專利名稱：三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤礦瓦斯抽采增透裝備，特別涉及一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤炭是我國的主體能源，一直在我國能源供給方面扮演著不可替代的角色。但是， 我國煤礦災(zāi)害十分嚴重，瓦斯事故又是煤礦災(zāi)害中的重中之重。國有重點煤礦70%以上是高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井，且大部分為低透氣性煤層。我國煤礦開采深度平均已經(jīng)達到 540m，且每年以10 15m的速度下延，使越來越多的礦井變?yōu)楦咄咚股踔撩号c瓦斯突出礦井。對于煤與瓦斯突出礦井而言，瓦斯抽采是防治突出與治理瓦斯的根本措施，而鉆孔抽采瓦斯是技術(shù)可行而且較為經(jīng)濟的一種抽采方法，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，我國絕大多數(shù)突出煤層為低透氣性煤層，通過煤層鉆孔擴孔或割縫增加煤層透氣性后再進行抽采已成為國內(nèi)的研究熱點之一。目前常用的擴孔方法除了通過增大鉆頭直徑外，其余多數(shù)是采用自動旋轉(zhuǎn)噴嘴產(chǎn)生的圓射流對煤體進行切割來實現(xiàn)的，該射流方法具有水壓損失大、切割效率低、排渣困難、擴孔用時較長等缺點，當出現(xiàn)堵孔時，容易引起孔內(nèi)壓力增大造成噴孔， 存在一定安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，在三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔與壓裂增透方法中應(yīng)用，降低水壓損失，提高切割效率，實現(xiàn)順利排渣和減少擴孔用時。本實用新型所要解決的技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，它由高壓水力泵站通過設(shè)有截止閥的高壓膠管連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭，特點在于經(jīng)過鉆機后再連至高壓水射流鉆桿，高壓水射流鉆桿前端連接帶有噴嘴底座的高壓水射流噴頭，在噴嘴底座上安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴。其中對于具有煤與瓦斯突出危險或有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層，在水力擴孔鉆孔開口段設(shè)封孔鋼管，在封孔鋼管和水力擴孔鉆孔之間注入封孔材料，并在水力擴孔鉆孔孔口安裝鉆孔防噴裝置，鉆孔防噴裝置的抽采端接礦井瓦斯抽采系統(tǒng)管路。其中在垂直于高壓水射流噴頭軸線的方向上交錯布置若干個噴嘴底座，使其在垂直于高壓水射流噴頭軸線的平面上的投影呈中心對稱分布。其中內(nèi)置導(dǎo)向葉輪的高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴安裝在噴嘴底座上，高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴直徑為1. 7 2. 5mm。其中高壓水射流噴頭與高壓水射流鉆桿之間的連接、回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭與高壓水射流鉆桿之間的連接、高壓水射流鉆桿之間的連接，均采用內(nèi)置擠壓密封和組合墊片的密封連接方式，回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭包括中空的旋轉(zhuǎn)軸、高壓密封圈和外部殼體，連接處采用旋轉(zhuǎn)密封方式進行密封。[0009]本實用新型的有益效果是采用三維旋轉(zhuǎn)水射流對水力擴孔鉆孔的煤層段進行擴孔，利用較小直徑的噴嘴、較低的水流量即可切割出大于其噴嘴直徑數(shù)十倍到數(shù)百倍的孔眼，尤其是旋轉(zhuǎn)射流主要依靠剪切作用對煤體進行切割，提高了破煤效率，所產(chǎn)生的煤屑顆粒較小，容易被水流帶出鉆孔，不易堵孔，高壓水射流噴頭耐磨損、使用壽命長，容易操作， 費用低廉。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。本實用新型的保護范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。


圖1.本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2.本實用新型高壓水射流噴頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3.本實用新型高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴及導(dǎo)向葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖4.本實用新型高壓水射流鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
附圖編號圖中1.高壓水力泵站，2.截止閥，3.回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭，4.高壓膠管，5. 鉆機，6.高壓水射流鉆桿，7.鉆孔防噴裝置，8.抽采系統(tǒng)管路，9.封孔材料，10.煤層， 11.高壓水射流噴頭，12.高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴，13.水力擴孔鉆孔，14.封孔鋼管，16.導(dǎo)向葉輪，17.噴嘴底座。第一實施例參見
