一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置及方法，属于煤矿瓦斯灾害治理技术领域。本发明专利技术的装置两端设置有公接头和母接头，内腔设置沿轴向运动的活塞，沿腔壁四周布置低压气体通道连通钻头和高压气体通道连接翼片钻中空轴销，高压气体射流通道内部引流喷嘴通过筛孔吸入煤粉，高压空气携料通过锥形喷嘴递进喷射。本发明专利技术通过空压机和高压气瓶产生压缩空气，进入该装置和钻头，钻进时采用低压气体进行降温排渣，破煤时切换高压气体推动翼片钻旋转张开实施机械造穴，同时高压气体携料进行递进喷射破煤。本发明专利技术可以有效解决煤矿井下极软煤层无法采用常规水力措施进行煤层卸压增透的问题，进而实现煤层瓦斯高效抽采和保障煤矿企业安全生产。采和保障煤矿企业安全生产。采和保障煤矿企业安全生产。

【技术实现步骤摘要】
一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置及方法


[0001]本专利技术属于煤处理
，涉及一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置及方法。

技术介绍

[0002]我国深部矿井表现出显著的“三高一低”特征，即高地应力、高孔隙压力、高温度和低渗透性。目前，针对低渗煤层采用常规的瓦斯抽采方法效果均不理想，国内科研院所和高校开发了一系列强化瓦斯抽采相关的技术和装备，主要包括机械造穴和水力化措施(水力冲孔、水力割缝、水力压裂等)。机械造穴是在钻头后方安装发散状机械爪，待钻孔施工到设计深度后将低压水切换为高压水，将机械爪撑起的同时旋转钻杆对煤壁进行切割，针对极软煤层能够增加煤体空间，但是单一的机械造穴能耗太大，增加的煤体空间尺寸有限，导致落煤效果大打折扣。水力化措施是通过高压水将钻孔煤壁破坏，使煤体内形成较大的自由空间，利于煤体卸压增透，但是针对极软煤层，采用水力化措施后煤体中水的存在对瓦斯解吸及运移产生消极影响，煤体的低孔、低渗的特点使水锁效应尤为突出；水的存在还容易造成煤体泥化，堵塞瓦斯抽采通道；对冲击煤体体积难以控制，易形成过大尺寸空间造成局部应力集中，诱发喷孔或突出。如何对煤矿井下极软煤层进行卸压增透，确保煤层瓦斯高效抽采，对于确保矿井采掘抽平衡同时保障煤矿安全生产具有十分重要的意义。
[0003]现有技术中公开了一种利用气力耦合作用的煤层扩孔增透方法(CN201910796409.1)，该方法扩孔直径大、扩孔形成缝穴过程中不易塌孔，能有效对松软煤层进行扩孔增透，但该方法需送入不同直径钻头进行变径扩张，扩孔施工过程复杂。现有技术中还公开了一种定向冲击波产生装置及基于该装置的松软煤层瓦斯抽采方法(CN201911017526.X)和一种低透气性松软煤层气动脉冲冲孔增透方法(CN202111623861.1)，这些方法可以解决低透气性松软煤层水力化措施中遇到的问题，既提高瓦斯抽采效率，又避免塌孔、堵孔、埋钻现象，但这些方法需采用多种冲击波和脉冲产生装置，受现场条件限制大、施工工艺复杂、增透效果可靠性差。
[0004]因此，有必要对极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置和方法进行进一步的研究和探索。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置；本专利技术的目的之二在于提供一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1.一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置，所述装置24包括腔壁1和设置在腔壁内部的通道入口2、弹簧3、活塞4、低压气体通道5、低压气体通道出口6、公接头7、翼片仓8、翼片钻9、有限位块10、卡位环11、高压气体通道12、高压气体通道入口13、母接
头14；
[0008]所述装置24的前部设置有公接头7、后部设置有母接头14；
[0009]所述装置24的内腔中设置有能够沿装置轴向运动的活塞4，所述活塞4的中段套设有弹簧3；
[0010]所述装置24的中部设置有低压气体通道入口2，其中所述通道入口2与设置在装置24的腔壁1布置的低压气体通道5的一端相连；所述装置24的后部设置有低压气体通道出口6，其中所述低压气体通道出口6与低压气体通道5的另一端相连；
[0011]所述装置24的后部与母接头14相连设置有高压气体通道入口13，其中高压气体通道入口13依次与沿腔壁1布置的高压气体通道12和翼片钻9相连，其中所述翼片钻9通过有限位块10固定在翼片仓8中；
[0012]所述高压气体通道12与活塞4之间设置有卡位环11。
[0013]优选的，所述活塞4根据功能分为五段式结构，包括圆柱形通道4
‑
1、密封圈4
‑
2和齿轮结构4
‑
3；
[0014]所述活塞4后部第一段设置有若干圆柱形通道4
‑
1，所述圆柱形通道4
‑
1的数量与低压气体通道5的数量一致，所述圆柱形通道4
‑
1的后端直接与气体来流方向相接触；
[0015]所述活塞4中部第二段为圆环形空腔，所述圆环形空腔中的压缩气体直接通过圆柱形通道4
‑
1进入；
[0016]所述活塞4中部第三段与腔壁1接触位置采用密封圈4
‑
