本申请提供一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置及方法。该装置中，螺旋喷气钻杆的两端分别可拆卸连接振荡喷气钻头和二氧化碳相变管；振荡喷气钻头上设置有多个振荡喷气孔，螺旋喷气钻杆上设置有螺旋排气孔，二氧化碳相变管中设置有二氧化碳活化腔，二氧化碳活化腔中设置有二氧化相变单元，二氧化碳相变单元用于通过活化电路诱导二氧化碳活化腔内充填的液态二氧化碳发生相变，并将转化为气态的二氧化碳由螺旋排气孔和振荡喷气孔释放，以使振荡喷气钻头、螺旋喷气钻杆产生旋转震动，在疏通钻孔的同时能够使钻杆自身震动，活动钻杆，解决塌孔、煤粉堵塞造成的卡钻问题。煤粉堵塞造成的卡钻问题。煤粉堵塞造成的卡钻问题。
【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置及方法
[0001]本申请涉及采矿
，特别涉及一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置及方法。
技术介绍
[0002]煤矿矿井机械钻孔在井下钻进的多个方面均由应用，如钻孔爆破、钻屑法测应力集中、巷帮高应力区钻孔卸压等，尤其是在巷帮钻孔卸压过程中，煤体内部高应力区的分布会导致部分区域钻进产生的煤粉量急剧升高，孔壁挤压钻杆产生更大的钻进阻力，同时由于井下钻孔多采用风钻，钻进动力较低，孔内煤粉的堆积极易造成塌孔、卡钻等现象，因此煤粉的排出是钻进过程中需要解决的重要问题。
[0003]传统的解决方法多依靠钻具本身的螺纹或者水钻的方式辅助排屑，钻进的同时从钻杆内部注水，通过水的流动辅助排出钻孔内的煤粉，但注水仍有可能造成煤粉粘结，无法及时排出，一方面产生卡钻，另一方面堵塞钻孔，降低钻孔效果。
[0004]因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。
技术实现思路
[0005]本申请的目的在于提供一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置及方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：本申请提供一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置，包括：振荡喷气钻头、螺旋喷气钻杆和二氧化碳相变管；所述螺旋喷气钻杆的两端分别可拆卸连接所述振荡喷气钻头和所述二氧化碳相变管；所述振荡喷气钻头上设置有多个振荡喷气孔，所述螺旋喷气钻杆上设置有螺旋排气孔，所述二氧化碳相变管中设置有二氧化碳活化腔，所述二氧化碳活化腔中设置有二氧化相变单元，所述二氧化碳相变单元用于通过活化电路诱导所述二氧化碳活化腔内充填的液态二氧化碳发生相变，并将转化为气态的二氧化碳由所述螺旋排气孔和所述振荡喷气孔释放，以使所述振荡喷气钻头、所述螺旋喷气钻杆产生旋转震动。
[0007]优选的，所述振荡喷气钻头包括：钻头本体、旋转芯和旋转叶轮；所述旋转芯和所述旋转叶轮均浮动安装于所述钻头本体内，且所述旋转叶轮同轴安装于所述旋转芯的端部，以带动所述旋转芯转动；所述钻头本体上设置多个所述振荡喷气孔；所述旋转芯上设有第一轴向孔和多个过流孔，多个所述过流孔位于所述旋转芯的同一侧，且每个所述过流孔均连通所述第一轴向孔。
[0008]优选的，所述螺旋排气孔包括顺时针螺旋排气孔和逆时针螺旋排气孔；所述螺旋喷气钻杆包括：钻杆本体;所述钻杆本体上设有第二轴向孔和排气孔组；所述第二轴向孔与所述第一轴向孔同轴；所述排气孔组包括：多组顺时针排气孔组和多组逆时针排气孔组，多组所述顺时针排气孔组和多组所述逆时针排气孔组沿所述第二轴向孔的轴向间隔交替设置；其中，每组所述顺时针排气孔组包括多个沿周向设置的所述顺时针螺旋排气孔，每组所
述逆时针排气孔组包括多个沿周向设置的所述逆时针螺旋排气孔；所述顺时针螺旋排气孔和所述逆时针螺旋排气孔均与所述第二轴向孔连通。
[0009]优选的，所述螺旋喷气钻杆还包括：轴向限流环，所述轴向限流环套装于所述第二轴向孔内；其中，所述轴向限流环有多个，且所述顺时针排气孔组和所述逆时针排气孔组之间至少有一个所述轴向限流环。
[0010]优选的，所述二氧化碳相变单元包括：活化管，所述活化管位于所述二氧化碳活化腔内，所述活化管的两端分别设置有活化电极；活化开关，所述活化开关安装与所述二氧化碳活化腔的内侧壁，用于连通或断开所述活化电路；变压器，所述变压器安装于所述二氧化碳相变管上，通过所述活化电路与所述活化电极电连接。
[0011]优选的，所述二氧化碳相变管的两端分别设置有注入口和排出口，所述注入口和所述排出口分别与所述二氧化碳活化腔的两端连通；所述注入口和所述排出口分别设置有第一单向阀和第二单向阀。
[0012]优选的，所述第二单向阀和所述二氧化碳活化腔之间还设置有通过所述活化电路控制的磁吸单元；其中，所述磁吸单元为常闭式结构，且所述磁吸单元的启闭与所述二氧化碳活化腔内充填的液态二氧化碳的相变同步。
