專利名稱：一種鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置及方法，尤其適用于高瓦斯松軟復(fù)雜煤層卸壓增透和消除煤層煤與瓦斯突出危險性。
背景技術(shù)：
我國礦井瓦斯治理的根本手段是以鉆孔瓦斯抽采方式為主的瓦斯抽采措施，隨著我國煤礦進入深部開采，煤層透氣性差、瓦斯抽采難、動力現(xiàn)象突出等問題日益嚴重，水力化措施是提高煤層瓦斯抽采效率的有效措施并得到了較為廣泛的現(xiàn)場應(yīng)用。鉆孔內(nèi)高壓射流割縫卸壓增透技術(shù)采用人工方法通過高壓水射流沖蝕煤體形成卸壓縫槽，擴大了鉆孔 有效抽采影響范圍，能夠較好地解決高瓦斯低透氣性煤層開采過程中瓦斯涌出、瓦斯突出問題。割縫工藝實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)之一是射流割縫器的設(shè)計及性能。在高瓦斯松軟煤層條件下，瓦斯噴涌嚴重，割縫過程中易發(fā)生噴孔及煤體垮塌等現(xiàn)象，造成鉆孔內(nèi)抱鉆和射流器堵塞，導(dǎo)致割縫作業(yè)被迫中止，影響設(shè)備的可靠性；同時單一射流發(fā)生器產(chǎn)生的射流切割范圍及排粉能力有限，割縫卸壓效率較低。為了有效解決割縫作業(yè)中遇到的難題，同時為了提高孔內(nèi)割縫卸壓增透技術(shù)在高瓦斯松軟煤層瓦斯抽采中的應(yīng)用，研究和改善射流割縫器性能并開發(fā)新型高壓射流割縫射流器是十分必要的，這對提高礦井瓦斯抽采效率及改善礦井安全生產(chǎn)狀況具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用效果好的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置及方法。技術(shù)方案本發(fā)明的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置，包括與鉆機相連的鉆頭體，所述的鉆頭體內(nèi)開有階梯通孔，階梯通孔內(nèi)部間隔設(shè)有壓控閥門和單向閥，壓控閥門和單向閥之間的鉆頭體壁上下對稱設(shè)有雙射流發(fā)生器，所述鉆頭體的前部設(shè)有多個呈羽翼狀的合金刀片；所述的壓控閥門由導(dǎo)向套、設(shè)在導(dǎo)向套內(nèi)的樹脂小球和彈簧組成；所述的合金刀片為三片呈120度角分布排列、尾部與鉆頭體的水平夾角為15 20° ;所述的雙射流發(fā)生器由兩個錐直型噴嘴融合而成。本發(fā)明的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴方法，包括如下步驟
a、利用鉆機將鉆頭體推送至已施工完成的鉆孔孔底，推送過程中向鉆頭體內(nèi)通入
2-5MPa的低壓水，低壓水從雙射流發(fā)生器和壓控閥門的出口流出，以防止雙射流發(fā)生器堵塞和降低鉆頭體的溫度；
b、向鉆頭體內(nèi)通入10-15MPa的高壓水，高壓水呈雙束高壓射流從雙射流發(fā)生器的噴孔噴出，此時轉(zhuǎn)動鉆頭體，對鉆頭體所在位置進行水射流割縫誘噴，使雙射流發(fā)生器圍繞軸心線旋轉(zhuǎn)25-35min，將高壓水調(diào)節(jié)為低壓水；
C、將鉆頭體沿孔口方向后退1-1. 5m，重復(fù)步驟b，完成鉆頭體下一位置的水射流割縫誘噴，周而復(fù)始，完成多個位置的水射流割縫誘噴。
當鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力超過低壓水2_5MPa的壓力時，單向閥自動關(guān)閉。當鉆孔孔口的出水量小于供水量的1/3時，將高壓水調(diào)節(jié)為低壓水，低速旋轉(zhuǎn)并來回抽拉鉆頭體直至孔口的出水量達供水量的2/3時，保證合金刀片破壞堵塞煤渣至鉆孔排渣通暢。