本實(shí)用新型屬于煤礦瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下自進(jìn)式高壓磨料氣體射流鉆孔修復(fù)裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著礦井開采深度的增加，瓦斯抽采條件趨于復(fù)雜，如在高地應(yīng)力、圍巖裂隙發(fā)育地帶及松軟煤層中進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)，受地應(yīng)力及外力擾動(dòng)，鉆孔中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、堵孔等現(xiàn)象，導(dǎo)致瓦斯抽采通道堵塞，極大降低了瓦斯抽采流量及濃度。針對(duì)這一問題，常用的方法是用鉆機(jī)按照原鉆孔參數(shù)進(jìn)行重新鉆孔。這種方法不僅耗時(shí)、成本高，而且受施工條件及設(shè)備能力限制，二次鉆孔實(shí)際參數(shù)與原鉆孔參數(shù)相差較大，容易造成串孔，增大瓦斯抽采難度。除此之外，采用負(fù)壓吸出鉆孔中煤渣、巖屑，該方法僅適用于顆粒較小的散落煤渣，無法排出塌孔造成的大塊煤渣、巖塊及煤泥。如何清除鉆孔中巖屑、煤渣，恢復(fù)鉆孔抽采能力，是保證鉆孔高效使用、瓦斯高效抽采的前提。

鉆孔修復(fù)技術(shù)可以延長(zhǎng)鉆孔使用壽命，提高鉆孔有效抽采的質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。但失效鉆孔的修復(fù)一直都是世界性的技術(shù)難題,相關(guān)學(xué)者針對(duì)這一問題開展了較多研究。專利號(hào)為CN201420843765.7的專利公開了“一種井下煤層瓦斯抽采鉆孔修復(fù)裝置”以及專利號(hào)為CN201210489910.1的專利公開了一種“煤礦井下鉆孔的鉆進(jìn)、增透、修復(fù)與氣驅(qū)置換綜合方法”上述兩種專利都是基于水力化措施修復(fù)失效鉆孔。研究表明，尤其在順層鉆孔中采用水力化措施，不利于鉆孔的穩(wěn)定性，鉆孔在蠕變應(yīng)力的作用下會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)垮孔等現(xiàn)象。除此之外，煤體中水的存在對(duì)瓦斯解吸及運(yùn)移產(chǎn)生消極影響。研究表明，煤體的低孔、低滲的特點(diǎn)，使水鎖效應(yīng)尤為突出。煤體在不同水壓的影響下，水能夠進(jìn)入到煤體的臨界孔隙尺度，降低瓦斯解吸率。而且水的后置侵入會(huì)使瓦斯解吸終止時(shí)間提前。對(duì)于俯孔，孔底積水容易造成煤體泥化，堵塞瓦斯抽采通道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種使用效果好的井下自進(jìn)式高壓磨料氣體射流鉆孔修復(fù)裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了如下的技術(shù)方案：一種井下自進(jìn)式高壓磨料氣體射流鉆孔修復(fù)裝置，包括高壓氣體部、鉆頭以及軟管；鉆頭包括殼體以及自殼體首端至末端依次設(shè)置的相連通的進(jìn)風(fēng)口、引射噴嘴、混合腔、旋轉(zhuǎn)體以及前置噴嘴，旋轉(zhuǎn)體內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)腔，高壓氣體部與進(jìn)風(fēng)口通過軟管連通；殼體首端還設(shè)置有與進(jìn)風(fēng)口連通的后置噴嘴，后置噴嘴中噴出的氣流的方向與前置噴嘴中噴出的氣流的方向相反；殼體側(cè)壁貫穿設(shè)置有與混合腔連通的吸入通道；旋轉(zhuǎn)腔中設(shè)置有葉輪，旋轉(zhuǎn)體外壁上分布有至少3個(gè)切齒。

殼體外套設(shè)有前端封閉、末端開口的煤粉導(dǎo)流套筒，煤粉導(dǎo)流套筒下部設(shè)置有煤渣、煤粉出口，煤渣、煤粉出口上設(shè)置有朝向煤粉導(dǎo)流套筒外側(cè)的霧化噴嘴。

葉輪后部設(shè)置有沿殼體長(zhǎng)度方向設(shè)置的氣流平衡腔；后置噴嘴和前置噴嘴進(jìn)口的內(nèi)徑均逐漸變小，出口的內(nèi)徑均逐漸變大；引射噴嘴的內(nèi)徑自進(jìn)口至出口逐漸變小。

