[發明專利]高壓水射流煤層鉆擴孔系統和方法

有效

• 申請號: 200910104232.0
• 申請日: 2009-07-01
• 公開（公告）號: CN101586441A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 孫東玲;林府進;陳金華;張軍;董鋼鋒;梁運培;夏永軍;孫炳興;何清;黃旭超;李日富
• 申請（專利權）人: 煤炭科學研究總院重慶研究院
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B10/60
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及煤礦安全生產礦用設備技術領域，特別涉及一種高壓水射流煤 層鉆擴孔系統以及一種高壓水射流煤層鉆擴孔的方法。

背景技術

隨著我國煤炭行業的發展以及國民經濟對煤炭需求的增大，煤炭產量不斷 提高。這樣，一方面現有的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井面臨提高產量的壓力， 另一方面生產礦井的延深使得原來的礦井越來越多地逐漸變為高瓦斯、突出礦 井。對于突出煤層和高瓦斯煤層而言，瓦斯抽放是防治突出和治理瓦斯的治本 措施，而鉆孔抽放瓦斯是可行而且較為經濟的一種抽放方法，已得到了越來越 廣泛的應用。

我國是煤與瓦斯突出災害最嚴重的國家，據不完全統計，平均每年突出次 數在600次以上，防突是煤礦安全生產的主要任務。這些煤礦的地應力大、煤 層松軟，而且突出煤層瓦斯壓力大。常規機械鉆機具施工順層鉆孔非常困難， 常常會出現卡鉆、夾鉆、噴孔，甚至突出等現象，造成施工深度不大，甚至發 生安全事故。另外，由于鉆孔的直徑越大，瓦斯抽放效果越好，采用傳統的機 械鉆機施工大直徑鉆孔就更加困難。但是，如果僅采用非接觸式的射流鉆機具， 在鉆孔過程中容易出現大塊煤渣，堵塞鉆孔造成排渣不暢，使得鉆孔成孔深度 非常有限，大大限制了它的應用。

針對我國有很大比例的高地應力、松軟、高瓦斯煤層，而且這些煤層的順 層機械式鉆孔施工非常困難以及穿層鉆孔煤層段孔徑較小的具體情況，克服機 械鉆機具和射流鉆機具的缺點，研究開發射流機械聯合破煤鉆擴孔的施工技術， 即高壓水射流煤層鉆擴孔系統和方法顯得尤為急迫和必要。

鑒于以上情況，為了增大高瓦斯、突出煤層瓦斯抽放鉆孔的成孔深度和孔 徑，開發能同時適用于順煤層鉆孔和穿層鉆孔擴孔施工的高壓水射流煤層鉆擴 孔技術和裝備，無疑將具有非常廣闊的應用前景。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高壓水射流煤層鉆擴孔系統和一種高壓水射 流煤層鉆擴孔方法，通過運用高壓水射流煤層鉆擴孔技術，可以解決在我國高 地應力、松軟煤層中，常規機械鉆機施工順層鉆孔難和穿層鉆孔煤層段孔徑小 的問題，實現煤層順層鉆孔和擴孔同步實施，以及穿層鉆孔擴孔的目的。

本發明的目的之一是提供一種高壓水射流煤層鉆擴孔系統，包括高壓水射 流發生系統、鉆機、鉆桿鉆具系統，所述高壓水射流發生系統包括依次相連的 儲水箱、高壓水泵、高壓膠管，所述鉆機包括鉆機操縱臺和鉆機本體，鉆桿鉆 具系統包括高壓旋轉密封裝置、高壓密封鉆桿和射流機械葉片組合塔式鉆頭， 所述射流機械葉片組合塔式鉆頭的前端設置有至少一個高壓水射流噴嘴，所述 高壓膠管通過高壓旋轉密封裝置與高壓密封鉆桿的尾部相連且與高壓密封鉆桿 的內腔相通，所述高壓密封鉆桿的另一端與射流機械葉片組合塔式鉆頭相連的 尾部相連，所述高壓密封鉆桿的內腔與高壓水射流噴嘴相連通。

進一步，所述射流機械葉片組合塔式鉆頭的前端面按中心對稱均勻設置多 個機械葉片，在高壓密封鉆桿的旋轉帶動作用下，所述射流機械葉片組合塔式 鉆頭可實現軸向旋轉；

進一步，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 射流機械葉片組合塔式鉆頭的旋轉中心位置；

進一步，所述高壓水射流噴嘴包括至少兩個斜向噴嘴，所述斜向噴嘴設置 在機械葉片之間，所述斜向噴嘴的軸線與噴頭裝置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°；

進一步，在射流機械葉片組合塔式鉆頭的中部，以等間距的方式在同一橫 截面圓周上對稱設置有至少兩個側向噴嘴；

進一步，所述射流機械葉片組合塔式鉆頭的后部設置有可拆卸的后置增大 葉片；

進一步，所述射流機械葉片組合塔式鉆頭與高壓射流鉆桿之間的連接，以 及高壓射流鉆桿之間的連接均采用內置擠壓密封連接方式；

進一步，所述高壓旋轉密封裝置包括中空的旋轉軸、高壓密封圈和外部殼 體，連接處采用高壓密封圈進行密封，所述旋轉軸設置在外部殼體內部且可在 外力作用下實現軸向旋轉；所述旋轉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，所述旋轉軸的內部空腔與高壓射流鉆桿及高壓水 射流噴嘴相通。

本發明的目的之二是提供一種高壓水射流煤層鉆擴孔方法，包括以下步驟：