一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，属于煤矿井下水力冲孔相关技术领域，尤其适用于高瓦斯煤层。
【背景技术】
[0002]我国煤层瓦斯赋存具有微孔隙、低渗透、高吸附的特征，煤层透气性差，导致大部分煤层抽采困难，严重影响瓦斯的抽采利用率。随着煤层瓦斯治理研究工作的深入开展，很多学者达成了一定的共识，即通过水利化措施进行煤层的卸压增透，提高煤层渗透率，强化预抽煤层瓦斯。水力冲孔是以岩柱或煤柱为安全屏障，利用高压水射流对钻孔周围的煤体进行冲击，冲出大量的煤体，从而形成孔洞。由于地应力的作用，孔洞周围的煤体发生大幅度的位移，引起孔洞周围煤体的充分卸压，透气性系数增大，煤体内的瓦斯得到大幅度释放。然而，纯水射流水压较高，冲击效果较差;磨料射流虽然能显著改善冲击效果，但是也会引发喷嘴损伤、赌孔等一系列问题;气液两相射流能显著改善这些问题，然而，气液均匀掺混是一项新的难题。因此，亟需研发一种新的气液两相水力冲孔方法，以解决该项技术的应用瓶颈。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种方法简单、能够大幅提高水力冲孔效率的微波辐射孔内汽化水力冲孔方法。
[0004]技术方案:本发明的微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，包括在煤层中施工一个钻孔，包括以下步骤:
[0005]a、将水力冲孔钻头连接在水力冲孔钻杆前端并送入钻孔内，直到水力冲孔钻头到达煤层顶板；
[0006]b、将微波天线连接在同轴波导管的前端并送入钻孔，直到微波天线到达煤层的中间位置，在同轴波导管的外露端连接波导转换器，波导转换器与矩形波导管连接，矩形波导管与微波发生器连接；
[0007]C、打开微波发生器，产生的微波依次通过矩形波导管、波导转换器和同轴波导管，最后到达微波天线并由微波天线向钻孔内的煤层发射；
[0008]d、将水力冲孔钻杆的外露端连接水力冲孔设备，对煤层实施常规水力冲孔作业，高压水在微波的作用下局部汽化，冲击煤体；
[0009]e、当冲孔出煤量达到2吨时，撤出水力冲孔钻头、水力冲孔钻杆、微波天线和同轴波导，对钻孔进行密封并抽采瓦斯。
[0010]所述的钻孔孔径为113_，水力冲孔钻头和水力冲孔钻杆的直径均为75_。
[0011 ]所述的微波发生器的工作频率为2.45GHz，功率为2kW。
[0012]有益效果:由于采用了上述技术方案，本发明通过微波辐射孔内汽化水力冲孔，能够大幅提高水力冲孔效率。由于水的介电常数较大，通过微波辐照水射流，使得水分子剧烈碰撞、升温并汽化，形成均匀掺混的气液两相射流，气液两相射流由于强烈的脉动效应而剧烈冲击煤体;同时，高温高压水蒸汽促进瓦斯解吸，产生的热应力疏通煤体孔、裂隙，在煤体内形成裂隙网；相比于纯水射流，本发明在较低的水压下实现了冲击效率的提升;相对于磨料射流，本发明解决了磨料损伤喷嘴，堵塞钻孔的问题，大大强化了水力冲孔的效果。其方法简单，操作方便，裂隙效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的微波辐射孔内汽化水力冲孔方法示意图。
[0014]图中:1-煤层，2-钻孔，3-水力冲孔钻头，4-水力冲孔钻杆，5-微波天线，6_同轴波导管，7-波导转换器，8-矩形波导管，9-微波发生器。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0016]本发明的微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，具体步骤如下:
[0017]a、在煤层I中施工一个钻孔2，将水力冲孔钻头3连接在水力冲孔钻杆4前端并送入钻孔2内，直到水力冲孔钻头3到达煤层顶板;所述的钻孔2孔径为113mm，水力冲孔钻头3和水力冲孔钻杆4的直径均为75_。
[0018]b、将微波天线5连接在同轴波导管6的前端并送入钻孔2，直到微波天线5到达煤层
(I)的中间位置，在同轴波导管6的外露端连接波导转换器7，波导转换器7与矩形波导管8连接，矩形波导管8与微波发生器9连接；
