一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置及方法技术领域
本发明涉及一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置及方法。
背景技术
随着我国煤矿进入深部开采，煤层低渗透、高瓦斯、难抽采、强突出特征日趋显著，
煤矿瓦斯治理愈加困难。水力增透技术以增透效果较好、技术工艺简单得到了较为广泛的
现场应用，但水射流冲击破岩性能随着冲击靶距增大而快速降低，直接导致钻孔内高压水
射流切割半径有限，使水力增透技术的应用效果依然有限。
发明内容
本发明提供了一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置及方法，可以有效增加
水射流切割半径，提高水力增透技术应用效果。
本发明采用的技术方案如下：
一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置，包括水流切割器，所述水流切割器内开
设有凹槽，凹槽内装配有内侧活塞体、中间活塞体和外侧活塞体，所述内侧活塞体开设有射
流口，所述内侧活塞体、中间活塞体和外侧活塞体均安装有复位弹簧，所述水流切割器端头
安装有刮刀片；所述内侧活塞体、中间活塞体和外侧活塞体随着所述凹槽内水压升高，向外
伸出，随着所述凹槽内水压降低且在所述复位弹簧作用下，恢复到原位置。
在上述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置中，所述水流切割器内凹槽与所述
外侧活塞体之间，所述外侧活塞体与所述中间活塞体之间，所述中间活塞体与所述内侧活
塞体之间开设有密封槽，所述密封槽内装配有密封圈。
在上述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置中，所述水流切割器内凹槽内水压
升高到一定数值时，所述外侧活塞体连同所述中间活塞体与所述内侧活塞体向外伸出，随
着水压继续升高到一定数值时，所述中间活塞体与所述内侧活塞体向外伸出，随着水压继
续升高到一定数值时，所述内侧活塞体单独向外伸出。
在上述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置中，所述水流切割器内凹槽内水压
升高到一定数值时，所述内侧活塞体单独向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述
中间活塞体与所述内侧活塞体向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述外侧活塞
体连同所述中间活塞体与所述内侧活塞体向外伸出。
一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽方法，使用上述井下钻孔内脉冲水射流递
进式切槽装置进行，步骤包括：
（a）将所述水射流切割器与密封钻杆连接，利用钻机将所述水射流切割器旋转推送至
已施工完成的钻孔煤层段；
（b）通过泵站向脉冲振荡器内通入高压水，流通过所述密封钻杆从所述水射流切割器
的所述射流口呈高压脉冲射流喷射出，使所述水射流切割器发生旋转，进而切割钻孔径向
煤体；
（c）在切割一定时间后，通过调压阀升高所述凹槽内水压，使所述内侧活塞体、中间活
塞体和外侧活塞体同时或其中两个或单独向外伸出，按此规律，直至所述内侧活塞体、中间
活塞体和外侧活塞体全部伸出；
（d）在切割一定时候后，停止向所述脉冲振荡器内通入高压水，利用所述钻机将所述水
射流切割器退出钻孔，完成钻孔的脉冲水射流切槽作业。
在步骤（c）中，所述水流切割器内凹槽内水压升高到一定数值时，所述外侧活塞体
连同所述中间活塞体与所述内侧活塞体向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述
中间活塞体与所述内侧活塞体向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述内侧活塞
体单独向外伸出。
在步骤（c）中，所述水流切割器内凹槽内水压升高到一定数值时，所述内侧活塞体
单独向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述中间活塞体与所述内侧活塞体向外
伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述外侧活塞体连同所述中间活塞体与所述内侧
活塞体向外伸出。
在上述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽方法中，所述的脉冲振荡器内腔的长径
比范围为1:1.5-1:2.5。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置，通过脉冲振荡器形成脉冲
水流，增加水射流的冲击切割性能，通过逐级调增射流器出流水压推进不锈钢活塞体逐级
伸展，不断降低射流器与孔壁煤体间的喷射靶距，保持脉冲水射流对煤体的持续破坏能力，
本发明能够提高钻孔内水射流切割深度2倍以上，显著扩大钻孔径向卸压影响范围。
