括调压装置和泄压保护装置，所述调压装置与带压水产生装置的出水口连接，泄压保护装置与调压装置通过高压胶管相连接；泄压保护装置包含先导控制阀、泄压阀和过滤器，泄压阀上设有进水口和回水口，泄压阀的进水口通过三通用高压胶管与设在水利推进系统上的高压密封钻杆连接，泄压阀内开有沟通进水口和回水口的管道，进水口管道处开与过滤器进水口相通的管道和测压口，测压口上设有水压表，进水口和回水口之间的管道中设有将管道封堵住的泄压阀芯，所述泄压阀芯包括设在进水口管道处的堵头，堵头上设有通过固定螺帽抵住堵头的泄压弹簧，所述固定螺母上开有与泄压弹簧相通的孔洞；所述先导控制阀包括先导控制阀阀体和先导控制阀阀芯，先导控制阀阀体上设有与泄压阀芯截面相匹配的平衡腔，平衡腔上设有与平衡腔连通的阀槽和与过滤器出水口相连的管道，阀槽上设有十字管状的阀门套筒，阀门套筒内设有与阀槽相匹配的控制阀芯，阀门套管上设有与泄压阀回水口相连的管道，所述控制阀芯包括纵向设置在十字管状的阀门套筒的压力滑竿和分别横向设置在压力滑竿两侧的滑竿定位推头，所述压力滑竿头部与阀槽之间设有起跳针阀，压力滑竿两侧设有滑道卡槽，滑竿定位推头头部分别与压力滑竿两侧的滑道卡槽相接触，压力滑竿尾部设有压力弹簧，阀门套筒顶端设有压紧螺母，通过压力弹簧将压力滑竿连带起跳针阀抵在阀槽中，所述滑竿定位推头尾部设有定位弹簧，通过压紧螺母固定在阀门套筒两侧，通过定位弹簧将滑竿定位推头抵在压力滑竿两侧的滑道卡槽中；所述水力推进系统包括连接架体，连接架体上安装有滑板，滑板上设有双作用水缸和水力旋转马达，双作用水压缸和水力旋转马达通过高压胶管分别连接有控制阀组，所述高压密封钻杆为中空结构，高压密封钻杆公头上设有密封圈；所述的自旋转振动割缝装置包括冲击活塞套和设置在活塞缸套内的冲击活塞杆，冲击活塞杆上设有大活塞和小活塞，大活塞和小活塞与冲击活塞套形成大活塞腔和小活塞腔，冲击活塞杆的尾部设有螺旋花键，头部设有花键，内部设有带压水通道，所述冲击活塞杆的小活塞前端开有与带压水通道连接的通水孔，大活塞内部设有与带压水通道相通的大活塞带压水管道，带压水管道出口处设有换向阀，换向阀上装有密封圈及两头用来开关带压水管道的针阀，冲击活塞杆头部通过花键与水压旋转头相连接，冲击活塞套的前端固定有穿过水压旋转头的定位螺母，水压旋转头上设有带侧面射流孔的钻头，冲击活塞套连接有定位连接体，定位连接体内部设有与冲击活塞杆尾部螺旋花键相匹配的超越离合器，定位连接体尾部设有方便螺纹连接冲击活塞杆的连接头。
[0004]其步骤如下:
a.将钻头安装在自旋转振动割缝装置上，将自旋转振动割缝装置置于需要钻孔处，开启带压水产生装置，带压水通过调压装置将水压调整到需要的水压后，使带压水通过泄压保护装置入水口上的三通流到达水力推进系统中，带压水通过高压密封钻杆进入自旋转振动割缝装置；
b.带压水带动自旋转振动割缝装置带动钻头在钻孔处钻进:带压水从连接头进入冲击活塞杆内部的带压水通道，部分带压水顺带压水通道到达水压旋转头，部分带压水从设置在冲击活塞杆上小活塞前端处的通水孔喷出，随着喷出水的增加，向活塞缸套的小活塞腔内的小活塞产生向后的推力，从而带动冲击活塞杆通过螺旋花键在超越离合器的作用下向后旋转收缩；