[0019]c、打开微波发生器9，产生的微波依次通过矩形波导管8、波导转换器7和同轴波导管6，最后到达微波天线5并由微波天线5向钻孔2内的煤层发射;所述的微波发生器9的工作频率为2.45GHz，功率为2kW。
[0020]d、将水力冲孔钻杆4的外露端连接水力冲孔设备，对煤层I实施常规水力冲孔作业，高压水在微波的作用下局部汽化，冲击煤体；
[0021]e、当冲孔出煤量达到2吨时，撤出水力冲孔钻头3、水力冲孔钻杆4、微波天线5和同轴波导6，对钻孔2进行密封并抽采瓦斯。
[0022]实施例1、如图1所示，微波辐射孔内汽化水力冲孔方法:首先，在底抽巷内按常规方法在煤层I中施工一个孔径为113mm的穿层钻孔2。钻孔2施工完成后，退出普通钻杆与钻头，将水力冲孔钻头3连接在水力冲孔钻杆4最内端并送入钻孔2内，直到水力冲孔钻头3到达煤层顶板，水力冲孔钻头3和水力冲孔钻杆4的直径均为75mm。将微波天线5连接在同轴波导管6的最内端并送入钻孔2，直到微波天线5到达煤层I的中间位置，在同轴波导管6的最外端连接波导转换器7，波导转换器7与矩形波导管8连接，矩形波导管8与微波发生器9连接，微波发生器9的工作频率为2.45GHz，功率为2kW。打开微波发生器9，产生的微波依次通过矩形波导管8、波导转换器7和同轴波导管6，最后到达微波天线5并由微波天线5向钻孔2发射。然后，将水力冲孔钻杆4的最外端连接水力冲孔设备，对煤层I实施常规水力冲孔作业，高压水在微波的作用下局部汽化，冲击煤体。当冲孔出煤量达到2吨时，撤出水力冲孔钻头3、水力冲孔钻杆4、微波天线5和同轴波导管6，对钻孔2进行密封并抽采瓦斯。
【主权项】
1.一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，包括在煤层(I)中施工一个钻孔(2)，其特征在于，还包括以下步骤: a、将水力冲孔钻头(3)连接在水力冲孔钻杆(4)前端并送入钻孔(2)内，直到水力冲孔钻头(3)到达煤层顶板； b、将微波天线(5)连接在同轴波导管(6)的前端并送入钻孔(2)，直到微波天线(5)到达煤层(I)的中间位置，在同轴波导管(6)的外露端连接波导转换器(7)，波导转换器(7)与矩形波导管(8)连接，矩形波导管(8)与微波发生器(9)连接； c、打开微波发生器(9)，产生的微波依次通过矩形波导管(8)、波导转换器(7)和同轴波导管(6)，最后到达微波天线(5)并由微波天线(5)向钻孔(2)内的煤层发射； d、将水力冲孔钻杆(4)的外露端连接水力冲孔设备，对煤层(I)实施常规水力冲孔作业，高压水在微波的作用下局部汽化，冲击煤体； e、当冲孔出煤量达到2吨时，撤出水力冲孔钻头(3)、水力冲孔钻杆(4)、微波天线(5)和同轴波导(6)，对钻孔(2)进行密封并抽采瓦斯。2.根据权利要求1所述的一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，其特征在于:所述的钻孔(2)孔径为113 mm，水力冲孔钻头(3)和水力冲孔钻杆(4)的直径均为75 mm。3.根据权利要求1所述的一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，其特征在于:所述的微波发生器(9)的工作频率为2.45 GHz，功率为2 kW。
【专利摘要】一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法，将微波天线连接在同轴波导管的最内端并送入钻孔，在同轴波导管的最外端连接波导转换器，波导转换器与矩形波导管连接，矩形波导管与微波发生器连接。打开微波发生器，同时，打开水力冲孔设备，高压水在微波的作用下局部汽化，冲击煤体。水力冲孔完成后，撤出水力冲孔钻头与钻杆、微波天线和同轴波导管，对钻孔进行密封并抽采瓦斯。本发明通过微波辐照使得水分子升温并汽化，形成均匀掺混的气液两相射流，气液两相射流由于强烈的脉动效应而剧烈冲击煤体；同时，高温高压水蒸汽促进瓦斯解吸，产生的热应力疏通煤体孔、裂隙，在煤体内形成裂隙网，大大强化了水力冲孔的效果。
【IPC分类】E21B7/18, E21F7/00
【公开号】CN105507812
【申请号】CN201511019352
【发明人】林柏泉, 李贺, 洪溢都, 黄展博, 杨威, 刘统, 王瑞
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月29日