一種微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，屬于煤礦井下水力沖孔相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于高瓦斯煤層。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)煤層瓦斯賦存具有微孔隙、低滲透、高吸附的特征，煤層透氣性差，導(dǎo)致大部分煤層抽采困難，嚴(yán)重影響瓦斯的抽采利用率。隨著煤層瓦斯治理研究工作的深入開(kāi)展，很多學(xué)者達(dá)成了一定的共識(shí)，即通過(guò)水利化措施進(jìn)行煤層的卸壓增透，提高煤層滲透率，強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯。水力沖孔是以巖柱或煤柱為安全屏障，利用高壓水射流對(duì)鉆孔周圍的煤體進(jìn)行沖擊，沖出大量的煤體，從而形成孔洞。由于地應(yīng)力的作用，孔洞周圍的煤體發(fā)生大幅度的位移，引起孔洞周圍煤體的充分卸壓，透氣性系數(shù)增大，煤體內(nèi)的瓦斯得到大幅度釋放。然而，純水射流水壓較高，沖擊效果較差;磨料射流雖然能顯著改善沖擊效果，但是也會(huì)引發(fā)噴嘴損傷、賭孔等一系列問(wèn)題;氣液兩相射流能顯著改善這些問(wèn)題，然而，氣液均勻摻混是一項(xiàng)新的難題。因此，亟需研發(fā)一種新的氣液兩相水力沖孔方法，以解決該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種方法簡(jiǎn)單、能夠大幅提高水力沖孔效率的微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，包括在煤層中施工一個(gè)鉆孔，包括以下步驟:
[0005]a、將水力沖孔鉆頭連接在水力沖孔鉆桿前端并送入鉆孔內(nèi)，直到水力沖孔鉆頭到達(dá)煤層頂板；
[0006]b、將微波天線連接在同軸波導(dǎo)管的前端并送入鉆孔，直到微波天線到達(dá)煤層的中間位置，在同軸波導(dǎo)管的外露端連接波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器與矩形波導(dǎo)管連接，矩形波導(dǎo)管與微波發(fā)生器連接；
[0007]C、打開(kāi)微波發(fā)生器，產(chǎn)生的微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器和同軸波導(dǎo)管，最后到達(dá)微波天線并由微波天線向鉆孔內(nèi)的煤層發(fā)射；
[0008]d、將水力沖孔鉆桿的外露端連接水力沖孔設(shè)備，對(duì)煤層實(shí)施常規(guī)水力沖孔作業(yè)，高壓水在微波的作用下局部汽化，沖擊煤體；
[0009]e、當(dāng)沖孔出煤量達(dá)到2噸時(shí)，撤出水力沖孔鉆頭、水力沖孔鉆桿、微波天線和同軸波導(dǎo)，對(duì)鉆孔進(jìn)行密封并抽采瓦斯。
[0010]所述的鉆孔孔徑為113_，水力沖孔鉆頭和水力沖孔鉆桿的直徑均為75_。
[0011 ]所述的微波發(fā)生器的工作頻率為2.45GHz，功率為2kW。
[0012]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔，能夠大幅提高水力沖孔效率。由于水的介電常數(shù)較大，通過(guò)微波輻照水射流，使得水分子劇烈碰撞、升溫并汽化，形成均勻摻混的氣液兩相射流，氣液兩相射流由于強(qiáng)烈的脈動(dòng)效應(yīng)而劇烈沖擊煤體;同時(shí)，高溫高壓水蒸汽促進(jìn)瓦斯解吸，產(chǎn)生的熱應(yīng)力疏通煤體孔、裂隙，在煤體內(nèi)形成裂隙網(wǎng)；相比于純水射流，本發(fā)明在較低的水壓下實(shí)現(xiàn)了沖擊效率的提升;相對(duì)于磨料射流，本發(fā)明解決了磨料損傷噴嘴，堵塞鉆孔的問(wèn)題，大大強(qiáng)化了水力沖孔的效果。其方法簡(jiǎn)單，操作方便，裂隙效果好，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法示意圖。
[0014]圖中:1-煤層，2-鉆孔，3-水力沖孔鉆頭，4-水力沖孔鉆桿，5-微波天線，6_同軸波導(dǎo)管，7-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，8-矩形波導(dǎo)管，9-微波發(fā)生器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0016]本發(fā)明的微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，具體步驟如下:
[0017]a、在煤層I中施工一個(gè)鉆孔2，將水力沖孔鉆頭3連接在水力沖孔鉆桿4前端并送入鉆孔2內(nèi)，直到水力沖孔鉆頭3到達(dá)煤層頂板;所述的鉆孔2孔徑為113mm，水力沖孔鉆頭3和水力沖孔鉆桿4的直徑均為75_。
[0018]b、將微波天線5連接在同軸波導(dǎo)管6的前端并送入鉆孔2，直到微波天線5到達(dá)煤層
(I)的中間位置，在同軸波導(dǎo)管6的外露端連接波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7與矩形波導(dǎo)管8連接，矩形波導(dǎo)管8與微波發(fā)生器9連接；
[0019]c、打開(kāi)微波發(fā)生器9，產(chǎn)生的微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管8、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7和同軸波導(dǎo)管6，最后到達(dá)微波天線5并由微波天線5向鉆孔2內(nèi)的煤層發(fā)射;所述的微波發(fā)生器9的工作頻率為2.45GHz，功率為2kW。
