專(zhuān)利名稱：一種偏置氣液兩相射流割縫增透裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，尤其適用于高瓦斯松軟煤層卸壓增透和消除煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。
背景技術(shù)：
煤礦狹義的礦井瓦斯是指甲烷，在滲透空間內(nèi)主要呈游離狀態(tài)存在，在微孔內(nèi)主要呈吸附狀態(tài)存在微孔表面上和在煤的粒子內(nèi)部占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空穴或煤分子之間的空間。當(dāng)空氣中氧氣濃度達(dá)到10%，瓦斯?jié)舛仍?°/Γ 6%之間時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸，直接威脅礦工的生命安全。每年來(lái)自煤炭開(kāi)采而釋放至大氣層中的甲烷數(shù)目驚人，它是一種溫室氣體，在大氣中的溫室效應(yīng)強(qiáng)度是等量二氧化碳的21倍，且嚴(yán)重消耗大氣平流層中的臭氧，從而引起氣候異常以及對(duì)臭氧層的破壞作用，這已成為全世界共同面臨的重大問(wèn)題。我國(guó)煤層瓦斯賦存具有微孔隙、低滲透率、高吸附的特征。煤層滲透率平均只有
1.1974 Χ1(Γ18 1.1596 X l(T14m2，其中滲透率大于 0.1987 X l(T15m2 的僅占 28%,而滲透率大于0.9187X IO-V的極少。煤層透氣性低是造成我國(guó)高瓦斯礦井煤層瓦斯抽采效果普遍較差的主要原因之一。鉆孔瓦斯抽采是我國(guó)礦井瓦斯治理的根本手段，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(chǎng)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(guò)高壓水射流沖蝕煤體形成卸壓縫槽，擴(kuò)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(kāi)采過(guò)程中瓦斯涌出、瓦斯突出問(wèn)題。在高瓦斯松軟煤層條件下，瓦斯噴涌嚴(yán)重，割縫過(guò)程中易發(fā)生噴孔、煤體垮塌及瓦斯超限等現(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(shí)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，射流垂直沖擊煤體，存在“水打架”現(xiàn)象，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(shí)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，開(kāi)發(fā)新型高壓射流側(cè)噴嘴是十分必要的，這對(duì)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。水射流技術(shù)是20世紀(jì)70年代迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，已在設(shè)備清洗、除垢、覆蓋物清除中得到廣泛應(yīng)用。高壓水射流切割技術(shù)因其冷態(tài)切割的特點(diǎn)逐漸應(yīng)用于瓦斯治理中。隨著水射流技術(shù)的發(fā)展，射流介質(zhì)發(fā)生了巨大改變，已由連續(xù)純水射流發(fā)展到磨料射流、脈沖射流、空化射流等。連續(xù)純水射流所需水壓較大、能耗大、用水量大容易造成積水，在煤礦應(yīng)用中受到一定限制。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在改變射流結(jié)構(gòu)增強(qiáng)卸壓增透效果方面做了大量有益的嘗試，而由于設(shè)備及操作工序復(fù)雜、射流形成條件苛刻等原因，未在煤礦生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用。