【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿瓦斯治理领域，尤其涉及一种可变向射流割缝装置及穿层钻孔沿煤层射流割缝方法。
技术介绍
1、我国多数高瓦斯及突出矿井开采煤层均为低透煤层，治理瓦斯过程中面临着抽采困难的局面，水射流割缝措施可以通过在煤体内进行割煤形成缝槽，进而引起煤体变形和应力释放，起到卸压增渗、提高煤层瓦斯抽采效率的作用。同时，水射流割缝可以用于采场顶板预置缝槽强制断顶，以解决采空区大面积悬顶引起的工作面冲击地压及上隅角瓦斯超限问题。
2、当前水射流喷头有多种结构，根据喷嘴位置及结构一般分为侧向垂直喷头、前端直线喷头、多角度冲孔喷头、后端排渣喷头等，根据喷嘴形式可分为直射流喷头和旋转射流喷头，但现有的喷头均为固定式或者绕钻杆轴线旋转式，仅可根据喷头结构进行固定角度的射流割缝，形成的缝槽为垂直于钻杆轴线的圆盘状或包含钻杆轴线的长方形缝槽，缝槽位置均依赖于钻杆的轴线。然而，煤矿井下实际作业时，受煤层赋存条件及钻孔布置参数的影响，钻孔轴线与见煤点附近煤层所在平面垂直相交的情况在施工总量中占比较小，根据煤层倾向、煤层走向、钻孔倾角、钻孔方位角等不同，实际施工中钻孔与煤层多为斜交。
3、钻孔与煤层斜交条件下对钻孔进行割缝，一方面割缝缝槽范围在煤层所在平面为投影尺寸而非实际割缝尺寸，小于或远小于实际割缝缝槽尺寸，在相同的割缝能力条件下，影响范围减小将导致抽采空白或增大钻孔工程量；另一方面，在煤层较薄时，煤层钻孔割缝范围到达作业煤层顶底板边界后无法继续进行增透，限制了割缝装置的割缝能力。
4、此外，水射流技术还可以应用在工
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种可变向射流割缝装置，用以改变射流割缝过程中，缝槽与割缝装置轴线或钻孔轴线之间的角度；此外，本专利技术利用上述装置还提供一种穿层钻孔沿煤层射流割缝方法，用来保证钻孔与煤层斜交时，在钻孔内射流割缝的缝槽与煤层相互平行。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种可变向射流割缝装置，包括：割缝器本体和位于割缝器本体内的喷嘴底座，所述喷嘴底座的轴线与割缝器本体的轴线垂直，所述喷嘴底座的侧壁上设有喷嘴，所述喷嘴与割缝器本体表面通孔相匹配；所述割缝器本体的一端为开口端，用于通入高压流体介质，所述开口端与割缝器本体内的流体通道连通，所述流体通道通过旋转密封件可旋转的与喷嘴底座连通，所述割缝器本体的内部还设有驱动控制组件，所述驱动控制组件用于控制喷嘴底座围绕其自身的轴线旋转；
3、进一步的，所述驱动控制组件包括：设置在割缝器本体内的电机，所述电机的输出轴与位于割缝器本体侧壁的凹槽内的传动机构的输入端固定连接，所述传动机构的输出端与喷嘴底座固定连接；
4、进一步的，所述驱动控制组件还包括第一角度传感器、压力传感器和电机控制器，所述第一角度传感器用于检测电机的旋转角度，并将信号传递至整个装置外部的控制器，所述压力传感器用于测定流体通道内高压流体介质的压力，并将信号传递至控制器，所述控制器通过电机控制器来控制电机的旋转速度与旋转方向；
5、进一步的，割缝器本体的外壁与流体通道之间设有封孔螺栓；
6、进一步的，所述凹槽设有盖板，所述盖板通过螺栓与凹槽固定；
7、进一步的，所述割缝器本体的非开口端设有定向器，所述定向器内部设有空腔，所述空腔的一端设有开口并设有内螺纹，用于与割缝器本体的外壁通过螺纹连接固定，所述空腔的另一端其内部设有与定向器固定连接的旋转轴，所述旋转轴的轴线与定向器的轴线重合，所述旋转轴上有能够相对旋转的连接杆，所述连接杆与旋转轴垂直，所述连接杆由直杆段与环状段组成，所述连接杆的直杆段一端设有配重块，所述连接杆的环状段与旋转轴可相对旋转，所述转轴与连接杆的连接处还设有第二角度传感器，所述第二角度传感器用于检测连接杆的旋转角度，并将信号传递至控制器；
8、进一步的，所述定向器的空腔内设有弹簧卡圈。
9、本专利技术还提供一种利用上述可变向射流割缝装置，进行穿层钻孔沿煤层射流割缝方法，包括以下步骤：
10、步骤1：通过钻机和钻杆在煤层中施工钻孔；
11、步骤2：收集煤层走向参数，所述煤层走向参数包括：钻孔见煤点处的煤层倾向、煤层倾角、钻孔倾角，方位角；
12、步骤3：使用使用高压泵、高压胶管、钻机、钻杆和可变向射流割缝装置在钻孔中进行射流割缝，施工缝槽；
13、步骤4：在射流割缝施工过程中，根据步骤2中收集的煤层走向参数和钻杆的水平旋转角度，动态调整可变向射流割缝装置中喷嘴底座的绕轴旋转角度，保证缝槽的平面与煤层平面相互平；
14、步骤5：割缝结束后，关闭高压泵，卸压后调整钻杆数量，进行下一位置割缝，直至所有位置缝槽施工完毕，退出钻杆。
15、本专利技术的有益效果为：本专利技术可以调整喷嘴轴线与钻杆轴线相交角度，在钻孔与煤层斜交的情况下进行沿煤层所在平面进行割缝，随着钻杆转动实时调整喷嘴角度，形成与煤层平面平行的圆盘状缝槽，可在煤层增透促抽作业中提高割缝增透效果，减少无效割缝工作量，进而减少割缝钻孔数量，同时可以用在导向槽控制压裂作业中，根据压裂方向需求调整缝槽角度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种可变向射流割缝装置，包括：割缝器本体(1)和位于割缝器本体(1)内的喷嘴底座(2)，所述喷嘴底座(2)的轴线与割缝器本体(1)的轴线垂直，所述喷嘴底座(2)的侧壁上设有喷嘴(3)，所述喷嘴(3)与割缝器本体(1)内部通孔相匹配；所述割缝器本体(1)的一端为开口端，用于通入高压流体介质，所述开口端与割缝器本体(1)内的流体通道(4)连通，所述流体通道(4)通过旋转密封件(5)可旋转的与喷嘴底座(2)连通，其特征在于，所述割缝器本体(1)的内部还设有驱动控制组件，所述驱动控制组件用于控制喷嘴底座(2)围绕其自身的轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述驱动控制组件包括：设置在割缝器本体(1)内的电机(7)，所述电机(7)的输出轴与位于割缝器本体(1)侧壁的凹槽内的传动机构的输入端固定连接，所述传动机构的输出端与喷嘴底座(2)固定连接。
