CN110043207A - 一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置及方法，其中，该修复装置包括纺锤体型结构的本体，本体具有相互独立的上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内填充干冰，干冰升华产生的二氧化碳气体作为动力，本体上端面设有三个与上腔体的出气端相连通的上出气口，本体下端面设有两个与下腔体的出气端相连通的下出气口，三个上出气口的端口处均可拆卸的设有欠膨胀型拉法尔喷嘴，两个下出气口的端口处均可拆卸的设有完全膨胀型拉法尔喷嘴，上腔体和下腔体的出气端均设有阈值可调的阀体，本体的下端面设有用于连接绳索的尾环。上述装置提供前进动力和清渣动力的是两个相互独立互不影响的动力源，通过调节和控制，可以使前进动力和清渣动力同时最大进而达到最优的自进式钻孔修复效果。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，更具体地，本发明涉及一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置及方法。
背景技术
煤矿瓦斯突出是煤矿开采中常见的安全危害之一，严重制约着我国煤矿的安全高效生产。其中，通过在高瓦斯、低透气性煤层内设置抽采钻孔，进行瓦斯抽采是控制煤矿瓦斯灾害，实现瓦斯能源综合利用的重要手段。但随着煤矿开采深度增加，地应力增大，地质条件呈现出复杂化，抽采钻孔的塌孔及堵孔现象严重。塌孔和堵孔均会严重影响钻孔内瓦斯的流动，极大降低钻孔使用和瓦斯高效抽采效率。因此，研究煤矿井下钻孔修复装置不仅能提高矿井瓦斯抽采效率同时还能降低成本、提高经济效益。
目前，煤矿井下普遍采用高压水射流或高压磨料气体射流装置，清理塌孔和堵孔内的煤渣，修复抽采钻孔。该类装置辅助设施多、体积较大、不宜运输，具有较大危险性，其使用受井下环境制约较大。其中，采用高压水射流修复松软煤层内的抽采钻孔，易产生水锁效应，不利于瓦斯运移；高压磨料射流修复钻孔过程中，产生的微磨料颗粒会散布于井底空间，污染作业环境，危害工人的身体健康。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置及方法，以解决现有技术中煤矿瓦斯抽采钻孔修复不便的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，包括纺锤体型结构的本体，本体具有相互独立的上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内填充干冰，干冰升华产生的二氧化碳气体作为动力，上腔体和下腔体均可拆卸的设有盖板，本体上端面设有三个与上腔体的出气端相连通的上出气口，本体下端面设有两个与下腔体的出气端相连通的下出气口，三个上出气口的端口处均可拆卸的设有欠膨胀型拉法尔喷嘴，两个下出气口的端口处均可拆卸的设有完全膨胀型拉法尔喷嘴，上腔体和下腔体的出气端均设有阈值可调的阀体，本体的下端面设有用于连接绳索的尾环。
可选地，本体包括凹槽和可拆卸的设在凹槽开口处的端盖。
可选地，上腔体、下腔体和阀体均设在凹槽内。
可选地，欠膨胀型拉法尔喷嘴与上出气口旋合连接，完全膨胀型拉法尔喷嘴和下出气口旋合连接。
可选地，盖板、欠膨胀型拉法尔喷嘴和完全膨胀型拉法尔喷嘴处均设有密封圈。
可选地，阀体的阈值调节范围为10-20MPa。
可选地，两个下出气口平行与本体的轴线对称设置。
可选地，三个上出气口中的其一沿本体的轴线设置，另外两个沿本体的轴线对称设置。
可选地，本体由硬质材料制成，包括钢化玻璃。
根据本发明的另一方面，提供了一种采用上述井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置的煤矿瓦斯抽采钻孔的修复方法，包括以下步骤：步骤S1，检查现场塌孔、堵孔的具体情况；步骤S2，根据现场情况，调整阀体阈值，选择安装适于该情况下的最优喷嘴；步骤S3，在上腔体和下腔体内装填所需干冰，并迅速盖好盖板和端盖；步骤S4，将修复装置放入所需修复的钻孔内部，修复装置的上出气口朝向孔内，下出气口朝向孔外放置；步骤S5，拖拽住尾环上的绳索，修复装置自行进入钻孔内部，开修复工作；步骤S6，当尾环上所系绳索不再往钻孔里面进入，表明钻孔修复工作完成，拉动绳索将整个修复装置从钻孔内取出，装填干冰即可进行下一个钻孔的修复工作。
