高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤礦井下瓦斯治理技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于松軟煤層卸壓增透強(qiáng)化瓦斯抽采作業(yè)，具體涉及一種高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯作為一種清潔能源受到學(xué)者及社會(huì)越來越多的重視，現(xiàn)成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。“十二五”期間，我國規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)為:煤層氣產(chǎn)量達(dá)到300億立方米，其中地面開發(fā)160億立方米，基本全部利用，井下瓦斯抽采140億立方米，利用率60%以上。但隨著礦井開采強(qiáng)度增大、延伸速度加快、開采深度急劇增加，導(dǎo)致瓦斯抽采困難、瓦斯事故頻發(fā)。常規(guī)瓦斯抽采方法已不能滿足當(dāng)前形勢需要，因此，開展強(qiáng)化瓦斯抽采技術(shù)研宄是實(shí)現(xiàn)瓦斯能源綜合利用、避免瓦斯災(zāi)害的重要手段。
[0003]卸壓抽采是強(qiáng)化瓦斯抽采的重要手段，其中水力化卸壓技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，如高壓水射流割縫和水力沖孔等，均取得了較好的應(yīng)用效果。但上述技術(shù)在松軟煤層中應(yīng)用時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象，嚴(yán)重限制了在松軟煤層中的推廣應(yīng)用。除此之外，煤體中水的存在對(duì)瓦斯解吸及運(yùn)移產(chǎn)生消極影響。研宄表明，煤體的低孔、低滲的特點(diǎn)，使水鎖效應(yīng)尤為突出。煤體在不同水壓的影響下，水能夠進(jìn)入到煤體的臨界孔隙尺度，降低瓦斯解吸率。而且水的后置侵入會(huì)使瓦斯解吸終止時(shí)間提前。水的侵入使煤體孔隙含水飽和度升高，有效應(yīng)力發(fā)生改變，煤體滲透率大幅度降低，飽和度越高，滲透率降低幅度越大。對(duì)于俯孔，孔底積水容易造成煤體泥化，堵塞瓦斯抽采通道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供了一種高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備。
[0005]基于上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案:高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，該設(shè)備包括高壓空氣發(fā)生裝置，磨料罐和鉆機(jī)，所述鉆機(jī)包括鉆桿和連接在鉆桿前端的鉆頭，鉆頭上設(shè)有噴嘴，所述高壓空氣發(fā)生裝置的出口與磨料罐的高壓空氣進(jìn)口相連，磨料罐的高壓磨料空氣出口和高壓空氣發(fā)生裝置的出口通過三通與鉆機(jī)的進(jìn)口管路相連通，所述鉆機(jī)的進(jìn)口管路上設(shè)有密封旋轉(zhuǎn)器，所述磨料罐的高壓空氣進(jìn)口和高壓磨料空氣出口均設(shè)有閥門。
[0006]所述高壓空氣發(fā)生裝置包括空氣壓縮泵、與空氣壓縮泵管道連接的儲(chǔ)氣罐以及設(shè)在其管道上的壓力表和卸荷閥，所述儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口設(shè)有閥門，出氣口依次設(shè)有閥門和流量計(jì)。
[0007]所述設(shè)備還包括除塵裝置，所述除塵裝置包括可活動(dòng)套接在鉆桿上的集塵罩、設(shè)在集塵罩下方的粉塵導(dǎo)管和與粉塵導(dǎo)管相連通的除塵器，所述除塵器內(nèi)設(shè)有高壓射水噴頭和排污口，所述高壓射水噴頭與高壓水管相連通。
[0008]所述噴嘴與鉆桿軸向沿鉆頭方向夾角20 SaS 40°。
[0009]所述噴嘴與鉆桿軸向沿鉆頭方向夾角為25°。
[0010]所述噴嘴為2個(gè)，與鉆桿軸向呈對(duì)稱設(shè)置。
[0011]所述高壓空氣的壓力為30?35MPa。
[0012]本實(shí)用新型采用高壓磨料氣體沖擊煤體提高煤層透氣性主要體現(xiàn)在卸壓、沖擊應(yīng)力波致裂及高壓空氣驅(qū)替三個(gè)方面，具體為:
[0013](I)卸壓:高壓磨料氣體射流對(duì)煤體的沖蝕過程，其實(shí)質(zhì)是磨料以一定速度沖擊靶體表面，破壞煤體原生結(jié)構(gòu)。另外反射磨料的流向與射流沖擊靶體后形成的壁面射流流向相互影響，壁面射流中的磨料還具有一定的動(dòng)能，在一定范圍內(nèi)對(duì)革G體仍然具有一定的沖蝕能力，即二次沖蝕，二次沖蝕加速煤體破壞。在磨料沖蝕的作用下，煤體內(nèi)形成一定深度的沖蝕坑，在地應(yīng)力的作用下，沖蝕坑的形成為煤體卸壓提供空間，增大了瓦斯壓力梯度。