2进行密封，防止圆环形空腔的气体进入活塞4前部；
[0017]所述活塞4中部第四段套设有弹簧3，所述弹簧3与卡位环11紧密接触，当弹簧3受到气体压力作用时收缩变形使得活塞4向气流方向整体移动，当弹簧3不受压力时自动张开恢复自然状态使得活塞4向逆气流方向整体移动；
[0018]所述活塞4前部第五段设置有与翼片钻9相接触的齿轮结构4
‑
3，活塞齿轮结构4
‑
3和翼片钻齿轮结构9
‑
7互相耦合，在活塞4运动时推动翼片钻9旋转。
[0019]优选的，所述翼片钻9包括中空轴销9
‑
1、高压气体射流通道9
‑
2、引流喷嘴9
‑
3、筛孔9
‑
4、锥形喷嘴9
‑
5、齿轮结构9
‑
6和翼片钻齿轮结构9
‑
7；
[0020]所述高压气体通道12与翼片钻9的中空轴销9
‑
1联通，所述翼片钻9中高压气体射流通道9
‑
2的内部引流喷嘴9
‑
3通过筛孔9
‑
4吸入煤粉，高压空气携料通过锥形喷嘴9
‑
5递进喷射；
[0021]所述翼片钻9在外缘设置有与所述活塞齿轮结构4
‑
3相接触的齿轮结构9
‑
6，活塞齿轮结构4
‑
3和翼片钻齿轮结构9
‑
6互相耦合，在活塞4运动时推动翼片钻9旋转；同时所述翼片钻9在外缘设置6～8个平行布置的球齿9
‑
7，在翼片钻9张开后依靠球齿9
‑
7对煤体进行机械切割。
[0022]2.一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗方法，所述方法采用上述装置24进行，具体包括如下步骤：
[0023](1)在煤矿井下通过空压机和高压气瓶产生压缩空气，采用前端阀门和后端阀门控制压缩空气管路的启闭，通过压力表观察压缩空气压力变化；
[0024](2)采用钻机向煤层进行钻孔的正常施工，施工过程采用低压压缩空气通过尾部高压密封旋转接头和钻杆进入递进喷射装置和钻头，对正常施工过程的上述装置和钻头进
行降温排渣，采用低压压缩气体正常钻进钻孔至煤层中预定位置；
[0025](3)通过前端阀门和后端阀门切换高压压缩气体，在切换为高压气体后活塞移动阻断低压气体通道入口2，高压气体全部从高压气体通道入口13进入，推动上述装置24的翼片钻9旋转张开至90
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极软煤层高压空气携料递进喷射破煤增渗装置，其特征在于，所述装置(24)包括腔壁(1)和设置在腔壁内部的通道入口(2)、弹簧(3)、活塞(4)、低压气体通道(5)、低压气体通道出口(6)、公接头(7)、翼片仓(8)、翼片钻(9)、有限位块(10)、卡位环(11)、高压气体通道(12)、高压气体通道入口(13)、母接头(14)；所述装置(24)的前部设置有公接头(7)、后部设置有母接头(14)；所述装置(24)的内腔中设置有能够沿装置轴向运动的活塞(4)，所述活塞(4)的中段套设有弹簧(3)；所述装置(24)的中部设置有低压气体通道入口(2)，其中所述通道入口(2)与设置在装置(24)的腔壁(1)布置的低压气体通道(5)的一端相连；所述装置(24)的后部设置有低压气体通道出口(6)，其中所述低压气体通道出口(6)与低压气体通道(5)的另一端相连；所述装置(24)的后部与母接头(14)相连设置有高压气体通道入口(13)，其中高压气体通道入口(13)依次与沿腔壁(1)布置的高压气体通道(12)和翼片钻(9)相连，其中所述翼片钻(9)通过有限位块(10)固定在翼片仓(8)中；所述高压气体通道(12)与活塞(4)之间设置有卡位环(11)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活塞(4)根据功能分为五段式结构，包括圆柱形通道(4
‑
1)、密封圈(4
‑
2)和齿轮结构(4
‑
3)；所述活塞(4)后部第一段设置有若干圆柱形通道(4
‑
1)，所述圆柱形通道(4
‑
1)的数量与低压气体通道(5)的数量一致，所述圆柱形通道4
‑
1)的后端直接与气体来流方向相接触；所述活塞(4)中部第二段为圆环形空腔，所述圆环形空腔中的压缩气体直接通过圆柱形通道(4
‑
1)进入；所述活塞(4)中部第三段与腔壁(1)接触位置采用密封圈(4
‑
2)进行密封，防止圆环形空腔的气体进入活塞(4)前部；所述活塞(4)中部第四段套设有弹簧(3)，所述弹簧(3)与卡位环(11)紧密接触，当弹簧(3)受到气体压力作用时收缩变形使得活塞(4)向气流方向整体移动，当弹簧(3)不受压力时自动张开恢复自然状态使得活塞(4)向逆气流方向整体移动；所述活塞(4)前部第五段设置有与翼片钻(9)相接触的齿轮结构(4
‑
3)，活塞齿轮结构(4
‑
3和翼片钻齿轮结构(9
‑
7)互相耦合，在活塞(4)运动时推动翼片钻(9)旋转。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述翼片钻(9)包括中空轴销(9
‑
1)、高压气体射流通道(9
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆华，丁红，吴教锟，周俊文，邓照玉，陈勇，冯仁俊，王冬，贾晓亮，唐强，廉常军，马彦阳，胡良兆，杨杰，李正楠，邹立双，杨腾，魏金刚，
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：