研究和改善水射流結(jié)構(gòu)并開(kāi)發(fā)相應(yīng)設(shè)備對(duì)提高水射流破煤巖效果及礦井瓦斯抽采效率、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(wèn)題:本實(shí)用新型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(jiǎn)單、使用效果好的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置。[0007]技術(shù)方案:本實(shí)用新型的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，包括高壓水泵、高壓水調(diào)壓閥、單向閥、鉆機(jī)、鉆桿、側(cè)噴嘴和壓控鉆頭，還包括氣液混合器，所述氣液混合器一側(cè)入口依次經(jīng)耐高壓膠管連接單向閥、高壓水調(diào)壓閥和高壓水泵，另一側(cè)入口依次經(jīng)耐高壓膠管連接單向閥、高壓氣調(diào)壓閥和高壓氣泵；所述氣液混合器的出口經(jīng)管路與鉆機(jī)上的水辮入口相連；所述的氣液混合器包括氣液混合室，氣液混合室的兩端入口對(duì)稱設(shè)有霧化管，霧化管呈先縮后擴(kuò)的喇叭筒狀，喇叭筒的收縮角為12 16°，擴(kuò)散角為28 32°，所述的氣液混合室出口處設(shè)有錐直型聚能管，錐直型聚能管的收縮角為12 16° ;所述的側(cè)噴嘴包括與壓控鉆頭螺紋連接的側(cè)噴嘴體，側(cè)噴嘴體的入口漸縮呈喇叭狀，出口呈V字形雙通道，中部設(shè)有側(cè)噴嘴單向閥。所述的V字形雙通道的收縮角為28 32° ;所述的高壓水調(diào)壓閥和高壓氣調(diào)壓閥上分別設(shè)有壓力表。有益效果:本實(shí)用新型利用側(cè)噴嘴噴射高壓偏置氣液兩相射流對(duì)鉆孔壁不同斷面進(jìn)行割縫，雙束氣液兩相射流通過(guò)沖蝕和空蝕的交互作用以一定角度脈沖作用于煤體，有效避免割縫過(guò)程中“水打架”現(xiàn)象的發(fā)生，降低了破煤門(mén)限壓力，提高了單次割縫縫槽的有效長(zhǎng)度，顯著增加了煤體擾動(dòng)范圍，煤體透氣性可提高25(Γ400倍左右，大幅度改善瓦斯抽采效果。氣液混合器喇叭筒狀的設(shè)計(jì)保證了高壓氣體與高壓水的充分混合?；亓鳉怏w能夠稀釋涌出瓦斯?jié)舛?，提高作業(yè)的安全性。其方法和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，實(shí)用性強(qiáng)，省時(shí)省力，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(shí)用性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的氣液混合器結(jié)構(gòu)示意圖3是本實(shí)用新型的側(cè)噴嘴結(jié)構(gòu)圖。圖中:1-高壓水泵，2-耐高壓膠管，3-調(diào)壓閥，4-單向閥，5-氣液混合器，5-1-氣液混合室，5-2-霧化管，5-3-錐直型聚能管，6-調(diào)壓閥，7-高壓氣泵，8-鉆機(jī)，9-鉆桿，10-壓控鉆頭，11-側(cè)噴嘴，11-1-側(cè)噴嘴體，11-2-彈簧，11-3-樹(shù)脂小球。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:本實(shí)用新型的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，主要由高壓水泵1、耐高壓膠管
