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专利号: 2020111451645
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可溶性气体的气液固三相射流增透装置,包括高压水泵(1)、三通(3)、减压阀(10)、水辫(12)、钻机(13)、钻杆(14)、钻头,钻杆(14)安装在钻机(13)上,水辫(12)安装在钻杆(14)的末端,钻头安装在钻杆(14)的头部,其特征在于,所述钻头为压控钻头(15),该增透装置还包括磨料液池(7)、泥浆泵(6)、高压气源(8)、文丘里混合器Ⅰ(4‑1)、文丘里混合器Ⅱ(4‑2)、静态混合器(9)、三通阀门(11)、溢流阀(16),其中,所述高压水泵(1)的出口经高压胶管与调压阀Ⅰ(2‑1)、三通(3)的入口相连,三通(3)的一侧出口经高压胶管依次与减压阀(10)、三通阀门(11)的第一进口相连,三通(3)的另一侧出口经高压胶管依次与文丘里混合器Ⅰ(4‑1)、文丘里混合器Ⅱ(4‑2)、静态混合器(9)以及三通阀门(11)的第二进口相连;所述磨料液池(7)内装有磨料浆液,磨料液池(7)经高压胶管依次与泥浆泵(6)、调节阀Ⅱ(2‑2)以及文丘里混合器Ⅰ(4‑1)连接;所述高压气源(8)内盛装可溶性高压气体,高压气源(8)经高压胶管依次与调节阀Ⅲ(2‑3)以及文丘里混合器Ⅱ(4‑2)相连;三通阀门(11)的第一出口经高压胶管依次与水辫(12)、钻杆(14)、压控钻头(15)相连,三通阀门(11)的第二出口经高压胶管与溢流阀(16)连接;

所述可溶性高压气体为二氧化碳。

2.根据权利要求 1 所述的一种可溶性气体的气液固三相射流增透装置,其特征在于,所述静态混合器(9)选用 SK 型,内部的混合单元为螺旋状,各混合单元翻转角度为 180°或者 270°。

3.根据权利要求 1 所述的一种可溶性气体的气液固三相射流增透装置,其特征在于,所述调节阀Ⅱ(2‑2)与文丘里混合器Ⅰ(4‑1)的连接管路上设有单向阀Ⅰ(5‑1),所述调节阀Ⅲ(2‑3)与文丘里混合器Ⅱ(4‑2)的连接管路上设有单向阀Ⅱ(5‑2)。

4.根据权利要求 1 所述的一种可溶性气体的气液固三相射流增透装置,其特征在于,所述磨料浆液是由磨料与水按照一定比例均匀混合而成。

5.一种基于权利要求 1 至 4 任一项所述的可溶性气体的气液固三相射流增透装置的增透方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)当钻机(13)进行钻进作业时,切换三通阀门(11)与减压阀(10)相连;打开高压水泵(1),通过调压阀Ⅰ(2‑1)调整输出水压为 15 20MPa;随后高压水经减压阀(10)衰减至 5MPa ~

后从压控钻头(15)的顶喷嘴(17)与侧喷嘴(18)喷出,以排出钻孔内的岩渣并降低压控钻头(15)温度;

2)当钻机(13)进行射流作业时,切换三通阀门(11)与靠近静态混合器(9)一端相连;启动泥浆泵(6),通过调节 阀Ⅱ(2‑2)调整磨料浆液输出压力为 3 5MPa,通过文丘里混合器Ⅰ~

(4‑1)将高压水泵(1)输出的高压水与磨料浆液混合,形成高压液固两相流;随后打开高压气源(8),调整气源输出压力为3 5MPa,通过文丘里混合器Ⅱ(4‑2)将高压液固两相流与可~

溶性气体混合,形成气液固三相流;气固液三相流经静态混合器(9)进一步混合,并促进可溶性气体溶解到水中,最后高压的气液固三相流从压控钻头(15)的侧喷嘴(18)喷出,冲击钻孔周围煤体,进行射流作业;

3)待钻孔内不排出煤渣后,根据钻孔深度逐步增加钻杆(14),重复步骤 1)和 2),对煤层深部进行射流作业,当钻至煤层顶板时停止钻进,退出钻杆(14);

4)当需要增加或减少钻杆(14)时,将三通阀门(11)切换至溢流阀(16)处,将钻杆(14)内的高压水排出,随后取下水辫(12),再进行增加或拆卸钻杆(14)的操作。