水压触发式矿用超高压水平切层装置的制作方法

本发明属于煤矿瓦斯抽采，涉及一种水压触发式矿用超高压水平切层装置。

背景技术：

1、随着矿井采深不断延伸，瓦斯治理面临着新的挑战。在高瓦斯、高应力以及地质条件更加复杂的环境中要确保矿井安全开采，瓦斯高效抽采是基础也是保障。开采保护层是防治煤岩动力灾害最有效手段，具备保护层开采条件煤层，可通过保护层开采实现对被保护层的大范围均匀卸压；而对于无保护层开采条件或首采突出煤层，如何实现工作面煤层大范围均匀卸压增透是国内外研究的热点和难题。超高压水力切层自卸压技术利用高压水射流对煤层进行水平切割，同时实现本煤层应力卸压及瓦斯抽采，是未来深部矿井一项重要的技术路径。

2、然而，进行本煤层水平切割时，钻杆及水力切层工具需稳定在水平状态且保持周向静止，这不利于切层煤渣的钻孔排放，因此超高压水力切层工具应同时具有高压切层及低压排渣两种工作模式，以实现不同工况下对切层工具不同的技术要求，并从结构设计上避免不同工作模式下失稳煤渣进入工具内部导致无法正常工作。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种水压触发式矿用超高压水平切层装置，该装置能够进行低压排渣和高压切层的切换，以实现不同工况下对切层工具不同的技术要求。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水压触发式矿用超高压水平切层装置，包括外壳和转动设置在外壳内的高压管，高压管沿周向均布有两个喷嘴，对应喷嘴处的外壳上周向开设有多个射流孔；高压管的流体出口一端连接有中空阀座，阀座内安装有阀体，阀体内设有带有弹簧的阀芯；

3、阀芯包括依次相连的中空段、圆柱段和圆台，中空段上靠近圆柱段处沿周向开设有过流孔，阀芯的中空段与阀体的底部开孔滑动配合，且圆台也与阀体的内壁滑动配合，圆柱段的直径大于底部开孔的直径；

4、弹簧套设在中空段、圆柱段上，阀体远离圆台一端的内壁具有止动台阶，弹簧的一端与阀芯的圆台相抵，另一端与止动台阶相抵，且弹簧的自然静止长度大于圆台与止动台阶之间的距离，弹簧的预设弹力使得阀芯的圆台一侧与固定安装在所述阀体中靠近高压管一端的射流盖相抵；

5、所述射流盖中部开设有通孔，阀体的外壁开设有过流槽，且高压管与过流孔通过所述过流槽连通，所述通孔抵接圆台。

6、可选的，当高压管内的流体压力不大于预设弹力时，沿过流槽、过流孔、阀芯的中空段形成低压排渣流道，高压管内的流体从低压排渣流道流出；

7、当高压管内的流体压力大于预设弹力时，高压管内的流体通过射流盖中部的通孔形成高速射流，高速射流推动阀芯向远离射流盖的方向移动，直到阀芯的圆柱段与阀体的底部内壁相抵，封闭中空段上的过流孔，高压管内的流体从喷嘴喷出。

8、可选的，阀芯中空段的端部连接有遮罩，遮罩延伸到喷嘴处；当高压管内的流体压力不大于预设弹力时，阀芯被弹簧抵紧在靠近射流盖一侧，遮罩封闭外壳上的射流孔；当高压管内的流体压力大于预设弹力时，阀芯带动遮罩向远离射流盖的方向移动，遮罩打开外壳上的射流孔。

9、可选的，通孔由圆弧凹槽和与圆弧凹槽连通的圆孔组成，圆弧凹槽朝向高压管一侧。

10、可选的，外壳包括依次连接的壳体、转接套、转接头，转接套内设有轴承，壳体内设有水尾固定套，水尾固定套内设有水尾，高压管通过轴承和水尾与外壳发生相对转动。

11、可选的，壳体靠近水尾固定套的一端设有用于与外部钻杆连接的内螺纹。

12、可选的，阀芯的中空段外壁上开设有轴向的限位凹槽，对应阀体的底部开孔上设有凸起。

13、可选的，阀体的内壁靠阀芯的圆台一侧依次开设有限位环槽和卡簧安装槽，限位环槽内安装有射流盖，卡簧安装槽内安装有卡簧，通过卡簧与限位环槽固定射流盖。

14、可选的，高压管底部设有使得喷嘴在高压管静止平衡状态下处于水平方向的配重块。

15、可选的，配重块内设有与高压管连通的水压控制阀，通过水压控制阀实现高压管的转动锁止。

16、本发明的有益效果在于：

17、1、本发明通过在高压管的流体出口设置的水压触发式的阀类结构，利用高压管内的流体压力变化，实现低压排渣和高压切层的工况切换，其中，低压排渣时，流体从流槽、过流孔、阀芯的中空段流出；高压切层时，射流盖内的高速射流推动阀芯封闭过流孔，使得流体从侧面布置的喷嘴喷出，结构简单可靠，切换方便。

