一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀技术领域
本发明涉及井下煤矿机械设备领域，具体为一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排
粉高低压水流切换阀。
背景技术
随着煤层钻孔深度的增加，煤层之间的应力也逐渐增大，普通的小钻头打的瓦斯
抽放孔很容易被煤层之间的应力挤压回去，大大降低了瓦斯抽放的效率。水力钻孔技术自
上世纪80年代被发现以后直到现在才逐渐被应用到煤层开采中去。但是由于水力钻孔作业
方式在冲孔时需要将钻杆拔出，换成冲孔设备，才能实现水力冲孔。这些设备大多比较笨
重，附件较多，工序复杂且二次导入钻杆时会因塌孔等原因造成导入不顺利，严重影响瓦斯
抽采工作，造成了钻进效率低下工人劳动强度增大，井下生产效率等各方面的不良影响。
发明内容
为了解决上述水力冲孔作业中存在的问题，本发明提出了一种水力扩孔造穴用单
向过滤式自排粉高低压水流切换阀，绞龙能够自动排粉，改变水流的压力可实现钻孔与冲
孔功能间的转换，单向阀解决了打钻与冲孔过程中时常出现的煤水逆流问题。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案为：一种水力扩孔造穴用单向过滤式
自排粉高低压水流切换阀，包括外壁带有绞龙的阀体，阀体中具有供水流流通的中心通道，
阀体沿冲孔方向的首端设有钻头连接头，阀体沿冲孔方向的尾端设有多个贯穿阀体侧壁并
置于中心通道内的射流喷头，所述钻头连接头具有与中心通道相贯通的通孔，通孔尾端与
中心通道相接处固定设置有供水流单向流入通孔内的单向阀，通孔首端设置有滤网，所述
中心通道尾部处设置有环形限位凸起，阀体位于钻头连接头与环形限位凸起之间的中心通
道内设置有高低压水流切换机构；
所述高低压水流切换机构包括活塞筒以及滑动插设在活塞筒内的活塞阀，活塞筒与活
塞阀均为沿冲孔方向首端密封、尾端敞开的筒体，活塞筒尾部侧壁开设有与射流喷头相互
贯通的高压射流孔；活塞筒的筒体与中心通道之间形成低压水流通道，活塞筒的侧壁开设
有与低压水流通道连通的低压水流通孔Ⅰ，活塞阀的侧壁开设有低压水流通孔Ⅱ，活塞阀通
过设置在活塞筒筒体内的弹性件与活塞筒密封端的底壁连接，且在弹性件自然状态下，低
压水流通孔Ⅱ与低压水流通孔Ⅰ相互贯通，而活塞阀的阀壁末端密封高压射流孔，并在水压
增大时，活塞阀前移压缩弹性件后封闭低压水流通孔Ⅱ，打开高压射流孔。
作为优选的，所述单向阀由具有一梯形通腔的单向阀座和设置在梯形通腔中的钢
球构成，梯形通腔的大口端朝向冲孔方向设置，且梯形通腔与通孔及中心通道相连通。
作为优选的，所述通孔中位于单向阀首尾两端处设置有用于固定单向阀的且可通
过水流的挡板和限位挡圈。
作为优选的，所述钻头连接头尾端螺纹连接在阀体内，钻头连接头首端设置有用
于连接钻头的公接头，且公接头的长度不大于35毫米。
作为优选的，所述活塞筒首端通过丝堵密封。
作为优选的，所述活塞筒的两端均具有与中心通道内径匹配的连接凸部，活塞筒
位于两个连接凸部之间的筒体外径小于中心通道内径，低压水流通孔Ⅰ设置在活塞筒筒体
上相邻活塞筒尾端连接凸部的位置处，高压射流孔设置在活塞筒尾端的连接凸部上。
作为优选的，所述活塞筒的敞口端处设置有用于限制活塞阀位置的限位挡圈。
作为优选的，所述滤网位于钻头连接头首端的一侧设置有用于固定滤网的限位挡
圈。
作为优选的，所述活塞筒两端与中心通道之间以及活塞阀两端与活塞筒之间均设
置有密封圈。
作为优选的，所述阀体沿冲孔方向的尾端设有用于连接钻杆的母接头。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明所述的一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀，以水
压作为动力的高低压水流切换机构可使切换阀集打钻、冲孔为一体，实现钻孔与冲孔一体
化，解决了常规设备中打钻与冲孔转换更换零配件较多、工人劳动强度大、效率低下的问
题，且结构简单，操作时仅需改变水流压力，操作极其方便。