高壓氣體部包括空壓機(jī)和與空壓機(jī)的出口連接的氣瓶，氣瓶的出口通過軟管連接鉆頭上的進(jìn)風(fēng)口。

高壓氣體部還包括絞盤和帶動(dòng)絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，軟管包括靜軟管和與靜軟管通過旋轉(zhuǎn)密封器連接的動(dòng)軟管；動(dòng)軟管繞設(shè)于絞盤上；靜軟管連接氣瓶的出口，動(dòng)軟管的末端連接鉆頭的進(jìn)風(fēng)口。

鉆頭前方固設(shè)有軟管定位圈，動(dòng)軟管穿設(shè)于軟管定位圈中。

前置噴嘴與殼體以及后置噴嘴與殼體均通過密封圈連接。

吸入通道上設(shè)置有篩網(wǎng)。

旋轉(zhuǎn)體與殼體通過軸承連接。進(jìn)風(fēng)口的中心線與殼體長(zhǎng)度方向上的中心線重合；后置噴嘴有兩個(gè)，兩個(gè)后置噴嘴相對(duì)于進(jìn)風(fēng)口對(duì)稱設(shè)置；進(jìn)風(fēng)口和后置噴嘴之間連接有進(jìn)風(fēng)腔以及與后置噴嘴連接的出風(fēng)腔，進(jìn)風(fēng)腔連接進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)腔和出風(fēng)腔之間通過弧形過渡面連接。

通過以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果為：1、所述的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)置合理，可以高效完成失效鉆孔的修復(fù)；其可以連續(xù)吸入煤粉，保證了磨料的連續(xù)添加，實(shí)現(xiàn)磨料氣體射流，使得破煤能力更強(qiáng)，可以完成塌落煤塊的破碎；設(shè)置的后置噴嘴可以實(shí)現(xiàn)鉆頭的自行進(jìn)；而切齒可以實(shí)現(xiàn)煤塊的粉碎，進(jìn)而提高鉆孔的修復(fù)效果。2、殼體外套設(shè)有煤粉導(dǎo)流套筒，通過煤粉導(dǎo)流套筒實(shí)現(xiàn)了煤粉煤渣的排出；設(shè)置的霧化噴嘴可以通過霧化水避免煤粉隨意飄散，提高工作環(huán)境。3、葉輪后部設(shè)置有沿殼體長(zhǎng)度方向設(shè)置的氣流平衡腔，從而使得流經(jīng)葉輪的氣流趨于穩(wěn)定。4、后置噴嘴和前置噴嘴進(jìn)口的內(nèi)徑均逐漸變小，出口的內(nèi)徑均逐漸變大；引射噴嘴的內(nèi)徑自進(jìn)口至出口逐漸變??；進(jìn)而提高后置噴嘴噴出的氣流的速度；前置噴嘴和引射噴嘴相互作用，提高從前置噴嘴噴出的氣流的速度，進(jìn)而高壓氣體和煤粉混合物的作用效果。5、高壓氣體部還包括絞盤和帶動(dòng)絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，軟管包括靜軟管和與靜軟管通過旋轉(zhuǎn)密封器連接的動(dòng)軟管，從而避免了鉆頭的行進(jìn)對(duì)軟管的影響。6、鉆頭前方固設(shè)有軟管定位圈，動(dòng)軟管穿設(shè)于軟管定位圈中，保證軟管的出口和鉆孔在同一水平線。7、前置噴嘴與殼體以及后置噴嘴與殼體均通過密封圈連接，從而保證了前置噴嘴和后置噴嘴的可更換性；同時(shí)設(shè)置的密封圈提高了前置噴嘴、后置噴嘴與殼體之間的密封性。8、吸入通道上設(shè)置有篩網(wǎng)，從而避免了煤塊被吸入到吸入通道中。9、旋轉(zhuǎn)體與殼體通過軸承連接，從而使得旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)更加順暢。10、進(jìn)風(fēng)口的中心線與殼體長(zhǎng)度方向上的中心線重合；后置噴嘴有兩個(gè)，兩個(gè)后置噴嘴相對(duì)于進(jìn)風(fēng)口對(duì)稱設(shè)置；從而使得氣流對(duì)殼體的作用更加對(duì)稱，提高氣流對(duì)殼體的作用效果。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

