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特許7555658ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置
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  • 特許-ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-13
(45)【発行日】2024-09-25
(54)【発明の名称】ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置
(51)【国際特許分類】
   E21B 7/00 20060101AFI20240917BHJP
【FI】
E21B7/00 Z
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2024519967
(86)(22)【出願日】2023-11-09
(86)【国際出願番号】 CN2023130783
(87)【国際公開番号】W WO2024046511
(87)【国際公開日】2024-03-07
【審査請求日】2024-04-01
(31)【優先権主張番号】202211614400.2
(32)【優先日】2022-12-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521231444
【氏名又は名称】河南理工大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001106
【氏名又は名称】弁理士法人キュリーズ
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼宏▲図▼
(72)【発明者】
【氏名】魏建平
(72)【発明者】
【氏名】▲劉▼勇
(72)【発明者】
【氏名】▲陳▼旭
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼勃▲陽▼
(72)【発明者】
【氏名】姚邦▲華▼
(72)【発明者】
【氏名】王向▲陽▼
(72)【発明者】
【氏名】▲張▼志博
(72)【発明者】
【氏名】李▲陽▼
(72)【発明者】
【氏名】位▲樂▼
(72)【発明者】
【氏名】▲陳▼攀
(72)【発明者】
【氏名】王冕
(72)【発明者】
【氏名】李金▲華▼
(72)【発明者】
【氏名】李振
(72)【発明者】
【氏名】李金松
(72)【発明者】
【氏名】▲楊▼正凱
【審査官】石川 信也
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-328756(JP,A)
【文献】特開平06-257371(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第114000826(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第104533513(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第104594942(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E21B 1/00-49/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ドリルスタンドと、
前記ドリルスタンドに摺動可能に設けられている給送ベースと、
前記給送ベースに相対的に回転可能に設けられているドリルロッドであって、前記ドリルロッドの内には中央噴流チャネルが設けられているドリルロッドと、
前記給送ベースの一側に固定されている駆動モータであって、前記給送ベースには減速ギヤボックスが取り付けられ、前記減速ギヤボックスは、歯車噛合作用を介して前記ドリルロッドと接続して伝動され、前記駆動モータの出力端部は、前記減速ギヤボックスと固定されている駆動モータと、
前記ドリルロッドに同軸的に回動可能に嵌接されている材料輸送ブッシュ部材であって、前記材料輸送ブッシュ部材には気体通流管が接続され、前記気体通流管の一端は空気圧縮ポンプと連通され、前記材料輸送ブッシュ部材には材料輸送管がさらに接続され、前記材料輸送管の一端は研磨材タンクと連通されている材料輸送ブッシュ部材と、
前記ドリルロッドのドリル端部に嵌接して設けられている噴流噴射部材と、
を含むソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置であって、