应用本发明的技术方案，根据现场抽采钻孔的具体堵塞情况，确定修复装置工作时长和喷嘴出口压力，通过调整阀体阈值和上腔体和下腔体内干冰填充质量，可以实现对修复装置工作时长和喷嘴出口压力的调整，同时选择适用于该工况条件下的最优喷嘴，可以使修复装置达到较优的修复清理效果，经由两个下出气口处的完全膨胀型拉法尔喷嘴喷射出的高压二氧化碳气流，会在修复装置的下端面产生一个前进动力，而经由三个上出气口处的欠膨胀型拉法尔喷嘴喷射出的高压二氧化碳气流，会在修复装置的上端面的前方产生一个清渣动力，使修复装置实现自进式清渣；提供修复装置前进动力和清渣动力的是两个相互独立互不影响的动力源（上腔体和下腔体），通过调节和控制，可以使前进动力和清渣动力同时最大进而达到最优的钻孔修复效果，另外，修复装置本体采用纺锤体型的结构设计，可以有效减小前进时的阻力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置的安装结构示意图；
图3示出了图1中阀体的结构示意图；
图4示出了图1中完全膨胀型拉法尔喷嘴的结构示意图；
图5示出了图1中欠膨胀型拉法尔喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对本身在竖直、垂直或者重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是相对与各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中煤矿瓦斯抽采钻孔修复不便的问题，本发明提供了一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置。
参照图1-5，其中图1所示的一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，包括本体1，本体1具有相互独立的上腔体2和下腔体3，上腔体2和下腔体3均可拆卸的设有盖板4，本体1上端面设有三个与上腔体2的出气端5相连通的上出气口6，本体1下端面设有两个与下腔体3的出气端7相连通的下出气口8，三个上出气口6的端口处均可拆卸的设有欠膨胀型拉法尔喷嘴9,两个下出气口8的端口处均可拆卸的设有完全膨胀型拉法尔喷嘴10，上腔体2和下腔体3的出气端（5和7）均设有阈值可调的阀体12，本体1的下端面设有用于连接绳索的尾环11。
具体地，上腔体2和下腔体3内填充的干冰升华后产生高压二氧化碳气体，下腔体3内的高压二氧化碳气体从下端面上的两个完全膨胀型拉法尔喷嘴10喷射出，在本体1的下端面产生一个推动该修复装置前进的前进动力，而上腔体2内的高压二氧化碳气体从上端面上的三个欠膨胀型拉法尔喷嘴9喷射出，在本体1的前方一段距离处产生一个清渣动力，因此，整个修复装置可以实现自进式清渣，使煤矿瓦斯抽采钻孔修复更加方便。
在一些实施例中，阀体12包括调节螺丝12.1、螺母12.2、顶部弹簧座12.3、弹簧12.4、阀盖12.5、底部弹簧座12.6和阀芯12.7，其中，阀盖12.5固定在出气端5的左侧壁上，在阀盖12.5的内腔设有弹簧12.4，在弹簧12.4的左端设有顶部弹簧座12.3，在其右端设有底部弹簧座12.6，在阀盖12.5与顶部弹簧座12.4之间、阀盖12.5与出气端5左侧壁的连接处、阀盖12.5与底部弹簧座12.6之间均设有密封圈12.8，密封圈12.8可以更好的防止气体从阀盖12.5处泄露，螺母12.2固定连接在阀盖12.5的左端口上，并且调节螺丝12.1与螺母12.2螺纹连接，调节螺丝12.1的右端顶靠在顶部弹簧座12.3上，使弹簧12.4保持压缩状态，右端的底部弹簧座12.6顶靠在阀芯12.7的左端面上，阀芯12.7的右端插入出气端5的右侧壁内，并且阀芯12.7在其凸沿的限位作用下卡在出气端5的右侧壁处，当上腔体2内的干冰升华后，上腔体2内压强增加，当压强达到阀体12的设定阈值时，阀芯12.7会被顶起，二氧化碳气流由出气端5进入上出气口6内，最后从欠膨胀型拉法尔喷嘴9排出。
可选地，本体1包括凹槽13和可拆卸的设在凹槽13开口处的端盖14。