当冲击活塞杆带动大活塞在活塞缸套的大活塞腔内收缩到底时，大活塞上的换向阀被定位连接体顶开，从而使大活塞上与带压水通道相通的大活塞带压水通道导通，使带压水喷入大活塞腔；
当喷入的带压水压力大于小活塞腔的压力时，带压水向前推动大活塞，带动冲击活塞杆4通过螺旋花键在超越离合器的作用下向前旋转伸展；
当大活塞移动到大活塞腔的冲程尽头时，大活塞的换向阀关闭，大活塞带压水管道被换向阀封堵住，大活塞腔内的水通过设在冲程尽头的排水孔排出活塞缸套，重复上述步骤使冲击活塞杆带动水压旋转头旋转，水压旋转头带动钻头钻孔；
c.当通往自旋转振动割缝装置的带压水压力超出预设定的压力值时，过压水通过三通分别流入高压胶管和泄压保护装置中，过压水进入泄压保护装置的进水口后从泄压阀内的管路流入过滤器中，过滤掉泥石后的过压水从过滤器流出后进入先到控制阀的平衡腔，平衡腔内的过压水克服控制阀新中压力弹簧向下的压力，将阀槽内的起跳针阀带动压力滑竿向上起跳，同时压力滑竿两侧滑竿定位推头在定位弹簧的作用下对起跳后的压力滑竿上的滑道卡槽进行定位，使先导控制阀的出水口管道导通，降低平衡腔内的压力，当平衡腔内的压力降低后，泄压阀进水口管道流入的过压水克服泄压阀芯中泄压弹簧给堵头的压力，将堵头顶起，使泄压阀的进水口与回水口导通，将过压水通过回水口排出实现泄压保护；故障排除后，向外拉动滑竿定位推头，压力滑竿在压力弹簧的作用下带动起跳针阀回位，实现复位工作；
d.在钻进过程中，当露在钻孔外侧的高压密封钻杆前后振动和旋转振动停止的时候，则判断自旋转振动割缝装置出现卡钻的情况，此时，打开水力推进系统，利用水力推进系统的双作用水压缸对高压密封钻杆进行拉拔运动，使自旋转振动割缝装置连带钻头摆脱卡钻情况，所述当切割岩石或硬质煤层时，需要开启水力推进系统给自旋转振动割缝装置额外增加冲击力。
[0005]当切割岩石或硬质煤层时，需要开启水力推进系统给自旋转振动割缝装置额外增加冲击力；所述采用的调压装置和泄压保护装置之间相互串联，或者通过三通相互并联，再通过三通连接到水利推进系统上；所述带压水产生装置为压水发生器、乳化液泵站或自然落差带压水装置，带压水产生装置产生的压力水压力范围为0-150Mpa，最佳工作压力值为2-100Mpa ;所述钻头上设有金刚石切割刀片和小截齿，钻头周边设有切割射流水孔，实现带压水射流切割，所述钻头与水压旋转头为一体式或者分体均可。
[0006]有益效果:本发明通过带压水推动设备工作，不使用液压油，成本低，环保效果好，带压水产生装置连接调压装置和泄压保护装置，可以根据不同的情况使用不同的带压水驱动整个设备，实现自旋转振动割缝装置的震动和钻进切割动作，同时在压力过高时还能降压力泄出，从而保护人员安全，当异常高压问题排除后，复位泄压保护装置从而使整个系统能个马上继续正常工作；
通过水利推进系统的双作用水缸和水力旋转马达，给高压密封杆提供震动和冲击力，在震动和钻进切割动作同时提供冲击动力，有效破碎岩石，提高切割岩石钻进的效率；
通过高压密封钻杆设有自旋转振动割封装置，通过高压水使其振动旋转，带动设在上面的