本发明专利技术涉及煤矿井下低透气性煤层扩孔增透领域，提供一种伞骨式风力水力扩孔装置，具体包括：扩孔杆体和扩孔刀臂，扩孔杆体的一端设置动力进口，另一端为动力出口，内部设有连通动力进口和动力出口的中段腔体，中段腔体的外侧的两侧各设有卡齿轨道，扩孔刀臂的数量为两个，扩孔刀臂的一端端部通过第一中空旋转轴安装在扩孔杆体外侧壁上，臂身中部通过支撑臂安装在卡齿轨道上，支撑臂一端安装在扩孔刀臂上，另一端安装在卡齿轨道，支撑臂支持在卡齿轨道内移动并驱动两个扩孔刀臂开闭；轨道移动并带动两个扩孔刀臂呈“八”字型逐渐对称打开，当两个扩孔刀臂打开至“一”字型时，支撑臂通过在卡齿轨道移动带动两个扩孔刀臂回位至未打开状态。开状态。开状态。
【技术实现步骤摘要】
一种伞骨式风力水力扩孔装置
[0001]本专利技术涉及煤矿井下低透气性煤层扩孔增透
，特别涉及一种伞骨式风力水力扩孔装置。
技术介绍
[0002]煤炭是主导能源，随着煤层采深的不断增加，深部煤层开采呈现高地应力、低渗透率，瓦斯灾害严重的特征，该问题已成为制约煤矿高效、安全生产的主要瓶颈。煤层工作面预抽瓦斯是预防煤与瓦斯突出以及工作面瓦斯超限的主要技术措施，普通钻孔在煤层中的有效抽采范围有限，通常需要进一步的增透措施来加强预抽瓦斯的效果。目前利用扩孔装置造穴对煤层煤体增透已成为主流的局部增透技术之一，扩孔装置造穴增透的原理是在扩孔装置在煤层中形成较大尺寸的孔洞，使得造穴孔洞周围裂隙进一步发育形成更多的空间裂隙，促进煤体瓦斯的解析，增大钻孔瓦斯的抽放效果。
[0003]瓦斯抽采钻孔按照孔底的方位区分有上向瓦斯抽采钻孔和下向瓦斯抽采钻孔两种，针对上向瓦斯抽采钻孔的扩孔增透，较为普遍的方式是普通钻杆钻孔后进行水力
‑
机械扩孔，水力
‑
机械扩孔是以高压水为驱动力，支撑扩孔刀壁进行旋转扩孔，上向瓦斯抽采钻孔的水力
‑
机械扩孔施工过程中的煤岩渣以及水可以顺着钻孔壁外流，避免扩孔残留水封堵瓦斯运移通道，进而可以保证扩孔后瓦斯抽采的效果。而下向瓦斯抽采钻孔使用水力
‑
机械扩孔后的瓦斯抽采的效果则比较差，原因是水力
‑
机械扩孔过程中产生的煤岩渣以及水难以沿着钻孔壁流出，即使在扩孔后使用风管进行吹孔，依然会造成扩孔洞穴内水体残留，产生水锁效应，不利于煤层瓦斯的解析，抽采效果相较于未扩孔甚至可能更差。
[0004]再者，现有的扩孔装置机械刀臂均为单刀刀臂，单刀刀臂的扩孔效果主要取决于水压，因此决定了刀臂强度低，刀臂长度不够，扩孔的直径较小。因此，现存的扩孔装置在实际使用过程中不能有效的实现下向瓦斯抽采钻孔扩孔的设计要求，且在扩孔过程中刀臂结构不合理，扩孔直径小，导致煤层增透效果大打折扣，瓦斯抽采效率低下，进而影响煤矿的安全生产进度。
技术实现思路
[0005]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，本专利技术实施例提供了一种伞骨式风力水力扩孔装置及方法，技术方案如下：
[0006]一种伞骨式风力水力扩孔装置，包括：
[0007]扩孔杆体，所述扩孔杆体的一端设置动力进口，所述扩孔杆体的另一端设置动力出口，所述扩孔杆体内设置有连通所述动力进口和所述动力出口的中段腔体，所述中段腔体的外侧的两侧各设置有卡齿轨道，两个所述卡齿轨道设置在所述扩孔杆体内；
[0008]其中，所述中段腔体的出口端设置有第一侧喷通道，所述第一侧喷通道与所述中段腔体垂直且贯穿所述扩孔杆体；
