[发明专利]一种利用超前预混合脉冲磨料水射流破煤增透装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用超前预混合脉冲磨料水射流破煤增透装置及方法；该装置包括预混搅拌罐、混砂电机、注浆泵、压力表、高压旋转水尾、钻杆、一体化钻头。一体化钻头包括射流喷嘴和转换阀芯，并且通过转换阀芯调节射流喷嘴的开关；本发明通过将磨料与水在预混搅拌罐中充分混合后，利用注浆泵加压形成脉冲磨料水射流，再经由一体化钻头上的径向喷嘴加速后冲蚀煤体进行增透。采用超前预混合脉冲磨料水射流进行煤层卸压增透，一方面装备简单，解决了连续供应磨料的问题，提高了工程应用性；另一方面采用低压力磨料水射流即可产生超高压水射流的增透效果，能耗低。此外，利用注浆泵产生的频率可调的脉冲磨料水射流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，具体是一种利用超前预混合脉冲磨料水射流破煤增透装置及方法。

背景技术

煤炭是我国的主导能源，2019年在我国能源的消费比例约占57.7％。煤层瓦斯作为煤的伴生产物，是储量丰富的优质清洁能源，同时也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一。煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故常造成重大的人员伤亡和经济损失，而瓦斯抽采是消除瓦斯事故、保障安全开采的主要方法，同时能够使瓦斯得到充分利用。煤层渗透率是决定瓦斯抽采质量和产量的关键因素，然而，由于我国煤层地质条件复杂，煤体渗透率普遍偏低，通常在1×10-6μm2以下，导致瓦斯抽采难度大，抽采效率低。

为了提高煤层渗透率，促进瓦斯高效抽采，专利号为CN201310284932.9的专利公开了“深孔定向预裂爆破低透气煤层增透的方法”，该方法通过炸药使煤层爆破后形成相互贯通的裂隙网络，提高煤层的透气性，但是炸药在井下运输和使用时存在较大的危险性。专利号为CN201710618951.9的专利公开了“穿层钻孔水力割缝装置及水力割缝方法”，该方法利用高压水射流的切割作用制造裂隙，提高煤层透气性，但是遇到硬煤层时，纯水射流无法实施有效切割。磨料水射流可以提高对煤体的切割能力，增透效果明显。目前，煤矿井下采用的前混合磨料水射流技术，磨料与水混合更加充分，磨料加速时间更长，获得的能量更高，因此在同样的条件下，前混合磨料水射流对煤体的冲蚀效果更好。但是现有的前混合磨料水射流设备复杂，连续供应磨料困难，导致难以在井下大规模应用。高压脉冲水射流能有效避免水垫效应，提高破煤效率。目前脉冲射流形成装置复杂，难以在现场实际应用。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用超前预混合脉冲磨料水射流破煤增透装置，其包括：

预混合组件；

浆液输送管二，横向连通在所述预混合组件的一侧，所述浆液输送管二在所述预混合组件完成磨料与水的充分混合后将其对外输送；

注浆泵，其一端与所述浆液输送管二相连通，所述注浆泵的排送端连通有高压软管；

钻机装置，横向架设在煤矿井下巷道中，所述钻机装置的输出端通过钻杆旋转深入煤矿井下钻孔中；以及

一体化钻头，安装在所述钻机装置上钻杆的一端，所述一体化钻头用于对钻孔进行旋转钻探，并能够对钻孔内壁进行射流破煤增透。

进一步，作为优选，所述预混合组件包括：

预混搅拌罐；

搅拌电机，安装在所述预混搅拌罐的上方；

搅拌器，可相对转动的设置在所述预混搅拌罐的内部，所述搅拌器的上端与所述搅拌电机的输出端相连接固定；

混砂电机，安装在所述预混搅拌罐的下方出浆管上，所述混砂电机用于对磨料和水循环混合；

浆液输送管一，横向连接在所述预混搅拌罐上；以及

三通阀，安装在所述浆液输送管一的一端，所述三通阀的其中一端与所述浆液输送管二相连通，且所述三通阀上还连通有返浆管二，所述三通阀用于控制混合后的磨料和水的流动方向，所述返浆管二的一端与所述混砂电机相连通。