一种煤矿井下水力作业用喷头
阅读：1021发布：2020-07-31
专利汇可以提供一种煤矿井下水力作业用喷头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 煤 矿井下 水 力 作业用喷头，所述喷头中部设有进水通道，所述喷头的进水通道包括用于连接高压水管的直孔段和与直孔段中心相通的 缩孔 段，所述直孔段直径大于缩孔段直径，缩孔段的前壁和 侧壁 上分别设有内阔外窄的外伸收缩型喷孔，所述喷孔的侧壁与喷孔中心线的夹 角 为13°，所述喷孔的长度l与喷孔出口外端面直径d之比l/d=3。与现有水力喷头相比，本实用新型将喷孔设计成内阔外窄的外伸收缩型，通过理论计算、仿真模拟及现场试验分析发现，结合井下 泵 压、管径条件，当喷孔的侧壁与喷孔中心线的夹角为13°、喷孔长度与喷孔出口外端面直径之比l/d=3时喷头射流速度及打击面均可达到要求，破煤效果最好，可以满足井下现场作业的需求。，下面是一种煤矿井下水力作业用喷头专利的具体信息内容。
技术领域
本实用新型属于煤矿井下喷头领域，具体涉及一种煤矿井下水力作业用破煤喷头。
背景技术
煤矿井下水力作业包括水力压裂、水力冲孔、水力割缝、水力透孔等技术，其中，水力冲孔、水力割缝、水力透孔等技术是指高压水泵通过高压水管或钻杆将高压水送入钻孔中，在钻孔内通过高压水管或钻杆端部的喷头将高压水以射流的形式喷出，用以切割、打击煤岩体，冲出渣块，达到使钻孔围岩卸压增透、方便煤层瓦斯解析、抽采的目的。其中喷头射出的射流的方向、压力、打击面及形式都是影响水力作业效果的重要因素。
现有煤矿井下水力作业缺少相应的专业化的喷头整体设计，所使用的喷头缺少结合具体的管径、泵压、流量及流体力学特点以及相应的数值计算和理论设计作为技术支撑，最终的破煤作业面小、破煤效果不理想，为此需要开发出一种更加符合工程应用的高压水喷头。
实用新型内容
为了实现上述目的，本实用新型一种煤矿井下水力作业用喷头的技术方案是：
一种煤矿井下水力作业用喷头，所述喷头中部设有进水通道，所述进水通道包括用于连接高压水管的直孔段和与直孔段中心相通的缩孔段，所述直孔段直径大于缩孔段直径，缩孔段的前壁和侧壁上分别设有内阔外窄的外伸收缩型喷孔，所述喷孔的侧壁与喷孔中心线的夹角为13°，所述喷孔的长度与喷孔出口外端面直径之比l/d=3。
本实用新型的有益效果是：与现有水力喷头相比，本实用新型将喷孔设计成内阔外窄的外伸收缩型，将进水通道设计为直孔段和与直孔段中心相通的缩孔段，直孔段用于连接高压水管为喷头供水，直孔段直径大于缩孔段直径，喷头的喷孔设在缩孔段的前壁和侧壁上，当高压水管插入直孔段内与喷头连接后，高压水管内壁与缩孔段的喷头内壁保持平直，减小高压水进入喷头时的流动阻力，当高压水进入喷头缩孔段后即从缩孔段前壁和侧壁上的喷孔喷出。通过理论计算、仿真模拟及现场试验分析发现，结合井下泵压、管径等现场实际工况条件，当喷孔的侧壁与喷孔中心线的夹角为13°、喷孔长度与喷孔出口外端面直径之比l/d=3时喷头射流速度及打击面均可达到要求，破煤效果最好，可以满足井下现场作业的需求。
所述直孔段的侧壁上沿周向均匀设有用于将喷头固定在高压水管上的螺纹孔。在直孔段设计螺纹孔，相应的在高压水管管壁的相应位置预设通孔，当高压水管插入直孔段内后，旋转高压水管使螺纹孔与高压水管上的通孔相对应，在螺纹孔内旋入螺钉，螺钉通过螺纹孔后进入高压水管管壁上的通孔内。当高压水管向喷头供水时，喷头受高压水冲击影响有向前脱离高压水管的趋势，此时，通过螺钉的固定，向喷头提供沿高压水管轴向阻止喷头脱离的力，防止喷头脱离高压水管，从而将喷头固定在高压水管上。
所述缩孔段的前壁和侧壁上的喷孔数量各为1个，所述直孔段的侧壁上的螺纹孔数量为2个，2个螺纹孔关于直孔段轴线对称设置。缩孔段的前壁和侧壁各设置1个喷孔，可分别用于破碎喷头前方和侧方的渣体，直孔段侧壁上设置两个关于支孔段轴线对称的螺纹孔，可通过螺钉将喷头固定在高压水管上，防止作业时喷头脱离高压水管。
所述喷头的外表面为圆柱形，喷头的前、后端面与外侧侧壁的连接处分别倒角处理。倒角处理后，喷头呈现前、后两端细、中间粗的形状，当喷头在下入钻孔的过程中，遇到渣块时，可减少渣块对喷头的阻力，方便喷头下入钻孔。
图1为本实用新型喷头的结构示意图；
图2为图1的轴测图；
图3为高压水管的结构示意图；
图4为喷头与高压水管的连接结构示意图。
具体实施方式
本实用新型一种煤矿井下水力作业用喷头的实施例1，如图1至图3所示，喷头外表面为圆柱形，喷头中心设有圆柱形进水通道，进水通道包括直孔段1和缩孔段3，直孔段1与缩孔段3中心相通。喷头直孔段用于连接高压水管5，高压水管5的外径等于喷头直孔段的直径，高压水管的内径等于喷头缩孔段的直径。在直孔段的侧壁上沿直孔段周向开设有两个相对的螺纹孔2，在与喷头直孔段相连接的高压水管的对应位置设有两个通孔6。使用时，如图4所示，将高压水管5插入喷头的直孔段1内，使高压水管的前端抵住直孔段与缩孔段的连接处，旋转喷头，使喷头上的两个螺纹孔2与高压水管上的通孔6相对应，在喷头的螺纹孔内旋入螺钉，螺钉透过螺纹孔插入高压水管上的通孔内，从而使喷头固定在高压水管5上，此时高压水管的内壁与喷头的缩孔段内壁平齐，减小高压水在喷头内的流动阻力。在本实施例1中，喷头的直孔段侧壁上设有两个相对的螺纹孔，在其他实施例中，直孔段的侧壁上沿周向也可均匀设有3个或4个或其他数量的螺纹孔，相应的在高压水管的管壁上对应位置设置同等数量的通孔，当高压水管插入喷头直孔段内后，旋转高压水管，使高压水管管壁上的通孔对照喷头直孔段侧壁上的螺纹孔，通过旋入螺钉将喷头固定在高压水管上，防止其喷头在水力作业时脱离高压水管。
在与喷头的直孔段中心相通的缩孔段的前壁和侧壁上分别设有内阔外窄的外伸收缩型喷孔4，喷孔的侧壁与喷孔中心线的夹角为α=13°，喷孔的长度l与喷孔出口外端面的直径d之比l/d=3；经理论计算和模拟分析发现，本实用新型形式的喷头设计在煤矿井下的条件中所得到的水射流更符合流体力学特点，打击面更大，破煤效果更好。
在喷头的前端面和后端面与外侧壁的连接部位分别倒角处理，处理后的喷头呈前、后端细、中间粗的形状，方便喷头在下入钻孔的过程中遇渣块时减小渣块对喷头通过时的阻力，方便喷头下入钻孔内。
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