CN102966310B - 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法 - Google Patents
一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102966310B CN102966310B CN201210547097.9A CN201210547097A CN102966310B CN 102966310 B CN102966310 B CN 102966310B CN 201210547097 A CN201210547097 A CN 201210547097A CN 102966310 B CN102966310 B CN 102966310B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bit body
- water
- jet
- boring
- dual
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000003818 cinder Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 14
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 3
- 239000012508 resin bead Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法，装置包括钻头体，钻头体内开设有阶梯通孔，阶梯通孔内间隔设有压控阀门和单向阀，压控阀门和单向阀之间的钻头体壁上下对称设有双射流发生器，钻头体前部设有多个呈羽翼状的合金刀片。利用水射流发生器喷射出双束高压射流，对钻孔壁不同断面的煤体进行双射流割缝，形成由局部到整体的“点—面—体”式破坏作用，引导煤体一定范围内发生失稳喷孔并沿钻孔径向扩展，扩大钻孔卸压影响范围，实现瓦斯的高效抽采；实现了水射流的高效破煤，改善了射流诱喷作业过程中煤粉塞堵射流发射器和因煤渣堵钻孔造成的抱钻、丢钻头等现象，实现了高瓦斯松软复杂煤层采用人工增透的方法进行煤层瓦斯抽采和消除突出危险性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法，尤其适用于高瓦斯松软复杂煤层卸压增透和消除煤层煤与瓦斯突出危险性。
背景技术
我国矿井瓦斯治理的根本手段是以钻孔瓦斯抽采方式为主的瓦斯抽采措施，随着我国煤矿进入深部开采，煤层透气性差、瓦斯抽采难、动力现象突出等问题日益严重，水力化措施是提高煤层瓦斯抽采效率的有效措施并得到了较为广泛的现场应用。钻孔内高压射流割缝卸压增透技术采用人工方法通过高压水射流冲蚀煤体形成卸压缝槽，扩大了钻孔有效抽采影响范围，能够较好地解决高瓦斯低透气性煤层开采过程中瓦斯涌出、瓦斯突出问题。割缝工艺实现的重要环节之一是射流割缝器的设计及性能。在高瓦斯松软煤层条件下，瓦斯喷涌严重，割缝过程中易发生喷孔及煤体垮塌等现象，造成钻孔内抱钻和射流器堵塞，导致割缝作业被迫中止，影响设备的可靠性；同时单一射流发生器产生的射流切割范围及排粉能力有限，割缝卸压效率较低。为了有效解决割缝作业中遇到的难题，同时为了提高孔内割缝卸压增透技术在高瓦斯松软煤层瓦斯抽采中的应用，研究和改善射流割缝器性能并开发新型高压射流割缝射流器是十分必要的，这对提高矿井瓦斯抽采效率及改善矿井安全生产状况具有重要意义。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用效果好的钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法。
技术方案：本发明的钻孔内水射流割缝诱喷装置，包括与钻机相连的钻头体，所述的钻头体内开有阶梯通孔，阶梯通孔内部间隔设有压控阀门和单向阀，压控阀门和单向阀之间的钻头体壁上下对称设有双射流发生器，所述钻头体的前部设有多个呈羽翼状的合金刀片；所述的压控阀门由导向套、设在导向套内的树脂小球和弹簧组成；所述的合金刀片为三片呈120度角分布排列、尾部与钻头体的水平夹角为15～20°；所述的双射流发生器由两个锥直型喷嘴融合而成。
本发明的钻孔内水射流割缝诱喷方法，包括如下步骤：
a、利用钻机将钻头体推送至已施工完成的钻孔孔底，推送过程中向钻头体内通入2-5MPa的低压水，低压水从双射流发生器和压控阀门的出口流出，以防止双射流发生器堵塞和降低钻头体的温度；
b、向钻头体内通入10-15MPa的高压水，高压水呈双束高压射流从双射流发生器的喷孔喷出，此时转动钻头体，对钻头体所在位置进行水射流割缝诱喷，使双射流发生器围绕轴心线旋转25-35min，将高压水调节为低压水；
c、将钻头体沿孔口方向后退1-1.5m，重复步骤b，完成钻头体下一位置的水射流割缝诱喷，周而复始，完成多个位置的水射流割缝诱喷。
当钻孔内的瓦斯压力超过低压水2-5MPa的压力时，单向阀自动关闭。
当钻孔孔口的出水量小于供水量的1/3时，将高压水调节为低压水，低速旋转并来回抽拉钻头体直至孔口的出水量达供水量的2/3时，保证合金刀片破坏堵塞煤渣至钻孔排渣通畅。
