一种双引射式三相射流割缝系统及方法
【专利摘要】一种双引射式三相射流割缝系统及方法，系统主要由水箱、高压泵、磨料罐、液-固引射器、空气压缩机、液-气引射器、钻机、和割缝钻头构成。系统具有独特的双引射器结构，利用引射作用，将磨料粒子和压缩空气掺入高压水中，并均匀混合形成三相射流，三相射流通过水辨和钻杆进入割缝钻头对煤体进行割缝作业。磨料罐底部的搅拌器能有效防止磨料板结、沉淀。三相射流的介质配比可以通过旁通水路的截止阀调节。三相射流可以有效提高射流切割能力，降低门限压力并解决堵孔、喷孔和瓦斯超限问题，提高了割缝作业的卸压增透效果和瓦斯抽采效率，具有广泛的实用性。
【专利说明】 一种双引射式三相射流割缝系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种射流割缝系统及方法，尤其是一种适用于煤矿井下的双引射式三相射流割缝系统及方法。
【背景技术】
[0002]瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的最大障碍，瓦斯事故的发生，给煤矿安全生产带来了极大威胁，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。目前，瓦斯抽采是治理矿井瓦斯的主要措施。然而，我国煤层瓦斯赋存具有微孔隙、低渗透率、高吸附性的特点，瓦斯治理难度极大，如何高效抽采低透气性煤层瓦斯已成为瓦斯治理的头等难题。
[0003]目前，煤层卸压增透措施主要有:深孔爆破、水力压裂等。但由于生产条件、安全条件和生产成本等因素的限制，实际效果并不显著。我国于二十世纪70年代提出了水力割缝卸压增透技术，研究结果证明该技术可以有效提高煤层透气性，实现了煤层瓦斯的高效抽采。该技术利用高压水射流在已形成的钻孔内对煤体进行切割，在使地应力向深部转移的同时，增大了煤层透气性，提高了单孔影响范围，从而显著降低瓦斯压力，提高抽采效率。
[0004]目前水力割缝技术的工作介质主要为纯水，切割能力较弱，且纯水射流在作业过程中存在用水量较大、系统压力过高、回水回煤屑不畅、易堵孔、易喷孔和瓦斯超限等问题，直接影响了作业过程中的安全性以及对煤体的卸压增透效果。基于纯水射流割缝工艺存在的问题，研究新型高效射流割缝增透装备及技术以增强射流割缝的能力，提高单孔影响范围，从而增大煤体透气性，同时降低系统作业压力，减少作业过程中的堵孔、喷孔现象，提高作业安全性，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种结构简单，防止堵孔、喷孔，具有较强切割能力的双引射式三相射流割缝系统及方法。
[0006]技术方案:本发明的双引射式三相射流割缝系统，包括水箱、高压泵、四通、液-固引射器、空气压缩机、液-气引射器、三通、钻机、钻杆和割缝钻头，所述钻杆上设有水辨，水辨经管路依次与三通、液-气引射器、液-固引射器、四通、高压泵和水箱相连，四通与三通之间设有旁通水路，四通与液-固引射器之间设有磨料罐，磨料罐下部设有搅拌器；所述的液-气引射器包括与液-固引射器相连的混合喷嘴和与空气压缩机相连的高压空气喷嘴，所述的液-固引射器包括与四通相连的高压水喷嘴和与磨料罐相连的磨料喷嘴，磨料罐顶部与四通相连。
[0007]所述的高压泵和四通之间、空气压缩机和液-气引射器之间均设有单向阀；所述的旁通水路上设有截止阀。
[0008]使用上述系统的双引射式三相射流割缝方法，包括如下步骤:
[0009]a、水从水箱进入高压泵，形成高压水，高压水通过单向阀进入四通；
[0010]b、从四通出来的高压水分为三路:下路水通过旁通水路和截止阀进入三通，上路水进入磨料罐，在搅拌器的搅拌作用下，与磨料形成水、磨料混合物，中路水通过高压水喷嘴进入液-固引射器，产生负压，通过磨料喷嘴将磨料罐中的水、磨料混合物引射入液-固引射器；
[0011]C、从液-固引射器出来的水、磨料混合物通过混合喷嘴进入液-气引射器，产生负压，通过高压空气喷嘴将空气压缩机产生的压缩空气引射入液-气引射器，水、磨料混合物与压缩空气混合形成三相混合物；
[0012]d、从液-气引射器出来的三相混合物进入三通，与旁通水路的高压水混合形成三相射流；
[0013]e、三相射流通过水辨和钻杆进入割缝钻头，通过喷射作用对煤体进行割缝。
[0014]有益效果:本发明与已有技术相比，主要优点有:
[0015]a、本发明双引射器结构能形成了高压水、磨料和空气的三相混合射流，充分结合了磨料粒子的高频冲蚀、磨削作用、气泡的气蚀作用以及高压水的脉冲水锤作用，加剧了对煤体的破坏，有效提高了射流切割能力，促进了煤体的卸压增透作用，增强了瓦斯抽采效果;
[0016]b、通过搅拌器的搅拌作用使水与磨料充分混合，有效杜绝了磨料粒子板结、沉淀现象，通过设在旁通水路上的截止阀，能对三相射流的介质配比进行实时调节；
[0017]C、在充分保证割缝效果的同时，有效降低了系统工作的门限压力，提高了作业安全性；
[0018]d、在充分保证割缝效果的同时，通过气体介质的引入，解决了纯水射流存在的用水量大、回水回煤屑不畅、易堵孔、易喷孔和瓦斯超限等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的双引射式三相射流割缝系统结构示意图；
[0020]图2是本发明的液-固引射器结构示意图；
[0021]图3是本发明的液-气引射器结构示意图。
