一種水力沖孔、清淤與排渣一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤礦瓦斯抽采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于松軟煤層的水力沖孔、清淤與排渣一體化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水力沖孔作為一種強(qiáng)化瓦斯抽采的工藝，憑借采用的系統(tǒng)裝置和工藝簡單的優(yōu)勢，得到了廣泛推廣與應(yīng)用。
[0003]但是，在松軟煤層中應(yīng)用水力沖孔時，隨著水力沖孔的不斷進(jìn)行，新揭露煤體的變形較難充分發(fā)展，導(dǎo)致應(yīng)力梯度不斷增大，應(yīng)變能和彈性潛能逐漸聚集，使得煤體具備了突發(fā)性破壞的條件，煤體處于不穩(wěn)定的應(yīng)變軟化階段，在應(yīng)力作用下發(fā)生破壞和垮落。水在排渣的同時，對煤層物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的影響也較大，其主要原因是煤的水化作用，即物理弱化作用和力學(xué)作用:煤塊浸水后，水進(jìn)入孔隙、裂隙中，潤濕煤塊自由面上的每個顆粒；由于水分子的侵入，削弱了顆粒間的聯(lián)系、弱化了煤的力學(xué)性質(zhì)；進(jìn)入煤體孔隙、裂隙中的高壓水，降低了煤體彈性屈服極限，促使煤體產(chǎn)生塑性變形，降低煤體的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，造成松軟煤層易發(fā)生“泥化”，阻礙煤渣的排出，大量煤泥包裹在鉆頭與鉆桿的周圍，并與鉆孔形成整體真空狀態(tài)，導(dǎo)致堵孔、抱鉆等現(xiàn)象。另外，隨著煤體暴露面積的增加，在外力擾動下，吸附瓦斯解吸和游離瓦斯匯集后，不斷從孔壁周圍暴露表面釋放出來。水力沖孔后，由于不同尺寸的孔隙相互連通，促使煤層瓦斯中貯存的大量能量迅速發(fā)散，在壓力梯度的作用下流向沖孔空間；隨著高壓水不斷注入沖孔內(nèi)，瓦斯在密閉空間內(nèi)也被不斷壓縮，壓力不斷升高，當(dāng)壓力升高至一定程度時，煤泥、鉆桿在高壓力的作用下被頂出，最終出現(xiàn)噴孔、瓦斯超限等事故。
[0004]為了避免發(fā)生堵孔、抱鉆、噴孔、頂鉆和瓦斯超限等現(xiàn)象，專利號為CN201010512993.2的專利公開了“一種順層鉆進(jìn)松軟煤層深長瓦斯抽采孔的方法及裝置”，該方法在硬分層中鉆孔，對軟分層沖孔卸壓，從而保證鉆孔的完好性，能起到避免鉆孔塌孔、抱鉆的作用；但是，該方法無法適用于沒有硬分層的煤層，局限性較大。另外，專利號為CN201210173486.X的專利公開了“多級水力沖孔鉆”，其在鉆桿最前側(cè)安裝的射流鉆頭上設(shè)置有至少兩個對稱射流嘴，用于沖孔時清理鉆頭周邊的煤渣；但是，由于清渣水流和返水速度方向相反，導(dǎo)致噴射距離受到極大限制，且沖孔過程中需要分出一定的水量用于清渣，降低了沖孔的能量；除此之外，若沖孔過程中出現(xiàn)堵孔、抱鉆等現(xiàn)象時，鉆頭向沖孔孔洞中注水，瓦斯受到擠壓，壓力增大，當(dāng)增大一定程度的時候，仍會出現(xiàn)噴孔、頂鉆等現(xiàn)象。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種便于操作、可防止堵孔與抱鉆和避免水力沖孔過程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆與瓦斯超限等現(xiàn)象的水力沖孔、清淤與排渣一體化裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種水力沖孔、清淤與排渣一體化裝置，包括鉆機(jī)、容器和通過高壓管路與容器相連通的高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器，高壓管路上設(shè)有高壓泵；高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器輸出端與鉆機(jī)的鉆桿相連，鉆桿前端設(shè)有清淤排渣鉆頭和沖孔鉆頭，沖孔鉆頭位于清淤排渣鉆頭前方。
