CN113431498A - 一种脉冲气体破煤扩孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种脉冲气体破煤扩孔装置，属于煤矿安全生产领域装备，包括高压气体胶管、射流外筒、旋转涡轮、径向喷头、阻尼活塞、旋转内筒、柱形弹簧、轴向喷头和外筒挡环。通过该装置实现气体在径向和轴向的打孔及扩孔，仅需通过调整气体压力达到气体涡流环状聚能破煤，得到所需要的孔，形成大直径空洞，从而消耗煤体的冲击能量，达到防治冲击地压的目的，破煤效果好，成孔效率高，不会出现卡钻问题。

Description

一种脉冲气体破煤扩孔装置
技术领域
本发明涉及煤矿安全生产领域，属于一种深部冲击地压防治装备，尤其涉及一种脉冲气体破煤扩孔装置。
背景技术
为防治冲击地压灾害，需要在巷道煤体上打孔，改变它们的结构从而改变它们的性质，消耗掉它们内部的冲击能，达到防治的目的。由于巷道煤体处地质情况的复杂多变，普通钻具钻头、钻杆的直径不同，所以经常出现卡钻问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明通过调整供气压力，产生涡环聚能气流破煤作用，实现打孔和扩孔，形成扩大的大直径煤体空洞，吸收煤体的冲击能量，达到防治冲击地压作用。
通过调整气体压力，可以使煤体中同一孔中不同位置的孔径不同，实现巷道煤体边邦处的孔口很小，但里面很大的孔，孔径大，孔深大，释放煤体的能量，破煤效果好，成孔效率高，即减少巷道的破坏，又能最大程度的消耗冲击能量，防治冲击地压。高压气体胶管外径与整个装置外径相同，不存在因为直径不同和煤体压力变形的卡钻问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种脉冲气体破煤扩孔装置，包括高压气体胶管1、射流外筒2、旋转涡轮3、径向喷头4、阻尼活塞5、旋转内筒6、柱形弹簧7、轴向喷头8和外筒挡环9。所述的旋转内筒的外径和射流外筒的内径相同，阻尼活塞的外径和旋转内筒的内径相同。
优选，所述的射流外筒设置有外筒凸起21和四个均匀对称分布的径向喷头安装孔22。外筒凸起21起到约束高压气体胶管1和旋转涡轮3的作用。径向喷头安装孔22为圆柱形，四个径向喷头安装孔22和四个径向喷头4螺纹连接。
进一步优选，所述的径向喷头4的内部设有倾斜的半径逐渐变小的圆锥形喷孔，喷孔进口41大于喷孔出口42，喷孔进出口设置倒角，喷孔的表面涂层为陶瓷耐磨材料。
进一步优选，所述的阻尼活塞5中心设置阻尼孔51，材料为轻质耐磨碳纤维材料。
进一步优选，所述的旋转内筒6设置有四个均匀对称分布的通气孔61，初始无供气状态，射流外筒2的径向喷头安装孔22与旋转内筒的通气孔61重合，阻尼活塞5挡住通气孔。
进一步优选，所述的旋转涡轮3放入旋转内筒6的进气端并焊接外圈；所述的柱形弹簧焊接在阻尼活塞的前端进一步优选，所述的轴向喷头8置于旋转内筒6的最前端，轴向喷头8的内部均匀对称分布有四个倾斜的半径逐渐变小的圆锥形孔，孔的进口81大于出口82，进口81和出口82设置倒角，进口81和出口82之间为陶瓷耐磨涂层材料，轴向喷头8与旋转内筒6通过螺纹连接。旋转内筒6转动时，轴向喷头8随之转动。
附图说明
图1为本发明的一种脉冲气体破煤扩孔装置的结构剖面示意图；
图2为本发明的射流外筒2的侧视图；
图3为本发明的径向喷头4的俯视图；
图4为本发明的阻尼活塞5的侧视图；
图5为本发明的旋转内筒6的侧视图；
图6为本发明的轴向喷头8的侧视图。
其中图中:1—高压气体胶管，2—射流外筒，3—旋转涡轮，4—径向喷头，5—阻尼活塞，6—旋转内筒，7—柱形弹簧，8—轴向喷头，9—外筒挡环，21—外筒凸起，22—径向喷头安装孔，41—喷孔进口，42—喷孔出口，51—阻尼孔，61—通气孔，62—旋转内筒实体。81—进口，82—出口。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例，参照附图1所示的一种脉冲气体破煤扩孔装置，包括高压气体胶管1、射流外筒2、旋转涡轮3、径向喷头4、阻尼活塞5、旋转内筒6、柱形弹簧7、轴向喷头8和外筒挡环9；