有益效果本發(fā)明利用水射流發(fā)生器噴射出的雙束高壓射流，對鉆孔壁不同斷面的煤體進行雙射流割縫，形成由局部到整體的“點一面一體”式的破壞作用，造成煤體在設(shè)定位置或一定范圍內(nèi)發(fā)生失穩(wěn)噴孔，可以引導(dǎo)孔內(nèi) 煤與瓦斯突出沿鉆孔徑向擴展，擴大鉆孔破壞卸壓影響范圍，實現(xiàn)鉆孔瓦斯的高效抽采；通過雙射流的方式，提高了割縫器的破煤效率和排粉能力；通過單向閥的單向止回作用，有效降低了射流器的堵塞；采用刀具的傾斜羽翼解決了因塌孔堵孔造成的卡鉆、丟鉆頭的難題，從而提高了割縫設(shè)備的可靠性及在現(xiàn)場的適應(yīng)性；通過鉆孔內(nèi)水射流割縫誘發(fā)噴孔的工藝方法，誘發(fā)煤體釋放瓦斯膨脹能，實現(xiàn)鉆孔徑向煤體裂隙發(fā)育，改善煤體的透氣性，提高煤體瓦斯抽采效率并消除煤與瓦斯突出危險性。其結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，在煤層瓦斯抽采及煤與瓦斯消突領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的實用性。


圖I是本發(fā)明的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置結(jié)構(gòu)剖視 圖2是本發(fā)明的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置器結(jié)構(gòu)右視圖。圖中1-鉆頭體，2-壓控閥門，3-合金刀片，4-雙射流發(fā)生器，5-單向閥。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述
本發(fā)明的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置，主要由鉆頭體I、壓控閥門2、合金刀片3、雙射流發(fā)生器4、單向閥5構(gòu)成，所述的鉆頭體I內(nèi)開有階梯通孔，鉆頭體I的左端孔與鉆機相連，鉆頭體I階梯通孔內(nèi)部間隔設(shè)有壓控閥門2和單向閥5，壓控閥門2和單向閥5之間的鉆頭體I壁上下對稱設(shè)有雙射流發(fā)生器4，所述鉆頭體I的前部設(shè)有多個呈羽翼狀的合金刀片3 ;所述的壓控閥門2由導(dǎo)向套、設(shè)在導(dǎo)向套內(nèi)的樹脂小球和彈簧組成；所述的合金刀片3為三片呈120度角分布排列、尾部與鉆頭體I的水平夾角為15 20° ;所述的雙射流發(fā)生器4由兩個錐直型噴嘴融合而成。本發(fā)明的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴方法
a、將鉆頭體I安裝在鉆機上，鉆桿配合工作，利用鉆機將鉆頭體I推送至已施工完成的鉆孔孔底，推送過程中向鉆頭體I內(nèi)通入2-5MPa的低壓水，此時，低壓水從雙射流發(fā)生器4和壓控閥門2的出口流出，實現(xiàn)防止雙射流發(fā)生器4堵塞和降低鉆頭體I的溫度；
b、當鉆頭體I達到預(yù)設(shè)深度后，向鉆頭體I內(nèi)通入10-15MPa的高壓水，高壓水呈雙束高壓射流從雙射流發(fā)生器4的噴孔噴出，此時轉(zhuǎn)動鉆頭體I，對鉆頭體I所在位置進行水射流割縫誘噴，使雙射流發(fā)生器4圍繞軸心線旋轉(zhuǎn)25-35min，完成鉆頭體I所在位置的水射流割縫誘噴，將高壓水調(diào)節(jié)為低壓水；
C、將鉆頭體I沿孔口方向后退1-1. 5m，重復(fù)步驟b，完成鉆頭體I下一位置的水射流割縫誘噴，周而復(fù)始，完成多個位置的水射流割縫誘噴。
當鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力超過低壓水2_5MPa的壓力時，單向閥5自動關(guān)閉；
當鉆孔孔口的出水量小于供水量的1/3時，將高壓水調(diào)節(jié)為低壓水，低速旋轉(zhuǎn)并來回抽拉鉆頭體I直至孔口的出水量達供水量的2/3時，保證合金刀片3破壞堵塞煤渣至鉆孔排渣通暢，實現(xiàn)割縫射流器防抱鉆、防丟鉆和疏通鉆孔的功能； 當穿層作業(yè)時，對整個煤層段進行割縫誘噴；
