一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置及方法，所述装置包括高压气体部、钻头以及软管；钻头包括壳体、进风口、引射喷嘴、混合腔、旋转体以及前置喷嘴，旋转体内设置有旋转腔，高压气体部与进风口通过软管连通；壳体首端还设置有后置喷嘴；壳体侧壁贯穿设置有吸入通道；旋转腔中设置有叶轮；所述方法包括：1）制备高压气体；2）高压气体进入钻头的进风口；3）高压气体从引射喷嘴喷出；4）高压气体和煤粉作用于叶轮；5）高压气体带动煤粉从叶轮出来后从前置喷嘴喷出；6）作业完成。本发明专利技术所述的装置及方法实现了塌孔、堵孔的修复工作，可以获得较高的破煤冲击力，有利于钻孔的修复，提高钻孔的使用效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿瓦斯抽采用钻孔修复
，具体涉及一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置及方法。
技术介绍
近年来，随着矿井开采深度的增加，瓦斯抽采条件趋于复杂，如在高地应力、围岩裂隙发育地带及松软煤层中进行瓦斯抽采时，受地应力及外力扰动，钻孔中经常出现塌孔、堵孔等现象，导致瓦斯抽采通道堵塞，极大降低了瓦斯抽采流量及浓度。针对这一问题，常用的方法是用钻机按照原钻孔参数进行重新钻孔。这种方法不仅耗时、成本高，而且受施工条件及设备能力限制，二次钻孔实际参数与原钻孔参数相差较大，容易造成串孔，增大瓦斯抽采难度。除此之外，采用负压吸出钻孔中煤渣、岩屑，该方法仅适用于颗粒较小的散落煤渣，无法排出塌孔造成的大块煤渣、岩块及煤泥。如何清除钻孔中岩屑、煤渣，恢复钻孔抽采能力，是保证钻孔高效使用、瓦斯高效抽采的前提。钻孔修复技术可以延长钻孔使用寿命，提高钻孔有效抽采的质量，具有广泛的应用前景。但失效钻孔的修复一直都是世界性的技术难题,相关学者针对这一问题开展了较多研究。专利号为CN201420843765.7的专利公开了“一种井下煤层瓦斯抽采钻孔修复装置”以及专利号为CN201210489910.1的专利公开了一种“煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法”上述两种专利都是基于水力化措施修复失效钻孔。研究表明，尤其在顺层钻孔中采用水力化措施，不利于钻孔的稳定性，钻孔在蠕变应力的作用下会继续出现垮孔等现象。除此之外，煤体中水的存在对瓦斯解吸及运移产生消极影响。研究表明，煤体的低孔、低渗的特点，使水锁效应尤为突出。煤体在不同水压的影响下，水能够进入到煤体的临界孔隙尺度，降低瓦斯解吸率。而且水的后置侵入会使瓦斯解吸终止时间提前。对于俯孔，孔底积水容易造成煤体泥化，堵塞瓦斯抽采通道。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种使用效果好的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，包括高压气体部、钻头以及软管；钻头包括壳体以及自壳体首端至末端依次设置的相连通的进风口、引射喷嘴、混合腔、旋转体以及前置喷嘴，旋转体内设置有旋转腔，高压气体部与进风口通过软管连通；壳体首端还设置有与进风口连通的后置喷嘴，后置喷嘴中喷出的气流的方向与前置喷嘴中喷出的气流的方向相反；壳体侧壁贯穿设置有与混合腔连通的吸入通道；旋转腔中设置有叶轮，旋转体外壁上分布有至少3个切齿。壳体外套设有前端封闭、末端开口的煤粉导流套筒，煤粉导流套筒下部设置有煤渣、煤粉出口，煤渣、煤粉出口上设置有朝向煤粉导流套筒外侧的雾化喷嘴。叶轮后部设置有沿壳体长度方向设置的气流平衡腔。后置喷嘴和前置喷嘴进口的内径均逐渐变小，出口的内径均逐渐变大；引射喷嘴的内径自进口至出口逐渐变小。高压气体部包括空压机和与空压机的出口连接的气瓶，气瓶的出口通过软管连接钻头上的进风口。高压气体部还包括绞盘和带动绞盘转动的动力装置，软管包括静软管和与静软管通过旋转密封器连接的动软管；动软管绕设于绞盘上；静软管连接气瓶的出口，动软管的末端连接钻头的进风口。钻头前方固设有软管定位圈，动软管穿设于软管定位圈中。一种上述装置进行的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复方法，依次包括如下步骤：1)制备高压气体，制备出的高压气体的压力为5~25Mpa；2)高压气体进入钻头的进风口，一部分高压气体通过后置喷嘴从钻头中喷出；另外一部分高压气体进入引射喷嘴；3)高压气体从引射喷嘴喷出，吸入通道在高压气体引流下将煤粉吸入到混合腔中，吸入通道中吸入的煤粉的流量为0.01～0.02kg/s；4)叶轮在高压气体和煤粉作用下转动，叶轮带动旋转体和切齿旋转；5)高压气体带动煤粉穿过叶轮后从前置喷嘴喷出；6)作业完成，停止高压气体的制备，钻头复位。步骤2）中高压气体在后置喷嘴中的路径先逐渐变小，后逐渐变大；步骤2）中高压气体在引射喷嘴中的路径逐渐变小；步骤5）中高压气体和煤粉在前置喷嘴中的路径先逐渐变小，后逐渐变大。步骤5）中高压气体和煤粉的混合气流经过叶轮后通过直线型的气流平衡腔进入前置喷嘴。通过以上技术方案，本专利技术的有益效果为：1、所述的装置结构简单，设置合理，可以高效完成失效钻孔的修复；其可以连续吸入煤粉，保证了磨料的连续添加，实现磨料气体射流，使得破煤能力更强，可以完成塌落煤块的破碎；设置的后置喷嘴可以实现钻头的自行进；而切齿可以实现煤块的粉碎，进而提高钻孔的修复效果。