煤层气开采物理模拟试验用冲孔装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤层气开采物理模拟试验用冲孔装置，主要用于完成煤层气开采物理模拟试验的冲孔步骤。
【背景技术】
[0002]目前，煤层中含有大量的煤层气，又称为瓦斯，它不仅是宝贵的资源，也是煤矿地下开采中煤与瓦斯突出潜能的重要组成部分。我国是煤炭资源大国，随着煤炭工业的高速发展和规模骤增，瓦斯涌出量增大，因瓦斯突出、爆炸引起的煤矿事故迅速上升。同时，煤层气又是一种优质、洁净的燃料，如果得到合理的开发、回收和利用，不仅可以减少煤矿事故的发生，保障煤矿的正常生产，还可以解决我国能源紧缺的问题。但是，我国地质条件复杂，煤岩渗透率低，渗透率恰恰是反应煤岩中流体运移难易程度的标志，同时，也是地层损害评价与天然气开采设计的重要参数。现有的提高煤层瓦斯抽采率的主要技术方案有:大直径密集钻孔、水力冲孔、水力压裂架支撑剂技术、水力割缝等。其中水力冲孔主要是通过中高压水冲出煤层中部分煤体和瓦斯，起到卸压、增加煤层透气性、降低煤体弹性势能、降低煤体瓦斯和解吸速度、减小瓦斯膨胀能的效果。
[0003]现有对煤层气开采的试验研究主要是模拟研究假三轴条件下煤层渗透率随着应力、瓦斯压力、温度变化而变化的关系，并在此基础上提出各种提高煤层渗透性的方法。虽然这些渗流模拟试验在一定程度上说明了各种影响因素对煤层气流动的影响作用，但鉴于煤层气开采工作的复杂性，这些模拟状态与现场实际情况相差较远，并不能全面地说明实际条件下的煤层气抽采受到各因素的作用。因此本领域技术人员致力于开发一种能够在实验室物理模拟煤层气开采的试验装置，这其中对水力冲孔工艺的研究就需要设计一种便于冲孔的装置。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、使用方便的煤层气开采物理模拟试验用冲孔装置。
[0005]本发明的技术方案如下:一种煤层气开采物理模拟试验用冲孔装置，包括上端敞口的长条形筐状底座，在所述底座的敞口内沿其长度方向固定有至少一根光轴，在所述光轴上活套有安装座，在所述安装座与底座之间连接有第一驱动装置，在第一驱动装置的驱动下，安装座沿光轴移动；在所述安装座的顶面上安装有转轴，所述转轴的中心线与光轴的中心线平行，在转轴内开有通孔，在所述转轴的一端连接有集水箱，并且转轴内的通孔与集水箱的内腔相通，在所述转轴的另一端连接有同轴的喷管，所述喷管的一端与转轴相连，并且喷管的内孔与转轴内的通孔连通，在所述喷管的另一端固定有喷嘴；在所述转轴上还连接有第二驱动装置，在第二驱动装置的驱动下，所述转轴、喷管和喷嘴转动。
[0006]采用上述结构，通过在底座上安装可以沿光轴移动的安装座，在安装座上安装可以随转轴转动的喷管和喷嘴，从而提供了一种结构简单的便于在实验室使用的煤层气开采物理模拟试验用冲孔装置，使用中只需要将底座固定在适当的位置，使喷管伸入模拟实验的煤层预埋孔内，然后同时驱动安装座移动和喷管转动，就可以模拟冲孔操作，使用非常方便。
[0007]所述第一驱动装置包括手柄、丝杆和螺母，所述丝杆安装在底座的敞口内，并且丝杆的中心线与光轴的中心线平行布置，所述丝杆远离喷管的一端伸出底座，并且在丝杆的该端安装有手柄，在所述丝杆上套有螺母，所述螺母安装在安装座上，当手柄转动时，所述安装座在丝杆和螺母的带动下沿光轴移动。第一驱动装置的结构简单，使用方便。
[0008]所述第二驱动装置包括从动轮、主动轮、皮带和电机，所述电机固定在安装座顶面，并且电机的输出轴中心线与转轴的中心线平行，在电机的输出轴上连接有同轴的主动轮，在转轴中部固套有从动轮，在所述主动轮与从动轮上套有皮带。第二驱动装置的结构简单，并且采用电机驱动转轴转动，可以通过控制电机的转速控制转轴和喷管的转速。
[0009]作为优选，所述喷嘴包括同轴的第一螺纹段、正方形杆状第一连接段和第一锥形段，所述第一连接段的四个棱均设有圆形的第一倒角，并且每一第一倒角的中心轴均与喷管的中心轴位于同一直线上；所述第一连接段的一端向外延伸形成第一螺纹段，所述第一螺纹段伸入喷管的内孔中并与喷管螺纹连接，所述第一连接段的另一端向外延伸并逐渐缩小形成第一锥形段，并且该第一锥形段的锥顶削平呈圆形；在所述喷嘴内开有同轴的第一喷孔，所述第一喷孔的一端与喷管的内孔连通，第一喷孔的另一端呈锥形伸入第一锥形段内，在所述第一锥形段的中部开有三个均布的第二喷孔，所述第二喷孔的中心线与第一锥形段的中心轴倾斜布置，第二喷孔的一端与第一喷孔贯通，第二喷孔的另一端贯穿第一锥形段的锥面。喷嘴的结构简单，便于在煤层内冲出更深的孔，正方形杆状的第一连接段使喷嘴的安装、拆卸都更加省力方便。
