[实用新型]一种快速钻进硬岩的装置

说明书

本实用新型公开了一种快速钻进硬岩的装置，包括：钻头、壳体、气源、水源，钻头包括钻头水道；壳体从左到右依次分为第一腔室、第二腔室、第三腔室，第一腔室内设置第一活塞和位于第一活塞右侧的钎杆，第一腔室侧壁上设置排气管，第二腔室内设置第二活塞，第二活塞的左端与钎杆的右端通过第二弹性元件连接，第三腔室内设置水力加速组件；气源用于为第一活塞提供动力。本实用新型涉及的快速钻进硬岩的装置将风动能转化为水力脉冲能量及冲击机械能，结合水力脉冲和冲击振动，提高了硬岩的钻进速率。

技术领域

本实用新型涉及机械钻孔技术领域，尤其涉及一种快速钻进硬岩的装置。

背景技术

随着国民经济飞速发展，煤炭开采深度以每年平均近20m的速度增加，浅部煤炭资源日益枯竭，深部开采将成为煤炭资源开发的常态。

风动锚杆钻机结构简单、操作方便、维修成本低，可根据工程量大小与施工条件灵活调节施工人数，因此被广泛用于煤矿钻孔破岩工程中。但是随着开采深度的增加，深部地层岩石的硬度、弹性模量及破坏强度随之不断增大，岩石抗压强度可达100MPa以上，导致风动锚杆钻机钻进过程中钎杆和刀具受到的冲击及磨损急速增加，易引发钎杆断裂及钻头损坏，大大降低了其破岩能力及效率。同时破岩过程中伴生的粉尘恶化了井下生态环境，由于井下空间有限，仅靠人工通风难以快速将污浊空气净化至清洁空气的标准，对施工人员健康有不同程度的损害。现场实践表明，仅通过增加钻机功率，不但不会增加钻孔效率，且会导致钻头磨损加剧，因此，仅通过增加钻机功率难以有效提升钻孔破岩效率。

高压水射流破岩是一项利用高速水流冲击破碎岩石的技术，它的辅助作用已被证实可以降低钻头受力，在一定程度上提高破岩能力，延长钻头使用寿命。但是，常规的高压水射流辅助装备往往存在以下问题：连续高压水射流仅产生单一的“水锤压力”，后续的“滞止压力”难以加剧岩石内部破裂，如图1所示，导致破岩效率不佳；高压水射流辅助装备常利用高压水泵及增压器等构件以产生高压水流，产生的水射流不稳定，同时增压器内部元件复杂，增大了设计难度且提高了使用成本。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的风动锚杆钻机仅通过增加钻机功率难以有效提升钻孔破岩效率，以及连续高压水射流破岩效率不佳的技术问题，本实用新型提出了一种快速钻进硬岩的装置。本实用新型提供的快速钻进硬岩的装置将高压水射流系统融入气动机械破岩装备中，可有效提高硬岩机械钻孔效率。

本实用新型提供了一种快速钻进硬岩的装置，包括：

钻头，所述钻头包括钻头水道；

壳体，所述壳体从左到右依次分为第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一腔室内设置第一活塞和位于所述第一活塞右侧的钎杆，所述第一腔室侧壁上设置排气管，所述第二腔室内设置第二活塞，所述第二活塞的左端与所述钎杆的右端通过第二弹性元件连接，所述第三腔室内设置水力加速组件，所述水力加速组件包括从左到右依次设置的第一收缩管、导流器、叶轮、第二收缩管，所述第一收缩管的一端固定在所述壳体内壁，所述第一收缩管的另一端与所述导流器固定连接，所述第二收缩管的一端与所述叶轮的底座固定连接，所述第二收缩管的另一端与所述钻头固定连接；

气源，用于为所述第一活塞提供动力。

在一些实施例中，所述气源通过气动三通阀为所述第一活塞提供动力，所述气源的操纵阀气孔通过第三进气管道连接所述气动三通阀的进气口，所述气动三通阀的第一出气口连接第一进气管道，所述第一进气管道的另一端穿过所述壳体设置在所述第一活塞左侧，所述气动三通阀的第二出气口连接第二进气管道，当所述气源推动所述第一活塞运动到所述第一腔室右侧极限位置时，所述排气管和所述第二进气管道的另一端分别位于所述第一活塞的左侧以及所述第一活塞和所述钎杆之间。

在一些实施例中，所述第一收缩管的横截面面积从左到右边逐渐缩减，所述第二收缩管内部设置第三弹性元件。

在一些实施例中，所述钎杆的左端连接第一弹性元件。