[发明专利]一种无源挤压式脉冲煤屑射流破煤卸压增透装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种无源挤压式脉冲煤屑射流破煤卸压增透装置及使用方法，该装置主要由锚式搅拌器、水箱、泥浆泵、压力表、管路、旋转水尾、钻机、钻杆、一体化钻头、集尘罩、集尘管路、煤屑箱、滤网、射流泵组成，该装置利用钻孔钻进时产生的煤屑作为磨料，采用泥浆泵加压形成无源挤压式脉冲高压煤屑射流经一体化钻头的喷嘴再次加速后冲蚀破煤进行煤层卸压增透，采用煤屑作为磨料不仅方便、就地取材，还能减轻井下环境污染、节省经济成本；此外采用泥浆泵产生脉冲频率可调的脉冲射流解决了当前脉冲射流应用于现场困难的问题，并且可有效避免水垫效应，提高破煤效率。

技术领域

本发明属于煤矿煤层卸压增透及瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种无源挤压式脉冲煤屑射流破煤卸压增透装置及使用方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤炭开采中面临的最严重的动力灾害，其严重影响着煤矿的正常生产，随着我国近年来煤矿采掘深度的逐年提升，瓦斯以高应力、高瓦斯压力和低渗透率的特征赋存于煤层之中，煤矿资源开采的难度不断增大，故而需要强化原有的煤层卸压增透及瓦斯抽采技术，目前采用的煤层卸压增透技术主要包括深孔爆破、水射流割缝、扩孔、造穴等水力化措施等技术通过增加煤层裂隙数量、释放煤层应力、改善煤层渗透性来强化瓦斯抽采效果，采用深孔爆破对煤层进行卸压增透主要利用炸药爆破时产生的应力波增加煤层裂隙数量从而提高煤层渗透性，但炸药的运输及在井下作业时存在较大危险性，不易于操作，目前最广泛利用的技术是水力化措施卸压增透，采用高压水射流对煤层进行割缝、扩孔、造穴从而对煤层卸压增加其渗透性，该技术已经发展相对成熟，但高压水射流存在压力高但冲蚀深度较浅且有较大安全隐患的问题，继而相应的发展出采用高压磨料水射流、高压脉冲水射流卸压增透技术，这些技术都克服了高压水射流冲蚀深度较浅的问题，高压磨料水射流利用磨料粒子的高速冲击提高射流破岩效率，根据磨料混合方式可分为前混合和后混合，前混式磨料水射流因水与磨料混合的更加充分，磨料加速时间更长获得能量更高，其对岩石冲击破碎效果更加明显，因此在同等条件下前混式磨料水射流冲蚀效果较好，但无论采用哪种方式，由于连续供料问题的困扰及设备的复杂程度都使其难以在井下大规模应用，此外产生的废弃磨料水及煤屑会造成水资源浪费、污染井下环境，高压脉冲水射流能有效避免水垫效应，利用水锤压力效应、高频冲击压力和高速侧向流等特点提高破岩效率，根据脉冲射流形成机理可分为挤压式、截断式、激励式，挤压式脉冲水射流由冲击活塞撞击挤压活塞而后挤压水体形成直径大、间断发射的高速射流，但目前其形成装置较为复杂，难以在现场实际应用，截断式脉冲射流由外置带孔圆盘高速旋转周期性截断连续射流而形成，其单脉冲长度及脉冲频率具有可控性但实现装置在煤矿现场也难以应用，这两种脉冲射流的实现都需要复杂的它激装置，激励式脉冲射流与前两种射流相比能形成高频脉冲射流，但压力波动幅度小，不能实现间断发射，冲蚀破碎硬岩的能力较低，故目前还没有能应用于现场的高压脉冲射流技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种无源挤压式脉冲煤屑射流破煤卸压增透装置及使用方法，该装置在煤层正常钻进时，进行煤屑收集，在退钻时不需更换钻头，利用泥浆泵对煤屑和水的混合物进行加压后形成无源挤压式脉冲煤屑射流对煤层进行冲蚀卸压，从而达到强化瓦斯抽采效果的目标。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种无源挤压式脉冲煤屑射流破煤卸压增透装置，包括水箱，与水箱连接的泥浆泵与泥浆泵出口相连接的高压管路，与高压管路出口相连接的钻机，所述钻机包括钻杆，位于钻杆端部的一体化钻头，所述一体化钻头下部设有一个煤屑箱，煤屑箱底部出口处设有一个射流泵，射流泵出口与水箱联通。

进一步的，所述钻机与高压管路之间还设有一个旋转水尾。

进一步的，所述钻杆端部与岩层接触处还设有一个倾斜向上的集尘罩，所述集尘罩底部设有一个集尘管路，集尘管路出口与煤屑箱联通，所述煤屑箱底部与射流泵连接处还设有一个滤网。

进一步的，所述泥浆泵出口的高压管路上还设有一个压力表，所述水箱底部还设有一个锚式搅拌器。