CN115788305B - 一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置其包括：钻进机架；进给座，滑动设置在所述钻进机架上；钻杆，可相对转动的设置在所述进给座上，所述钻杆内设有中心射流通道；驱动电机，固定在所述进给座的一侧，所述进给座上安装有减速齿轮箱，所述减速齿轮箱通过齿轮啮合作用与所述钻杆连接传动，所述驱动电机的输出端与所述减速齿轮箱相固定；输料套管件，同轴转动套接在所述钻杆上，所述输料套管件上连接有气流管，所述气流管的一端与空气压缩泵相连通，且所述输料套管件上还连接有输料管，所述输料管的一端与磨料罐相连通；以及射流喷件，套接设置在所述钻杆的钻进端。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下瓦斯治理技术领域，具体是一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置。
背景技术
卸压抽采是强化瓦斯抽采的重要手段，其中水力化卸压技术应用最为广泛，如高压水射流割缝和水力冲孔等，均取得了较好的应用效果。但上述技术在松软煤层中应用时，经常出现塌孔等现象，严重限制了在松软煤层中的推广应用。除此之外，水的侵入使煤体孔隙含水饱和度升高，有效应力发生改变，煤体渗透率大幅度降低，饱和度越高，渗透率降低幅度越大。对于俯孔，孔底积水容易造成煤体泥化，堵塞瓦斯抽采通道。而现有技术中多采用磨料气体射流代替高压水射流割缝，但受钻孔孔壁影响，煤矿碎石受钻杆紧实压入在孔壁上，并形成阻隔层，易造成磨料堆积堵塞在孔壁上，同时磨料射流需短距离冲击来提高射流强度，阻隔层严重制约了磨料射出范围，破煤效果一般。
因此，本领域技术人员提供了一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其包括：
钻进机架；
进给座，滑动设置在所述钻进机架上；
钻杆，可相对转动的设置在所述进给座上，所述钻杆内设有中心射流通道；
驱动电机，固定在所述进给座的一侧，所述进给座上安装有减速齿轮箱，所述减速齿轮箱通过齿轮啮合作用与所述钻杆连接传动，所述驱动电机的输出端与所述减速齿轮箱相固定；
输料套管件，同轴转动套接在所述钻杆上，所述输料套管件上连接有气流管，所述气流管的一端与空气压缩泵相连通，且所述输料套管件上还连接有输料管，所述输料管的一端与磨料罐相连通；以及
射流喷件，套接设置在所述钻杆的钻进端。
进一步，作为优选，所述射流喷件包括：
喷射管架，可相对滑动的套接在所述钻杆上；
内弹簧，周向分布在所述喷射管架与钻杆之间；
振杆组件，设置在所述钻杆内靠近所述喷射管架的一侧，所述振杆组件与所述喷射管架相抵靠接触；
侧调射流装置，设置在所述喷射管架中，所述侧调射流装置能够根据磨料气体射流压力调整喷射方式。
进一步，作为优选，所述钻杆外还套接设置有负压排管，所述负压排管能够对初次喷射磨料及时回收。
进一步，作为优选，振杆组件包括：
靠压轴柱，固定在所述喷射管架一端，并滑动伸入至所述钻杆内；
旋转轴，可相对转动的设置在所述钻杆内，所述旋转轴的一端固定有接触盘，所述靠压轴柱与所述接触盘相抵靠接触；
偏心配重体，套接固定在所述旋转轴上。
进一步，作为优选，所述靠压轴柱与接触盘的接触面被设置为锉齿结构。
进一步，作为优选，所述侧调射流装置包括：
中间仓，设置在所述喷射管架内，所述中间仓的一侧射流多个进流管，所述进流管与所述钻杆的中心射流通道相连通；
环套体，同轴固定在所述喷射管架上，所述环套体被设置为双层式腔管结构，所述环套体的内环腔上均匀分布有多个射流孔，且所述环套体上位于内环腔上还设有多个通口；
活动内管，滑动设置在所述喷射管架内，所述活动内管上设有多个与所述通口相对应的内口，所述活动内管的一端与所述中间仓滑动连通；
支撑弹簧，套接在所述活动内管外，所述支撑弹簧与所述环套体相抵靠接触；
前置喷头，固定在所述喷射管架上，所述前置喷头的一侧连通有内接管，所述内接管的一端伸入所述活动内管中；以及
内柱塞，固定在所述活动内管中，所述内柱塞的一端滑动伸入至所述内接管中。
