[實用新型]一種偏置氣液兩相射流割縫增透裝置

有效

• 申請號: 201320019689.3
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN203067018U
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 林柏泉;鄒全樂;張震;楊威;段永生
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

技術領域

本實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性。?

技術背景

煤礦狹義的礦井瓦斯是指甲烷，在滲透空間內主要呈游離狀態存在，在微孔內主要呈吸附狀態存在微孔表面上和在煤的粒子內部占據著煤分子結構的空穴或煤分子之間的空間。當空氣中氧氣濃度達到10%，瓦斯濃度在5%~16%之間時，就會發生爆炸，直接威脅礦工的生命安全。每年來自煤炭開采而釋放至大氣層中的甲烷數目驚人，它是一種溫室氣體，在大氣中的溫室效應強度是等量二氧化碳的21倍，且嚴重消耗大氣平流層中的臭氧，從而引起氣候異常以及對臭氧層的破壞作用，這已成為全世界共同面臨的重大問題。?

我國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?×10^-18?~?1.1596?×10^-14m²,?其中滲透率大于0.1987?×10^-15m²的僅占28%,?而滲透率大于0.9187×10^-15m²的極少。煤層透氣性低是造成我國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場應用。鉆孔內高壓射流割縫卸壓增透技術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。?

在高瓦斯松軟煤層條件下，瓦斯噴涌嚴重，割縫過程中易發生噴孔、煤體垮塌及瓦斯超限等現象，造成鉆孔內抱鉆和射流器堵塞，導致割縫作業被迫中止，影響設備的可靠性；同時單一射流發生器產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”現象，割縫卸壓效率較低。為了有效解決割縫作業中遇到的難題，同時為了提高孔內割縫卸壓增透技術在高瓦斯松軟煤層瓦斯抽采中的應用，開發新型高壓射流側噴嘴是十分必要的，這對提高礦井瓦斯抽采效率及改善礦井安全生產狀況具有重要意義。?

水射流技術是20世紀70年代迅速發展起來的一項新技術，已在設備清洗、除垢、覆蓋物清除中得到廣泛應用。高壓水射流切割技術因其冷態切割的特點逐漸應用于瓦斯治理中。隨著水射流技術的發展，射流介質發生了巨大改變，已由連續純水射流發展到磨料射流、脈沖射流、空化射流等。連續純水射流所需水壓較大、能耗大、用水量大容易造成積水，在煤礦應用中受到一定限制。國內外學者在改變射流結構增強卸壓增透效果方面做了大量有益的嘗試，而由于設備及操作工序復雜、射流形成條件苛刻等原因，未在煤礦生產中得到推廣應用。研究和改善水射流結構并開發相應設備對提高水射流破煤巖效果及礦井瓦斯抽采效率、改善礦井安全生產狀況具有重要意義。?

發明內容

技術問題：本實用新型的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、使用效果好的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置。?

技術方案：本實用新型的偏置氣液兩相射流割縫增透裝置，包括高壓水泵、高壓水調壓閥、單向閥、鉆機、鉆桿、側噴嘴和壓控鉆頭，還包括氣液混合器，所述氣液混合器一側入口依次經耐高壓膠管連接單向閥、高壓水調壓閥和高壓水泵，另一側入口依次經耐高壓膠管連接單向閥、高壓氣調壓閥和高壓氣泵；所述氣液混合器的出口經管路與鉆機上的水辮入口相連；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稱設有霧化管，霧化管呈先縮后擴的喇叭筒狀，喇叭筒的收縮角為12～16°，擴散角為28～32°，所述的氣液混合室出口處設有錐直型聚能管，錐直型聚能管的收縮角為12～16°；所述的側噴嘴包括與壓控鉆頭螺紋連接的側噴嘴體，側噴嘴體的入口漸縮呈喇叭狀，出口呈V字形雙通道，中部設有側噴嘴單向閥。?

所述的V字形雙通道的收縮角為28～32°；所述的高壓水調壓閥和高壓氣調壓閥上分別設有壓力表。?

有益效果：本實用新型利用側噴嘴噴射高壓偏置氣液兩相射流對鉆孔壁不同斷面進行割縫，雙束氣液兩相射流通過沖蝕和空蝕的交互作用以一定角度脈沖作用于煤體，有效避免割縫過程中“水打架”現象的發生，降低了破煤門限壓力，提高了單次割縫縫槽的有效長度，顯著增加了煤體擾動范圍，煤體透氣性可提高250~400倍左右，大幅度改善瓦斯抽采效果。氣液混合器喇叭筒狀的設計保證了高壓氣體與高壓水的充分混合?；亓鳉怏w能夠稀釋涌出瓦斯濃度，提高作業的安全性。其方法和結構簡單，操作容易，實用性強，省時省力，在煤層瓦斯抽采及煤與瓦斯消突領域內具有廣泛的實用性。?