CN105328574A - 高压旋转磨料射流钻扩孔装置 - Google Patents

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闫鹏
张勇
饶培军
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Abstract

一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置，包括水泵箱，水泵箱连接有高压泵，高压泵连接有磨料供给装置，磨料供给装置设有加料口和混合室，高压泵的输出管路上的节点Ⅰ分别连接有连接管Ⅰ、连接管Ⅱ和连接管Ⅲ，连接管Ⅰ与连接管Ⅱ分别与加料口和混合室连接，连接管Ⅲ连接在混合室的输出管路的节点Ⅱ上，连接管Ⅲ上设有压力表，节点Ⅱ通过高压胶管连接有回转密封装置，回转密封装置通过喷杆连接有喷嘴。本发明装置将高速水射流束与磨料粒子相混合形成液固两相介质流，利用高速水射流带动磨料粒子，通过本身的水蚀冲击和磨料粒子锋利的棱角进行切割，具有结构简单、使用方便，效率高的特点。

Description

高压旋转磨料射流钻扩孔装置
技术领域
本发明涉及高压磨料水射流切割技术领域，具体是一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置。
背景技术
在我国，有很大比例的高地应力、松软、高瓦斯煤层，煤与瓦斯突出是影响我国煤矿安全生产最严重的灾害之一，随着开采深度的增加，煤层巷道掘进过程中突出危害越来越严重，传统的防突措施已不能满足矿井安全生产需要；同时，冲击地压也一直是影响煤矿开采安全的一个难题，对煤矿生产构成极大的威胁。煤层钻孔，是矿井防止冲击地压的主要措施之一，也是进行煤层瓦斯抽放，减少工作面瓦斯超限，防突的常用方法，常规机械钻机具在钻孔过程中，常常会出现卡钻、夹钻、喷孔甚至突出现象；同时，钻孔防止冲击地压的效果，受到钻孔直径大小和钻孔周围煤体卸压范围的影响。采用钻机施工大直径钻孔存在着垮孔严重、排渣困难、成孔长度短以及钻机负荷大等技术问题，技术和经济上是不可取的。
发明内容
本发明所要解决的问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单，效果良好的高压旋转磨料射流钻扩孔装置。
本发明是以如下方式实现的：一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置，包括水泵箱，所述水泵箱连接有高压泵，所述高压泵连接有磨料供给装置，所述磨料供给装置的上端设有加料口，所述磨料供给装置的下端设有混合室，所述高压泵的输出管路上的节点Ⅰ分别连接有连接管Ⅰ、连接管Ⅱ和连接管Ⅲ，所述连接管Ⅰ与料供给装置的加料口连接，所述连接管Ⅱ与磨料供给装置的混合室连接，所述连接管Ⅱ在节点Ⅰ与混合室之间设有单向阀，所述连接管Ⅲ连接在混合室的输出管路的节点Ⅱ上，所述连接管Ⅲ上设有压力表和操作阀，所述节点Ⅱ与混合室之间设有溢流阀，所述节点Ⅱ通过高压胶管连接有回转密封装置，所述回转密封装置通过喷杆连接有喷嘴，所述回转密封装置连接有用于提供动力的电机。
其进一步是：所述喷嘴的前端开有锥形孔，所述喷嘴内部的后端开有与锥形孔连接的圆柱形孔。
所述喷嘴内的圆柱形孔靠近锥形孔处设有导向叶片。
本发明具有以下优点：本发明装置将高速水射流束与磨料粒子相混合形成液固两相介质流，利用高速水射流带动磨料粒子，通过本身的水蚀冲击和磨料粒子锋利的棱角进行切割，对煤体的冲击力和磨削力增大，在对煤体的切割钻孔过程中效果优良，有效地提高了钻孔速度和扩孔能力，同时有效地降低钻孔过程中出现的着火、喷火等现象的几率，具有结构简单、使用方便，效率高的特点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的喷嘴内部结构示意图；
图中：1、水泵箱，2、高压泵，3、单向阀，4、混合室，5、压力表，6、操作阀，7、溢流阀，8、高压胶管，9、电机，10、煤体，11、喷嘴，12、回转密封装置，13、喷杆，14、磨料供给装置，15、加料口，16、导向叶片，17、节点Ⅰ，18、节点Ⅱ，19、连接管Ⅰ，20、连接管Ⅱ，21、连接管Ⅲ。
具体实施方式
如图1至图2所示的高压旋转磨料射流钻扩孔装置，包括水泵箱1，所述水泵箱1连接有高压泵2，所述高压泵2连接有磨料供给装置14，所述磨料供给装置14的上端设有加料口15，所述磨料供给装置14的下端设有混合室4，所述高压泵2的输出管路上的节点Ⅰ17分别连接有连接管Ⅰ19、连接管Ⅱ20和连接管Ⅲ21，所述连接管Ⅰ19与料供给装置14的加料口15连接，所述连接管Ⅱ20与磨料供给装置14的混合室4连接，所述连接管Ⅱ20在节点Ⅰ17与混合室4之间设有单向阀3，所述连接管Ⅲ21连接在混合室4的输出管路的节点Ⅱ18上，所述连接管Ⅲ21上设有压力表5和操作阀6，所述节点Ⅱ18与混合室4之间设有溢流阀7，所述节点Ⅱ18通过高压胶管8连接有回转密封装置12，所述回转密封装置12通过喷杆13连接有喷嘴11，所述回转密封装置连接有用于提供动力的电机9。本发明的高压旋转磨料射流钻扩孔装置由高压水射流发生装置、磨料输入装置和钻具装置组成。其中高压水射流发生装置水泵箱由水泵箱和高压泵组成，水泵箱供水经高压泵加压后产生高压水，高压水在高压泵的输出端的节点Ⅰ处通过三根连接管分成三部分流出：第一部分从磨料供给装置上部的加料口进入，并携带磨料向下运动；第二部分高压水通过单向阀进入磨料供给装置底部的混合室，依靠水流将磨料供给装置中流下来的磨料携带走；第三部分高压水经过旁通水路直接送到磨料供给装置的下游，即混合室的输出端的节点Ⅱ处，起到将混合室里磨料浆引出的引射作用，后两部分的磨料与水的二相流体混合均匀后，经高压胶管到由电机带动的回转密封装置中，再进入喷杆最后由喷嘴流出，进而对煤体10产生作用。本发明通过高压水射流技术结合磨料射流技术对煤体的旋转切割，可以有效地提高钻孔速度和扩孔能力，同时有效地降低钻孔过程中出现的着火、喷火等现象的几率，降低煤尘浓度，在高地应力、松软煤层中形成大孔径的钻孔，增大钻孔周围煤体的透气性和卸压范围，提高煤层钻孔的瓦斯抽放效果和防突效果，具有显著的经济效益和广泛地应用前景。
如图1至图2所示的高压旋转磨料射流钻扩孔装置，所述喷嘴11的前端开有锥形孔，所述喷嘴11内部的后端开有与锥形孔连接的圆柱形孔。所述喷嘴11内的圆柱形孔靠近锥形孔处设有导向叶片16。本发明喷嘴内部分别开有圆柱形孔和锥形孔，锥形孔位于喷头的前部并与圆柱形孔想连接，同时在圆柱形孔内靠近锥形孔的位置设有导向叶片，导向叶片起到了将单一的轴向来流导引成三维速度的作用，旋转射流形成过程，因此在喷嘴处将内流体的运动分为三个阶段，分别是圆管进液段、流槽加旋段和带锥芯的锥形收缩段，圆管进液段内流体的运动形式是典型的有压管道内的流动;流槽加旋段的流体的运动是强制性的圆柱形螺旋流动;带锥芯的锥形收缩段内部运动也是强制性的，但属于收敛锥形螺旋流动，加旋后的流体质点同时具有轴向速度、径向速度和切向速度。在切向速度的作用下喷头内的流体形成强烈的旋转，此时喷出的射流每一质点都具有三维速度;整个射流在旋转前进的过程中向外扩散，形成旋转锥形射流。射流的打击面随喷射距离的增加迅速增大，从而可满足在较小喷距内钻出较大孔径的要求，并对煤体10产生较大的冲击力和磨削力，达到了较为满意的效果。