进一步，作为优选，所述内接管上靠近所述内柱塞的一端截面小于另一端截面，且所述内柱塞能够对所述内接管内部封堵，所述活动内管中还设置有挡流件。
进一步，作为优选，所述前置喷头内周向分布有多个高压射流头，所述高压射流头均通过万向轴转动设置在所述前置喷头上，所述内接管的一端通过分流软管与各所述高压射流头相连通，所述高压射流头上均连接有传接杆，所述传接杆的一端与所述活动内管相连接。
进一步，作为优选，当活动内管中磨料气流射流压力低于25Mpa时，所述活动内管上的内口与所述通口对应连通，当所述活动内管中磨料气流射流压力高于25Mpa，时所述活动内管与所述内接管对应连通，且所述高压射流头的转动角度范围为55°-90°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中通过设置侧调射流装置能够进行两种不同磨料气体射流，而尤其针对松软煤层，侧调射流装置能够优先配合振杆组件对钻孔内壁进行初步磨料射流，使得钻孔内壁达到松软效果，同时对磨料及时回收，避免内部堆积堵塞；而后再通过前置喷头进行高压磨料气体射流，从而保证射流强度，扩大射流范围，其中还可从多角度进行多次射流破煤。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中射流喷件的结构示意图；
图3为本发明中负压排管的结构示意图；
图4为本发明中独立冷藏室的一个存储单元的结构示意图；
图5为本发明中振杆组件的结构示意图；
图6为本发明中侧调射流装置的结构示意图；
图7为本发明中前置喷头的结构示意图；
图中：1、钻进机架；11、进给座；12、钻杆；13、输料套管件；14、驱动电机；15、减速齿轮箱；16、气流管；17、输料管；2、射流喷件；21、喷射管架；22、内弹簧；23、负压排管；3、侧调射流装置；31、中间仓；32、进流管；33、活动内管；34、支撑弹簧；35、内环腔；36、环套体；37、内接管；38、内柱塞；39、挡流件；4、振杆组件；41、旋转轴；42、靠压轴柱；43、接触盘；44、偏心配重体；5、前置喷头；51、高压射流头；52、分流软管；53、传接杆。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例中，一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其包括：
钻进机架1；
进给座11，滑动设置在所述钻进机架1上；
钻杆12，可相对转动的设置在所述进给座11上，所述钻杆12内设有中心射流通道；
驱动电机14，固定在所述进给座11的一侧，所述进给座11上安装有减速齿轮箱15，所述减速齿轮箱15通过齿轮啮合作用与所述钻杆12连接传动，所述驱动电机14的输出端与所述减速齿轮箱15相固定；
输料套管件13，同轴转动套接在所述钻杆12上，所述输料套管件13上连接有气流管16，所述气流管16的一端与空气压缩泵(图中未示出)相连通，且所述输料套管件13上还连接有输料管17，所述输料管17的一端与磨料罐(图中未示出)相连通；以及
射流喷件2，套接设置在所述钻杆12的钻进端。
本实施例中，所述射流喷件2包括：
喷射管架21，可相对滑动的套接在所述钻杆12上；
内弹簧22，周向分布在所述喷射管架21与钻杆12之间；
振杆组件4，设置在所述钻杆12内靠近所述喷射管架21的一侧，所述振杆组件4与所述喷射管架21相抵靠接触；
侧调射流装置3，设置在所述喷射管架21中，所述侧调射流装置3能够根据磨料气体射流压力调整喷射方式，其中侧调射流装置包括低压径向射流与高压斜面射流，而在钻孔初步成型时，可通过低压径向射流配合振杆组件对钻孔内壁进行初步破煤，使得钻孔内壁达到松软效果，此时孔壁疏松以方便后续高强度射流破煤时磨料能快速穿透，避免磨料堆积堵塞。
作为较佳的实施例，所述钻杆12外还套接设置有负压排管23，所述负压排管23能够对初次喷射磨料及时回收，也就是说，初步低压径向射流时，其射流范围小于0.8m，此时多数磨料能够形成对孔壁的冲击破煤，而负压排管能够同步将煤块以及磨料进行外排。
本实施例中，振杆组件4包括：
靠压轴柱42，固定在所述喷射管架21一端，并滑动伸入至所述钻杆12内；