2、壳体外套设有煤粉导流套筒，通过煤粉导流套筒实现了煤粉煤渣的排出；设置的雾化喷嘴可以通过雾化水避免煤粉随意飘散，提高工作环境。3、叶轮后部设置有沿壳体长度方向设置的气流平衡腔，从而使得流经叶轮的气流趋于稳定。4、后置喷嘴和前置喷嘴进口的内径均逐渐变小，出口的内径均逐渐变大；引射喷嘴的内径自进口至出口逐渐变小；进而提高后置喷嘴喷出的气流的速度；前置喷嘴和引射喷嘴相互作用，提高从前置喷嘴喷出的气流的速度，进而高压气体和煤粉混合物的作用效果。5、高压气体部还包括绞盘和带动绞盘转动的动力装置，软管包括静软管和与静软管通过旋转密封器连接的动软管，从而避免了钻头的行进对软管的影响。6、钻头前方固设有软管定位圈，动软管穿设于软管定位圈中，保证软管的出口和钻孔在同一水平线。7、本专利技术所述的方法实现了煤粉的连续吸入，保证了磨料的连续添加，实现磨料气体射流，高效完成钻孔的修复工作，提高钻孔修复工作效果。8、步骤5）中高压气体和煤粉的混合气流经过叶轮后通过直线型的气流平衡腔进入前置喷嘴，使经过叶轮的磨料气体趋于稳定，从而提高前置喷嘴喷出的气流的作用效果。9、步骤3）中吸入通道中吸入的煤粉的流量为0.01～0.02kg/s，在实施的时候，当煤粉流量过高时，影响喷嘴对煤粉的加速，使冲蚀效果较差；煤粉流量较低时，煤粉可以充分加速，但整体能量较低，影响破煤效果；软管中高压气体压力为5～20Mpa，从而在保证压力的同时，保证修复效果。附图说明图1为本专利技术所述装置结构示意图；图2为钻头结构示意图；图3为本专利技术所述方法流程图。具体实施方式一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，如图1所示，包括高压气体部，高压气体部用于产生高压气体。其中，高压气体部包括高压气体部包括空压机1和至少1个气瓶3，本实施例中气瓶3的数量为3个。空压机1的出口连接各个气瓶3的入口，从而使得空压机中的气体进入到气瓶中。为了便于气体的控制，在气瓶3的入口和出口上均设置有阀门2，通过阀门2的开启或关闭方便气体传输的控制过程。同时，在气瓶3的出口上连接有软管，软管上设置有压力表4，通过压力表4可以得知软管中的气体的压力，通过对气体参数的监测，可以及时对整个工作过程做出调整，保证其高效的工作状态。软管包括静软管31，静软管31与气瓶3的出气口连接。静软管31的末端连接有动软管32，在静软管31和动软管32之间连接有旋转密封器6，旋转密封器6实现了动软管和静软管的连接，为成熟的现有技术。动软管32绕设在绞盘5上，在绞盘5上传动连接有动力装置7，动力装置7实现了绞盘的转动，从而实现动软管32的收放。在实施的时候，动力装置可以选用液压马达。在绞盘5后方设置有支架12，支架12顶部固设有软管定位圈8，动软管32穿设于软管定位圈8中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：包括高压气体部、钻头以及软管；钻头包括壳体以及自壳体首端至末端依次设置的相连通的进风口、引射喷嘴、混合腔、旋转体以及前置喷嘴，旋转体内设置有旋转腔，高压气体部与进风口通过软管连通；壳体首端还设置有与进风口连通的后置喷嘴，后置喷嘴中喷出的气流的方向与前置喷嘴中喷出的气流的方向相反；壳体侧壁贯穿设置有与混合腔连通的吸入通道；旋转腔中设置有叶轮，旋转体外壁上分布有至少3个切齿。
【技术特征摘要】
1.一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：包括高压气体部、钻头以及软管；钻头包括壳体以及自壳体首端至末端依次设置的相连通的进风口、引射喷嘴、混合腔、旋转体以及前置喷嘴，旋转体内设置有旋转腔，高压气体部与进风口通过软管连通；壳体首端还设置有与进风口连通的后置喷嘴，后置喷嘴中喷出的气流的方向与前置喷嘴中喷出的气流的方向相反；壳体侧壁贯穿设置有与混合腔连通的吸入通道；旋转腔中设置有叶轮，旋转体外壁上分布有至少3个切齿。2.如权利要求1所述的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：壳体外套设有前端封闭、末端开口的煤粉导流套筒，煤粉导流套筒下部设置有煤渣、煤粉出口，煤渣、煤粉出口上设置有朝向煤粉导流套筒外侧的雾化喷嘴。3.如权利要求2所述的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：叶轮后部设置有沿壳体长度方向设置的气流平衡腔。4.如权利要求3所述的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：后置喷嘴和前置喷嘴进口的内径均逐渐变小，出口的内径均逐渐变大；引射喷嘴的内径自进口至出口逐渐变小。5.如权利要求4所述的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：高压气体部包括空压机和与空压机的出口连接的气瓶，气瓶的出口通过软管连接钻头上的进风口。6.如权利要求5所述的井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置，其特征在于：高压气体部还包括绞盘和带动...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏建平，刘勇，王云刚，刘笑天，张宏图，张涛，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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