18、2、本发明还通过遮罩和外壳上的射流孔的配合，使得无论是低压排渣还是高压切层时，都你避免失稳煤渣进入外壳内，影响装置的正常工作。

19、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种水压触发式矿用超高压水平切层装置，包括外壳(1)和转动设置在外壳(1)内的高压管(2)，所述高压管(2)沿周向均布有两个喷嘴(21)，对应喷嘴(21)处的外壳(1)沿周向开设有多个射流孔(121)；其特征在于：所述高压管(2)的流体出口一端连接有中空阀座(22)，所述中空阀座(22)内安装有阀体(23)，所述阀体(23)内设有带有弹簧(24)的阀芯(25)；

2.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：当高压管(2)内的流体压力不大于弹簧(24)的预设弹力时，沿过流槽(235)、过流孔(253)、阀芯(25)的中空段(251)形成低压排渣流道，高压管(2)内的流体从低压排渣流道流出；

3.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述阀芯(25)中空段(251)的端部连接有遮罩(26)，所述遮罩(26)延伸到喷嘴(21)处；当高压管(2)内的流体压力不大于预设弹力时，所述阀芯(25)被弹簧(24)抵紧在靠近射流盖(233)一侧，所述遮罩(26)封闭外壳(1)上的射流孔(121)；当高压管(2)内的流体压力大于预设弹力时，所述阀芯(25)带动遮罩(26)向远离射流盖(233)的方向移动，所述遮罩(26)打开外壳(1)上的射流孔(121)。

4.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述通孔(234)由圆弧凹槽和与圆弧凹槽连通的圆孔组成，所述圆弧凹槽朝向高压管(2)一侧。

5.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述外壳(1)包括依次连接的壳体(11)、转接套(12)、转接头(13)，所述转接套(12)内设有轴承，所述壳体(11)内设有水尾固定套，所述水尾固定套内设有水尾，所述高压管(2)通过轴承和水尾与外壳(1)发生相对转动。

6.根据权利要求5所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述壳体(11)靠近水尾固定套的一端设有用于与外部钻杆连接的内螺纹。

7.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述阀芯(25)的中空段(251)外壁上开设有轴向的限位凹槽，对应阀体(23)的底部开孔上设有凸起。

8.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述阀体(23)的内壁靠阀芯(25)的圆台(254)一侧依次开设有限位环槽(232)和卡簧安装槽(236)，所述限位环槽(232)内安装有射流盖(233)，所述卡簧安装槽(236)内安装有卡簧，通过卡簧与限位环槽(232)固定射流盖(233)。

9.根据权利要求1所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述高压管(2)底部设有使得喷嘴(21)在高压管(2)静止平衡状态下处于水平方向的配重块(27)。

10.根据权利要求9所述的水压触发式矿用超高压水平切层装置，其特征在于：所述配重块内设有与高压管(2)连通的水压控制阀，通过水压控制阀实现高压管(2)的转动锁止。

技术总结本发明涉及一种水压触发式矿用超高压水平切层装置，属于煤矿瓦斯抽采技术领域。包括外壳和转动设置在外壳内的高压管，沿高压管周向均布有两个喷嘴，对应喷嘴处的外壳上周向开设有多个射流孔，高压管的流体出口一端连接有中空阀座，阀座内安装有阀体，阀体内设有带有弹簧的阀芯，弹簧的预设弹力使得阀芯的圆台一侧与固定安装在所述阀体中靠近高压管一端的射流盖相抵。本发明通过在高压管的流体出口设置的阀类结构，利用高压管内的流体压力变化，实现低压排渣和高压切层的工况切换，其中，低压排渣时，流体从流槽、过流孔、阀芯的中空段流出；高压切层时，射流盖内的高速射流推动阀芯封闭过流孔，使得流体喷嘴喷出，结构简单可靠，切换方便。技术研发人员：黄振飞,武文宾,赵旭生,陆占金,国林东,徐军见,季飞,李成成受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26