一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统及试验方法技术方案

本发明专利技术涉及一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统及试验方法，属于煤矿井下抽采领域。其组成包括供水系统、割缝出渣模拟系统、旋转装置、钻孔模拟台以及监测系统。所述供水系统通过供水管与割缝出渣模拟系统连接。割缝出渣模拟系统所出煤渣通过出渣管与供水管内水流混合后共同进入透明钻孔内。旋转装置内步进电机通过调速装置与钻杆相连。通过高速相机及速度传感器收集数据，进而分析钻孔内煤渣运移规律，并通过放置于钻孔出口高速相机观测煤渣流至出口状态。该系统能够测试不同钻孔角度、供水流量、钻杆转速、钻杆螺旋深度、煤渣颗粒粒径及割缝出渣量下的煤渣运移特征。径及割缝出渣量下的煤渣运移特征。径及割缝出渣量下的煤渣运移特征。

【技术实现步骤摘要】
一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统及试验方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下抽采领域，涉及一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统及试验方法

技术介绍

[0002]近年来，随着煤矿开采逐渐进入深部，高地应力、高瓦斯、低渗透性煤层瓦斯抽采难题逐渐凸显，而顺层钻孔水射流割缝技术作为解决回采及掘进工作面瓦斯抽采问题的新兴技术手段，越来越多的被应用于低渗透性煤层卸压增透中，并取得了较好的效果。但目前在顺层钻孔水力割缝过程中，所面临的最大问题是排渣问题，由于在割缝过程中煤渣量较大，且会出现煤体短时间大量脱落情况，导致割缝过程中频繁出现堵孔、喷孔、抱钻以及埋钻等问题，严重制约了水力割缝技术在顺层钻孔中的应用。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种模拟水力割缝条件下，利用水流及螺旋钻杆转动为动力进行排渣的试验系统，从而测试在不同钻孔倾角、供水流量、钻杆转速、钻杆螺旋深度、煤渣颗粒粒径及割缝出渣量下的煤渣运移特征，为现场顺层钻孔施工过程中的供水流量、钻杆转速等参数选择提供依据及技术指导，从而确保顺层钻孔割缝过程中的顺畅排渣。
[0004]本专利技术提供了一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统及试验方法，该装置能够测试不同钻孔角度、供水流量、钻杆转速、钻杆螺旋深度、煤渣颗粒粒径及割缝出渣量下的煤渣运移特征。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统，包括供水系统、割缝出渣模拟系统、旋转装置、钻孔模拟台以及监测系统；所述供水系统固定在钻孔模拟台上，并通过供水管与所述割缝出渣模拟系统相连通；所述割缝出渣模拟系统所出煤渣与供水系统内水流混合进入位于钻孔模拟台上的钻孔内；所述旋转装置包括转动设置在所述钻孔内的钻杆；所述监测系统用于监测所述钻杆在所述钻孔内旋转模拟割缝过程中的煤渣运移状态。
[0007]可选的，所述供水系统通过水箱支架设置在所述钻孔模拟台上，所述水箱与所述供水管之间设有流量计。
[0008]可选的，所述割缝出渣模拟系统包括煤渣料斗及出渣管，所述煤渣料斗通过出渣管连接至钻孔；所述出渣管与所述煤渣料斗之间设有煤渣称重计量单元。
[0009]可选的，所述旋转装置包括步进电机、调速装置及钻杆连接件，所述步进电机通过调速装置经钻杆连接件连接至钻杆。
[0010]可选的，所述钻孔模拟台上设有至少两个用于调整所述钻孔倾角的调节支架。
[0011]可选的，所述监测系统包括设置在钻孔内的若干速度传感器以及设置在钻孔外的若干摄像机。
[0012]可选的，所述速度传感器沿所述透明钻杆的轴向分布有若干组。
[0013]可选的，每组速度传感器沿所述透明钻杆的径向分布有若干个。
[0014]可选的，所述钻孔远离所述割缝出渣装置的一端敞开，其下方设有集渣箱。
[0015]一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟试验方法，采用前述的顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统，包括以下步骤：
[0016]通过供水系统及割缝出渣系统向钻孔内通入水流及煤渣，通过控制实验变量模拟割缝过程中的煤渣运移状态；
[0017]所述实验变量包括供水速度、供水量、煤渣速度、煤渣量、钻杆旋转速度、钻杆类型、钻孔倾角、煤渣颗粒粒径。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1、供水系统中设置有流量计，可实时调节供水流量，从而试验不同流量下钻孔煤渣运移状态，得出在特定割缝落煤量下的钻孔最小排渣流量。
[0020]2、割缝出渣模拟系统通过在料斗下加装煤渣称重计量单元，从而可以通过料斗重量变化，实现割缝出煤量实时监测和调节，从而试验不同割缝落煤量下的钻孔煤渣运移状态，得出在特定流量下的钻孔最大排渣量。
[0021]3、旋转装置通过调速装置可实现钻杆转速调节，从而模拟在不同钻杆转速下的煤渣运移状态，进而分析钻杆转速对割缝钻孔排渣的影响规律。
[0022]4、钻孔模拟台内钻杆可更换，从而实现对不同种类钻杆对钻孔内煤渣运输的影响试验。