前記噴流噴射部材は、
前記ドリルロッドに相対的に摺動可能に嵌接されている噴射管ラックと、
前記噴射管ラックとドリルロッドとの間に周方向に分布されているインナースプリングと、
前記ドリルロッドの内の前記噴射管ラックに近い側に設けられ、前記噴射管ラックに当接して接触されている振動ロッドアセンブリと、
前記噴射管ラックの中に設けられ、研磨材気体噴流圧力に応じて噴射方式を調整することができる側方調節噴流装置と、
を含み、
前記ドリルロッドの外には負圧排出管がさらに嵌接して設けられ、前記負圧排出管は、初回噴射研磨材を適時に回収することができることを特徴とするソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【請求項2】
振動ロッドアセンブリは、
前記噴射管ラックの一端に固定され、前記ドリルロッドの内まで摺動可能に伸び込まれている押し付け軸柱と、
前記ドリルロッドの内に相対的に回転可能に設けられている回転軸であって、前記回転軸の一端には接触トレイが固定され、前記押し付け軸柱は前記接触トレイに当接して接触されている回転軸と、
前記回転軸に嵌接して固定されている偏心カウンターウェイトと、を含むことを特徴とする請求項1に記載のソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【請求項3】
前記押し付け軸柱と接触トレイとの接触面は、やすり歯構造のように設けられている、ことを特徴とする請求項2に記載のソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【請求項4】
前記側方調節噴流装置は、
前記噴射管ラックの内に設けられている中間倉庫であって、前記中間倉庫の一側には複数の流入管が噴流され、前記流入管が前記ドリルロッドの中央噴流チャネルと連通されている中間倉庫と、
前記噴射管ラックに同軸的に固定され、2層式キャビティ管構造のように設けられているループ部材であって、前記ループ部材の内輪キャビティには複数の噴流孔が均一に分布され、前記ループ部材の内輪キャビティには複数の貫通口が設けられているループ部材と、
前記噴射管ラックの内に摺動可能に設けられている可動内管であって、前記可動内管には複数の前記貫通口に対応する内口が設けられ、前記可動内管の一端が前記中間倉庫と摺動可能に連通されている可動内管と、
前記可動内管の外に嵌接され、前記ループ部材に当接して接触されている支持ばねと、
前記噴射管ラックに固定されている前置スプレーヘッドであって、前記前置スプレーヘッドの一側には内接管が連通され、前記内接管の一端が前記可動内管まで伸び込まれている前置スプレーヘッドと、
前記可動内管の中に固定されている内側プランジャであって、前記内側プランジャの一端が前記内接管まで摺動可能に伸び込まれている内側プランジャとを含むことを特徴とする請求項1に記載のソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【請求項5】
前記内接管の上の前記内側プランジャに近い一端の断面は他端の断面より小さく、前記内側プランジャは前記内接管の内部を塞ぐことができ、前記可動内管には流れシールドがさらに設けられていることを特徴とする請求項4に記載のソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【請求項6】
前記前置スプレーヘッドの内周方向には複数の高圧噴流ヘッドが分布され、前記高圧噴流ヘッドはいずれもユニバーサル軸により前記前置スプレーヘッドに回転可能に設けられ、前記内接管の一端は分水ホースにより各前記高圧噴流ヘッドと連通され、前記高圧噴流ヘッドにはいずれも伝接レバーが接続され、前記伝接レバーの一端は前記可動内管と接続されていることを特徴とする請求項4に記載のソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【請求項7】
可動内管のうちの研磨材気体噴流圧力が25Mpa未満である時に、前記可動内管の上の内口は前記貫通口と対応的に連通され、前記可動内管のうちの研磨材気体噴流圧力が25Mpaより高い時に、前記可動内管は前記内接管と対応的に連通され、前記高圧噴流ヘッドの回転角度範囲は55°~90°であることを特徴とする請求項6に記載のソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は炭坑内ガス処理技術分野に属し、具体的にはソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置(abrasive gas jet based coal breaking, pressure relief and permeability enhancement device for a soft coal seam)に関する。