當順層作業(yè)時，在距孔口 15m時停止割縫誘噴。其間，需關(guān)閉水流換卸鉆桿或鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力超過低壓水的壓力時，單向閥5復(fù)位，滯止回流，消除因回流負壓造成的煤粉對射流發(fā)生器5的堵塞，實現(xiàn)射流割縫器防堵塞功能。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置，包括與鉆機相連的鉆頭體(1)，其特征在于所述的鉆頭體(I)內(nèi)開有階梯通孔，階梯通孔內(nèi)部間隔設(shè)有壓控閥門(2)和單向閥(5)，壓控閥門(2)和單向閥(5)之間的鉆頭體(I)壁上下對稱設(shè)有雙射流發(fā)生器(4)，所述鉆頭體(I)的前部設(shè)有多個呈羽翼狀的合金刀片(3);所述的壓控閥門(2)由導(dǎo)向套、設(shè)在導(dǎo)向套內(nèi)的樹脂小球和彈簧組成；所述的合金刀片(3)為三片呈120度角分布排列、尾部與鉆頭體(I)的水平夾角為15 20° ;所述的雙射流發(fā)生器(4)由兩個錐直型噴嘴融合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述裝置的鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴方法，其特征在于包括如下步驟 a、利用鉆機將鉆頭體(I)推送至已施工完成的鉆孔孔底，推送過程中向鉆頭體(I)內(nèi)通入2-5MPa的低壓水，低壓水從雙射流發(fā)生器(4)和壓控閥門(2)的出口流出，以防止雙射 流發(fā)生器(4)堵塞和降低鉆頭體(I)的溫度； b、向鉆頭體(I)內(nèi)通入10-15MPa的高壓水，高壓水呈雙束高壓射流從雙射流發(fā)生器(4)的噴孔噴出，此時轉(zhuǎn)動鉆頭體(I )，對鉆頭體(I)所在位置進行水射流割縫誘噴，使雙射流發(fā)生器(4)圍繞軸心線旋轉(zhuǎn)25-35min，將高壓水調(diào)節(jié)為低壓水； C、將鉆頭體(I)沿孔口方向后退1-1. 5m，重復(fù)步驟b，完成鉆頭體(I)下一位置的水射流割縫誘噴，周而復(fù)始，完成多個位置的水射流割縫誘噴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴方法，其特征在于當鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力超過低壓水2-5MPa的壓力時，單向閥(5)自動關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴方法，其特征在于當鉆孔孔口的出水量小于供水量的1/3時，將高壓水調(diào)節(jié)為低壓水，低速旋轉(zhuǎn)并來回抽拉鉆頭體(I)直至孔口的出水量達供水量的2/3時，保證合金刀片(3)破壞堵塞煤渣至鉆孔排渣通暢。
全文摘要
一種鉆孔內(nèi)水射流割縫誘噴裝置及方法，裝置包括鉆頭體，鉆頭體內(nèi)開設(shè)有階梯通孔，階梯通孔內(nèi)間隔設(shè)有壓控閥門和單向閥，壓控閥門和單向閥之間的鉆頭體壁上下對稱設(shè)有雙射流發(fā)生器，鉆頭體前部設(shè)有多個呈羽翼狀的合金刀片。利用水射流發(fā)生器噴射出雙束高壓射流，對鉆孔壁不同斷面的煤體進行雙射流割縫，形成由局部到整體的“點—面—體”式破壞作用，引導(dǎo)煤體一定范圍內(nèi)發(fā)生失穩(wěn)噴孔并沿鉆孔徑向擴展，擴大鉆孔卸壓影響范圍，實現(xiàn)瓦斯的高效抽采；實現(xiàn)了水射流的高效破煤，改善了射流誘噴作業(yè)過程中煤粉塞堵射流發(fā)射器和因煤渣堵鉆孔造成的抱鉆、丟鉆頭等現(xiàn)象，實現(xiàn)了高瓦斯松軟復(fù)雜煤層采用人工增透的方法進行煤層瓦斯抽采和消除突出危險性的目的。
文檔編號E21B10/61GK102966310SQ20121054709
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者林柏泉, 沈春明, 鄒全樂, 張其智 申請人:中國礦業(yè)大學