一種井下自進(jìn)式高壓磨料氣體射流鉆孔修復(fù)裝置，如圖1所示，包括高壓氣體部，高壓氣體部用于產(chǎn)生高壓氣體。

其中，高壓氣體部包括高壓氣體部包括空壓機(jī)1和至少1個(gè)氣瓶3，本實(shí)施例中氣瓶3的數(shù)量為3個(gè)?？諌簷C(jī)1的出口連接各個(gè)氣瓶3的入口，從而使得空壓機(jī)中的氣體進(jìn)入到氣瓶中。為了便于氣體的控制，在氣瓶3的入口和出口上均設(shè)置有閥門2，通過閥門2的開啟或關(guān)閉方便氣體傳輸?shù)目刂七^程。同時(shí)，在氣瓶3的出口上連接有軟管，軟管上設(shè)置有壓力表4，通過壓力表4可以得知軟管中的氣體的壓力，通過對(duì)氣體參數(shù)的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)對(duì)整個(gè)工作過程做出調(diào)整，保證其高效的工作狀態(tài)。

軟管包括靜軟管31，靜軟管31與氣瓶3的出氣口連接。靜軟管31的末端連接有動(dòng)軟管32，在靜軟管31和動(dòng)軟管32之間連接有旋轉(zhuǎn)密封器6，旋轉(zhuǎn)密封器6實(shí)現(xiàn)了動(dòng)軟管和靜軟管的連接，為成熟的現(xiàn)有技術(shù)。

動(dòng)軟管32繞設(shè)在絞盤5上，在絞盤5上傳動(dòng)連接有動(dòng)力裝置7，動(dòng)力裝置7實(shí)現(xiàn)了絞盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)軟管32的收放。在實(shí)施的時(shí)候，動(dòng)力裝置可以選用液壓馬達(dá)。

在絞盤5后方設(shè)置有支架12，支架12頂部固設(shè)有軟管定位圈8，動(dòng)軟管32穿設(shè)于軟管定位圈8中，從而通過軟管定位圈8實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)軟管的定位，保證鉆頭的行進(jìn)方向。

在軟管定位圈8的后方設(shè)置有鉆頭11，鉆頭11如圖2所示，包括殼體14，在殼體14的前端設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口15，進(jìn)風(fēng)口15的中心線與殼體長(zhǎng)度方向上的中心線重合進(jìn)風(fēng)口15與動(dòng)軟管32的末端連接，從而動(dòng)軟管32出來的高壓氣體可以通過進(jìn)風(fēng)口15進(jìn)入到殼體14中。

在進(jìn)風(fēng)口15后部設(shè)置有進(jìn)風(fēng)腔20，從進(jìn)風(fēng)口15進(jìn)入的高壓氣體可以進(jìn)入到進(jìn)風(fēng)腔20中。在進(jìn)風(fēng)腔20的末端上有3條路徑可以使得高壓氣體通過。進(jìn)風(fēng)腔20末端的3條路徑，其中兩條連接出風(fēng)腔19，出風(fēng)腔19中的氣流方向與進(jìn)風(fēng)腔20中的氣流方向相反。兩個(gè)出風(fēng)腔19相對(duì)于進(jìn)風(fēng)腔20對(duì)稱設(shè)置，從而保證氣流平衡。

進(jìn)風(fēng)腔20和出風(fēng)腔19之間通過弧形過渡面21連接，從而保證氣流的穩(wěn)定性。在兩個(gè)出風(fēng)腔19的末端分別連接有后置噴嘴16，兩個(gè)后置噴嘴16相對(duì)于進(jìn)風(fēng)口15對(duì)稱設(shè)置，后置噴嘴中噴出的氣流的方向與前置噴嘴中噴出的氣流的方向相反，從而通過氣體從后置噴嘴中噴出，給殼體14的行進(jìn)帶來動(dòng)力。另外，后置噴嘴16通過端蓋17固定在殼體14上，同時(shí)在殼體14與后置噴嘴16之間設(shè)置有密封圈18，從而通過密封圈18保證后置噴嘴和殼體14之間的密封。

其中，后置噴嘴和前置噴嘴進(jìn)口的內(nèi)徑均逐漸變小，出口的內(nèi)徑均逐漸變大，從而對(duì)氣流進(jìn)行加速，提高氣流的作用效果。

進(jìn)風(fēng)腔20末端的3條路徑中，剩下的一條連接引射噴嘴22，引射噴嘴22也通過密封圈18與殼體14實(shí)現(xiàn)密封連接。其中，引射噴嘴22的內(nèi)徑自進(jìn)口至出口逐漸變小，保證氣體流經(jīng)此引射噴嘴可以獲得較高速度，產(chǎn)生負(fù)壓，使煤粉由吸入通道進(jìn)入混合腔從而增大氣流壓力，提高氣流速度。同時(shí)，該引射噴嘴可以與前置噴嘴相配合，保證煤粉和高壓氣體的混合氣流經(jīng)前置噴嘴可以獲得超音速，使磨料加速至更高速度，獲得較大的破煤沖擊力，進(jìn)而對(duì)孔內(nèi)的煤塊進(jìn)行破碎。