旋转轴41，可相对转动的设置在所述钻杆12内，所述旋转轴41的一端固定有接触盘43，所述靠压轴柱42与所述接触盘43相抵靠接触；
偏心配重体44，套接固定在所述旋转轴41上。
本实施例中，所述靠压轴柱42与接触盘43的接触面被设置为锉齿结构，尤其通过旋转轴的转动作用(由内置电机驱动旋转)，靠压轴柱的锉齿面与接触盘锉齿面高频率旋转错开，从而使得喷射管架能够进行轴向振动，尤其配合偏心配重体的偏心旋转，以便喷射管架能够径向小幅度振动，传振效果强，有效对钻孔内壁进行振打疏通，从而使得内壁上的磨料快速脱离，方便回收。
本实施例中，所述侧调射流装置3包括：
中间仓31，设置在所述喷射管架21内，所述中间仓31的一侧射流多个进流管32，所述进流管32与所述钻杆12的中心射流通道相连通；
环套体36，同轴固定在所述喷射管架21上，所述环套体36被设置为双层式腔管结构，所述环套体36的内环腔35上均匀分布有多个射流孔，且所述环套体36上位于内环腔35上还设有多个通口；
活动内管33，滑动设置在所述喷射管架21内，所述活动内管33上设有多个与所述通口相对应的内口，所述活动内管33的一端与所述中间仓31滑动连通；
支撑弹簧34，套接在所述活动内管33外，所述支撑弹簧34与所述环套体36相抵靠接触；使得活动内管在不受力时处于喷射管架内壁相对左侧位置；
前置喷头5，固定在所述喷射管架21上，所述前置喷头5的一侧连通有内接管37，所述内接管37的一端伸入所述活动内管33中；以及
内柱塞38，固定在所述活动内管33中，所述内柱塞38的一端滑动伸入至所述内接管37中。
作为较佳的实施例，所述内接管37上靠近所述内柱塞38的一端截面小于另一端截面，且所述内柱塞38能够对所述内接管37内部封堵，所述活动内管33中还设置有挡流件39，以便当活动内管中的射流压力逐步增大时，活动内管能够通过挡流件的阻流效果进行轴向滑动。
本实施例中，所述前置喷头5内周向分布有多个高压射流头51，所述高压射流头51均通过万向轴转动设置在所述前置喷头5上，所述内接管37的一端通过分流软管52与各所述高压射流头51相连通，所述高压射流头51上均连接有传接杆53，所述传接杆53的一端与所述活动内管33相连接。
本实施例中，当活动内管33中磨料气流射流压力低于25Mpa时，所述活动内管33上的内口与所述通口对应连通，当所述活动内管33中磨料气流射流压力高于25Mpa，时所述活动内管33与所述内接管37对应连通，且所述高压射流头51的转动角度范围为55°-90°(即通过控制磨料气流射流压力调整高压射流头射流方向)，尤其，在二次射流破煤中，优先控制磨料气流射流压力低于50Mpa(高于25Mpa)，此时高压射流头处于非垂直架设，从而能够进行斜向射流破煤，而在破煤收尾工作中，调节磨料气流射流压力并高于50Mpa，此时高压射流头处于垂直架设，从而能够形成径向高强度破煤效果，增透效果强，此中钻杆应处于中低速旋转状态。
具体地，当钻杆在松软煤层形成钻孔后，优先通过侧调射流装置配合振杆组件对钻孔内壁进行振击，此时磨料气体低压径向射流，同时负压排管对磨料进行回收循环利用，完成一次轴向伸入后钻杆位移至初始位置，此时由前置喷头进行磨料气流高压射流，可通过控制射流压力调整射流角度，尤其在收尾中，调节磨料气流射流压力并高于50Mpa，从而形成对钻孔内壁的径向破煤效果，增透性强。
上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：其包括：
钻进机架（1）；
进给座（11），滑动设置在所述钻进机架（1）上；
钻杆（12），可相对转动的设置在所述进给座（11）上，所述钻杆（12）内设有中心射流通道；
驱动电机（14），固定在所述进给座（11）的一侧，所述进给座（11）上安装有减速齿轮箱（15），所述减速齿轮箱（15）通过齿轮啮合作用与所述钻杆（12）连接传动，所述驱动电机（14）的输出端与所述减速齿轮箱（15）相固定；
输料套管件（13），同轴转动套接在所述钻杆（12）上，所述输料套管件（13）上连接有气流管（16），所述气流管（16）的一端与空气压缩泵相连通，且所述输料套管件（13）上还连接有输料管（17），所述输料管（17）的一端与磨料罐相连通；以及
