[發明專利]一種雙引射式三相射流割縫系統及方法

無效

• 申請號: 201310465362.3
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103510936A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 林柏泉;李賀;高亞斌;楊威;王迪
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種射流割縫系統及方法，尤其是一種適用于煤礦井下的雙引射式三相射流割縫系統及方法。

背景技術

瓦斯災害是制約我國煤礦安全生產的最大障礙，瓦斯事故的發生，給煤礦安全生產帶來了極大威脅，造成了巨大的人員傷亡和經濟損失。目前，瓦斯抽采是治理礦井瓦斯的主要措施。然而，我國煤層瓦斯賦存具有微孔隙、低滲透率、高吸附性的特點，瓦斯治理難度極大，如何高效抽采低透氣性煤層瓦斯已成為瓦斯治理的頭等難題。

目前，煤層卸壓增透措施主要有：深孔爆破、水力壓裂等。但由于生產條件、安全條件和生產成本等因素的限制，實際效果并不顯著。我國于二十世紀70年代提出了水力割縫卸壓增透技術，研究結果證明該技術可以有效提高煤層透氣性，實現了煤層瓦斯的高效抽采。該技術利用高壓水射流在已形成的鉆孔內對煤體進行切割，在使地應力向深部轉移的同時，增大了煤層透氣性，提高了單孔影響范圍，從而顯著降低瓦斯壓力，提高抽采效率。

目前水力割縫技術的工作介質主要為純水，切割能力較弱，且純水射流在作業過程中存在用水量較大、系統壓力過高、回水回煤屑不暢、易堵孔、易噴孔和瓦斯超限等問題，直接影響了作業過程中的安全性以及對煤體的卸壓增透效果。基于純水射流割縫工藝存在的問題，研究新型高效射流割縫增透裝備及技術以增強射流割縫的能力，提高單孔影響范圍，從而增大煤體透氣性，同時降低系統作業壓力，減少作業過程中的堵孔、噴孔現象，提高作業安全性，對煤礦安全生產具有十分重要的意義。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足，提供一種結構簡單，防止堵孔、噴孔，具有較強切割能力的雙引射式三相射流割縫系統及方法。

技術方案：本發明的雙引射式三相射流割縫系統，包括水箱、高壓泵、四通、液-固引射器、空氣壓縮機、液-氣引射器、三通、鉆機、鉆桿和割縫鉆頭，所述鉆桿上設有水辨，水辨經管路依次與三通、液-氣引射器、液-固引射器、四通、高壓泵和水箱相連，四通與三通之間設有旁通水路，四通與液-固引射器之間設有磨料罐，磨料罐下部設有攪拌器；所述的液-氣引射器包括與液-固引射器相連的混合噴嘴和與空氣壓縮機相連的高壓空氣噴嘴，所述的液-固引射器包括與四通相連的高壓水噴嘴和與磨料罐相連的磨料噴嘴，磨料罐頂部與四通相連。

所述的高壓泵和四通之間、空氣壓縮機和液-氣引射器之間均設有單向閥；所述的旁通水路上設有截止閥。

使用上述系統的雙引射式三相射流割縫方法，包括如下步驟：

a、水從水箱進入高壓泵，形成高壓水，高壓水通過單向閥進入四通；

b、從四通出來的高壓水分為三路：下路水通過旁通水路和截止閥進入三通，上路水進入磨料罐，在攪拌器的攪拌作用下，與磨料形成水、磨料混合物，中路水通過高壓水噴嘴進入液-固引射器，產生負壓，通過磨料噴嘴將磨料罐中的水、磨料混合物引射入液-固引射器；

c、從液-固引射器出來的水、磨料混合物通過混合噴嘴進入液-氣引射器，產生負壓，通過高壓空氣噴嘴將空氣壓縮機產生的壓縮空氣引射入液-氣引射器，水、磨料混合物與壓縮空氣混合形成三相混合物；

d、從液-氣引射器出來的三相混合物進入三通，與旁通水路的高壓水混合形成三相射流；

e、三相射流通過水辨和鉆桿進入割縫鉆頭，通過噴射作用對煤體進行割縫。

有益效果：本發明與已有技術相比，主要優點有：

a、本發明雙引射器結構能形成了高壓水、磨料和空氣的三相混合射流，充分結合了磨料粒子的高頻沖蝕、磨削作用、氣泡的氣蝕作用以及高壓水的脈沖水錘作用，加劇了對煤體的破壞，有效提高了射流切割能力，促進了煤體的卸壓增透作用，增強了瓦斯抽采效果；

b、通過攪拌器的攪拌作用使水與磨料充分混合，有效杜絕了磨料粒子板結、沉淀現象，通過設在旁通水路上的截止閥，能對三相射流的介質配比進行實時調節；

c、在充分保證割縫效果的同時，有效降低了系統工作的門限壓力，提高了作業安全性；

d、在充分保證割縫效果的同時，通過氣體介質的引入，解決了純水射流存在的用水量大、回水回煤屑不暢、易堵孔、易噴孔和瓦斯超限等問題。

附圖說明

圖1是本發明的雙引射式三相射流割縫系統結構示意圖；

圖2是本發明的液-固引射器結構示意圖；

圖3是本發明的液-氣引射器結構示意圖。