在引射噴嘴22的后部設(shè)置有混合腔26，混合腔26的側(cè)壁上貫穿設(shè)置有吸入通道24，吸入通道24沿殼體14的徑向設(shè)置。在吸入通道24的末端設(shè)置有篩網(wǎng)25，通過篩網(wǎng)可以對(duì)吸入到混合腔26中的煤粉進(jìn)行過濾，防止大的煤塊也被吸入到混合腔26中。

在混合腔26的末端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)體27，旋轉(zhuǎn)體27通過軸承31與殼體1連接，從而保證旋轉(zhuǎn)體27轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性。其中旋轉(zhuǎn)體27內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)腔28，旋轉(zhuǎn)腔28中設(shè)置有葉輪29，旋轉(zhuǎn)體27外壁上設(shè)置有切齒30，其中，切齒30的數(shù)量至少為3個(gè)，本實(shí)施例中切齒30的數(shù)量為3。切齒形狀為頂端呈刃狀的長(zhǎng)方體，切齒30可以破碎鉆孔內(nèi)的煤塊，保證清孔效果。

在葉輪29的后部連接有沿殼體長(zhǎng)度方向設(shè)置的氣流平衡腔23，設(shè)置的氣流平衡腔23可以使經(jīng)過葉輪的混合氣流趨于穩(wěn)定，提高混合氣流的作用效果。

在氣流平衡腔23的末端設(shè)置有前置噴嘴32，前置噴嘴32同后置噴嘴一樣，也通過端蓋與殼體連接，同時(shí)在前置噴嘴和殼體之間設(shè)置密封圈實(shí)現(xiàn)兩者連接處的密封。

另外，為了提高作用效果，在鉆頭11的殼體外套設(shè)有煤粉導(dǎo)流套筒10，煤粉導(dǎo)流套筒用于實(shí)現(xiàn)煤渣、煤粉的排出。在煤粉導(dǎo)流套筒的下部設(shè)置有煤渣、煤粉出口13，鉆孔中的煤渣、煤粉通過煤渣、煤粉出口13排出。在煤渣、煤粉出口13上設(shè)置有朝向煤粉導(dǎo)流套筒10外側(cè)的霧化噴嘴9，在使用的時(shí)候霧化噴嘴9連接水源，從而在煤粉出口13處形成霧化水，進(jìn)而使得煤粉、煤渣的噴霧除塵，提高工作環(huán)境。

在本實(shí)施例中，因?yàn)榍爸脟娮旌秃笾脟娮炀ㄟ^端蓋與殼體連接，故前置噴嘴及后置噴嘴都可更換，使用者可以根據(jù)不同工作條件選用不同型號(hào)的噴嘴，以獲得不同的推力和破煤沖擊力。

工作的時(shí)候，高壓氣體通過軟管進(jìn)入到進(jìn)風(fēng)口，一部分高壓氣體通過后置噴嘴噴出，給殼體的行進(jìn)提供動(dòng)力；另外一部分高壓氣體通過引射噴嘴噴出，從而將煤粉從吸入通道吸入到混合腔中，同時(shí)吸入通道連續(xù)吸入煤粉，保證了磨料的連續(xù)添加，實(shí)現(xiàn)磨料氣體射流，使得破煤能力更強(qiáng)，可以完成塌落煤塊的破碎；；高壓氣體和煤粉的混合氣流經(jīng)過葉輪后從前置噴嘴噴出；混合氣流經(jīng)過葉輪后會(huì)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，從而使得切齒可以破碎鉆孔內(nèi)的煤塊，完成鉆孔修復(fù)工作。

一種利用上述裝置進(jìn)行的井下自進(jìn)式高壓磨料氣體射流鉆孔修復(fù)方法，依次包括如下步驟：

1)制備高壓氣體；制備出的高壓氣體要保證進(jìn)入到軟管中的壓力為5~25Mpa，從而提高高壓氣體的作用效果。

方法為：從空壓機(jī)出來的高壓氣體進(jìn)入到氣瓶中，空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了高壓氣體的供應(yīng)，而氣瓶實(shí)現(xiàn)了高壓氣體的連續(xù)性和穩(wěn)定性，提高了高壓氣體的作用效果。