第二，本发明所述的一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀，
阀体外壁的绞龙在切换阀工作钻孔状态下能够将煤粉沿着绞龙的螺旋方向自动排出，避免
煤粉在钻孔中的堆积。
第三，本发明所述的一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀，
水流通过切换阀流向煤层钻孔中，水流与煤粉混合一起形成煤泥，单向阀可有效防止煤泥
逆流进入到钻头连接头内，保证高低压水流切换机构的正常工作。
第四，本发明所述的一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀，
钻头连接头首端的公接头相比现有的常规的用于连接钻头的公接头来说，钻头连接头首端
的公接头的长度要明显比常规的公接头短，在制造相同扭矩且不丧失稳固性的情况下，长
度较短的公接头更容易拆卸，提高钻孔作业效率。
附图说明
图1为本发明一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀的结构示
意图；
图2为本发明一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀中阀体的结构
示意图；
图3为本发明一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀中高低压水流
切换机构的结构示意图；
图4为本发明一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀中钻头连接头
的结构示意图；
图中标记：1、阀体，101、射流喷头，102、母接头，2、环形限位凸起，3、钻头连接头，301、
通孔，302、挡板，303、公接头，4、活塞筒，401、高压射流孔，402、低压水流通孔Ⅰ，403、连接凸
部，5、活塞阀，501、低压水流通孔Ⅱ，6、弹性件，7、低压水流通道，8、单向阀，801、单向阀座，
802、钢球，9、滤网，10、丝堵，11、限位挡圈，12、密封圈。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，
给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
如图所示，本发明为一种水力扩孔造穴用单向过滤式自排粉高低压水流切换阀，
包括外壁带有绞龙的阀体1，阀体1中具有供水流流通的中心通道，阀体1沿冲孔方向的首端
设有钻头连接头3，阀体1沿冲孔方向的尾端设有多个贯穿阀体1侧壁并置于中心通道内的
射流喷头101，所述钻头连接头3具有与中心通道相贯通的通孔301，通孔301尾端与中心通
道相接处固定设置有供水流单向流入通孔301内的单向阀8，通孔301首端设置有滤网9，所
述中心通道尾部处设置有环形限位凸起2，环形限位凸起2实际上是环绕中心通道内壁的一
圈凸部，阀体1位于钻头连接头3与环形限位凸起2之间的中心通道内设置有高低压水流切
换机构；
所述高低压水流切换机构包括活塞筒4以及滑动插设在活塞筒4内的活塞阀5，活塞筒4
与活塞阀5均为沿冲孔方向首端密封、尾端敞开的筒体，活塞筒4尾部侧壁开设有与射流喷
头101相互贯通的高压射流孔401；活塞筒4的筒体与中心通道之间形成低压水流通道7，活
塞筒4的侧壁开设有与低压水流通道7连通的低压水流通孔Ⅰ402，活塞阀5的侧壁开设有低
压水流通孔Ⅱ501，活塞阀5通过设置在活塞筒4筒体内的弹性件6与活塞筒4密封端的底壁
连接，且在弹性件6自然状态下，低压水流通孔Ⅱ501与低压水流通孔Ⅰ402相互贯通，而活塞
阀5的阀壁末端密封高压射流孔401，并在水压增大时，活塞阀5前移压缩弹性件6后封闭低
压水流通孔Ⅱ501，打开高压射流孔401。
以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上作进一步的改进、优化或限定。
进一步的，所述单向阀8由具有一梯形通腔的单向阀座801和设置在梯形通腔中的
钢球802构成，单向阀座801的外径大小与通孔301内径相匹配，梯形通腔的大口端朝向冲孔