3.根据权利要求2所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述传动机构为二级齿轮传动系统，所述二级齿轮传动系统设有与电机(7)的输出轴键连接的前部齿轮(8)，所述前部齿轮(8)与后部齿轮(9
4.根据权利要求3所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述驱动控制组件还包括：第一角度传感器(11)、压力传感器(12)和电机控制器(13)，所述第一角度传感器(11)用于检测电机(7)的旋转角度，并将信号传递至整个装置外部的控制器(30)，所述压力传感器(12)用于检测流体通道(4)内高压流体介质的压力，并将信号传递至控制器(30)；所述控制器(30)通过电机控制器(13)来控制电机(7)的旋转速度与旋转方向。
5.根据权利要求4所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，割缝器本体(1)的外壁与流体通道(4)之间设有封孔螺栓(6)。
6.根据权利要求5所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述凹槽设有盖板(14)，所述盖板(14)通过螺栓(15)与凹槽固定。
7.根据权利要求6所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述割缝器本体(1)的非开口端设有定向器(16)，所述定向器(16)内部设有空腔(17)，所述空腔(17)的一端设有开口并设有内螺纹，用于与割缝器本体(1)的外壁通过螺纹连接固定，所述空腔(17)的另一端其内部设有与定向器(16)固定连接的旋转轴(18)，所述旋转轴(18)的轴线与定向器(16)的轴线重合，所述旋转轴(18)上设有能够相对旋转的连接杆(19)，所述连接杆(19)与旋转轴(18)垂直，所述连接杆(19)由直杆段与环状段组成，所述连接杆(19)的直杆段一端设有配重块(20)，所述连接杆(19)的环状段与旋转轴(18)可相对旋转，所述转轴(18)与连接杆(19)的连接处还设有第二角度传感器(20)，所述第二角度传感器(21)用于检测连接杆(19)的旋转角度，并将此信号传递至控制器(30)。
8.根据权利要求7所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述定向器(16)的空腔(17)内设有弹簧卡圈(22)。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的可变向射流割缝装置进行穿层钻孔沿煤层射流割缝方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的穿层钻孔沿煤层射流割缝方法，其特征在于，步骤4中喷嘴底座(2)的绕轴旋转角度B和钻杆(26)的转角满足下式：
...【技术特征摘要】
1.一种可变向射流割缝装置，包括：割缝器本体(1)和位于割缝器本体(1)内的喷嘴底座(2)，所述喷嘴底座(2)的轴线与割缝器本体(1)的轴线垂直，所述喷嘴底座(2)的侧壁上设有喷嘴(3)，所述喷嘴(3)与割缝器本体(1)内部通孔相匹配；所述割缝器本体(1)的一端为开口端，用于通入高压流体介质，所述开口端与割缝器本体(1)内的流体通道(4)连通，所述流体通道(4)通过旋转密封件(5)可旋转的与喷嘴底座(2)连通，其特征在于，所述割缝器本体(1)的内部还设有驱动控制组件，所述驱动控制组件用于控制喷嘴底座(2)围绕其自身的轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述驱动控制组件包括：设置在割缝器本体(1)内的电机(7)，所述电机(7)的输出轴与位于割缝器本体(1)侧壁的凹槽内的传动机构的输入端固定连接，所述传动机构的输出端与喷嘴底座(2)固定连接。
3.根据权利要求2所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述传动机构为二级齿轮传动系统，所述二级齿轮传动系统设有与电机(7)的输出轴键连接的前部齿轮(8)，所述前部齿轮(8)与后部齿轮(9)相啮合，所述后部齿轮(9)与齿轮轴(10)相啮合，所述齿轮轴(10)与喷嘴底座(2)固定连接，并同轴布置。
4.根据权利要求3所述的可变向射流割缝装置，其特征在于，所述驱动控制组件还包括：第一角度传感器(11)、压力传感器(12)和电机控制器(13)，所述第一角度传感器(11)用于检测电机(7)的旋转角度，并将信号传递至整个装置外部的控制器(30)，所述压力传感器(12)用于检测流体通道(4)内高压流体介质的压力，并将信号传递至控制器(30)；所述控制器(30)通过电机控制器(13...
【专利技术属性】
技术研发人员：许幸福，李艳增，曹垚林，王霄，周睿，邹永洺，韩兵，苏伟伟，张文柯，程士宜，高中宁，刘伯伟，薛伟超，赵新，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。