【背景技術】
【0002】
圧力開放抽出は、ガス抽出を強化する重要な手段であり、そのうちの水力化圧力開放技術の応用が最も広く(例えば、高圧水噴流割れ目と水力パンチングなど)、いずれも比較的に良い応用効果を得た。しかし、上述の技術をソフト炭層に応用する際に、しばしば穴崩壊などの現象が発生し、ソフト炭層における普及応用を深刻に制限した。加えて、水の侵入によりコール体孔隙の含水飽和度が上昇し、有効応力が変化し、コール体の透過率が大幅に低下しており、飽和度が高いほど透過率の低下幅が大きくなった。ビアホールに対して、孔底の溜水はコール体の泥化を引き起こしやすく、ガス抽出通路を塞いだ。従来技術では、高圧水噴流割れ目の代わりに研磨材気体噴流を採用していることが多かったが、ドリル孔壁の影響を受けることにより、炭鉱砕石はドリルロッドによって締固められて孔壁に圧入され、且つ遮断層を形成し、研磨材の堆積が孔壁に詰まりやすく、同時に研磨材噴流は短い距離の衝撃を必要として噴流強度を向上させ、遮断層は研磨材の射出範囲を深刻に制約し、コールブレーカー効果がよくない。
【0003】
したがって、上記従来技術の不足に対して改善した技術案を提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記目的を達成するために、本発明は以下の技術案を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
ドリルスタンドと、
前記ドリルスタンドに摺動可能に設けられている給送ベースと、
前記給送ベースに相対的に回転可能に設けられているドリルロッドであって、前記ドリルロッドの内には中央噴流チャネルが設けられているドリルロッドと、
前記給送ベースの一側に固定されている駆動モータであって、前記給送ベースには減速ギヤボックスが取り付けられ、前記減速ギヤボックスは、歯車噛合作用を介して前記ドリルロッドと接続して伝動され、前記駆動モータの出力端部は、前記減速ギヤボックスと固定されている駆動モータと、
前記ドリルロッドに同軸的に回動可能に嵌接されている材料輸送ブッシュ部材であって、前記材料輸送ブッシュ部材には気体通流管が接続され、前記気体通流管の一端は空気圧縮ポンプと連通され、前記材料輸送ブッシュ部材には材料輸送管がさらに接続され、前記材料輸送管の一端は研磨材タンクと連通されている材料輸送ブッシュ部材と、
前記ドリルロッドのドリル端部に嵌接して設けられている噴流噴射部材と、
を含むソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置であって、
前記噴流噴射部材は、
前記ドリルロッドに相対的に摺動可能に嵌接されている噴射管ラックと、
前記噴射管ラックとドリルロッドとの間に周方向に分布されているインナースプリングと、
前記ドリルロッドの内の前記噴射管ラックに近い側に設けられ、前記噴射管ラックに当接して接触されている振動ロッドアセンブリと、
前記噴射管ラックの中に設けられ、研磨材気体噴流圧力に応じて噴射方式を調整することができる側方調節噴流装置と、
を含み、
前記ドリルロッドの外には負圧排出管がさらに嵌接して設けられ、前記負圧排出管は、初回噴射研磨材を適時に回収することができる、
ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置。
【有益な効果】
【0006】
側方調節噴流装置を設けることで2種類の異なる研磨材気体噴流を行うことができ、ソフト炭層に対して、側方調節噴流装置は振動ロッドアセンブリと協力してドリル孔内壁に初歩的な研磨材噴流を行うことができ、ドリル孔内壁に軟化効果を達成させるとともに、研磨材を適時に回収し、内部の堆積詰まりを回避することができる。その後、さらに前置スプレーヘッドにより高圧研磨材気体噴流を行い、噴流強度を保証し、噴流範囲を拡大し、そのうち、多角度から複数回の噴流コールブレーカーを行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】本発明の構成模式図である。
図2】本発明における噴流噴射部材の構成模式図である。
図3】本発明における負圧排出管の構成模式図である。
図4】本発明における独立する冷蔵室の1つの保存ユニットの構成模式図である。
図5】本発明における振動ロッドアセンブリの構成模式図である。
図6】本発明における側方調節噴流装置の構成模式図である。
