[发明专利]一种剪叉伸缩式地面钻井水射流采煤喷头装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种剪叉伸缩式地面钻井水射流采煤喷头装置及使用方法，包括固定安装在高压输运管底部的筒状罩壳、设置在筒状罩壳内部的径向伸缩臂和安装在径向伸缩臂外侧端的喷头组件；径向伸缩臂是剪叉式伸缩结构，包括内安装架、剪叉式伸缩组件和外安装架，筒状罩壳内部还设有可驱动内安装架的滑块Ⅰ沿内安装架的升降导向机构Ⅰ上下滑动的滑块升降驱动机构，内安装架的滑块Ⅰ位于内安装架的升降导向机构Ⅰ的上极限位置或下极限位置时，剪叉式伸缩组件完全缩入在筒状罩壳内部。本发明能有效增加喷头的有效喷射距离，可以在不增加地面钻井施工成本的前提下，大大增大单个地面钻井的采煤区域范围，实现提高采煤效率、降低开采成本。

技术领域

本发明涉及一种水射流采煤喷头装置及使用方法，具体是一种针对地下易突出、安全风险高的近水平煤层实施地面钻井进行水力采煤时使用的剪叉伸缩式地面钻井水射流采煤喷头装置及使用方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

能源是人类社会发展的基石，是不可代替的基础产业，我国“缺气、少油、煤炭资源相对富裕”，中国工程院预测，2050年煤炭占一次能源消费比例还将保持在50％左右，因此煤炭在未来很长一段时间内仍然在我国一次能源消费中占主导地位。但是，传统井工开采煤炭越来越凸显其不足之处，一方面随着浅部煤炭资源开采殆尽，在1000m埋深以下的煤炭资源占已探明煤炭资源的53％，随煤炭开采深度增加和开采强度的加大，煤岩条件更为复杂，并且多种灾害交织共生，灾害防治的难度和复杂性加大，安全风险高、治理效率低、经济成本高；另一方面，我国西南地区的煤层地质条件复杂，难采煤炭资源较多，边角煤、鸡窝煤、小块煤田等资源开采技术难度大、成本高、产量小，通常放弃开采，造成煤炭资源严重浪费。

针对传统井工开采煤炭中的该生产难题，谢和平院士创造性地提出了深部矿产固体资源的流态化开采战略思想，彻底颠覆了现有的煤炭井工开采方式。一些学者基于深部矿产固体资源的流态化开采战略思想，提出了地面钻井水力采煤技术，主要技术原理是：将高压水泵产生的高压水通过穿入煤层的地面钻井、并利用喷头聚集为水射流，冲击到煤体表面使其剥离、切割、破碎，之后再采用水力提升设备将井底处破碎煤层所形成的流动煤浆提升至地面并加以利用的开采方法。该技术为物理流态化采煤方法，具有灵活可靠和安全性高的显著优点。水射流采煤喷头装置是地面钻井水力开采技术中的重要组成部分，它决定单井开采范围，可极大影响钻井水力开采的经济性和效率，水射流采煤喷头装置的采煤范围主要受到喷头结构、水压及煤体种类软硬程度的影响，但是即使尽量加大水压及优化喷头结构，但水射流产生的冲击力随着喷射距离的增加而逐渐地衰减，因此常规地面钻井的实际采煤区域范围较小、通常为半径2～5m的范围，针对分布面积较大的“鸡窝煤”，通常需要施工更多的地面钻井，从而造成开采成本的增加、采煤效率的降低，影响其应用与推广。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种剪叉伸缩式地面钻井水射流采煤喷头装置及使用方法，能够实现有效增大单个地面钻井的采煤区域范围，进而提高采煤效率、降低开采成本。

为实现上述目的，本剪叉伸缩式地面钻井水射流采煤喷头装置包括固定安装在高压输运管底部的筒状罩壳、设置在筒状罩壳内部的径向伸缩臂和安装在径向伸缩臂外侧端的喷头组件；

所述的筒状罩壳具有中空结构，且筒状罩壳的外壁上设有可允许径向伸缩臂沿筒状罩壳径向方向伸出的开口；