具体地，矩形结构的凹槽13设于本体1的一侧的中部，并且凹槽13整体位于本体1的轴线的同一侧，端盖14为弧形结构，端盖14与本体1的外侧面相适配，端盖14通过螺钉15可拆卸的固定在凹槽13的开口上，对凹槽13起到密封保护的作用。
可选地，上腔体2、下腔体3和阀体12均设在凹槽13内。
具体地，上腔体2和下腔体3为对称设置的矩形结构槽，中间由隔板隔断，在上腔体2和下腔体3的开口处设有一个盖板4，盖板4通过螺钉15可拆卸的固定在开口处，两个阀体12分别位于上腔体2和下腔体3的外侧，通过取下端盖14，可以方便的调节阀体的阈值和对上腔体2和下腔体3进行装填干冰，使装置的调节和操作更方便。
可选地，欠膨胀型拉法尔喷嘴9与上出气口6旋合连接，完全膨胀型拉法尔喷嘴10和下出气口8旋合连接。
具体地，欠膨胀型拉法尔喷嘴9和完全膨胀型拉法尔喷嘴10均为现有技术，欠膨胀型拉法尔喷嘴9与上出气口6通过螺纹连接，完全膨胀型拉法尔喷嘴10和下出气口8通过螺纹连接，通过拧动欠膨胀型拉法尔喷嘴9和完全膨胀型拉法尔喷嘴10，可以将其拧紧或者取下，更换方便。
可选地，盖板4、欠膨胀型拉法尔喷嘴9和完全膨胀型拉法尔喷嘴10处均设有密封圈。
具体地，盖板4与上腔体2和下腔体3的连接处设有环形第一橡胶密封16，欠膨胀型拉法尔喷嘴9与上出气口连接处设有环形第二橡胶密封圈17，完全膨胀型拉法尔喷嘴10与下出气口8的连接处设有环形第三橡胶密封圈18，第一橡胶密封16、第二橡胶密封圈17和第三橡胶密封圈18可以有效防止二氧化碳气体的泄露。
可选地，阀体的阈值调节范围为10-20MPa。
具体地，阀体12的阈值根据钻孔的堵塞情况确定，阀体12的阈值越大，从喷嘴喷射出的气体压强就越大，就会产生更大的作用力。当阀体12的压力阈值设置为10MPa，装填干冰质量为110g时，装置可运行30s；当阀体压力阈值设置为10MPa，装填干冰质量为250g时，装置可运行3min。
可选地，两个下出气口8平行与本体1的轴线对称设置，三个上出气口6中的其一沿本体1的轴线设置，另外两个沿本体1的轴线对称设置。
具体地，两个下出气口8和三个上出气口6位于同一平面内，位于中间的上出气口6与本体1的轴线同轴，位于两侧的上出气口6倾斜对称设置，且其端口指向本体1的轴线的外侧，连个下出气口8与本体1的轴线平行设置。
可选地，本体1由硬质材料制成，包括钢化玻璃。
具体地，本体1由钢化玻璃一体成形，结构更稳定，更耐磨。
采用上述的修复装置对煤矿瓦斯抽采钻孔进行修复，修复方法包括以下步骤：步骤S1，检查现场塌孔、堵孔的具体情况；步骤S2，根据现场情况，调整阀体12阈值，选择安装适于该情况下的最优喷嘴；步骤S3，在上腔体2和下腔体3内装填所需干冰，并迅速盖好盖板4和端盖14；步骤S4，将修复装置放入所需修复的钻孔20内部，修复装置的上出气口6朝向孔内，下出气口8朝向孔外放置；步骤S5，拖拽住尾环11上的绳索19，修复装置自行进入钻孔内部，对堵塞段21进行修复工作；步骤S6，当尾环11上所系绳索19不再往钻孔里面进入，表明钻孔20修复工作完成，拉动绳索19将整个修复装置从钻孔20内取出，装填干冰即可进行下一个钻孔20的修复工作。
从上述描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1.有效解决了现有技术中钻孔20修复不便的问题；
2.整个装置的结构简单，加工成本低，便于携带，具有较高的实用性和适应性；
3.操作简单，便于工作人员的使用。
4.该装置采用干冰作为原料，体现了节能环保的宗旨。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，包括纺锤体型结构的本体，所述本体具有相互独立的上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体内填充干冰，所述干冰升华产生的二氧化碳气体作为动力，所述上腔体和下腔体均可拆卸的设有盖板，所述本体上端面设有三个与所述上腔体的出气端相连通的上出气口，所述本体下端面设有两个与所述下腔体的出气端相连通的下出气口，三个所述上出气口的端口处均可拆卸的设有欠膨胀型拉法尔喷嘴，两个所述下出气口的端口处均可拆卸的设有完全膨胀型拉法尔喷嘴，所述上腔体和下腔体的出气端均设有阈值可调的阀体，所述本体的下端面设有用于连接绳索的尾环。