図7】本発明における前置スプレーヘッドの構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図1を参照すると、本発明の実施例では、ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置であって、
ドリルスタンド1と、
ドリルスタンド1に摺動可能に設けられている給送ベース11と、
給送ベース11に相対的に回転可能に設けられているドリルロッド12であって、ドリルロッド12の内には中央噴流チャネルが設けられているドリルロッド12と、
給送ベース11の一側に固定されている駆動モータ14であって、給送ベース11には減速ギヤボックス15が取り付けられ、減速ギヤボックス15は、歯車噛合作用を介してドリルロッド12と接続して伝動され、駆動モータ14の出力端部は、減速ギヤボックス15と固定されている駆動モータ14と、
ドリルロッド12に同軸的に回動可能に嵌接されている材料輸送ブッシュ部材13であって、材料輸送ブッシュ部材13には気体通流管16が接続され、気体通流管16の一端は空気圧縮ポンプ(図示せず)と連通され、材料輸送ブッシュ部材13には材料輸送管17がさらに接続され、材料輸送管17の一端は研磨材タンク(図示せず)と連通されている材料輸送ブッシュ部材13と、
ドリルロッド12のドリル端部に嵌接して設けられている噴流噴射部材2と、
を含み、
噴流噴射部材2は、
ドリルロッド12に相対的に摺動可能に嵌接されている噴射管ラック21と、
噴射管ラック21とドリルロッド12との間に周方向に分布されているインナースプリング22と、
ドリルロッド12の内の噴射管ラック21に近い側に設けられ、噴射管ラック21に当接して接触されている振動ロッドアセンブリ4と、
噴射管ラック21の中に設けられ、研磨材気体噴流圧力に応じて噴射方式を調整することができる側方調節噴流装置3と、を含む。側方調節噴流装置3は、低圧径方向噴流と高圧斜面噴流を含むが、ドリル孔の初歩的な成形時には、低圧径方向噴流により振動ロッドアセンブリ4と協力してドリル孔内壁に初歩的なコールブレーカーを行うことができ、ドリル孔内壁に軟化効果を達成させ、この時に孔壁が緩くして、後続の高強度噴流コールブレーカー時に研磨材が急速に貫通し、研磨材の堆積詰まりを回避することができる。
【0009】
ドリルロッド12の外には負圧排出管23がさらに嵌接して設けられ、負圧排出管23は、初回噴射研磨材を適時に回収することができ、すなわち、初歩的な低圧径方向噴流の時に、その噴流範囲は0.8m未満であり、この時に多くの研磨材は孔壁に対する衝撃コールブレーカーを形成することができ、負圧排出管23は同期してコール塊と研磨材を排出することができる。
【0010】
振動ロッドアセンブリ4は、
噴射管ラック21の一端に固定され、ドリルロッド12の内まで摺動可能に伸び込まれている押し付け軸柱42と、
ドリルロッド12の内に相対的に回転可能に設けられている回転軸41であって、回転軸41の一端には接触トレイ43が固定され、押し付け軸柱42は接触トレイ43に当接して接触されている回転軸41と、
回転軸41に嵌接して固定されている偏心カウンターウェイト44と、を含む。
【0011】
押し付け軸柱42と接触トレイ43との接触面は、やすり歯構造のように設けられ、回転軸41の回転作用(内蔵モータによって回転を駆動する)によって、押し付け軸柱42のやすり歯面と接触トレイ43のやすり歯面の高周波回転がずれて、噴射管ラック21が軸方向振動を行うことができ、偏心カウンターウェイト44の偏心回転と協力して、噴射管ラック21が径方向に小幅振動することができ、振動伝達効果が強く、ドリル孔内壁を効果的に振動疎通させ、内壁上の研磨材を迅速に離脱させ、回収しやすいようにする。
【0012】
側方調節噴流装置3は、
噴射管ラック21の内に設けられている中間倉庫31であって、中間倉庫31の一側には複数の流入管32が噴流され、流入管32がドリルロッド12の中央噴流チャネルと連通されている中間倉庫31と、
噴射管ラック21に同軸的に固定され、2層式キャビティ管構造のように設けられているループ部材36であって、ループ部材36の内輪キャビティ35には複数の噴流孔が均一に分布され、ループ部材36の内輪キャビティ35には複数の貫通口が設けられているループ部材36と、
噴射管ラック21の内に摺動可能に設けられている可動内管33であって、可動内管33には複数の貫通口に対応する内口が設けられ、可動内管33の一端が中間倉庫31と摺動可能に連通されている可動内管33と、
可動内管33の外に嵌接され、ループ部材36に当接して接触されている支持ばね34であって、可動内管33が力を受けていない時に噴射管ラック21の内壁の左側に位置するようにする支持ばね34と、