Claims (3)

1.一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置，其特征在于：包括水泵箱（1），所述水泵箱（1）连接有高压泵（2），所述高压泵（2）连接有磨料供给装置（14），所述磨料供给装置（14）的上端设有加料口（15），所述磨料供给装置（14）的下端设有混合室（4），所述高压泵（2）的输出管路上的节点Ⅰ（17）分别连接有连接管Ⅰ（19）、连接管Ⅱ（20）和连接管Ⅲ（21），所述连接管Ⅰ（19）与料供给装置（14）的加料口（15）连接，所述连接管Ⅱ（20）与磨料供给装置（14）的混合室（4）连接，所述连接管Ⅱ（20）在节点Ⅰ（17）与混合室（4）之间设有单向阀（3），所述连接管Ⅲ（21）连接在混合室（4）的输出管路的节点Ⅱ（18）上，所述连接管Ⅲ（21）上设有压力表（5）和操作阀（6），所述节点Ⅱ（18）与混合室（4）之间设有溢流阀（7），所述节点Ⅱ（18）通过高压胶管（8）连接有回转密封装置（12），所述回转密封装置（12）通过喷杆（13）连接有喷嘴（11），所述回转密封装置连接有用于提供动力的电机（9）。
2.如权利要求1所述的高压旋转磨料射流钻扩孔装置，其特征在于：所述喷嘴（11）的前端开有锥形孔，所述喷嘴（11）内部的后端开有与锥形孔连接的圆柱形孔。
3.如权利要求2所述的高压旋转磨料射流钻扩孔装置，其特征在于：所述喷嘴（11）内的圆柱形孔靠近锥形孔处设有导向叶片（16）。
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