阻尼活塞5和柱形弹簧7依次置入带有旋转涡轮3的旋转内筒6内，连接上轴向喷头8，整体放入射流外筒2，拧紧外筒挡环9，接入高压气体胶管1；当高压气体胶管1输入气体压力小于5Mpa，即低压时，阻尼活塞5挡住四个通气孔61。高压时，气体压力在5到10Mpa且不超过装置允许值10MPa，高压气体推动阻尼活塞5从通气孔的左端运动到通气孔的左端，通气孔61打开，同时气体驱动旋转涡轮3使旋转内筒6相对射流外筒2转动，通气孔61和旋转内筒实体62交替通过径向喷头安装孔21，径向喷头4的喷孔进口41交替开闭，射流出高压聚能涡环气体破煤扩孔。高压气体胶管的输入气体同时推动阻尼活塞5和柱形弹簧7相对旋转内筒6平动，轴向喷头8射流出涡环聚能气体破煤打孔。
现场应用及步骤，开始在煤壁成孔时，由于在应力作用下煤壁破碎，距煤壁三米范围内成10厘米孔，保证煤体原有完整性，外部控制供给气体用低压成孔，射流外筒2的径向喷头4关闭，轴向喷头8低压射流破煤成孔，当达到5米的煤体软化带应力峰值时，供给高压，射流外筒2的径向喷头4开启，轴向、径向的喷头产生气体涡环气流破煤成孔和扩孔；达到一定深度，孔深达到要求，开始移除脉冲气体破煤扩孔装置，这时工作在低压状态，阻尼活塞5挡住四个通气孔61，径向喷头4关闭，利用排渣冲孔的冲击反作用力，便于移除脉冲气体破煤扩孔装置，一个孔洞成型过程结束。根据扩孔要求增加外部供给的压力，形成的大直径深孔，释放煤体的弹性能，也可以采取低压与高压随着孔深变化交替变化，实现变径成孔，吸收矿震叠加的冲击能，防止冲击地压对煤壁的冲击破坏，防止造成工作空间坍塌和人员伤亡的灾害事故发生。
以上所述是结合具体实施方式对本发明专利所作的进一步详细说明，不能认定本发明专利具体实施仅局限于此；由于煤矿煤层及地质条件的复杂性，也不能作为行业规程标准的参数，对于发明专利所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明专利技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于，包括高压气体胶管、射流外筒、旋转涡轮、径向喷头、阻尼活塞、旋转内筒、柱形弹簧、轴向喷头和外筒挡环；
所述的旋转内筒的外径和射流外筒的内径相同，阻尼活塞的外径和旋转内筒的内径相同。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的射流外筒设置有外筒凸起和四个均匀对称分布的径向喷头安装孔；四个径向喷头安装孔和四个径向喷头螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的径向喷头的内部设有倾斜的半径逐渐变小的圆锥形喷孔，喷孔进口大于喷孔出口，喷孔进口和喷孔出口设置倒角，喷孔的表面涂层为陶瓷耐磨材料。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的阻尼活塞中心设置阻尼孔，材料为轻质耐磨碳纤维材料。
5.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的旋转内筒设置有四个均匀对称分布的通气孔，初始无供气状态，射流外筒的径向喷头安装孔与旋转内筒的通气孔重合，阻尼活塞挡住通气孔。
6.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的旋转涡轮放入旋转内筒的进气端并焊接外圈。
7.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的柱形弹簧焊接在阻尼活塞的前端。
8.根据权利要求1所述的一种脉冲气体破煤扩孔装置，其特征在于：所述的轴向喷头的内部均匀分布有四个倾斜的半径逐渐变小的圆锥形喷孔，进口大于出口，进口和出口设置倒角，进口和出口之间为陶瓷耐磨涂层材料，轴向喷头与旋转内筒通过螺纹连接。
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