高压磨料钻割一体装置.doc

高压磨料射流钻割一体化割缝防突设备产品概述产品介绍图3-1 产品实物图产品用途：解决低渗透性高瓦斯煤层瓦斯突出问题主要原理：在打钻完成后，利用高压磨料射流直接在钻孔内进行水力割缝，以达到钻孔内煤体卸压增透、提高高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽放率的目的。技术适用性：该设备将钻机钻孔技术与高压水磨料割缝技术相结合，适用于煤矿低渗透性煤层的卸压增渗，提高煤层透气性，提高瓦斯抽放率，解决高瓦斯煤层开采过程中的瓦斯涌出、瓦斯突出问题。技术方案：在钻机钻进过程中，清水经过高压泵站加压，经钻杆将高压水射流输送至钻头部位的正向喷嘴射出，与钻机共同完成钻进作业；钻进结束后，钻机停止转动，只进行退钻作业，高压泵站加压，水压达到预定压力值后，清水与高压磨料发生装置产生的磨料粒子相混合，与此同时钻头压控装置完成射流直向钻孔到侧向割缝的切换，进行割缝作业。从而实现钻割一体化。在研究过程中获得的国家支持有：* 国家自然科学基金资助项目（50534090，50574093）* 高等学校博士点专项科研基金(20030290013)* 国家重点基础研究发展计划（2005cb221506）* 国家十五重点科技攻关项目(2005BA813B07)* 国家科技支撑项目（2006BAK03B0403）产品技术专利及所获荣誉（详见附录）核心技术图3-2 钻头外观图 工作原理高压磨料射流钻割一体化割缝防突 设备是一种集打钻、高压磨料射流割缝卸压一体的新型防突设备。该设备组成包括：1-水箱、2-过滤器、3-高压泵、4-溢流阀、5-单向阀、6-压力表、7-截止阀、8-过滤筛网、9-高压磨料罐、10-混合腔、11-磨料浓度调节阀、12-钻机、13-支架、14高强度钻杆、15压控钻割装置。本设备从高压泵站出来的高压水分成三路，分别为：第一路高压水到达磨料发生器的顶部，迫使磨料往下运动；第二路高压水经过单向阀到达磨料发生器底部的混合腔，依靠水的流动将磨料罐中流下来的磨料携带走；第三路高压水称为旁通水路，高压泵出来的高压水经过旁通水路直接送到磨料罐的下游，引射出混合腔里磨料浆，第二、三路的流体混合均匀后，经钻杆进入前端钻头处的喷嘴。从喷嘴射流出的高压混合流体起到切割煤体的作用，从而来增加低渗透性煤层的透气性，使煤岩卸压增渗，提高瓦斯的抽放率。该设备是一套防治瓦斯突出，保障煤矿安全生产的有效装备。附图说明：附图3-3高压磨料射流钻割一体化割缝防突设备系统结构示意图具体实施方式：以下结合附图3-3，对本设备的结构特征作进一步的说明：本设备组成包括：高压泵站；磨料发生装置；钻机；高强度钻杆；压控钻割装置等。设备工作过程：在钻机钻进过程中，清水经过高压泵站加压，经钻杆将高压水射流输送至钻头部位的正向喷嘴射出，与钻机共同完成钻进作业；钻进结束后，钻机停止转动，只进行退钻作业，高压泵站加压，水压达到预定压力值后，清水与高压磨料发生装置产生的磨料粒子相混合，与此同时钻头压控装置完成射流直向钻孔到侧向割缝的切换，进行割缝作业。从而实现钻割一体化。图3-3 高压磨料射流钻割一体化割缝防突设备结构示意图1-水箱 2-过滤器3-高压泵 4-溢流阀 5-单向阀 6-压力表 7-截止阀 8-过滤筛网 9-高压磨料罐 10-混合腔 11-磨料浓度调节阀 12-钻机 13-支架 14高强度钻杆 15压控钻割装置产品的技术参数产品的可行性分析图3-4 使用产品后的效果图技术的优越性和主要创新点优越性本设备的优越性体现在以下四个方面：(一) 采用高压磨料射流技术在回采工作面瓦斯抽放钻孔内进行割缝，使钻孔内煤体卸压、增透和瓦斯排放有效影响范围扩大，并进行回采工作面瓦斯抽放参数优化的研究工作，达到提高瓦斯抽放率的目的，减少回采过程中的瓦斯涌出量，提高矿井生产的安全性；(二) 本设备技术含量高，多学科交叉，其中涉及：岩体力学、流体力学、多相流理论、机械设计、密封技术等；(三) 通过对低渗透性高瓦斯煤层的钻孔、割缝的一次性完成，提高了煤层的透气性，给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件。煤层卸压范围大、整