CN105328574A - 高压旋转磨料射流钻扩孔装置 - Google Patents
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Abstract
一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置,包括水泵箱,水泵箱连接有高压泵,高压泵连接有磨料供给装置,磨料供给装置设有加料口和混合室,高压泵的输出管路上的节点Ⅰ分别连接有连接管Ⅰ、连接管Ⅱ和连接管Ⅲ,连接管Ⅰ与连接管Ⅱ分别与加料口和混合室连接,连接管Ⅲ连接在混合室的输出管路的节点Ⅱ上,连接管Ⅲ上设有压力表,节点Ⅱ通过高压胶管连接有回转密封装置,回转密封装置通过喷杆连接有喷嘴。本发明装置将高速水射流束与磨料粒子相混合形成液固两相介质流,利用高速水射流带动磨料粒子,通过本身的水蚀冲击和磨料粒子锋利的棱角进行切割,具有结构简单、使用方便,效率高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及高压磨料水射流切割技术领域,具体是一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置。
背景技术
在我国,有很大比例的高地应力、松软、高瓦斯煤层,煤与瓦斯突出是影响我国煤矿安全生产最严重的灾害之一,随着开采深度的增加,煤层巷道掘进过程中突出危害越来越严重,传统的防突措施已不能满足矿井安全生产需要;同时,冲击地压也一直是影响煤矿开采安全的一个难题,对煤矿生产构成极大的威胁。煤层钻孔,是矿井防止冲击地压的主要措施之一,也是进行煤层瓦斯抽放,减少工作面瓦斯超限,防突的常用方法,常规机械钻机具在钻孔过程中,常常会出现卡钻、夹钻、喷孔甚至突出现象;同时,钻孔防止冲击地压的效果,受到钻孔直径大小和钻孔周围煤体卸压范围的影响。采用钻机施工大直径钻孔存在着垮孔严重、排渣困难、成孔长度短以及钻机负荷大等技术问题,技术和经济上是不可取的。
发明内容
本发明所要解决的问题在于克服上述现有技术之不足,提供一种结构简单,效果良好的高压旋转磨料射流钻扩孔装置。
本发明是以如下方式实现的:一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置,包括水泵箱,所述水泵箱连接有高压泵,所述高压泵连接有磨料供给装置,所述磨料供给装置的上端设有加料口,所述磨料供给装置的下端设有混合室,所述高压泵的输出管路上的节点Ⅰ分别连接有连接管Ⅰ、连接管Ⅱ和连接管Ⅲ,所述连接管Ⅰ与料供给装置的加料口连接,所述连接管Ⅱ与磨料供给装置的混合室连接,所述连接管Ⅱ在节点Ⅰ与混合室之间设有单向阀,所述连接管Ⅲ连接在混合室的输出管路的节点Ⅱ上,所述连接管Ⅲ上设有压力表和操作阀,所述节点Ⅱ与混合室之间设有溢流阀,所述节点Ⅱ通过高压胶管连接有回转密封装置,所述回转密封装置通过喷杆连接有喷嘴,所述回转密封装置连接有用于提供动力的电机。
其进一步是:所述喷嘴的前端开有锥形孔,所述喷嘴内部的后端开有与锥形孔连接的圆柱形孔。
所述喷嘴内的圆柱形孔靠近锥形孔处设有导向叶片。
本发明具有以下优点:本发明装置将高速水射流束与磨料粒子相混合形成液固两相介质流,利用高速水射流带动磨料粒子,通过本身的水蚀冲击和磨料粒子锋利的棱角进行切割,对煤体的冲击力和磨削力增大,在对煤体的切割钻孔过程中效果优良,有效地提高了钻孔速度和扩孔能力,同时有效地降低钻孔过程中出现的着火、喷火等现象的几率,具有结构简单、使用方便,效率高的特点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明的喷嘴内部结构示意图;
图中:1、水泵箱,2、高压泵,3、单向阀,4、混合室,5、压力表,6、操作阀,7、溢流阀,8、高压胶管,9、电机,10、煤体,11、喷嘴,12、回转密封装置,13、喷杆,14、磨料供给装置,15、加料口,16、导向叶片,17、节点Ⅰ,18、节点Ⅱ,19、连接管Ⅰ,20、连接管Ⅱ,21、连接管Ⅲ。
具体实施方式