方向设置，且梯形通腔与通孔301及中心通道相连通。
进一步的，所述通孔301中位于单向阀8首尾两端处设置有用于固定单向阀8的且
可通过水流的挡板302和限位挡圈11，挡板302和限位挡圈11均为圆环状结构，中间的敞孔
与通孔301和中心通道连通，用于水流的通过。
进一步的，所述钻头连接头3尾端螺纹连接在阀体1内，钻头连接头3首端设置有用
于连接钻头的公接头303，且公接头303的长度不大于35毫米，实际应用中将公接头的长度
设置为30毫米。
现有的常规的用于连接钻头的公接头，其长度一般为55毫米，日常的拆卸较为耗
时，且螺纹长度较长的情况下旋进的力便越大，拆卸费力，现将公接头的长度设置为30毫
米，相比常规的其长度缩减了将近一半，且通过反复的实践证明，30毫米的公接头在相同动
力的前提下所带来的扭矩以及连接的稳固性相比55毫米的传统公接头，并未受到太大的影
响，即，在相同动力下，30毫米的公接头与55毫米的传统公接头均能传递同等的扭矩以及具
有同等的稳固性。最重要的是，30毫米的公接头在钻头拆卸时更加省时省力。
进一步的，所述活塞筒4首端通过丝堵10密封。
进一步的，所述活塞筒4的两端均具有与中心通道内径匹配的连接凸部403，活塞
筒4位于两个连接凸部403之间的筒体外径小于中心通道内径，低压水流通孔Ⅰ402设置在活
塞筒4筒体上相邻活塞筒尾端连接凸部403的位置处，高压射流孔401设置在活塞筒尾端的
连接凸部403上。
进一步的，所述活塞筒4的敞口端处设置有用于限制活塞阀5位置的限位挡圈11。
进一步的，所述滤网9位于钻头连接头3首端的一侧设置有用于固定滤网9的限位
挡圈11。
进一步的，所述活塞筒4两端与中心通道之间以及活塞阀5两端与活塞筒4之间均
设置有密封圈12。
进一步的，所述阀体1沿冲孔方向的尾端设有用于连接钻杆的母接头102。
在正常打钻过程中，水的流速及压力比较低，水流先经阀体1内的中心通道进入活
塞阀5，此时水压不足以压缩弹性件6，活塞阀5的低压水流通孔Ⅱ501与活塞筒4的低压水流
通孔Ⅰ402相互贯通，且活塞阀5的阀壁末端密封高压射流孔401，整个割煤装置处于低压水
流冲洗冷却状态，水流先后经低压水流通孔Ⅱ501、低压水流通孔Ⅰ402后流入低压水流通道
7，并经低压水流通道7穿过单向阀8进入到钻头连接头3的通孔301中后通过滤网9，流向与
切换阀相连接的钻头中，流向钻头的水流可对钻头进行水力冷却，水流流出后可对煤层壁
进行冲刷，且在水流对煤层壁冲刷过程中，单向阀8可有效防止煤水逆流进入到钻头连接头
3内。
在钻头冷却环节运用小孔节流的原理：水流通过滤网9后，水流遇到突然变窄的断
面，由于存在阻力使水流的压力急剧下降，其所对应的蒸发温度也会相应下降，因此液体就
会在较低温度下蒸发，蒸发过程吸收本身的热量，从而对钻头8进行冷却。
在冲孔造穴过程中，加大水流的压力与流速，水流先经阀体1内的中心通道进入活
塞阀5，此时水压冲撞活塞阀5密封垫的力足以压缩弹性件6，弹性件6收缩，活塞阀5前移，活
塞阀5的低压水流通孔Ⅱ501与活塞筒4的低压水流通孔Ⅰ402失去贯通的状态，关闭水流的
前进通道，至活塞阀5的阀壁末端脱离对高压射流孔401的密封，此时，高压射流孔401和射
流喷头101与阀体1的中心通道处于相互贯通的状态，高压的水流经过高压射流孔401和射
流喷头101后对煤层进行高压冲孔造穴。
高压冲孔造穴过程中，低压水流的通路关闭，单向阀8没有了水流的推动，就会关
闭通道，防止煤水通过钻头出水孔进入钻头连接头3内影响活塞式水流换向器的使用。
使用中，将切换阀母接头与常规的钻杆连接，切换阀首端钻头连接头3上的公接头
连接钻头，进行打钻作业。在打钻过程中，阀体1外侧的绞龙会对矿石及煤粉进行自动排出，
防止其影响钻孔效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽
然本发明已以较佳实施例描述如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述所述技术内容作出的些许更动或修饰
均为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。