[0023]5、钻孔模拟台可通过设置调节支架以调整钻孔角度，从而实现负角度、正角度及水平角度等不同角度下的钻孔煤渣运移规律试验。
[0024]6、监测装置通过高速相机对钻孔内煤渣运移状态进行排渣分析，并通过置于钻孔内部的速度传感器收集钻孔内不同部位的流速从而进行更准确分析。
[0025]7、通过在割缝出渣模拟系统料斗内添加不同颗粒粒径煤渣颗粒，实现对不同粒径煤体颗粒钻孔运移规律试验。
[0026]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0028]图1为本专利技术的整体结构示意图。
[0029]附图标记：供水系统1、割缝出渣模拟系统2、旋转装置3、钻孔模拟台4、监测系统5、水箱1
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1、流量计1
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2、供水管1
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3、支架1
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4、料斗2
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1、煤渣称重计量单元2
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2、出渣管2
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3、步进电机3
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1、前置传动轴3
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2、后置传动轴3
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3、调速装置3
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4、钻杆连接件3
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5、钻孔4
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1、钻杆4
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2、调节支架4
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3、集渣箱4
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4、试验台4
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5、摄像机5
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1、速度传感器5
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2。
具体实施方式
[0030]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0032]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统，其特征在于：包括供水系统、割缝出渣模拟系统、旋转装置、钻孔模拟台以及监测系统；所述供水系统固定在钻孔模拟台上，并通过供水管与所述割缝出渣模拟系统相连通；所述割缝出渣模拟系统所出煤渣与供水系统内水流混合进入位于钻孔模拟台上的钻孔内；所述旋转装置包括转动设置在所述钻孔内的钻杆；所述监测系统用于监测所述钻杆在所述钻孔内旋转模拟割缝过程中的煤渣运移状态。2.根据权利要求1所述的顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统，其特征在于：所述供水系统通过水箱支架设置在所述钻孔模拟台上，所述水箱与所述供水管之间设有流量计。3.根据权利要求1所述的顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统，其特征在于：所述割缝出渣模拟系统包括煤渣料斗及出渣管，所述煤渣料斗通过出渣管连接至钻孔；所述出渣管与所述煤渣料斗之间设有煤渣称重计量单元。4.根据权利要求1所述的顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统，其特征在于：所述旋转装置包括步进电机、调速装置及钻杆连接件，所述步进电机通过调速装置经钻杆连接件连接至钻杆。5.根据权利要求1所述的顺层钻孔水力割缝煤渣运移模拟系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永将，季飞，陆占金，孟贤正，黄振飞，曹建军，杨慧明，国林东，刘永三，徐军见，徐遵玉，袁本庆，李成成，李帅，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：