[发明专利]自旋转式磁力限速水力割缝器

说明书

本发明公开了一种自旋转式磁力限速水力割缝器，包括割缝器接头、旋转体以及磁力限速装置，所述旋转体经开口端以可单自由度转动的方式套于割缝器接头外圆，所述旋转体上周向分布有若干个喷液孔，所述喷液孔轴线相对旋转体某一径向方向沿周向旋转偏置设置，所述割缝器接头轴向开有与旋转体内腔贯通的进液通道，所述磁力限速装置内嵌于旋转体内圆与割缝器接头非接触设置并为旋转体提供阻尼力；本发明通过高压液体配合旋转体的偏置喷液孔形成割缝器旋转发生装置，高压流体通过喷液孔喷出使得旋转体产生旋转，通过喷液孔以及磁力限速装置的共同作用使得旋转体与钻杆为非同步旋转，可保证割缝器的割缝效率，也兼顾了钻杆的排渣速率。

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯治理技术领域，特别涉及一种自旋转式磁力限速水力割缝器。

背景技术

我国煤炭资源赋存条件复杂，普遍存在“高地应力、高瓦斯含量、低渗透性”的特点；煤矿井下瓦斯灾害严重威胁矿井安全生产以及井下人员生命安全。消除煤与瓦斯突出隐患的关键技术是对高瓦斯煤层进行瓦斯预抽，降低煤层瓦斯含量，消除煤体内能，因而寻找有效的煤层增透技术显得格外重要。

煤层增透技术中高压水射流技术是改善煤层透气性和治理煤与瓦斯突出的有效技术途径，高压水射流技术在割缝、压裂以及煤层冲孔等方面应用广泛；在割缝应用中，高压水射流技术利用高压旋转水射流对预先打好的钻孔周围的煤体进行切割，增加煤体暴露面积，使得缝槽周围煤体在一定范围上得到了较好的卸压效果，增加了煤层渗透性；

在高压水射流割缝过程中，割缝器的割缝速度和钻杆旋转排渣是最关键的工艺参数；目前，高压水射流割缝领域中主要采用割缝器与钻杆一体化的割缝工艺，主要通过钻机输出旋转力矩和推进力，通过钻杆推动割缝器并带动割器旋转切割，该过程中割缝器与钻杆同步旋转，实现对煤层及岩石的切割以及排渣；然而由于割缝器与钻杆是同步旋转，难以兼顾割缝器最优的割缝转速以及钻杆的最优排渣转速，实际工作过程中，在满足了割缝最优速度的前提下，由于钻杆排渣转速不匹配导致排渣缓慢，若孔内瓦斯含量大、解吸速度过快，孔内煤渣量大，无法及时排出煤渣，容易导致割缝效率差且易造成卡钻等问题；

公开号为CN2018113233794的专利公开了一种自旋转射流自进割缝钻头，利用射流反冲力因偏心而产生的反冲力矩带动旋转体和旋转喷头旋转割缝，其结构复杂，零部件较多导致零部件结合处较多，密封性较差宜发生泄漏(例如前端外壳以及后端接头结合处)，该结构采用阻尼滚轮实现限速，阻尼滚轮的阻力较小，使得旋转喷头的起始启动力矩较小，在钻头启动初期喷射压力较小切割性能较差，影响切割效率，而且阻尼滚轮与旋转轴以及前端外壳采用接触式装配，该装配方式磨损较大，尤其在转速差较大的工况下，阻尼滚轮磨损尤其严重，随着切割过程中由于磨损阻尼滚轮阻力发生变化，影响切割以及排渣的转速差，导致割缝以及排渣不稳定；阻尼滚轮难以适应钻孔内复杂的环境，当前端外壳以及后端接头结合处发生泄漏时，水流进入至阻尼滚轮处，宜导致阻尼滚轮生锈，若水流中含有固体颗粒则会加剧阻尼滚轮的磨损，容易导致阻尼滚轮失效，而且高压水流的高压容易导致前端外壳与旋转轴之间用于安装阻尼滚轮的腔体变大，影响阻尼滚轮与前端外壳与旋转轴配合方式，宜导致阻尼滚轮空转而失效。

针对上述问题提出自旋转式磁力限速水力割缝器，该装置的旋转体通过高压水流作为动力驱动旋转体相对接头转动，实现旋转体与钻杆的转速差，可兼顾最优割缝转速以及排渣最优转速，使得割缝与排渣达到高度匹配，提高割缝效率，降低排渣慢引起的故障率，而且通过非接触式的磁力限速装置为旋转体提供阻力，磁力限速装置受环境因素影响较小，其性能稳定，使得割缝器的运行工况稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自旋转式磁力限速水力割缝器，该装置的旋转体通过高压水流作为动力驱动旋转体相对接头转动，实现旋转体与钻杆的转速差，可兼顾最优割缝转速以及排渣最优转速，使得割缝与排渣达到高度匹配，提高割缝效率，降低排渣慢引起的故障率，而且通过非接触式的磁力限速装置为旋转体提供阻力，磁力限速装置受环境因素影响较小，其性能稳定，使得割缝器的运行工况稳定。