[发明专利]一种双引射式三相射流割缝系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种射流割缝系统及方法，尤其是一种适用于煤矿井下的双引射式三相射流割缝系统及方法。

背景技术

瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的最大障碍，瓦斯事故的发生，给煤矿安全生产带来了极大威胁，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。目前，瓦斯抽采是治理矿井瓦斯的主要措施。然而，我国煤层瓦斯赋存具有微孔隙、低渗透率、高吸附性的特点，瓦斯治理难度极大，如何高效抽采低透气性煤层瓦斯已成为瓦斯治理的头等难题。

目前，煤层卸压增透措施主要有：深孔爆破、水力压裂等。但由于生产条件、安全条件和生产成本等因素的限制，实际效果并不显著。我国于二十世纪70年代提出了水力割缝卸压增透技术，研究结果证明该技术可以有效提高煤层透气性，实现了煤层瓦斯的高效抽采。该技术利用高压水射流在已形成的钻孔内对煤体进行切割，在使地应力向深部转移的同时，增大了煤层透气性，提高了单孔影响范围，从而显著降低瓦斯压力，提高抽采效率。

目前水力割缝技术的工作介质主要为纯水，切割能力较弱，且纯水射流在作业过程中存在用水量较大、系统压力过高、回水回煤屑不畅、易堵孔、易喷孔和瓦斯超限等问题，直接影响了作业过程中的安全性以及对煤体的卸压增透效果。基于纯水射流割缝工艺存在的问题，研究新型高效射流割缝增透装备及技术以增强射流割缝的能力，提高单孔影响范围，从而增大煤体透气性，同时降低系统作业压力，减少作业过程中的堵孔、喷孔现象，提高作业安全性，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种结构简单，防止堵孔、喷孔，具有较强切割能力的双引射式三相射流割缝系统及方法。

技术方案：本发明的双引射式三相射流割缝系统，包括水箱、高压泵、四通、液-固引射器、空气压缩机、液-气引射器、三通、钻机、钻杆和割缝钻头，所述钻杆上设有水辨，水辨经管路依次与三通、液-气引射器、液-固引射器、四通、高压泵和水箱相连，四通与三通之间设有旁通水路，四通与液-固引射器之间设有磨料罐，磨料罐下部设有搅拌器；所述的液-气引射器包括与液-固引射器相连的混合喷嘴和与空气压缩机相连的高压空气喷嘴，所述的液-固引射器包括与四通相连的高压水喷嘴和与磨料罐相连的磨料喷嘴，磨料罐顶部与四通相连。

所述的高压泵和四通之间、空气压缩机和液-气引射器之间均设有单向阀；所述的旁通水路上设有截止阀。

使用上述系统的双引射式三相射流割缝方法，包括如下步骤：

a、水从水箱进入高压泵，形成高压水，高压水通过单向阀进入四通；

b、从四通出来的高压水分为三路：下路水通过旁通水路和截止阀进入三通，上路水进入磨料罐，在搅拌器的搅拌作用下，与磨料形成水、磨料混合物，中路水通过高压水喷嘴进入液-固引射器，产生负压，通过磨料喷嘴将磨料罐中的水、磨料混合物引射入液-固引射器；

c、从液-固引射器出来的水、磨料混合物通过混合喷嘴进入液-气引射器，产生负压，通过高压空气喷嘴将空气压缩机产生的压缩空气引射入液-气引射器，水、磨料混合物与压缩空气混合形成三相混合物；

d、从液-气引射器出来的三相混合物进入三通，与旁通水路的高压水混合形成三相射流；

e、三相射流通过水辨和钻杆进入割缝钻头，通过喷射作用对煤体进行割缝。

有益效果：本发明与已有技术相比，主要优点有：

a、本发明双引射器结构能形成了高压水、磨料和空气的三相混合射流，充分结合了磨料粒子的高频冲蚀、磨削作用、气泡的气蚀作用以及高压水的脉冲水锤作用，加剧了对煤体的破坏，有效提高了射流切割能力，促进了煤体的卸压增透作用，增强了瓦斯抽采效果；

b、通过搅拌器的搅拌作用使水与磨料充分混合，有效杜绝了磨料粒子板结、沉淀现象，通过设在旁通水路上的截止阀，能对三相射流的介质配比进行实时调节；

c、在充分保证割缝效果的同时，有效降低了系统工作的门限压力，提高了作业安全性；

d、在充分保证割缝效果的同时，通过气体介质的引入，解决了纯水射流存在的用水量大、回水回煤屑不畅、易堵孔、易喷孔和瓦斯超限等问题。

附图说明

图1是本发明的双引射式三相射流割缝系统结构示意图；

图2是本发明的液-固引射器结构示意图；

图3是本发明的液-气引射器结构示意图。