[0020]d、將水力沖孔鉆桿4的外露端連接水力沖孔設(shè)備，對(duì)煤層I實(shí)施常規(guī)水力沖孔作業(yè)，高壓水在微波的作用下局部汽化，沖擊煤體；
[0021]e、當(dāng)沖孔出煤量達(dá)到2噸時(shí)，撤出水力沖孔鉆頭3、水力沖孔鉆桿4、微波天線5和同軸波導(dǎo)6，對(duì)鉆孔2進(jìn)行密封并抽采瓦斯。
[0022]實(shí)施例1、如圖1所示，微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法:首先，在底抽巷內(nèi)按常規(guī)方法在煤層I中施工一個(gè)孔徑為113mm的穿層鉆孔2。鉆孔2施工完成后，退出普通鉆桿與鉆頭，將水力沖孔鉆頭3連接在水力沖孔鉆桿4最內(nèi)端并送入鉆孔2內(nèi)，直到水力沖孔鉆頭3到達(dá)煤層頂板，水力沖孔鉆頭3和水力沖孔鉆桿4的直徑均為75mm。將微波天線5連接在同軸波導(dǎo)管6的最內(nèi)端并送入鉆孔2，直到微波天線5到達(dá)煤層I的中間位置，在同軸波導(dǎo)管6的最外端連接波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7與矩形波導(dǎo)管8連接，矩形波導(dǎo)管8與微波發(fā)生器9連接，微波發(fā)生器9的工作頻率為2.45GHz，功率為2kW。打開(kāi)微波發(fā)生器9，產(chǎn)生的微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管8、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器7和同軸波導(dǎo)管6，最后到達(dá)微波天線5并由微波天線5向鉆孔2發(fā)射。然后，將水力沖孔鉆桿4的最外端連接水力沖孔設(shè)備，對(duì)煤層I實(shí)施常規(guī)水力沖孔作業(yè)，高壓水在微波的作用下局部汽化，沖擊煤體。當(dāng)沖孔出煤量達(dá)到2噸時(shí)，撤出水力沖孔鉆頭3、水力沖孔鉆桿4、微波天線5和同軸波導(dǎo)管6，對(duì)鉆孔2進(jìn)行密封并抽采瓦斯。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，包括在煤層(I)中施工一個(gè)鉆孔(2)，其特征在于，還包括以下步驟: a、將水力沖孔鉆頭(3)連接在水力沖孔鉆桿(4)前端并送入鉆孔(2)內(nèi)，直到水力沖孔鉆頭(3)到達(dá)煤層頂板； b、將微波天線(5)連接在同軸波導(dǎo)管(6)的前端并送入鉆孔(2)，直到微波天線(5)到達(dá)煤層(I)的中間位置，在同軸波導(dǎo)管(6)的外露端連接波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(7)，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(7)與矩形波導(dǎo)管(8)連接，矩形波導(dǎo)管(8)與微波發(fā)生器(9)連接； c、打開(kāi)微波發(fā)生器(9)，產(chǎn)生的微波依次通過(guò)矩形波導(dǎo)管(8)、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器(7)和同軸波導(dǎo)管(6)，最后到達(dá)微波天線(5)并由微波天線(5)向鉆孔(2)內(nèi)的煤層發(fā)射； d、將水力沖孔鉆桿(4)的外露端連接水力沖孔設(shè)備，對(duì)煤層(I)實(shí)施常規(guī)水力沖孔作業(yè)，高壓水在微波的作用下局部汽化，沖擊煤體； e、當(dāng)沖孔出煤量達(dá)到2噸時(shí)，撤出水力沖孔鉆頭(3)、水力沖孔鉆桿(4)、微波天線(5)和同軸波導(dǎo)(6)，對(duì)鉆孔(2)進(jìn)行密封并抽采瓦斯。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，其特征在于:所述的鉆孔(2)孔徑為113 mm，水力沖孔鉆頭(3)和水力沖孔鉆桿(4)的直徑均為75 mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，其特征在于:所述的微波發(fā)生器(9)的工作頻率為2.45 GHz，功率為2 kW。
【專利摘要】一種微波輻射孔內(nèi)汽化水力沖孔方法，將微波天線連接在同軸波導(dǎo)管的最內(nèi)端并送入鉆孔，在同軸波導(dǎo)管的最外端連接波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器與矩形波導(dǎo)管連接，矩形波導(dǎo)管與微波發(fā)生器連接。打開(kāi)微波發(fā)生器，同時(shí)，打開(kāi)水力沖孔設(shè)備，高壓水在微波的作用下局部汽化，沖擊煤體。水力沖孔完成后，撤出水力沖孔鉆頭與鉆桿、微波天線和同軸波導(dǎo)管，對(duì)鉆孔進(jìn)行密封并抽采瓦斯。本發(fā)明通過(guò)微波輻照使得水分子升溫并汽化，形成均勻摻混的氣液兩相射流，氣液兩相射流由于強(qiáng)烈的脈動(dòng)效應(yīng)而劇烈沖擊煤體；同時(shí)，高溫高壓水蒸汽促進(jìn)瓦斯解吸，產(chǎn)生的熱應(yīng)力疏通煤體孔、裂隙，在煤體內(nèi)形成裂隙網(wǎng)，大大強(qiáng)化了水力沖孔的效果。
【IPC分類】E21B7/18, E21F7/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105507812
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511019352
【發(fā)明人】林柏泉, 李賀, 洪溢都, 黃展博, 楊威, 劉統(tǒng), 王瑞
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日