[0010]作为另一种优选，所述喷嘴包括同轴的第二螺纹段、正方形杆状第二连接段、喷孔段和第二锥形段，所述第二连接段的四个棱均设有圆形的第二倒角，并且每一第二倒角的中心轴均与喷管的中心轴位于同一直线上；所述第二连接段的一端向外延伸形成第二螺纹段，所述第二螺纹段伸入喷管的内孔中并与喷管螺纹连接，所述第二连接段的另一端一体连接有等边三角形柱状的喷孔段，所述喷孔段的三个棱均设有圆形的第三倒角，所述第三倒角的中心轴也与喷管的中心轴位于同一直线，并且所述喷孔段等边三角形的其中一边与第二连接段的其中一边重合；所述喷孔段的外端向外延伸并逐渐缩小形成第二锥形段，所述第二锥形段的锥顶削平呈圆形；在所述喷嘴内开有同轴的第三喷孔，所述第三喷孔的一端与喷管的内孔连通，第三喷孔的另一端穿过喷孔段并呈锥形伸入第二锥形段内，在所述喷孔段内开有三个周向均布的第四喷孔，所述第四喷孔的中心线所在平面与喷孔段的中心轴垂直，第四喷孔的一端与第三喷孔贯通，第四喷孔的另一端贯穿喷孔段第三倒角的中部。喷嘴的结构简单，便于在煤层内冲出圆柱状孔，正方形杆状的第二连接段使喷嘴的安装、拆卸都更加省力方便。
[0011]在所述喷管的外壁上固定有至少一根螺旋片，该螺旋片绕喷管的中心线布置。螺旋片的设置便于排水排渣。
[0012]作为优选，所述螺旋片有三根。
[0013]所述安装座由顶板和竖向连接在顶板下方的两块支撑板构成，该两块支撑板相对布置。安装座的结构简单、稳固。
[0014]作为优选，所述光轴并排设置有两根。
[0015]有益效果:本发明通过在底座上安装可以沿光轴移动的安装座，在安装座上安装可以随转轴转动的喷管和喷嘴，从而提供了一种结构简单的便于在实验室使用的煤层气开采物理模拟试验用冲孔装置，具有构思巧妙、使用方便、生产容易和生产成本低等特点。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1的结构示意图。
[0017]图2为图1的左视图。
[0018]图3为图1的I部放大图。
[0019]图4为图3的左视图。
[0020]图5为图2的A-A剖视图。
[0021]图6为实施例2中喷嘴的结构示意图。
[0022]图7为图6的A-A剖视图。
[0023]图8为图6的后视图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0025]在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不应理解为限制本发明的具体保护范围。此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。
[0026]在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
[0027]在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
[0028]下面结合附图，通过对本发明的【具体实施方式】作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。
[0029]实施例1:
[0030]如图1、图2和图4所示，本发明包括上端敞口的长条形筐状底座I，在所述底座I的敞口内沿其长度方向固定有至少一根光轴2，本实施例优选所述光轴2并排设置有两根。在所述光轴2上活套有安装座5，所述安装座5由顶板5a和竖向连接在顶板下方的两块支撑板5b构成，该两块支撑板5b相对布置。所述光轴2垂直穿过支撑板5b。在所述安装座5与底座I之间连接有第一驱动装置，在第一驱动装置的驱动下，安装座5沿光轴2移动。所述第一驱动装置包括手柄9、丝杆3和螺母14，所述丝杆3安装在底座I的敞口内，并且丝杆3的中心线与光轴2的中心线平行布置。所述丝杆3远离喷管8的一端伸出底座1，并且在丝杆3的该端安装有手柄9。在所述丝杆3上套有螺母14，所述螺母14安装在安装座5上，当手柄9转动时，所述安装座5在丝杆3和螺母14的带动下沿光轴