[0009]扩孔刀臂，所述扩孔刀臂的数量为两个，所述扩孔刀臂的一端端部转动安装在所
述扩孔杆体外侧壁上，所述扩孔刀臂的臂身中部通过支撑臂的安装在所述卡齿轨道上，所述扩孔刀臂的臂身中部与支撑臂的一端连接，所述支撑臂的另一端安装在卡齿轨道，所述支撑臂支持在所述卡齿轨道内移动并驱动两个所述扩孔刀臂开闭；
[0010]其中，所述扩孔刀臂沿臂身的纵向方向上设置第一流体通道，所述支撑臂沿臂身的纵向方向设置第二流体通道，所述第一流体通道一端与所述第一侧喷通道对接，所述第一流体通道的另一端与所述第二流体通道对接；
[0011]当所述扩孔杆体有流体进入时，所述支撑臂在所述卡齿轨道移动并带动两个扩孔刀臂呈“八”字型逐渐对称打开，当两个扩孔刀臂打开至“一”字型时，所述支撑臂通过在所述卡齿轨道移动带动两个扩孔刀臂回位至未打开状态。
[0012]优选的，所述扩孔杆体的动力出口为柱状腔体，直径为C；所述扩孔杆体的动力进口为柱状腔体，直径为A，所述中段腔体为柱状腔体，直径为B，满足公式(1)：
[0013]A＞C＞B (1)
[0014]其中，所述动力出口、动力进口、中段腔体和所述扩孔杆体同心设置。
[0015]优选的，两个所述卡齿轨道以所述中段腔体为中心轴呈对称设置；所述卡齿轨道包括定位齿和支撑轨道；
[0016]所述支撑轨道为矩形设置，沿所述扩孔杆体纵向方向设置在所述扩孔杆体内；
[0017]所述支撑轨道靠近所述中段腔体的一侧的内侧均匀设置一列定位齿，所述定位齿为半月牙状，所述定位齿的弧度朝向为向所述动力出口方向。
[0018]优选的，所述支撑臂与所述扩孔刀臂通过第二中空旋转轴连接，所述支撑臂与所述卡齿轨道的连接端设置支撑活塞，所述支撑活塞内部设置支撑弹簧。
[0019]优选的，所述中段腔体的出口端延伸至所述动力出口的腔体中，所述第一侧喷通道的顶部设置挡流圆环板，所述挡流圆环板的内直径小于所述中段腔体的直径，所述挡流圆环板拦截所述中段腔体内的流体流向所述第一侧喷通道。
[0020]优选的，所述扩孔杆体上还设置有第二侧喷通道，所述第二侧喷通道横向贯穿所述扩孔杆体，所述第二侧喷通道与所述中段腔体垂直且连通，所述第二侧喷通道设置在所述第一侧喷通道和所述卡尺轨道之间。
[0021]优选的，所述支撑臂上设置有承压口；
[0022]所述承压口与所述第二侧喷通道的出口端对接。
[0023]优选的，所述扩孔刀臂与所述扩孔杆体外壁通过所述第一中空旋转轴连接，所述扩孔刀臂与所述扩孔杆体的连接端设置有回位弹簧，所述回位弹簧一端连接所述扩孔刀臂，所述回位弹簧另一端连接所述扩孔刀臂。
[0024]优选的，所述动力出口包括前端腔体和钻头，所述前端腔体与所述中段腔体连通，所述钻头与所述前端腔体的流体出口处连通；
[0025]所述扩孔刀臂上设置有凹槽，所述凹槽用于收纳闭合状态下的支撑臂。
[0026]一种伞骨式风力水力扩孔方法，包括上述的伞骨式风力水力扩孔装置，包括下述步骤：
[0027]向所述伞骨式风力水力扩孔装置输送高压流体；
[0028]高压流体依次动力进口、中段腔体，传入所述中段腔体时，一部分流体传入第二侧喷通道，所述第二侧喷通道作用于扩孔刀臂的承压口；
[0029]另一部分流体继续在中段腔体向所述动力出口传送，经过第一侧喷通道时，存在一部分流体通过第一侧喷通道依次流入第一流体通道、第二流体通道中，作用在所述支撑刀臂的支撑活塞上，所述支撑活塞舒展，所述支撑活塞卡入卡尺轨道；
