[發明專利]一種可溶性氣體的氣液固三相射流增透裝置及增透方法

有效

• 申請號: 202011145164.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112267911B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 林柏泉;林明華;梁德郎;曹軒;張連軍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/114;E21B43/267
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

1.一種可溶性氣體的氣液固三相射流增透裝置，包括高壓水泵（1）、三通（3）、減壓閥（10）、水辮（12）、鉆機（13）、鉆桿（14）、鉆頭，鉆桿（14）安裝在鉆機（13）上，水辮（12）安裝在鉆桿（14）的末端，鉆頭安裝在鉆桿（14）的頭部，其特征在于，所述鉆頭為壓控鉆頭（15），該增透裝置還包括磨料液池（7）、泥漿泵（6）、高壓氣源（8）、文丘里混合器Ⅰ（4-1）、文丘里混合器Ⅱ（4-2）、靜態混合器（9）、三通閥門（11）、溢流閥（16），

其中，所述高壓水泵（1）的出口經高壓膠管與調壓閥Ⅰ（2-1）、三通（3）的入口相連，三通（3）的一側出口經高壓膠管依次與減壓閥（10）、三通閥門（11）的第一進口相連，三通（3）的另一側出口經高壓膠管依次與文丘里混合器Ⅰ（4-1）、文丘里混合器Ⅱ（4-2）、靜態混合器（9）以及三通閥門（11）的第二進口相連；所述磨料液池（7）內裝有磨料漿液，磨料液池（7）經高壓膠管依次與泥漿泵（6）、調節閥Ⅱ（2-2）以及文丘里混合器Ⅰ（4-1）連接；所述高壓氣源（8）內盛裝可溶性高壓氣體，高壓氣源（8）經高壓膠管依次與調節閥Ⅲ（2-3）以及文丘里混合器Ⅱ（4-2）相連；三通閥門（11）的第一出口經高壓膠管依次與水辮（12）、鉆桿（14）、壓控鉆頭（15）相連，三通閥門（11）的第二出口經高壓膠管與溢流閥（16）連接；

所述可溶性高壓氣體為二氧化碳。

2.根據權利要求 1 所述的一種可溶性氣體的氣液固三相射流增透裝置，其特征在于，所述靜態混合器（9）選用 SK 型，內部的混合單元為螺旋狀，各混合單元翻轉角度為 180°或者 270°。

3.根據權利要求 1 所述的一種可溶性氣體的氣液固三相射流增透裝置，其特征在于，所述調節閥Ⅱ（2-2）與文丘里混合器Ⅰ（4-1）的連接管路上設有單向閥Ⅰ（5-1），所述調節閥Ⅲ（2-3）與文丘里混合器Ⅱ（4-2）的連接管路上設有單向閥Ⅱ（5-2）。

4.根據權利要求 1 所述的一種可溶性氣體的氣液固三相射流增透裝置，其特征在于，所述磨料漿液是由磨料與水按照一定比例均勻混合而成。

5.一種基于權利要求 1 至 4 任一項所述的可溶性氣體的氣液固三相射流增透裝置的增透方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）當鉆機（13）進行鉆進作業時，切換三通閥門（11）與減壓閥（10）相連；打開高壓水泵（1），通過調壓閥Ⅰ（2-1）調整輸出水壓為 15~20MPa；隨后高壓水經減壓閥（10）衰減至 5MPa后從壓控鉆頭（15）的頂噴嘴（17）與側噴嘴（18）噴出，以排出鉆孔內的巖渣并降低壓控鉆頭（15）溫度；

2）當鉆機（13）進行射流作業時，切換三通閥門（11）與靠近靜態混合器（9）一端相連；啟動泥漿泵（6），通過調節 閥Ⅱ（2-2）調整磨料漿液輸出壓力為 3~5MPa，通過文丘里混合器Ⅰ（4-1）將高壓水泵（1）輸出的高壓水與磨料漿液混合，形成高壓液固兩相流；隨后打開高壓氣源（8），調整氣源輸出壓力為3~5MPa，通過文丘里混合器Ⅱ（4-2）將高壓液固兩相流與可溶性氣體混合，形成氣液固三相流；氣固液三相流經靜態混合器（9）進一步混合，并促進可溶性氣體溶解到水中，最后高壓的氣液固三相流從壓控鉆頭（15）的側噴嘴（18）噴出，沖擊鉆孔周圍煤體，進行射流作業；

3）待鉆孔內不排出煤渣后，根據鉆孔深度逐步增加鉆桿（14），重復步驟 1）和 2），對煤層深部進行射流作業，當鉆至煤層頂板時停止鉆進，退出鉆桿（14）；

4）當需要增加或減少鉆桿（14）時，將三通閥門（11）切換至溢流閥（16）處，將鉆桿（14）內的高壓水排出，隨后取下水辮（12），再進行增加或拆卸鉆桿（14）的操作。