[發明專利]一種高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試方法

在審

• 申請號: 202111152157.2
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113776972A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 申凱;熊偉;巴全斌;劉延保;廖引;周厚權;何立鵬;林飛;楊森;馬錢錢;郝光生;樊正興;張仰強;史永濤
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張雪林

本發明涉及一種高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試方法，屬于高壓水射流試驗測試領域。該測試方法采用高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試系統，測試系統包括高壓射流裝置，高壓射流裝置包括通過管路依次相連的水箱、高壓水泵和遠控管線調壓閥，管路的一端連接射流鉆頭；遠控勻速推送裝置，用于帶動管路及其相連的射流鉆頭勻速前進；移動長度測量裝置，用于測量射流鉆頭的前進距離；信息采集與自動控制裝置，用于控制高壓水壓力、管路移動速度并實時測量射流鉆頭的移動長度；破巖試驗箱，內設巖石試件，射流鉆頭伸入破巖試驗箱內進行射流打擊巖石試件。實現量化測試射流鉆頭鉆進成孔過程中破巖效果指標參數。

技術領域

本發明屬于高壓水射流試驗測試領域，涉及一種高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試方法。

背景技術

煤層瓦斯抽采是防治煤礦瓦斯災害事故的根本性措施，但我國煤層透氣性普遍較低，導致瓦斯抽采難度大、抽采效果差。水力化增透措施是當前提高煤層透氣性的最有效措施，有水力沖孔、割縫、壓裂、徑向鉆孔等技術。其中小曲率徑向鉆進成孔技術是一種新興的水力化增透技術，其利用鉆頭的高壓射流可在煤層中鉆進小曲率徑向孔，形成放射狀鉆孔群，達到提高煤層瓦斯抽采效果的目的。

在小曲率徑向鉆進技術中，射流鉆頭是影響鉆進效率、成孔效果的關鍵因素之一，掌握鉆頭的破巖成孔過程并進行定量分析對于射流鉆頭的設計優化至關重要。但是，射流鉆頭破巖成孔是射流破巖與鉆頭前進同步進行的過程，隨著射流靶距的縮小以及沖蝕時間的推移，破壞深度不斷加深，以此循環，利用射流鉆頭得以在煤體持續向前鉆孔。針對該破巖成孔過程，利用圖像拍攝方法受射流水霧化影響，圖像不清晰，僅能定性分析射流鉆頭破巖成孔過程，難以測量得到破巖成孔過程的量化參數；射流鉆頭在破巖成孔的實際過程中與打擊靶面的間距是不斷縮小的，而常規的鉆孔破巖試驗裝置和方法僅能開展鉆頭與破巖試件固定間距下的破巖效果量化試驗，無法反映破巖效果的變化過程。因此，射流鉆頭的設計優化亟需一種高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試方法，得到射流鉆頭在前進與破巖成孔過程中，試件的破巖孔徑、孔深和體積等破巖效果受控制因素影響的變化規律，為優化射流鉆頭設計參數提供支撐。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試方法，用于觀察并測量射流鉆頭在前進過程的不同階段對巖石試件的破壞效果，解決當前無法準確測量射流鉆頭破巖成孔量化參數的問題。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試方法，采用高壓射流鉆頭破巖成孔過程動態測試系統，該測試系統包括高壓射流裝置、遠控勻速推送裝置、移動長度測量裝置、信息采集與自動控制裝置，以及破巖試驗箱；高壓射流裝置包括通過管路依次相連的水箱、高壓水泵和遠控管線調壓閥，管路的一端連接射流鉆頭；遠控勻速推送裝置通過夾持器夾持管路，帶動管路勻速前進；移動長度測量裝置與管路緊密接觸；信息采集與自動控制裝置通過信號線分別與遠控管線調壓閥、遠控勻速推送裝置和移動長度測量裝置連接；破巖試驗箱內設置巖石試件，射流鉆頭伸入破巖試驗箱內以便進行射流打擊巖石試件；破巖試驗箱上開有縫槽，通過縫槽在巖石試件和射流鉆頭之間插入擋板；

該測試方法包括以下步驟：

S11：設定射流鉆頭的前進距離L₁和試驗步距ΔL，前進距離以擋板為原點；設定試驗壓力P；設定射流鉆頭前進速度V；

S12：開啟高壓水泵，由信息采集與自動控制裝置控制遠控管線調壓閥將管路壓力逐漸調高至試驗壓力P；

S13：將擋板從破巖試驗箱中抽出，由信息采集與自動控制裝置控制遠控勻速推送裝置推動射流鉆頭開始前進，前進速度為V；同時射流鉆頭進行射流打擊巖石試件；

S14：當移動長度測量裝置測量到設定的射流鉆頭前進距離時，信息采集與自動控制裝置控制遠控管線調壓閥立即卸壓至零；

S15：停止高壓水泵，將射流鉆頭退回至初始位置，取出巖石試件；