噴射管ラック21に固定されている前置スプレーヘッド5であって、前置スプレーヘッド5の一側には内接管37が連通され、内接管37の一端が可動内管33まで伸び込まれている前置スプレーヘッド5と、
可動内管33の中に固定されている内側プランジャ38であって、内側プランジャ38の一端が内接管37まで摺動可能に伸び込まれている内側プランジャ38と、を含む。
【0013】
内接管37の上の内側プランジャ38に近い一端の断面は他端の断面より小さく、内側プランジャ38は内接管37の内部を塞ぐことができ、可動内管33には流れシールド39がさらに設けられていることにより、可動内管33における噴流圧力が徐々に増加する時に、可動内管33は流れシールド39の遮断効果によって軸方向に摺動することができる。
【0014】
前置スプレーヘッド5の内周方向には複数の高圧噴流ヘッド51が分布され、高圧噴流ヘッド51はいずれもユニバーサル軸により前置スプレーヘッド5に回転可能に設けられ、内接管37の一端は分水ホース52により各高圧噴流ヘッド51と連通され、高圧噴流ヘッド51にはいずれも伝接レバー53が接続され、伝接レバー53の一端は可動内管33と接続されている。
【0015】
可動内管33のうちの研磨材気体噴流圧力が25Mpa未満である時に、可動内管33の上の内口は貫通口と対応的に連通され、可動内管33のうちの研磨材気体噴流圧力が25Mpaより高い時に、可動内管33は内接管37と対応的に連通され、高圧噴流ヘッド51の回転角度範囲は55°~90°であり(すなわち、研磨材気体噴流圧力の制御によって高圧噴流ヘッド51の噴流方向を調整する)、二次噴流コールブレーカーでは、研磨材気体噴流圧力が50Mpaより低い(25Mpaより高い)ように制御し、この時に、高圧噴流ヘッド51は非垂直架設にあり、斜め噴流コールブレーカーを行うことができ、コールブレーカー仕上げ作業では、研磨材気体噴流圧力が50Mpaより高いように調節し、この時に、高圧噴流ヘッド51は垂直架設にあり、径方向高強度コールブレーカー効果を形成でき、増透効果が強く、この時にドリルロッド12は中低速回転状態にあるべきである。
【0016】
具体的には、ドリルロッド12がソフト炭層にドリル孔を形成した後、まず側方調節噴流装置3により振動ロッドアセンブリ4と協力してドリル孔内壁を振動打撃し、研磨材気体の低圧径方向噴流を行い、同時に負圧排出管23が研磨材を回収して循環利用し、1回の軸方向の伸び込みを完了した後、ドリルロッド12が初期位置に変位し、この時に前置スプレーヘッド5によって研磨材気流の高圧噴流を行い、噴流圧力を制御することによって噴流角度を調整し、仕上において研磨材気体噴流圧力を50Mpaより高いように調節し、ドリル孔内壁に対する径方向コールブレーカー効果を形成することができ、透過増強性が強い。
【符号の説明】
【0017】
1 ドリルスタンド
11 給送ベース
12 ドリルロッド
13 材料輸送ブッシュ部材
14 駆動モータ
15 減速ギヤボックス
16 気体通流管
17 材料輸送管
2 噴流噴射部材
21 噴射管ラック
22 インナースプリング
23 負圧排出管
3 側方調節噴流装置
31 中間倉庫
32 流入管
33 可動内管
34 支持ばね
35 内輪キャビティ
36 ループ部材
37 内接管
38 内側プランジャ
39 流れシールド
4 振動ロッドアセンブリ
41 回転軸
42 押し付け軸柱
43 接触トレイ
44 偏心カウンターウェイト
5 前置スプレーヘッド
51 高圧噴流ヘッド
52 分水ホース
53 伝接レバー
【要約】
【課題】 ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置が開示されている。
【解決手段】 ソフト炭層用研磨材気体噴流コールブレーカー圧力開放透過増強装置は、噴流噴射部材(2)を含み、噴流噴射部材(2)は、ドリルロッド(12)に相対的に摺動可能に嵌接されている噴射管ラック(21)と、噴射管ラック(21)とドリルロッド(12)との間に周方向に分布されているインナースプリング(22)と、ドリルロッド(12)の内の噴射管ラック(21)に近い側に設けられ、噴射管ラック(21)に当接して接触されている振動ロッドアセンブリ(4)と、噴射管ラック(21)の中に設けられ、研磨材気体噴流圧力に応じて噴射方式を調整することができる側方調節噴流装置(3)と、を含み、ドリルロッド(12)の外には負圧排出管(23)がさらに嵌接して設けられ、負圧排出管(23)は、初回噴射研磨材を適時に回収することができ、ドリル孔内壁に軟化効果を達成させるとともに、研磨材を適時に回収し、内部の堆積詰まりを回避することができる。
【選択図】 図1
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7