【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于地下工程，具體涉及一種水射流聯合鉆進裝置及其方法。
技術介紹
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術相關的
技術介紹
信息，不必然構成在先技術。
2、鉆進裝置一般是指工程上利用鉆頭在地下工程中工作，利用機械鉆具破碎巖石或其他介質，形成并加深鉆孔的作業裝置。
3、當遇到硬度超過設定值的巖石時，單純的機械鉆具的鉆探效果明顯較差。有部分研究人員提出在鉆進裝置上添加射流鉆頭，以提高破巖效果。但是，在實際使用時，射流切割仍然存在鉆進空間有限，磨料/射流供給管路壓力低，造成割縫壓力較低、磨料混合不均等問題。
技術實現思路
1、本專利技術為了解決上述問題，提出了一種水射流聯合鉆進裝置及其方法，本專利技術中的磨料通過螺旋攪拌裝置將磨料弄均勻，再通過向密閉的氣罐中加壓，使磨料通過底部流出，經過管路流向射流噴嘴射出，提高了供給管路壓力，并有效保證了磨料混合均勻。
2、根據一些實施例，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種水射流聯合鉆進裝置，包括聯合鉆具、鉆機本體、氣動螺旋供砂系統、低壓水供給單元和高壓射流水動力單元，其中：
4、所述鉆機本體上設置有聯合鉆具，所述鉆機本體用于控制所述聯合鉆具的運動和作業；
5、所述聯合鉆具包括機械鉆頭、鉆桿和水射流噴嘴，所述機械鉆頭和鉆桿連接，所述水射流噴嘴設置于所述機械鉆頭的端面上，所述水射流噴嘴內設置有若干高壓射流通道、磨料混合通道和低壓出水通路；所述鉆桿內對應設置有高壓水管路通道、
6、所述高壓水管路通道通過回轉接頭和高壓射流水動力單元連接；
7、所述低壓水通道通過回轉接頭和低壓水供給單元連接；
8、所述混合磨料介質通道通過回轉接頭和氣動螺旋供砂系統連接；
9、所述氣動螺旋供砂系統包括加壓裝置、砂罐和螺旋攪拌裝置，所述砂罐內設置螺旋攪拌裝置，用于均勻混合砂罐內的磨料，所述加壓裝置連接所述砂罐，用于為砂罐提供壓力，使磨料從出砂管路內加壓送出，流至混合磨料介質通道內。
10、作為可選擇的實施方式，所述出砂管路設置在砂罐底部，所述砂罐上部設置有進氣管路，所述進氣管路和加壓裝置通過供氣管路連接。
11、作為可選擇的實施方式，所述鉆桿包括多個可拆卸連接的鉆桿，各鉆桿的兩端分別設置有固定公頭和固定母頭，相鄰鉆桿的固定公頭和固定母頭相適配。
12、作為進一步的實施方式，和所述鉆頭連接的鉆桿的表面設置有多個傳感器，所述傳感器分別用于監測鉆探空間的溫度，檢測前方洞穴的成份，監測洞穴內水的壓力監測、監測當前鉆探空間的有毒有害氣體，以及檢測扭矩和鉆機電機的反力。
13、作為進一步的實施方式，靠近回轉接頭的鉆桿處設置有一過渡鉆桿，所述過渡鉆桿的一端和回轉接頭連接，另一端和鉆桿連接，所述過渡鉆桿包括依次連接的耐磨固定件、耐磨連接套和連接件，所述耐磨固定件和所述回轉接頭可拆卸連接，所述連接件和所述鉆桿可拆卸連接。
14、作為可選擇的實施方式，靠近回轉接頭的鉆桿內部的高壓水管路通道或/和混合磨料介質通道連接有分通閥，將對應通道分為兩個或三個，以和其他部分的相應通道/通路相對應連接。
15、作為可選擇的實施方式，所述水射流噴嘴內部設置有并行的兩路高壓射流通道，以及并行的兩路磨料混合通道，所述磨料混合通道分別和一高壓射流通道通過一過渡管路連通；
16、兩個高壓射流通道對稱設置于所述水射流噴嘴內，兩個磨料混合通道對稱設置于所述水射流噴嘴內，磨料混合通道和高壓射流通道之間均勻分布；
17、所述過渡管路與高壓射流通道方向/磨料混合通道傾斜設置。
18、作為可選擇的實施方式，所述低壓水出口為兩個，對稱設置于所述鉆頭的側邊上，所述低壓出水通路包括兩個，所述鉆頭上設置有相匹配的凹槽，所述低壓出水通路容納于對應的凹槽內，每個低壓出水通路和對應低壓水出口連通。
19、本專利技術通過鉆桿內部設置高壓水和磨料的管路，封裝后，鉆桿內其余空間走低壓水，優化了空間設計，提升了空間利用率。
20、作為可選擇的實施方式，所述回轉接頭包括旋轉端和固定端，所述旋轉端套設在所述固定端中心處，兩者通過法蘭連接；
21、所述固定端上設置有混合磨料傳輸通道和低壓水進水通道，所述低壓水進水通道的一端和所述聯合鉆具的鉆桿內部的低壓水通道連接，另一端和低壓水供給單元連接；
22、所述混合磨料傳輸通道的一端和所述氣動螺旋供砂系統連接，所述混合磨料傳輸通道的該端部設置有過濾膜，另一端和混合磨料介質通道連接；
23、所述旋轉端和所述聯合鉆具的鉆桿連接，內部開設高壓水通路，高壓水通路的一端和高壓水管路通道連接，另一端和高壓射流水動力單元連接。
24、基于上述裝置的工作方法，包括以下步驟：
25、將鉆進裝置運輸到需要鉆進的指定位置，并連接各部件；
26、組裝聯合鉆具，連接鉆進裝置和聯合鉆具；
27、打開氣動螺旋供砂系統，進行磨料混合；
28、調整鉆進裝置，使聯合鉆具處于合適的鉆進角度，啟動聯合鉆具；
29、提供高壓水射流，根據高壓水射流射出時的氣流擾動，形成負壓，吸入混合后的磨料，提供給聯合鉆具，形成磨料和水射流的混合切割狀態；
30、當供給距離大于設定長度之后時，啟動氣動螺旋供砂系統的電機，釋放經攪拌混合好后的混合磨料介質到旋轉傳輸接頭，實現遠距離下混合磨料的主動供砂；
31、在上述作業過程中，定期或不定期的為聯合鉆具的低壓水通道提供低壓水，流入到低壓出水通路，從低壓出水口排出，實現排渣。