圖1、2、3、4，對于沒有煤與瓦斯突出危險且沒有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層10，一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，它由高壓水力泵站1通過設(shè)有截止閥2的高壓膠管4連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3，特點在于經(jīng)過鉆機5后再連至高壓水射流鉆桿6，高壓水射流鉆桿6前端連接帶有噴嘴底座17的高壓水射流噴頭11，在噴嘴底座上安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12。其中在垂直于高壓水射流噴頭11軸線的方向上交錯布置2個噴嘴底座17，使其在垂直于高壓水射流噴頭11軸線的平面上的投影呈180度角。其中高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12直徑為2. 3mm。其中高壓水射流噴頭11與高壓水射流鉆桿6之間的連接、回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭 3與高壓水射流鉆桿6之間的連接、高壓水射流鉆桿6之間的連接，均采用內(nèi)置擠壓密封和組合墊片的密封連接方式，回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3包括中空的旋轉(zhuǎn)軸、高壓密封圈和外部殼體，連接處采用旋轉(zhuǎn)密封方式進行密封。第二實施例參見
圖1、2、3、4，對于具有煤與瓦斯突出危險或有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層10，一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，它由高壓水力泵站1通過設(shè)有截止閥2的高壓膠管4連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3，經(jīng)過鉆機5后再連至高壓水射流鉆桿6，高壓水射流鉆桿6前端連接帶有噴嘴底座17的高壓水射流噴頭11，在噴嘴底座17上安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12。其中在垂直于高壓水射流噴頭11軸線的方向上交錯布置2個噴嘴底座17，使其在垂直于高壓水射流噴頭11軸線的平面上的投影呈180度角。
4[0026]其中對于具有煤與瓦斯突出危險或有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層，在水力擴孔鉆孔13 開口段設(shè)封孔鋼管14，在封孔鋼管14和水力擴孔鉆孔13之間注入封孔材料9，并在水力擴孔鉆孔13孔口安裝鉆孔防噴裝置7，鉆孔防噴裝置7的抽采端接礦井瓦斯抽采系統(tǒng)管路8。其中內(nèi)置導(dǎo)向葉輪16的高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12安裝在噴嘴底座17上。高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12直徑為2. 0mm。其中高壓水射流噴頭11與高壓水射流鉆桿6之間的連接、回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭 3與高壓水射流鉆桿6之間的連接、高壓水射流鉆桿6之間的連接均采用內(nèi)置擠壓密封和組合墊片的密封連接方式，回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3包括中空的旋轉(zhuǎn)軸、高壓密封圈和外部殼體，連接處采用旋轉(zhuǎn)密封方式進行密封。第三實施例參見
圖1、2、3、4，對于具有煤與瓦斯突出危險或有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層10，一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，它由高壓水力泵站1通過設(shè)有截止閥2的高壓膠管4連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3，經(jīng)過鉆機5后再連至高壓水射流鉆桿6，高壓水射流鉆桿6前端連接帶有噴嘴底座17的高壓水射流噴頭11，在噴嘴底座17上安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12。其中在垂直于高壓水射流噴頭11軸線的方向上交錯布置3個噴嘴底座17，使其在垂直于高壓水射流噴頭11軸線的平面上的投影呈120度角。其中對于具有煤與瓦斯突出危險或有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層，在水力擴孔鉆孔13 開口段設(shè)封孔鋼管14，在封孔鋼管14和水力擴孔鉆孔13之間注入封孔材料9，并在水力擴孔鉆孔13孔口安裝鉆孔防噴裝置7，鉆孔防噴裝置7的抽采端接礦井瓦斯抽采系統(tǒng)管路8。其中內(nèi)置導(dǎo)向葉輪16的高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12安裝在噴嘴底座17上。高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12直徑為1. 8mm。其中高壓水射流噴頭11與高壓水射流鉆桿6之間的連接、回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭 3與高壓水射流鉆桿6之間的連接、高壓水射流鉆桿6之間的連接，均采用內(nèi)置擠壓密封和組合墊片的密封連接方式，回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3包括中空的旋轉(zhuǎn)軸、高壓密封圈和外部殼體，連接處采用旋轉(zhuǎn)密封方式進行密封。為了便于理解結(jié)合第三實施例介紹一下本實用新型工作原理用鉆機5向預(yù)開采的煤層10施工水力擴孔鉆孔13至設(shè)定位置，退出鉆桿。