有益效果：本发明利用水射流发生器喷射出的双束高压射流，对钻孔壁不同断面的煤体进行双射流割缝，形成由局部到整体的“点—面—体”式的破坏作用，造成煤体在设定位置或一定范围内发生失稳喷孔，可以引导孔内煤与瓦斯突出沿钻孔径向扩展，扩大钻孔破坏卸压影响范围，实现钻孔瓦斯的高效抽采；通过双射流的方式，提高了割缝器的破煤效率和排粉能力；通过单向阀的单向止回作用，有效降低了射流器的堵塞；采用刀具的倾斜羽翼解决了因塌孔堵孔造成的卡钻、丢钻头的难题，从而提高了割缝设备的可靠性及在现场的适应性；通过钻孔内水射流割缝诱发喷孔的工艺方法，诱发煤体释放瓦斯膨胀能，实现钻孔径向煤体裂隙发育，改善煤体的透气性，提高煤体瓦斯抽采效率并消除煤与瓦斯突出危险性。其结构简单，实用性强，在煤层瓦斯抽采及煤与瓦斯消突领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的钻孔内水射流割缝诱喷装置结构剖视图；
图2是本发明的钻孔内水射流割缝诱喷装置器结构右视图。
图中：1-钻头体，2-压控阀门，3-合金刀片，4-双射流发生器，5-单向阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的钻孔内水射流割缝诱喷装置，主要由钻头体1、压控阀门2、合金刀片3、双射流发生器4、单向阀5构成，所述的钻头体1内开有阶梯通孔，钻头体1的左端孔与钻机相连，钻头体1阶梯通孔内部间隔设有压控阀门2和单向阀5，压控阀门2和单向阀5之间的钻头体1壁上下对称设有双射流发生器4，所述钻头体1的前部设有多个呈羽翼状的合金刀片3；所述的压控阀门2由导向套、设在导向套内的树脂小球和弹簧组成；所述的合金刀片3为三片呈120度角分布排列、尾部与钻头体1的水平夹角为15～20°；所述的双射流发生器4由两个锥直型喷嘴融合而成。
本发明的钻孔内水射流割缝诱喷方法：
a、将钻头体1安装在钻机上，钻杆配合工作，利用钻机将钻头体1推送至已施工完成的钻孔孔底，推送过程中向钻头体1内通入2-5MPa的低压水，此时，低压水从双射流发生器4和压控阀门2的出口流出，实现防止双射流发生器4堵塞和降低钻头体1的温度；
b、当钻头体1达到预设深度后，向钻头体1内通入10-15MPa的高压水，高压水呈双束高压射流从双射流发生器4的喷孔喷出，此时转动钻头体1，对钻头体1所在位置进行水射流割缝诱喷，使双射流发生器4围绕轴心线旋转25-35min，完成钻头体1所在位置的水射流割缝诱喷，将高压水调节为低压水；
c、将钻头体1沿孔口方向后退1-1.5m，重复步骤b，完成钻头体1下一位置的水射流割缝诱喷，周而复始，完成多个位置的水射流割缝诱喷。
当钻孔内的瓦斯压力超过低压水2-5MPa的压力时，单向阀5自动关闭；
当钻孔孔口的出水量小于供水量的1/3时，将高压水调节为低压水，低速旋转并来回抽拉钻头体1直至孔口的出水量达供水量的2/3时，保证合金刀片3破坏堵塞煤渣至钻孔排渣通畅，实现割缝射流器防抱钻、防丢钻和疏通钻孔的功能；
当穿层作业时，对整个煤层段进行割缝诱喷；
当顺层作业时，在距孔口15m时停止割缝诱喷。其间，需关闭水流换卸钻杆或钻孔内的瓦斯压力超过低压水的压力时，单向阀5复位，滞止回流，消除因回流负压造成的煤粉对射流发生器5的堵塞，实现射流割缝器防堵塞功能。
Claims (2)
1.一种钻孔内水射流割缝诱喷装置，包括与钻机相连的钻头体（1），其特征在于：所述的钻头体（1）内开有阶梯通孔，阶梯通孔内部间隔设有压控阀门（2）和单向阀（5），压控阀门（2）和单向阀（5）之间的钻头体（1）壁上下对称设有双射流发生器（4），所述钻头体（1）的前部设有多个呈羽翼状的合金刀片（3）；所述的压控阀门（2）由导向套、设在导向套内的树脂小球和弹簧组成；所述的合金刀片（3）为三片呈120度角分布排列、尾部与钻头体（1）的水平夹角为15～20°；所述的双射流发生器（4）由两个锥直型喷嘴融合而成。
2.根据权利要求1所述装置的钻孔内水射流割缝诱喷方法，其特征在于包括如下步骤：
a、利用钻机将钻头体（1）推送至已施工完成的钻孔孔底，推送过程中向钻头体（1）内通入2-5MPa的低压水，低压水从双射流发生器（4）和压控阀门（2）的出口流出，以防止双射流发生器（4）堵塞和降低钻头体（1）的温度；
b、向钻头体（1）内通入10-15MPa的高压水，高压水呈双束高压射流从双射流发生器（4）的喷孔喷出，此时转动钻头体（1），对钻头体（1）所在位置进行水射流割缝诱喷，使双射流发生器（4）围绕轴心线旋转25-35min，将高压水调节为低压水；
c、将钻头体（1）沿孔口方向后退1-1.5m，重复步骤b，完成钻头体（1）下一位置的水射流割缝诱喷，周而复始，完成多个位置的水射流割缝诱喷；形成由局部到整体的“点—面—体”式的破坏作用，造成煤体在设定位置或一定范围内发生失稳喷孔，引导孔内煤与瓦斯突出沿钻孔径向扩展，扩大钻孔破坏卸压影响范围，实现钻孔瓦斯的高效抽采；
当钻孔内的瓦斯压力超过低压水2-5MPa的压力时，单向阀（5）自动关闭；