[0007]所述清淤排渣鉆頭包括殼體和殼體內(nèi)通過孔用彈性擋圈固定的閥體，閥體后端設(shè)有底封圈，閥體內(nèi)滑動設(shè)置有閥芯，閥體內(nèi)部前端設(shè)有密封腔室，閥芯前端設(shè)有與密封腔室過渡配合的密封端頭，閥芯后端與閥體內(nèi)壁過渡配合，閥芯中部主體部分與密封腔室間隙配合，閥芯上套設(shè)有復(fù)位彈簧；殼體內(nèi)部前端設(shè)有單向閥，閥體后端外表面設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)有與閥體內(nèi)部相通的通孔，殼體側(cè)壁上設(shè)有徑向布置的噴嘴和切齒，噴嘴內(nèi)部設(shè)有與環(huán)形凹槽相通的液體流道。
[0008]所述高壓管路上連通有位于高壓泵與高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器之間的高壓支路，高壓支路端部伸入容器內(nèi)，高壓支路上設(shè)有溢流閥。
[0009]所述殼體前端設(shè)有位于單向閥前方的出水過濾墊，殼體內(nèi)設(shè)有位于孔用彈性擋圈和底封圈之間的進(jìn)水過濾墊。
[0010]所述復(fù)位彈簧包括前復(fù)位彈簧和后復(fù)位彈簧，閥芯前端與后端之間的中部主體部分為階梯狀，中部主體部分的前半段通過前墊圈設(shè)置前復(fù)位彈簧，中部主體部分的后半段通過與前墊圈相鄰的后墊圈設(shè)置后復(fù)位彈簧。
[0011]所述殼體與閥體之間設(shè)有密封圈。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點(diǎn)為:
[0013]1、本實用新型包括鉆機(jī)、容器和通過高壓管路與容器相連通的高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器，高壓管路上設(shè)有高壓泵；高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器輸出端與鉆機(jī)的鉆桿相連，鉆桿前端設(shè)有清淤排渣鉆頭和沖孔鉆頭，沖孔鉆頭位于清淤排渣鉆頭前方，其結(jié)構(gòu)簡單，通過調(diào)節(jié)水壓控制閥芯運(yùn)動，閥芯運(yùn)動改變沖孔鉆頭和噴嘴內(nèi)高壓水流的啟閉，即能夠根據(jù)不同水壓的作用改變高壓水流的流向，當(dāng)水壓小于m或者大于η時，高壓水流流向沖孔鉆頭8，實施水力沖孔，壓力在m-n之間時，高壓水流流向清淤排渣鉆頭7，實施清淤排渣，便于操作，可有效防止堵孔與抱鉆，并避免水力沖孔過程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆與瓦斯超限等現(xiàn)象。
[0014]2、閥芯動作的臨界水壓可通過調(diào)節(jié)復(fù)位彈簧的彈性系數(shù)來改變，從而適用于不同硬度煤層的水力沖孔和清淤排渣，適用范圍寬泛，使用靈活。
[0015]3、殼體前端設(shè)有位于單向閥前方的出水過濾墊，殼體內(nèi)設(shè)有位于孔用彈性擋圈和底封圈之間的進(jìn)水過濾墊，進(jìn)水過濾墊和出水過濾墊能對水流進(jìn)行有效過濾，防止出現(xiàn)堵塞。
[0016]4、高壓管路上連通有位于高壓泵與高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器之間的高壓支路，高壓支路端部伸入容器內(nèi)，高壓支路上設(shè)有溢流閥，使用過程安全可靠。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中清淤排渣鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示的水力沖孔、清淤與排渣一體化裝置，其包括鉆機(jī)5、容器I和通過高壓管路2與容器I相連通的高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器3，高壓管路2上設(shè)有高壓泵4 ;同時，在高壓管路2上連通有位于高壓泵4與高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器3之間的高壓支路9，高壓支路9端部伸入容器I內(nèi)，高壓支路9上設(shè)有溢流閥10。
[0020]高壓密封旋轉(zhuǎn)輸水器3通過輸出端與鉆機(jī)5的