在水力擴孔鉆孔13開口段設(shè)封孔鋼管14，在封孔鋼管14和水力擴孔鉆孔13之間注入封孔材料9水泥砂漿，并在孔口安裝鉆孔防噴裝置7，鉆孔防噴裝置7的抽采端接礦井瓦斯抽采系統(tǒng)管路8，打開瓦斯抽采系統(tǒng)， 用快速接頭連接好高壓膠管4，并將高壓膠管4連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3，回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭3的另一端與高壓水射流鉆桿6連接，高壓水射流鉆桿6的前端安裝已安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12的高壓水射流噴頭11，用鉆機5帶動高壓水射流鉆桿6將高壓水射流噴頭11送至孔底，啟動高壓水力泵站1，待高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)壓力達到預(yù)定壓力值^MPa 后，通過高壓水射流鉆桿6向高壓水射流噴頭11輸入高壓水，高壓水射流鉆桿6可以承受 50MPa的高壓而不發(fā)生泄露，開啟鉆機5，帶動高壓水射流鉆桿6旋轉(zhuǎn)，同時使高壓水射流鉆桿6在水力擴孔鉆孔13內(nèi)緩慢往復(fù)運動，在水力擴孔鉆孔13內(nèi)運用壓力為^MPa、流量為 160L/min的高壓水通過高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴12產(chǎn)生高壓水射流對煤層10進行擴孔，擴孔過程中的煤屑流量為5 25kg/min，鉆孔直徑擴大到了 448 1042mm，平均為587mm。在水力擴孔過程中，通過改變水力擴孔鉆孔13內(nèi)高壓水射流鉆桿6的長度來控制鉆孔擴孔段的范圍。在旋轉(zhuǎn)水射流擴孔結(jié)束后，關(guān)閉高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)，卸除系統(tǒng)壓力，由鉆機5驅(qū)動逐步拉出高壓水射流鉆桿6，完成水力擴孔鉆孔13的擴孔作業(yè)。
權(quán)利要求1.一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，它由高壓水力泵站通過設(shè)有截止閥的高壓膠管連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭，特征在于經(jīng)過鉆機后再連至高壓水射流鉆桿，高壓水射流鉆桿前端連接帶有噴嘴底座的高壓水射流噴頭，在噴嘴底座上安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，特征在于對于具有煤與瓦斯突出危險或有鉆孔自噴現(xiàn)象的煤層，在水力擴孔鉆孔開口段設(shè)封孔鋼管，在封孔鋼管和水力擴孔鉆孔之間注入封孔材料，并在水力擴孔鉆孔孔口安裝鉆孔防噴裝置，鉆孔防噴裝置的抽采端接礦井瓦斯抽采系統(tǒng)管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，特征在于在垂直于高壓水射流噴頭軸線的方向上交錯布置若干個噴嘴底座，使其在垂直于高壓水射流噴頭軸線的平面上的投影呈中心對稱分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，特征在于內(nèi)置導(dǎo)向葉輪的高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴安裝在噴嘴底座上，高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴直徑為1. 7 2. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，特征在于在垂直于高壓水射流噴頭軸線的方向上交錯布置若干個噴嘴底座，使其在垂直于高壓水射流噴頭軸線的平面上的投影呈中心對稱分布，內(nèi)置導(dǎo)向葉輪的高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴安裝在噴嘴底座上，高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴直徑為1. 7 2. 5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，特征在于內(nèi)置導(dǎo)向葉輪的高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴安裝在噴嘴底座上，高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴直徑為1. 7 2. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)， 特征在于高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴頭與高壓水射流鉆桿之間的連接、回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭與高壓水射流鉆桿之間的連接、高壓水射流鉆桿之間的連接均采用內(nèi)置擠壓密封和組合墊片的密封連接方式，回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭包括中空的旋轉(zhuǎn)軸、高壓密封圈和外部殼體，連接處采用旋轉(zhuǎn)密封方式進行密封。
專利摘要本實用新型涉及煤礦瓦斯抽采增透裝備，一種三維旋轉(zhuǎn)水射流煤層擴孔系統(tǒng)，它由高壓水力泵站通過設(shè)有截止閥的高壓膠管連至回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭，特點在于經(jīng)過鉆機后再連至高壓水射流鉆桿，高壓水射流鉆桿前端連接帶有噴嘴底座的高壓水射流噴頭，在噴嘴底座上安設(shè)高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴。三維旋轉(zhuǎn)水射流對水力擴孔鉆孔的煤層段進行擴孔，利用較小直徑的噴嘴、較低的水流量即可切割出大于其噴嘴直徑數(shù)十倍到數(shù)百倍的孔眼，尤其是旋轉(zhuǎn)射流依靠剪切作用對煤體進行切割，提高了破煤效率，所產(chǎn)生的煤屑顆粒較小，容易被水流帶出鉆孔，不易堵孔，高壓水射流噴頭耐磨損、使用壽命長，容易操作，費用低廉。
文檔編號E21B10/61GK202073497SQ20112016925
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者李艷增, 王耀鋒, 王魁軍, 謝正紅, 高中寧 申請人:煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院