32、作為可選擇的實施方式，傳輸距離與其他參數的關系數學模型為：l＝η*ρ*p*s；
33、其中，l為混合介質所需要傳輸的距離，η為待定系數，ρ為介質的密度，p為所提供的泵壓，s為管路的橫截面積。
34、作為可選擇的實施方式，在鉆進過程中，根據鉆桿旋轉電機的受力，鉆機鉆進推力油缸的鉆進推力，計算巖石的強度，具體巖石強度的數學模型為：p＝η*n*f；其中，η為系數；n為油缸前進推力；f為電機扭矩；
35、根據受力的均勻程度，確定前方巖石的完整性。
36、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
37、本專利技術螺旋攪拌裝置將磨料弄均勻，通過向密閉的氣罐中加壓，讓純砂(磨料)通過底部流出，經過管路流向噴嘴射出；提高了供給管路壓力，并有效保證了磨料混合均勻，有助于提高切割效果。
38、本專利技術在鉆桿上設置有快速拆卸的過渡鉆桿，能夠方便拆裝鉆桿，還可以防止因拆卸造成的回轉接頭損壞。且靠近回轉接頭的鉆桿內部的高壓水管路通本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，包括聯合鉆具、鉆機本體、氣動螺旋供砂系統、低壓水供給單元和高壓射流水動力單元，其中：
2.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述出砂管路設置在砂罐底部，所述砂罐上部設置有進氣管路，所述進氣管路和加壓裝置通過供氣管路連接。
3.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述鉆桿包括多個可拆卸連接的鉆桿，各鉆桿的兩端分別設置有固定公頭和固定母頭，相鄰鉆桿的固定公頭和固定母頭相適配。
4.如權利要求2所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，和所述鉆頭連接的鉆桿的表面設置有多個傳感器，所述傳感器分別用于監測鉆探空間的溫度，檢測前方洞穴的成份，監測洞穴內水的壓力監測、監測當前鉆探空間的有毒有害氣體，以及檢測扭矩和鉆機電機的反力。
5.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，靠近回轉接頭的鉆桿處設置有一過渡鉆桿，所述過渡鉆桿的一端和回轉接頭連接，另一端和鉆桿連接，所述過渡鉆桿包括依次連接的耐磨固定件、耐磨連接套和連接件，所述耐磨固定件和所述回轉接頭可拆卸連接，所述連接
6.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述水射流噴嘴內部設置有并行的兩路高壓射流通道，以及并行的兩路磨料混合通道，所述磨料混合通道分別和一高壓射流通道通過一過渡管路連通；
7.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述低壓水出口為兩個，設置于所述鉆頭側面/邊緣上，所述低壓出水通路包括兩個，所述鉆頭上設置有相匹配的凹槽，所述低壓出水通路容納于對應的凹槽內，每個低壓出水通路和對應低壓水出口連通。
8.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述回轉接頭包括旋轉端和固定端，所述旋轉端套設在所述固定端中心處，兩者通過法蘭連接；
9.基于權利要求1-8中任一項所述的裝置的工作方法，其特征是，包括以下步驟：
10.如權利要求9所述的工作方法，其特征是，傳輸距離與其他參數的關系數學模型為：L＝η*ρ*P*S；
...【技術特征摘要】
1.一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，包括聯合鉆具、鉆機本體、氣動螺旋供砂系統、低壓水供給單元和高壓射流水動力單元，其中：
2.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述出砂管路設置在砂罐底部，所述砂罐上部設置有進氣管路，所述進氣管路和加壓裝置通過供氣管路連接。
3.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，所述鉆桿包括多個可拆卸連接的鉆桿，各鉆桿的兩端分別設置有固定公頭和固定母頭，相鄰鉆桿的固定公頭和固定母頭相適配。
4.如權利要求2所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，和所述鉆頭連接的鉆桿的表面設置有多個傳感器，所述傳感器分別用于監測鉆探空間的溫度，檢測前方洞穴的成份，監測洞穴內水的壓力監測、監測當前鉆探空間的有毒有害氣體，以及檢測扭矩和鉆機電機的反力。
5.如權利要求1所述的一種水射流聯合鉆進裝置，其特征是，靠近回轉接頭的鉆桿處設置有一過渡鉆桿，所述過渡鉆桿的一端和回轉接頭連接，另一端和鉆桿連接，所述過渡鉆桿包括依次連接的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉斌，李彪，楊瑞，李育航，谷劉琪，于虎，王紀文，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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