当钻孔孔口的出水量小于供水量的1/3时，将高压水调节为低压水，低速旋转并来回抽拉钻头体（1）直至孔口的出水量达供水量的2/3时，保证合金刀片（3）破坏堵塞煤渣至钻孔排渣通畅。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210547097.9A CN102966310B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210547097.9A CN102966310B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102966310A CN102966310A (zh) | 2013-03-13 |
| CN102966310B true CN102966310B (zh) | 2015-08-19 |
Family
ID=47796716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210547097.9A Expired - Fee Related CN102966310B (zh) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102966310B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106320985B (zh) * | 2016-09-18 | 2017-10-31 | 重庆大学 | 煤层高压水射流冲‑钻‑扩‑割一体化增透装置及其方法 |
| CN109113675B (zh) * | 2018-11-03 | 2023-12-19 | 山东祥德机电有限公司 | 高低压转换割缝器 |
| CN111255381A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-06-09 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置 |
| CN112610198B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-02-25 | 中国矿业大学 | 一种煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置及方法 |
| CN113431498B (zh) * | 2021-07-21 | 2023-02-10 | 辽宁工程技术大学 | 一种脉冲气体破煤扩孔装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997046786A1 (en) * | 1996-06-04 | 1997-12-11 | The University Of Queensland | A drilling apparatus and method |
| CN201090239Y (zh) * | 2007-10-11 | 2008-07-23 | 中国矿业大学 | 高压磨料射流钻割一体化割缝防突设备 |
| CN201090139Y (zh) * | 2007-10-11 | 2008-07-23 | 中国矿业大学 | 压控钻割一体化钻头 |
| CN201531216U (zh) * | 2009-11-02 | 2010-07-21 | 南京捷嘉科技有限公司 | 多级切割防堵导向控制钻头 |
| CN202117705U (zh) * | 2011-05-17 | 2012-01-18 | 重庆创泰矿山机械有限公司 | 一种高低压转换水割器 |
| CN102337840A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-02-01 | 中国矿业大学 | 自导向水压切换割缝式扩孔钻头 |
| CN202249762U (zh) * | 2011-09-19 | 2012-05-30 | 中国矿业大学 | 多喷嘴割缝钻头 |
| CN203035094U (zh) * | 2012-12-17 | 2013-07-03 | 中国矿业大学 | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置 |
-
2012
- 2012-12-17 CN CN201210547097.9A patent/CN102966310B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997046786A1 (en) * | 1996-06-04 | 1997-12-11 | The University Of Queensland | A drilling apparatus and method |
| CN201090239Y (zh) * | 2007-10-11 | 2008-07-23 | 中国矿业大学 | 高压磨料射流钻割一体化割缝防突设备 |
| CN201090139Y (zh) * | 2007-10-11 | 2008-07-23 | 中国矿业大学 | 压控钻割一体化钻头 |
| CN201531216U (zh) * | 2009-11-02 | 2010-07-21 | 南京捷嘉科技有限公司 | 多级切割防堵导向控制钻头 |
| CN202117705U (zh) * | 2011-05-17 | 2012-01-18 | 重庆创泰矿山机械有限公司 | 一种高低压转换水割器 |