2)高壓氣體進(jìn)入鉆頭的進(jìn)風(fēng)口，一部分高壓氣體通過后置噴嘴從鉆頭中噴出；另外一部分高壓氣體進(jìn)入引射噴嘴；

高壓氣體從氣瓶出來后通過軟管進(jìn)入到鉆頭的進(jìn)風(fēng)口，在鉆頭的進(jìn)風(fēng)口中進(jìn)入到進(jìn)風(fēng)腔；一部分高壓氣體通過進(jìn)風(fēng)腔進(jìn)入到出風(fēng)腔，通過后置噴嘴噴出，高壓氣體在后置噴嘴中的路徑為：先逐漸變小，后逐漸變大，從而提高氣流速度。從后置噴嘴噴出的氣流給鉆頭的行進(jìn)帶來動(dòng)力；另外一部分高壓氣體進(jìn)入到引射噴嘴中，高壓氣體在引射噴嘴中的路徑逐漸變小，從而提高高壓氣體的速度，在引射噴嘴后形成負(fù)壓，保證了煤粉的吸入過程。其中，軟管中高壓氣體壓力為5～20Mpa，對(duì)于俯孔或者鉆孔阻力較小以及松軟煤層時(shí)，可以選取較小壓力，范圍為5~15Mpa，其能耗低，也可以修復(fù)瓦斯失效鉆孔；對(duì)于水平孔或者上向鉆孔以及煤層較硬，可以選用較高壓力，范圍為15~20Mpa，能夠有效破碎鉆孔內(nèi)的煤塊，達(dá)到鉆孔修復(fù)效果。

3)高壓氣體從引射噴嘴噴出，吸入通道在高壓氣體引流下將煤粉吸入到混合腔中；高壓氣體從引射噴嘴噴出的過程中，會(huì)在引射噴嘴后形成負(fù)壓，而混合腔位于引射噴嘴后部，故，煤粉會(huì)進(jìn)入到與混合腔連通的吸入通道中，最終從吸入通道進(jìn)入到混合腔中，煤粉在混合腔中與高壓氣體混合形成混合氣流。其中，吸入通道中吸入的煤粉的流量為0.01～0.02kg/s，優(yōu)選為0.015 kg/s。當(dāng)煤粉質(zhì)量流量過高時(shí)，影響噴嘴對(duì)煤粉的加速，使沖蝕效果較差；煤粉質(zhì)量流量較低時(shí)，煤粉可以充分加速，但整體能量較低，影響破煤效果。

4)葉輪在高壓氣體和煤粉形成的混合氣流的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體和切齒旋轉(zhuǎn)；

在高壓氣體和煤粉形成的混合氣流的作用下，葉輪旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)體與葉輪同步旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)體外壁上的切齒對(duì)煤塊進(jìn)行破碎，從而提高修復(fù)效果。

5)高壓氣體帶動(dòng)煤粉從葉輪出來后從前置噴嘴噴出；

首先，葉輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，切齒對(duì)鉆孔內(nèi)的煤塊進(jìn)行破碎；

然后，高壓氣體和煤粉形成的混合氣流經(jīng)過氣流平衡腔，氣流平衡腔使得氣流趨于穩(wěn)定；

最后，經(jīng)過氣流平衡腔的高壓氣體和煤粉的混合氣流經(jīng)過前置噴嘴噴出，中高壓氣體和煤粉在前置噴嘴中的路徑先逐漸變小，后逐漸變大，從而前置噴嘴與引射噴嘴相配合，提高氣流的速度。

在高壓氣體和煤粉的混合氣流從前置噴嘴噴出后會(huì)對(duì)鉆孔進(jìn)行修復(fù)；隨后，被沖擊回的混合氣流會(huì)進(jìn)入到煤粉導(dǎo)流套筒，從煤粉導(dǎo)流套筒的煤渣、煤粉出口出來；出來后霧化噴嘴將煤粉、煤渣進(jìn)行霧化即可。

6)作業(yè)完成，停止高壓氣體的制備，鉆頭復(fù)位。

首先，關(guān)閉空壓機(jī)，動(dòng)力裝置反轉(zhuǎn)，取出鉆頭，拆卸回收裝置即可。

本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了塌孔、堵孔的修復(fù)工作，簡(jiǎn)單高效，通過更換后置或者前置噴嘴，可以實(shí)現(xiàn)不同的推力及破煤沖擊力，使其適用于不同條件下的失效鉆孔的修復(fù)；避免二次鉆孔與水力化措施修復(fù)鉆孔的缺點(diǎn)，而且可以獲得較高的破煤沖擊力，有利于鉆孔的修復(fù)，提高鉆孔的使用效率。