[0014](2)沖擊應(yīng)力波致裂:氣體射流對(duì)沖擊靶體作用效果主要是其對(duì)煤體產(chǎn)生的高壓沖擊波效應(yīng)，若氣體射流壓力較高，則射流流速呈指數(shù)增長，當(dāng)沖蝕速率大于靶體聲速時(shí)，沖擊波有助于靶體的沖蝕破壞。另外由于煤體原生裂隙的存在，高壓氣體的對(duì)裂隙的壓入會(huì)使裂隙產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向擴(kuò)張的效果，持續(xù)的裂隙擴(kuò)展加速了煤體破壞。煤體內(nèi)裂隙的形成為瓦斯運(yùn)移提供通道，在卸壓后瓦斯壓力梯度的作用下，瓦斯流動(dòng)速度增加。
[0015](3)高壓空氣驅(qū)替:在應(yīng)力波的作用下，煤體內(nèi)原生裂隙相互貫通并形成新裂隙，裂隙的生成為高壓空氣進(jìn)入煤體微孔隙結(jié)構(gòu)提供通道。高壓空氣相對(duì)瓦斯的表面張力較大，能夠置換孔隙的吸附瓦斯，促進(jìn)吸附瓦斯解吸，增大瓦斯排放量。
[0016]因此，本實(shí)用新型裝置能夠達(dá)到破煤，卸壓增透，強(qiáng)化抽放的目的，其有益效果為:
[0017](I)能夠更好的在松軟煤層中推廣應(yīng)用，避免水力沖孔時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象；
[0018](2)避免了煤體水分的存在對(duì)瓦斯解吸、運(yùn)移產(chǎn)生消極影響；
[0019](3)避免了對(duì)于俯孔水力沖孔時(shí)孔底積水造成煤體泥化，堵塞瓦斯抽采通道的情況；
[0020](4)沖擊載體(空氣與磨料)經(jīng)濟(jì)廉價(jià)，并且條件要求不高，井下容易實(shí)現(xiàn)；
[0021](5)解決了松軟煤體瓦斯抽采(尤其是本煤層)過程中出現(xiàn)的瓦斯抽采率低的問題。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型中鉆頭的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0024]圖3是本實(shí)用新型中噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1、圖2和圖3所示，高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，該設(shè)備包括高壓空氣發(fā)生裝置，磨料罐11和鉆機(jī)15，高壓空氣發(fā)生裝置包括空氣壓縮泵1、與空氣壓縮泵I管道4連接的儲(chǔ)氣罐6以及設(shè)在其管道4上的壓力表2和卸荷閥3，儲(chǔ)氣罐6的進(jìn)氣口設(shè)有球閥閥門5，出氣口依次設(shè)有球閥閥門7和流量計(jì)8。
[0026]儲(chǔ)氣罐6的出氣口與磨料罐11的高壓空氣進(jìn)口通過管道9相連，磨料罐11的高壓磨料空氣出口和儲(chǔ)氣罐6的出氣口通過三通13與鉆機(jī)15的進(jìn)口管路相連通，鉆機(jī)15的進(jìn)口管路上設(shè)有密封旋轉(zhuǎn)器14，磨料罐11的高壓空氣進(jìn)口和高壓磨料空氣出口分別設(shè)有球閥閥門10、12。
[0027]鉆機(jī)15包括鉆桿16和連接在鉆桿16前端的鉆頭17，鉆頭17上沿鉆桿16軸向?qū)ΨQ設(shè)有兩個(gè)噴嘴24，噴嘴24與鉆桿16軸向沿鉆頭17方向夾角為25°。
[0028]該設(shè)備還包括除塵裝置，除塵裝置包括可活動(dòng)套接在鉆桿16上的集塵罩20、設(shè)在集塵罩20下方的粉塵導(dǎo)管25和與粉塵導(dǎo)管25相連通的除塵器26，除塵器26內(nèi)設(shè)有高壓射水噴頭22和排污口 23，高壓射水噴頭22與高壓水管21相連通。
[0029]高壓磨料氣體破煤過程中會(huì)產(chǎn)生很多煤塵，對(duì)施工環(huán)境及施工進(jìn)程都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此在破煤開始時(shí)在鉆孔孔口安裝集塵罩20來收集粉塵，并通過粉塵導(dǎo)管25將粉塵送入除塵器26中，采用噴水處理的方法將粉塵污水通過排污口 23排放井下水溝。
[0030]本實(shí)用新型的工作方法為:
[0031](I)首先按照常規(guī)的方法施工鉆孔至穿層鉆孔煤巖交界處18 (或者順層孔的預(yù)定深度)時(shí)，將鉆桿16通過密封旋轉(zhuǎn)器14通過三通13分別與磨料罐11和儲(chǔ)氣罐8出氣口連接，保證密封效果。