[0013]本申请实施例还提供一种二氧化碳相变爆破辅助排屑方法，包括：采用上述任一所述的二氧化碳相变爆破辅助排屑装置进行施工，所述方法包括：步骤S101、向所述二氧化碳相变管中注入液态二氧化碳；步骤S102、响应于所述液态二氧化碳充满所述二氧化碳活化腔，所述活化电路自动连通，所述二氧化碳相变单元启动，诱导所述液态二氧化碳发生相变，转化为气态二氧化碳，并向所述螺旋喷气钻杆释放；步骤S103、所述气态二氧化碳进入所述喷气螺旋钻杆，经所述喷气螺旋钻杆上的螺旋排气孔排出，产生喷射气流，喷气排屑的同时使所述螺旋喷气钻杆旋转震动；步骤S104、所述气态二氧化碳经所述喷气螺旋钻杆进入所述振荡喷气钻头，经所述振荡喷气钻头上的振荡喷气孔向钻孔内不同方向喷气，排屑的同时使螺旋喷气钻杆振荡并松动钻杆。
有益效果
[0014]本申请实施例提供的二氧化碳相变爆破辅助排屑装置中，螺旋喷气钻杆的两端分别可拆卸连接振荡喷气钻头和二氧化碳相变管，在振荡喷气钻头上设置多个振荡喷气孔，在螺旋喷气钻杆上设置螺旋排气孔，在二氧化碳相变管的二氧化碳活化腔中，设置二氧化碳相变单元，由二氧化碳相变单元通过活化电路诱导二氧化碳活化腔内充填的液态二氧化碳发生相变，转化为气态，且转化为气态的二氧化碳由螺旋排气孔、振荡喷气孔进行释放，使振荡喷气钻头、螺旋喷气钻杆分别产生震动，在疏通钻孔的同时能够使钻杆自身震动，活动钻杆，解决塌孔、煤粉堵塞造成的卡钻问题。
[0015]籍此，一方面，通过二氧化碳相变瞬间产生的高压进行钻孔排屑，解决煤粉过多造成的堵塞问题，而且，二氧化碳相变产生的二氧化碳气体膨胀系数大且流动性好，排屑过程中不会使煤粉粘结，排屑效率高；另一方面，液态二氧化碳进行相变爆破为冷爆破，整个过程中不会产生有害气体和明火，能够保证爆破过程的安全性；同时，液态二氧化碳便于储存运输，更加适合煤矿井下环境。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：图1为根据本申请的一些实施例提供的一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置的结构示意图；图2为根据本申请的一些实施例提供的振荡喷气钻头的剖视结构示意图；图3为图2所示振荡喷气钻头的侧视图；图4为根据本申请的一些实施例提供的旋转叶轮的结构示意图；图5为根据本申请的一些实施例提供的螺旋喷气钻杆的剖视结构示意图；图6为图5所示螺旋喷气钻杆中顺时针螺旋排气孔的结构示意图；图7为图5所示螺旋喷气钻杆中逆时针螺旋排气孔的结构示意图；图8为根据本申请的一些实施例提供的第二单向阀在相变外管内的安装示意图；图9为根据本申请的一些实施例提供的相变内管的装配示意图；图10为图9所示相变内管的剖视图；图11为根据本申请的一些实施例提供的相变内管的结构示意图；图12为根据本申请的一些实施例提供的定压阀门的结构示意图；图13为根据本申请的一些实施例提供的一种二氧化碳相变爆破辅助排屑方法流程图。
[0017]附图标记说明：100、振荡喷气钻头；200、螺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳相变爆破辅助排屑装置，其特征在于，包括：振荡喷气钻头、螺旋喷气钻杆和二氧化碳相变管；所述螺旋喷气钻杆的两端分别可拆卸连接所述振荡喷气钻头和所述二氧化碳相变管；所述振荡喷气钻头上设置有多个振荡喷气孔，所述螺旋喷气钻杆上设置有螺旋排气孔，所述二氧化碳相变管中设置有二氧化碳活化腔，所述二氧化碳活化腔中设置有二氧化相变单元，所述二氧化碳相变单元用于通过活化电路诱导所述二氧化碳活化腔内充填的液态二氧化碳发生相变，并将转化为气态的二氧化碳由所述螺旋排气孔和所述振荡喷气孔释放，以使所述振荡喷气钻头、所述螺旋喷气钻杆产生旋转震动。2.根据权利要求1所述的二氧化碳相变爆破辅助排屑装置，其特征在于，所述振荡喷气钻头包括：钻头本体、旋转芯和旋转叶轮；所述旋转芯和所述旋转叶轮均浮动安装于所述钻头本体内，且所述旋转叶轮同轴安装于所述旋转芯的端部，以带动所述旋转芯转动；所述钻头本体上设置多个所述振荡喷气孔；所述旋转芯上设有第一轴向孔和多个过流孔，多个所述过流孔位于所述旋转芯的同一侧，且每个所述过流孔均连通所述第一轴向孔。3.根据权利要求1所述的二氧化碳相变爆破辅助排屑装置，其特征在于，所述螺旋排气孔包括顺时针螺旋排气孔和逆时针螺旋排气孔；所述螺旋喷气钻杆包括：钻杆本体;所述钻杆本体上设有第二轴向孔和排气孔组；所述第二轴向孔与所述第一轴向孔同轴；所述排气孔组包括：多组顺时针排气孔组和多组逆时针排气孔组，多组所述顺时针排气孔组和多组所述逆时针排气孔组沿所述第二轴向孔的轴向间隔交替设置；其中，每组所述顺时针排气孔组包括多个沿周向设置的所述顺时针螺旋排气孔，每组所述逆时针排气孔组包括多个沿周向设置的所述逆时针螺旋排气孔；所述顺时针螺旋排气孔和所述逆时针螺旋排气孔均与所述第二轴向孔连通。4.根据权利要求3所述的二氧化碳相变爆破辅助排屑装置，其特征在于，所述螺旋喷气钻杆还包括：轴向限流环，所述轴向限流环套装于所述第二轴向孔内；其中，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨英明，赵勇强，白璐，杨晓峰，汤兴学，马振乾，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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