[0030]所述扩孔刀臂被所述第二侧喷通道中的高压流体带动向外扩展，当所述支撑活塞移动到达所述卡尺轨道最顶端时，支撑活塞沿着卡齿轨远离定位齿一侧的回到卡齿轨道底端，扩孔刀臂闭合，完成扩孔。
[0031]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0032]本专利技术专利能以高压空气、高压水两种高压流体为动力介质，在使用过程中能在高压空气、高压水两种动力介质之间随时切换，相较于水力
‑
机械扩孔，能有效避免下向瓦斯抽采钻孔扩孔过程中的水锁效应和煤岩渣、水排放不彻底的问题，解决了下向瓦斯抽采钻孔扩孔的难题；同时将刀臂结构由传统的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种伞骨式风力水力扩孔装置，其特征在于，包括：扩孔杆体，所述扩孔杆体的一端设置动力进口，所述扩孔杆体的另一端设置动力出口，所述扩孔杆体内设置有连通所述动力进口和所述动力出口的中段腔体，所述中段腔体的外侧的两侧各设置有卡齿轨道，两个所述卡齿轨道设置在所述扩孔杆体内；其中，所述中段腔体的出口端设置有第一侧喷通道，所述第一侧喷通道与所述中段腔体垂直，所述第一侧喷通道贯穿所述扩孔杆体；扩孔刀臂，所述扩孔刀臂的数量为两个，所述扩孔刀臂的一端端部通过第一中空旋转轴安装在所述扩孔杆体外侧壁上，所述扩孔刀臂的臂身中部与支撑臂的一端连接，所述支撑臂的另一端安装在卡齿轨道，所述支撑臂支持在所述卡齿轨道内移动并驱动两个所述扩孔刀臂开闭；其中，所述扩孔刀臂沿臂身的纵向方向上设置第一流体通道，所述支撑臂沿臂身的纵向方向设置第二流体通道，所述第一流体通道一端与所述第一侧喷通道对接，所述第一流体通道的另一端与所述第二流体通道对接；当所述扩孔杆体内有流体进入时，所述支撑臂在所述卡齿轨道移动并带动两个扩孔刀臂呈“八”字型逐渐对称打开，当两个扩孔刀臂打开至“一”字型时，所述支撑臂通过在所述卡齿轨道移动带动两个扩孔刀臂回位至未打开状态。2.根据权利要求1所述的一种伞骨式风力水力扩孔装置，其特征在于，所述扩孔杆体的动力出口为柱状腔体，直径为C；所述扩孔杆体的动力进口为柱状腔体，直径为A，所述中段腔体为柱状腔体，直径为B，满足公式(1)：A＞C＞B(1)其中，所述动力出口、动力进口、中段腔体和所述扩孔杆体同心设置。3.根据权利要求1所述的一种伞骨式风力水力扩孔装置，其特征在于，两个所述卡齿轨道以所述中段腔体为中心轴呈对称设置；所述卡齿轨道包括定位齿和支撑轨道；所述支撑轨道为矩形设置，沿所述扩孔杆体纵向方向设置在所述扩孔杆体内；所述支撑轨道靠近所述中段腔体的一侧均匀设置一列定位齿，所述定位齿为半月牙状，所述定位齿的弧度朝向为向所述动力出口方向。4.根据权利要求3所述的一种伞骨式风力水力扩孔装置，其特征在于，所述支撑臂与所述扩孔刀臂通过第二中空旋转轴连接，所述支撑臂与所述卡齿轨道的连接端设置支撑活塞，所述支撑活塞内部设...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋大钊，杨港，邱黎明，何学秋，彭玉杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。