[0022]图中:1-水箱，2-高压泵，3-单向阀，4-四通，5-旁通水路，6-截止阀，7-磨料罐，8-搅拌器，9-液-固引射器，10-空气压缩机，11 -液-气引射器，12-三通，13-水辨，14-钻机，15-钻杆，16-割缝钻头，17-高压水喷嘴，18-磨料喷嘴，19-混合喷嘴，20-高压空气喷嘴。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0024]如图1所示，本发明的双引射式三相射流割缝系统，主要由水箱1、高压泵2、四通
4、磨料罐7、液-固引射器9、空气压缩机10、液-气引射器11、三通12、钻机14、钻杆15和割缝钻头16构成，在所述钻杆15上设有水辨13，水辨13与钻杆15相连，水辨13与钻杆15安装在钻机14上，割缝钻头16安装在钻杆15上。水辨13经管路依次与三通12、液-气引射器11、液-固引射器9、四通4、高压泵2和水箱I相连；四通4与三通12之间设有旁通水路5，四通4与液-固引射器9之间设有磨料罐7，磨料罐7下部设有搅拌器8 ;所述的高压泵2和四通4之间、空气压缩机10和液-气引射器11之间设有单向阀3。所述磨料罐7顶部与四通4相连，磨料罐7下部设有搅拌器8 ;所述四通4与三通12之间设有旁通水路5，旁通水路5上设有截止阀6。
[0025]如图2所示，液-固引射器9包括高压水喷嘴17和磨料喷嘴18，高压水喷嘴17与四通4相连，磨料喷嘴18与磨料罐7相连。
[0026]如图3所示，液-气引射器11包括混合喷嘴19和高压空气喷嘴20，混合喷嘴19与液-固引射器11相连，高压空气喷嘴20与空气压缩机10相连。
[0027]本发明的双引射式三相射流割缝方法:
[0028]a、水从水箱I进入高压泵2，形成高压水，高压水通过单向阀3进入四通4 ;
[0029]b、从四通4出来的高压水分为三路:下路水通过旁通水路5和截止阀6进入三通12，上路水进入磨料罐7，在搅拌器8的搅拌作用下，与磨料形成水、磨料混合物，中路水通过高压水喷嘴17进入液-固引射器9，产生负压，通过磨料喷嘴18将磨料罐7中的水、磨料混合物引射入液-固引射器9;
[0030]C、从液-固引射器9出来的水、磨料混合物通过混合喷嘴19进入液-气引射器11，产生负压，通过高压空气喷嘴20将空气压缩机10产生的压缩空气引射入液-气引射器11，水、磨料混合物与压缩空气混合形成三相混合物；
[0031]d、从液-气引射器11出来的三相混合物进入三通12，与旁通水路5的高压水混合形成三相射流；
[0032]e、三相射流通过水辨13和钻杆15进入割缝钻头16，通过喷射作用对煤体进行割缝。
【权利要求】
1.一种双引射式三相射流割缝系统，包括水箱(I)、高压泵(2)、四通(4)、液-固引射器(9)、空气压缩机(10)、液-气引射器(11)、三通(12)、钻机(14)、钻杆(15)和割缝钻头(16)，其特征在于:所述的钻杆(15)上设有水辨(13)，水辨(13)经管路依次与三通(12)、液-气引射器(11)、液-固引射器(9)、四通(4)、高压泵(2)和水箱(I)相连，四通(4)与三通(12)之间设有旁通水路(5)，四通(4)与液-固引射器(9)之间设有磨料罐(7)，磨料罐(7)下部设有搅拌器(8);所述的液-气引射器(11)包括与液-固引射器(11)相连的混合喷嘴(19)和与空气压缩机(10)相连的高压空气喷嘴(20)，所述的液-固引射器(9)包括与四通(4)相连的高压水喷嘴(17)和与磨料罐(7)相连的磨料喷嘴(18)，磨料罐(7)顶部与四通(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种双引射式三相射流割缝系统，其特征在于:所述的高压泵(2)和四通(4)之间、空气压缩机(10)和液-气引射器(11)之间均设有单向阀(3)。
3.根据权利要求1所述的一种双引射式三相射流割缝系统，其特征在于:所述的旁通水路(5 )上设有截止阀(6 )。
4.根据权利要求1所述系统的双引射式三相射流割缝方法，其特征在于，包括如下步骤: a、水从水箱(I)进入高压泵(2)，形成高压水，高压水通过单向阀(3 )进入四通(4 ); b、从四通(4)出来的高压水分为三路:下路水通过旁通水路(5)和截止阀(6)进入三通(12)，上路水进入磨料罐(7)，在搅拌器(8)的搅拌作用下，与磨料形成水、磨料混合物，中路水通过高压水喷嘴(17)进入液-固引射器(9)，产生负压，通过磨料喷嘴(18)将磨料罐(7 )中的水、磨料混合物引射入液-固引射器(9 ); C、从液-固引射器(9)出来的水、磨料混合物通过混合喷嘴(19)进入液-气引射器(11 )，产生负压，通过高压空气喷嘴(20)将空气压缩机(10)产生的压缩空气引射入液-气引射器(11)，水、磨料混合物与压缩空气混合形成三相混合物； d、从液-气引射器(11)出来的三相混合物进入三通(12)，与旁通水路(5)的高压水混合形成三相射流； e、三相射流通过水辨(13)和钻杆(15)进入割缝钻头(16)，通过喷射作用对煤体进行割缝。
【文档编号】E21F7/00GK103510936SQ201310465362
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】林柏泉, 李贺, 高亚斌, 杨威, 王迪 申请人:中国矿业大学