[發(fā)明專(zhuān)利]高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910104232.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101586441A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫東玲;林府進(jìn);陳金華;張軍;董鋼鋒;梁運(yùn)培;夏永軍;孫炳興;何清;黃旭超;李日富
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院
• 主分類(lèi)號(hào): E21B7/18
• 分類(lèi)號(hào): E21B7/18;E21B10/60
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙榮之

1.高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，包括高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)、鉆機(jī)、鉆桿鉆 具系統(tǒng)，所述高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)包括依次相連的儲(chǔ)水箱、高壓水泵、高壓膠 管，所述鉆機(jī)包括鉆機(jī)操縱臺(tái)和鉆機(jī)本體，其特征在于：鉆桿鉆具系統(tǒng)包括高 壓旋轉(zhuǎn)密封裝置、高壓密封鉆桿和射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭，所述射流機(jī)械 葉片組合塔式鉆頭的前端設(shè)置有至少一個(gè)高壓水射流噴嘴，所述高壓膠管通過(guò) 高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置與高壓密封鉆桿的尾部相連且與高壓密封鉆桿的內(nèi)腔相通， 所述高壓密封鉆桿的首端與射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭的尾部相連，所述高壓 密封鉆桿的內(nèi)腔與高壓水射流噴嘴相連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于：所述射 流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭的前端面按中心對(duì)稱(chēng)均勻設(shè)置多個(gè)機(jī)械葉片，在高壓 密封鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)作用下，所述射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭可實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于：所述高 壓水射流噴嘴包括直向噴嘴，所述直向噴嘴沿軸向布置在射流機(jī)械葉片組合塔 式鉆頭的旋轉(zhuǎn)中心位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于： 所述高壓水射流噴嘴包括至少兩個(gè)斜向噴嘴，所述斜向噴嘴設(shè)置在機(jī)械葉片之 間，所述斜向噴嘴的軸線與射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭的軸線之間存在夾角， 沿出水方向，該夾角的角度范圍為30°～75°。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于：在射 流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭的中部，以等間距的方式在同一橫截面圓周上對(duì)稱(chēng)設(shè) 置有至少兩個(gè)側(cè)向噴嘴。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于：所述 射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭的后部設(shè)置有可拆卸的后置增大葉片。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于：所 述射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭與高壓射流鉆桿之間的連接，以及加長(zhǎng)鉆桿長(zhǎng)度 時(shí)，多根高壓射流鉆桿首尾之間的依次連接均采用內(nèi)置擠壓密封連接方式。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)，其特征在于：所述高 壓旋轉(zhuǎn)密封裝置包括中空的旋轉(zhuǎn)軸、高壓密封圈和外部殼體，所述旋轉(zhuǎn)軸與外 部殼體的連接處通過(guò)高壓密封圈進(jìn)行密封，所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在外部殼體內(nèi)部且 可在外力作用下實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)；所述旋轉(zhuǎn)軸的一端與高壓射流鉆桿的桿身相連 接，另一端與高壓膠管固定連接，所述旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部空腔與高壓射流鉆桿及高 壓水射流噴嘴相通。

9.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的高壓水射流煤層鉆擴(kuò)孔系統(tǒng)的高壓水射流煤層 鉆擴(kuò)孔方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)用快速接頭固定連接好高壓膠管和高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置的一端，高壓旋轉(zhuǎn) 密封裝置的另一端與高壓射流鉆桿連接，在高壓射流鉆桿端部安裝射流機(jī)械葉 片組合塔式鉆頭；

2)開(kāi)啟鉆機(jī)，帶動(dòng)高壓射流鉆桿旋轉(zhuǎn)，通過(guò)射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭的 機(jī)械葉片沿設(shè)計(jì)的鉆孔角度在煤層中磨削鉆進(jìn)一段距離；

3)開(kāi)啟高壓水射流發(fā)生設(shè)備，產(chǎn)生的高壓水流經(jīng)高壓旋轉(zhuǎn)密封裝置和高壓 射流鉆桿從射流機(jī)械葉片組合塔式鉆頭上的高壓水射流噴嘴噴出，在高壓射流 鉆桿帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)作用下形成旋轉(zhuǎn)射流，射流對(duì)孔底和孔壁煤體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割， 在射流的旋轉(zhuǎn)切割和機(jī)械葉片磨削組合作用下高壓射流鉆桿帶動(dòng)射流機(jī)械葉片 組合塔式鉆頭鉆進(jìn)并擴(kuò)孔；

4)在向煤層鉆孔內(nèi)鉆進(jìn)預(yù)定長(zhǎng)度后關(guān)閉控制閥，逐步增加高壓射流鉆桿的 數(shù)量，以進(jìn)行下一步的鉆進(jìn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔深；

5)關(guān)閉高壓水射流發(fā)生系統(tǒng)，由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)逐步起拔高壓射流鉆桿，完成煤 層鉆擴(kuò)孔施工。