如图1至图2所示的高压旋转磨料射流钻扩孔装置,包括水泵箱1,所述水泵箱1连接有高压泵2,所述高压泵2连接有磨料供给装置14,所述磨料供给装置14的上端设有加料口15,所述磨料供给装置14的下端设有混合室4,所述高压泵2的输出管路上的节点Ⅰ17分别连接有连接管Ⅰ19、连接管Ⅱ20和连接管Ⅲ21,所述连接管Ⅰ19与料供给装置14的加料口15连接,所述连接管Ⅱ20与磨料供给装置14的混合室4连接,所述连接管Ⅱ20在节点Ⅰ17与混合室4之间设有单向阀3,所述连接管Ⅲ21连接在混合室4的输出管路的节点Ⅱ18上,所述连接管Ⅲ21上设有压力表5和操作阀6,所述节点Ⅱ18与混合室4之间设有溢流阀7,所述节点Ⅱ18通过高压胶管8连接有回转密封装置12,所述回转密封装置12通过喷杆13连接有喷嘴11,所述回转密封装置连接有用于提供动力的电机9。本发明的高压旋转磨料射流钻扩孔装置由高压水射流发生装置、磨料输入装置和钻具装置组成。其中高压水射流发生装置水泵箱由水泵箱和高压泵组成,水泵箱供水经高压泵加压后产生高压水,高压水在高压泵的输出端的节点Ⅰ处通过三根连接管分成三部分流出:第一部分从磨料供给装置上部的加料口进入,并携带磨料向下运动;第二部分高压水通过单向阀进入磨料供给装置底部的混合室,依靠水流将磨料供给装置中流下来的磨料携带走;第三部分高压水经过旁通水路直接送到磨料供给装置的下游,即混合室的输出端的节点Ⅱ处,起到将混合室里磨料浆引出的引射作用,后两部分的磨料与水的二相流体混合均匀后,经高压胶管到由电机带动的回转密封装置中,再进入喷杆最后由喷嘴流出,进而对煤体10产生作用。本发明通过高压水射流技术结合磨料射流技术对煤体的旋转切割,可以有效地提高钻孔速度和扩孔能力,同时有效地降低钻孔过程中出现的着火、喷火等现象的几率,降低煤尘浓度,在高地应力、松软煤层中形成大孔径的钻孔,增大钻孔周围煤体的透气性和卸压范围,提高煤层钻孔的瓦斯抽放效果和防突效果,具有显著的经济效益和广泛地应用前景。
如图1至图2所示的高压旋转磨料射流钻扩孔装置,所述喷嘴11的前端开有锥形孔,所述喷嘴11内部的后端开有与锥形孔连接的圆柱形孔。所述喷嘴11内的圆柱形孔靠近锥形孔处设有导向叶片16。本发明喷嘴内部分别开有圆柱形孔和锥形孔,锥形孔位于喷头的前部并与圆柱形孔想连接,同时在圆柱形孔内靠近锥形孔的位置设有导向叶片,导向叶片起到了将单一的轴向来流导引成三维速度的作用,旋转射流形成过程,因此在喷嘴处将内流体的运动分为三个阶段,分别是圆管进液段、流槽加旋段和带锥芯的锥形收缩段,圆管进液段内流体的运动形式是典型的有压管道内的流动;流槽加旋段的流体的运动是强制性的圆柱形螺旋流动;带锥芯的锥形收缩段内部运动也是强制性的,但属于收敛锥形螺旋流动,加旋后的流体质点同时具有轴向速度、径向速度和切向速度。在切向速度的作用下喷头内的流体形成强烈的旋转,此时喷出的射流每一质点都具有三维速度;整个射流在旋转前进的过程中向外扩散,形成旋转锥形射流。射流的打击面随喷射距离的增加迅速增大,从而可满足在较小喷距内钻出较大孔径的要求,并对煤体10产生较大的冲击力和磨削力,达到了较为满意的效果。
Claims (3)
1.一种高压旋转磨料射流钻扩孔装置,其特征在于:包括水泵箱(1),所述水泵箱(1)连接有高压泵(2),所述高压泵(2)连接有磨料供给装置(14),所述磨料供给装置(14)的上端设有加料口(15),所述磨料供给装置(14)的下端设有混合室(4),所述高压泵(2)的输出管路上的节点Ⅰ(17)分别连接有连接管Ⅰ(19)、连接管Ⅱ(20)和连接管Ⅲ(21),所述连接管Ⅰ(19)与料供给装置(14)的加料口(15)连接,所述连接管Ⅱ(20)与磨料供给装置(14)的混合室(4)连接,所述连接管Ⅱ(20)在节点Ⅰ(17)与混合室(4)之间设有单向阀(3),所述连接管Ⅲ(21)连接在混合室(4)的输出管路的节点Ⅱ(18)上,所述连接管Ⅲ(21)上设有压力表(5)和操作阀(6),所述节点Ⅱ(18)与混合室(4)之间设有溢流阀(7),所述节点Ⅱ(18)通过高压胶管(8)连接有回转密封装置(12),所述回转密封装置(12)通过喷杆(13)连接有喷嘴(11),所述回转密封装置连接有用于提供动力的电机(9)。
2.如权利要求1所述的高压旋转磨料射流钻扩孔装置,其特征在于:所述喷嘴(11)的前端开有锥形孔,所述喷嘴(11)内部的后端开有与锥形孔连接的圆柱形孔。
3.如权利要求2所述的高压旋转磨料射流钻扩孔装置,其特征在于:所述喷嘴(11)内的圆柱形孔靠近锥形孔处设有导向叶片(16)。
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