[0032](2)安裝孔口集塵罩20，打開除塵裝置上的高壓水管21，確?？卓诔龎m裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0033](3)關(guān)閉球閥7、10、12，打開球閥5，打開空氣壓縮泵1，當(dāng)壓力升高至30MPa~35MPa之間時(shí)，打開球閥7，利用高壓空氣清洗高壓管道及鉆桿16內(nèi)巖肩、煤肩。
[0034](4)當(dāng)鉆孔內(nèi)返出空氣時(shí)，啟動(dòng)鉆機(jī)15、旋轉(zhuǎn)鉆桿16，打開球閥10、12，根據(jù)煤體19的硬度調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)哪チ腺|(zhì)量濃度，對(duì)煤體19進(jìn)行沖蝕破壞，直至鉆孔中不再返出煤肩；
[0035](5)根據(jù)現(xiàn)場條件及增透要求，可以繼續(xù)推進(jìn)鉆桿16，重復(fù)2)、3)步驟，增加煤體19破壞范圍，提高卸壓增透效果。
[0036](6)重復(fù)步驟(4)，進(jìn)一步增加煤體19破壞范圍，提高卸壓增透效果，達(dá)到增透卸壓要求后，關(guān)閉球閥10、12，采用高壓空氣繼續(xù)清洗高壓管路、鉆桿及鉆孔內(nèi)煤肩。
[0037](7)關(guān)閉鉆機(jī)、關(guān)閉空氣壓縮泵，打開卸荷閥3，當(dāng)壓力表2壓力降為O時(shí)，關(guān)閉卸荷閥，拆卸密封旋轉(zhuǎn)器，關(guān)閉球閥5、7。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括高壓空氣發(fā)生裝置，磨料罐和鉆機(jī)，所述鉆機(jī)包括鉆桿和連接在鉆桿前端的鉆頭，鉆頭上設(shè)有噴嘴，所述高壓空氣發(fā)生裝置的出口與磨料罐的高壓空氣進(jìn)口相連，磨料罐的高壓磨料空氣出口和高壓空氣發(fā)生裝置的出口通過三通與鉆機(jī)的進(jìn)口管路相連通，所述鉆機(jī)的進(jìn)口管路上設(shè)有密封旋轉(zhuǎn)器，所述磨料罐的高壓空氣進(jìn)口和高壓磨料空氣出口均設(shè)有閥門。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，所述高壓空氣發(fā)生裝置包括空氣壓縮泵、與空氣壓縮泵管道連接的儲(chǔ)氣罐以及設(shè)在其管道上的壓力表和卸荷閥，所述儲(chǔ)氣罐的進(jìn)氣口設(shè)有閥門，儲(chǔ)氣罐的出氣口依次設(shè)有閥門和流量計(jì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括除塵裝置，所述除塵裝置包括可活動(dòng)套接在鉆桿上的集塵罩、設(shè)在集塵罩下方的粉塵導(dǎo)管和與粉塵導(dǎo)管相連通的除塵器，所述除塵器內(nèi)設(shè)有高壓射水噴頭和排污口，所述高壓射水噴頭與高壓水管相連通。
4.如權(quán)利要求3所述的高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，所述噴嘴與鉆桿軸向沿鉆頭方向夾角20 < a < 40°。
5.如權(quán)利要求4所述的高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，所述噴嘴與鉆桿軸向沿鉆頭方向夾角為25°。
6.如權(quán)利要求5所述的高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，所述噴嘴為2個(gè)，與鉆桿軸向呈對(duì)稱設(shè)置。
7.如權(quán)利要求6所述的高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，其特征在于，所述高壓空氣的壓力為30?35MPa。
【專利摘要】高壓磨料氣體射流破煤卸壓增透設(shè)備，屬于煤礦井下瓦斯治理技術(shù)領(lǐng)域，該設(shè)備包括高壓空氣發(fā)生裝置，磨料罐和鉆機(jī)，鉆機(jī)包括鉆桿和連接在鉆桿前端的鉆頭，鉆頭上設(shè)有噴嘴，高壓空氣發(fā)生裝置的出口與磨料罐的高壓空氣進(jìn)口相連，磨料罐的高壓磨料空氣出口和高壓空氣發(fā)生裝置的出口通過三通與鉆機(jī)的進(jìn)口管路相連通，鉆機(jī)的進(jìn)口管路上設(shè)有密封旋轉(zhuǎn)器，磨料罐的高壓空氣進(jìn)口和高壓磨料空氣出口均設(shè)有閥門。本實(shí)用新型能夠達(dá)到破煤，卸壓增透，強(qiáng)化抽放的目的，特別適用于松軟煤層卸壓增透強(qiáng)化瓦斯抽采作業(yè)。
【IPC分類】E21F7-00
【公開號(hào)】CN204457849
【申請?zhí)枴緾N201520007810
【發(fā)明人】劉勇, 秦恒潔, 劉建磊, 何岸, 戴彪
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年1月7日