射流喷件（2），套接设置在所述钻杆（12）的钻进端；
所述射流喷件（2）包括：
喷射管架（21），可相对滑动的套接在所述钻杆（12）上；
内弹簧（22），周向分布在所述喷射管架（21）与钻杆（12）之间；
振杆组件（4），设置在所述钻杆（12）内靠近所述喷射管架（21）的一侧，所述振杆组件（4）与所述喷射管架（21）相抵靠接触；
侧调射流装置（3），设置在所述喷射管架（21）中，所述侧调射流装置（3）能够根据磨料气体射流压力调整喷射方式；
所述钻杆（12）外还套接设置有负压排管（23），所述负压排管（23）能够对初次喷射磨料及时回收。
2.根据权利要求1所述的一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：振杆组件（4）包括：
靠压轴柱（42），固定在所述喷射管架（21）一端，并滑动伸入至所述钻杆（12）内；
旋转轴（41），可相对转动的设置在所述钻杆（12）内，所述旋转轴（41）的一端固定有接触盘（43），所述靠压轴柱（42）与所述接触盘（43）相抵靠接触；
偏心配重体（44），套接固定在所述旋转轴（41）上。
3.根据权利要求2所述的一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：所述靠压轴柱（42）与接触盘（43）的接触面被设置为锉齿结构。
4.根据权利要求1所述的一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：所述侧调射流装置（3）包括：
中间仓（31），设置在所述喷射管架（21）内，所述中间仓（31）的一侧射流多个进流管（32），所述进流管（32）与所述钻杆（12）的中心射流通道相连通；
环套体（36），同轴固定在所述喷射管架（21）上，所述环套体（36）被设置为双层式腔管结构，所述环套体（36）的内环腔（35）上均匀分布有多个射流孔，且所述环套体（36）上位于内环腔（35）上还设有多个通口；
活动内管（33），滑动设置在所述喷射管架（21）内，所述活动内管（33）上设有多个与所述通口相对应的内口，所述活动内管（33）的一端与所述中间仓（31）滑动连通；
支撑弹簧（34），套接在所述活动内管（33）外，所述支撑弹簧（34）与所述环套体（36）相抵靠接触；
前置喷头（5），固定在所述喷射管架（21）上，所述前置喷头（5）的一侧连通有内接管（37），所述内接管（37）的一端伸入所述活动内管（33）中；以及
内柱塞（38），固定在所述活动内管（33）中，所述内柱塞（38）的一端滑动伸入至所述内接管（37）中。
5.根据权利要求4所述的一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：所述内接管（37）上靠近所述内柱塞（38）的一端截面小于另一端截面，且所述内柱塞（38）能够对所述内接管（37）内部封堵，所述活动内管（33）中还设置有挡流件（39）。
6.根据权利要求4所述的一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：所述前置喷头（5）内周向分布有多个高压射流头（51），所述高压射流头（51）均通过万向轴转动设置在所述前置喷头（5）上，所述内接管（37）的一端通过分流软管（52）与各所述高压射流头（51）相连通，所述高压射流头（51）上均连接有传接杆（53），所述传接杆（53）的一端与所述活动内管（33）相连接。
7.根据权利要求6所述的一种松软煤层用磨料气体射流破煤卸压增透装置，其特征在于：当活动内管（33）中磨料气流射流压力低于25Mpa时，所述活动内管（33）上的内口与所述通口对应连通，当所述活动内管（33）中磨料气流射流压力高于25Mpa时,所述活动内管（33）与所述内接管（37）对应连通，且所述高压射流头（51）的转动角度范围为55°-90°。
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