2、調(diào)壓閥3、單向閥4、氣液混合器5、調(diào)壓閥6、高壓氣泵7、鉆機(jī)8、鉆桿9、壓控鉆頭10、側(cè)噴嘴11構(gòu)成，所述氣液混合器5的一側(cè)入口依次經(jīng)耐高壓膠管2連接單向閥4、高壓水調(diào)壓閥3和高壓水泵1，氣液混合器5的另一側(cè)入口依次經(jīng)耐高壓膠管2連接單向閥4、高壓氣調(diào)壓閥6和高壓氣泵7 ;所述氣液混合器5的出口經(jīng)管路與鉆機(jī)8上的水辮入口相連；鉆機(jī)8上安裝鉆桿9，鉆桿9右端安裝壓控鉆頭10，壓控鉆頭10上安裝側(cè)噴嘴11 ;所述的高壓水調(diào)壓閥3和高壓氣調(diào)壓閥6上分別設(shè)有流量計(jì)；所述的氣液混合器5包括氣液混合室5-1，氣液混合室5-1的兩端入口對(duì)稱設(shè)有霧化管5-2，霧化管5-2呈先縮后擴(kuò)的喇叭筒狀，喇叭筒的收縮角為12 16°，擴(kuò)散角為28 32°，所述的氣液混合室5_1出口處設(shè)有錐直型聚能管5-3，錐直型聚能管5-3的收縮角為12 16° ;所述的側(cè)噴嘴11包括與壓控鉆頭10螺紋連接的側(cè)噴嘴體11-1，側(cè)噴嘴體11-1的入口漸縮呈喇叭狀，側(cè)噴嘴體11-1的出口呈V字形雙通道，V字形雙通道出水口與側(cè)噴嘴11的軸線對(duì)稱，兩出水口收縮角為28 32°。側(cè)噴嘴體11-1的中部設(shè)有側(cè)噴嘴單向閥，側(cè)噴嘴單向閥包括樹(shù)脂小球11-3和頂住樹(shù)脂小球11-3的彈簧11-2，樹(shù)脂小球11-3堵在側(cè)噴嘴體11-1入口漸縮呈喇叭口處。
權(quán)利要求1.一種偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，包括高壓水泵(I)、高壓水調(diào)壓閥(3)、單向閥(4)、鉆機(jī)(8)、鉆桿(9)、側(cè)噴嘴(11)和壓控鉆頭(10)，其特征在于:還包括氣液混合器(5)，所述氣液混合器(5)—側(cè)入口依次經(jīng)耐高壓膠管(2)連接單向閥(4)、高壓水調(diào)壓閥(3)和高壓水泵(1)，另一側(cè)入口依次經(jīng)耐高壓膠管(2)連接單向閥(4)、高壓氣調(diào)壓閥(6)和高壓氣泵(7);所述氣液混合器(5)的出口經(jīng)管路與鉆機(jī)(8)上的水辮入口相連；所述的氣液混合器(5)包括氣液混合室(5-1 )，氣液混合室(5-1)的兩端入口對(duì)稱設(shè)有霧化管(5-2)，霧化管(5-2)呈先縮后擴(kuò)的喇叭筒狀，喇叭筒的收縮角為12 16°，擴(kuò)散角為28 32°，所述的氣液混合室(5-1)出口處設(shè)有錐直型聚能管(5-3)，錐直型聚能管(5-3)的收縮角為12 16° ;所述的側(cè)噴嘴(11)包括與壓控鉆頭(10)螺紋連接的側(cè)噴嘴體(11-1)，側(cè)噴嘴體(I 1-1)的入口漸縮呈喇叭狀，出口呈V字形雙通道，中部設(shè)有側(cè)噴嘴單向閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，其特征在于:所述的V字形雙通道的收縮角為28 32°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，其特征在于:所述的高壓水調(diào)壓閥(3)和高壓氣調(diào)壓閥(6)上分別設(shè)有壓力表。
專(zhuān)利摘要一種偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，包括由高壓水泵、耐高壓膠管、調(diào)壓閥、單向閥、氣液混合器、調(diào)壓閥、高壓氣泵、鉆機(jī)、鉆桿、壓控鉆頭、側(cè)噴嘴構(gòu)成的氣液兩相流體發(fā)生系統(tǒng)和鉆進(jìn)割縫一體化系統(tǒng)。利用側(cè)噴嘴噴射高壓偏置氣液兩相射流對(duì)鉆孔壁不同斷面進(jìn)行割縫。雙束氣液兩相射流通過(guò)沖蝕和空蝕的交互作用以一定角度脈沖作用于煤體，有效避免割縫過(guò)程中“水打架”現(xiàn)象的發(fā)生，有效降低了破煤門(mén)限壓力，提高了單次割縫縫槽的有效長(zhǎng)度，顯著增加了煤體擾動(dòng)范圍，煤體透氣性可提高250~400倍左右，大幅度改善瓦斯抽采效果。回流氣體能夠稀釋涌出瓦斯?jié)舛?，提高作業(yè)的安全性。其方法簡(jiǎn)單，操作容易，實(shí)用性強(qiáng)，省時(shí)省力。
文檔編號(hào)E21F7/00GK203067018SQ201320019689
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者林柏泉, 鄒全樂(lè), 張震, 楊威, 段永生 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)