水力喷射外旋式钻进喷头关键参数及成孔效果试验研究

煤矿井下小曲率径向钻孔是一种新型瓦斯抽采水力化增产技术,是实现精准智能化高效抽采的重要途径之一,其中射流喷头的结构和成孔效果是该技术的关键和难点.为了满足高效钻进和成孔规则的要求,文章系统分析了外旋式喷头的结构参数、水力参数和射流参数对破岩成孔效果的影响规律.通过破岩钻进试验,获得了外旋式射流喷头喷嘴数量、喷嘴偏转角、射流压力和射流喷距等关键参数对破岩成孔效果的影响规律;得到了喷嘴不同张角的破岩特性,即随着喷嘴张角增大破岩孔深逐渐减小,孔径逐渐增大,其中喷嘴张角为30°时破岩体积最大;基于外旋式射流的旋转特性,设计了多喷嘴移轴倾斜圆周型布置方式,确定出最优空间布置参数为正向喷嘴数为3个,喷嘴张角分别为20°,30°和50°,喷嘴间距分别为2和5 mm.同时,开展了多种岩性的钻进试验,钻孔断面均呈规则圆形,成孔直径砂岩为24 mm、型煤为40 mm,分别为喷头外径的1.5倍和2.5倍,为煤矿井下小曲率钻进技术的突破提供了技术支撑.