| CN102337840A (zh) * | 2011-09-19 | 2012-02-01 | 中国矿业大学 | 自导向水压切换割缝式扩孔钻头 |
| CN202249762U (zh) * | 2011-09-19 | 2012-05-30 | 中国矿业大学 | 多喷嘴割缝钻头 |
| CN203035094U (zh) * | 2012-12-17 | 2013-07-03 | 中国矿业大学 | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102966310A (zh) | 2013-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102966310B (zh) | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置及方法 | |
| CN103362538B (zh) | 煤层割缝致裂压抽交变抽采瓦斯方法 | |
| AU2016363855B2 (en) | "drilling-flushing-slotting" coupled pressure relief and permeability increasing method for high gas outburst coal seam | |
| WO2016110186A1 (zh) | 一种钻割一体化与振荡注热协同强化煤层瓦斯抽采方法 | |
| CN103046949B (zh) | 一种偏置气液两相射流割缝增透装置及方法 | |
| CN104563871B (zh) | 一种水力冲孔、清淤与排渣一体化装置及方法 | |
| CN202117705U (zh) | 一种高低压转换水割器 | |
| CN102465712B (zh) | 超长钻孔高压水射流钻割联动煤层瓦斯抽放与防突系统及方法 | |
| CN108678802A (zh) | 一种煤矿钻、冲、抽一体防突装置及方法 | |
| CN103397900B (zh) | 一种多孔协同压抽一体化瓦斯抽采方法 | |
| CN204782970U (zh) | 一种低透气性煤层水力割缝系统 | |
| CN203035094U (zh) | 一种钻孔内水射流割缝诱喷装置 | |
| CN106677735A (zh) | 一种水平井速度管柱排水采气用堵塞装置 | |
| CN201884049U (zh) | 超长钻孔高压水射流钻割联动煤层瓦斯抽放与防突系统 | |
| CN203145829U (zh) | 基于锚索钻机的小孔径钻孔与水力割缝一体化装置 | |
| CN105822257A (zh) | 水平井智能滑套 | |
| CN103643899A (zh) | 一体化钻割钻杆装置 | |
| CN105328574A (zh) | 高压旋转磨料射流钻扩孔装置 | |
| CN103573193B (zh) | 一体化钻割钻杆装置 | |
| CN204457620U (zh) | 水平井智能滑套 | |
| CN105903586A (zh) | 一种组合式双射流喷嘴 | |
| CN204851080U (zh) | 一种矿井高效率钻杆 | |
| CN204729016U (zh) | 一种多用途钻杆 | |
| CN203796247U (zh) | 用于水力压裂法开采水合物的水射流喷头装置 | |
| CN103775121A (zh) | 一种水力割缝u形孔排渣瓦斯治理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lin Baiquan Inventor after: Yao Hao Inventor after: Zou Quanle Inventor after: Shen Chunming Inventor after: Hua Ming Dai Inventor after: Yan Fazhi Inventor after: Liu Ting Inventor after: Guo Chang Inventor after: Zhu Chuanjie Inventor after: Hong Yidu Inventor before: Lin Baiquan Inventor before: Shen Chunming Inventor before: Zou Quanle Inventor before: Zhang Qizhi |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIN BAIQUAN SHEN CHUNMING ZOU QUANLE ZHANG QIZHI TO: LIN BAIQUAN ZOU QUANLE SHEN CHUNMING DAI HUAMING YAN FAZHI LIU TING GUO CHANG ZHU CHUANJIE HONG YIDOU YAO HAO |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150819 |