另外，本发明能够提高钻孔抽采影响范围和瓦斯抽采性能，减少瓦斯抽采钻孔工
程量30%以上，提高煤层消突效果；可明显降低矿井瓦斯抽采的成本投入，具有较为显著的
安全经济效益，为矿井节支增收发挥积极作用。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合
附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置结构图（右半剖视）；
图2是本发明的井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽方法工艺示意图。
图中标记为：1-水射流切割器，2-密封钻杆，3-钻机，4-脉冲振荡器，5-泵站，6-调
压阀，101-内侧活塞体，102-中间活塞体，103-外侧活塞体，104-锥直型射流器，105-复位弹
簧，106-刮刀片，107-密封槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方
式作进一步地详细描述。
图1和图2所示是本发明一种井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置及方法的优
选实施例。
实施例一
所述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽装置，包括水流切割器1，所述水流切割器1内
开设有凹槽，凹槽内装配有内侧活塞体101、中间活塞体102和外侧活塞体103，所述内侧活
塞体101开设有射流口104，所述内侧活塞体101、中间活塞体102和外侧活塞体103均安装有
复位弹簧105，所述水流切割器1端头安装有刮刀片106；所述内侧活塞体101、中间活塞体
102和外侧活塞体103随着所述凹槽内水压升高，向外伸出，随着所述凹槽内水压降低且在
所述复位弹簧105作用下，恢复到原位置。
所述水流切割器1内凹槽与所述外侧活塞体103之间，所述外侧活塞体103与所述
中间活塞体102之间，所述中间活塞体102与所述内侧活塞体101之间开设有密封槽107，所
述密封槽107内装配有密封圈。
所述水流切割器1内凹槽内水压升高到一定数值时，所述外侧活塞体103连同所述
中间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述中
间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出，随着水压继续升高到一定数值时，所述内侧
活塞体101单独向外伸出。
所述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽方法，步骤包括：
（a）将所述水射流切割器1与密封钻杆2连接，利用钻机3将所述水射流切割器1旋转推
送至已施工完成的钻孔煤层段；
（b）通过泵站5向脉冲振荡器4内通入高压水，流通过所述密封钻杆2从所述水射流切割
器1的所述射流口104呈高压脉冲射流喷射出，使所述水射流切割器1发生旋转，进而切割钻
孔径向煤体；
（c）在切割一定时间后，通过调压阀6升高所述凹槽内水压，使所述内侧活塞体101、中
间活塞体102和外侧活塞体103同时或其中两个或单独向外伸出，按此规律，直至所述内侧
活塞体101、中间活塞体102和外侧活塞体103全部伸出；
（d）在切割一定时候后，停止向所述脉冲振荡器4内通入高压水，利用所述钻机3将所述
水射流切割器1退出钻孔，完成钻孔的脉冲水射流切槽作业。
在步骤（c）中，所述水流切割器1内凹槽内水压升高到一定数值时，所述外侧活塞
体103连同所述中间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出，随着水压继续升高到一定
数值时，所述中间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出，随着水压继续升高到一定数
值时，所述内侧活塞体101单独向外伸出。
所述脉冲振荡器4内腔的长径比范围为1:1.5-1:2.5。
实施例二
与实施例一不同之处在于：
所述水流切割器1内凹槽内水压升高到一定数值时，所述内侧活塞体101单独向外伸
出，随着水压继续升高到一定数值时，所述中间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出，
随着水压继续升高到一定数值时，所述外侧活塞体103连同所述中间活塞体102与所述内侧
活塞体101向外伸出。
所述井下钻孔内脉冲水射流递进式切槽方法的步骤（c）中，所述水流切割器1内凹
槽内水压升高到一定数值时，所述内侧活塞体101单独向外伸出，随着水压继续升高到一定
数值时，所述中间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出，随着水压继续升高到一定数
值时，所述外侧活塞体103连同所述中间活塞体102与所述内侧活塞体101向外伸出。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对
于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明的保护范围之中。