2.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，所述本体包括凹槽和可拆卸的设在所述凹槽开口处的端盖。
3.根据权利要求2所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，所述上腔体、下腔体和阀体均设在所述凹槽内。
4.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，所述欠膨胀型喷嘴与所述上出气口旋合连接，所述完全膨胀型喷嘴和所述下出气口旋合连接。
5.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，所述盖板、所述欠膨胀型喷嘴和所述完全膨胀型喷嘴处均设有密封圈。
6.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，所述阀体的阈值调节范围为10-20MPa。
7.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，两个所述下出气口平行与所述本体的轴线对称设置。
8.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，三个所述上出气口中的其一沿所述本体的轴线设置，另外两个沿所述本体的轴线对称设置。
9.根据权利要求1所述的井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置，其特征在于，所述本体由硬质材料制成，包括钢化玻璃。
10.一种采用权利要求1-9任一所述井下可调自进式二氧化碳射流钻孔修复装置的煤矿瓦斯抽采钻孔的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，检查现场塌孔、堵孔的具体情况；
步骤S2，根据现场情况，调整所述阀体阈值，选择安装适于该
情况下的最优所述喷嘴；
步骤S3，在所述上腔体和所述下腔体内装填所需干冰，并迅速
盖好所述盖板和所述端盖；
步骤S4，将所述修复装置放入所需修复的钻孔内部，所述修复
装置的所述上出气口朝向孔内，所述下出气口朝向孔外放置；
步骤S5，拖拽住所述尾环上的绳索，所述修复装置自行进入钻
孔内部，开修复工作；
步骤S6，当所述尾环上所系绳索不再往钻孔里面进入，表明钻
孔修复工作完成，拉动绳索将整个所述修复装置从钻孔内取出，装填干冰即可进行下一个钻孔的修复工作。
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| CN114473885A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 河南理工大学 | 一种自动精准控料的前混式连续供料系统及供料方法 |
| CN115722360A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-03 | 中国海洋大学 | 二氧化碳和磨料空化射流结合的硬质海床冲蚀系统及方法 |
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| US4856601A (en) * | 1986-01-22 | 1989-08-15 | Raney Richard C | Drill bit with flow control means |
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| Publication number | Publication date |
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| AU2020100019A4 (en) | 2020-02-27 |
| CN110043207B (zh) | 2024-04-05 |
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