[發明專利]本煤層瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔裝置

有效

• 申請號: 201310361453.2
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103437705A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 倪小明;賈炳;高保彬;曹運興;張玉貴
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/18;E21B10/60;E21B10/26;E21B10/42;E21B10/46;E21F7/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 朱俊峰;王聚才

技術領域

本發明屬于煤礦安全生產技術領域，尤其涉及一種本煤層瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔裝置。

背景技術

煤炭在我國國民經濟建設，能源需求方面占有舉足輕重的地位。隨著國家對煤炭需求的增加，煤礦開采深度及開采強度也在逐年增加。隨著煤礦開采深度以及開采強度的增大，瓦斯含量、瓦斯壓力也在逐漸增加，增加了煤與瓦斯突出的可能性。降低煤層中的瓦斯含量是減少煤與瓦斯突出可能性的重要舉措之一。降低煤層瓦斯含量的方法有很多，目前通過在煤層或頂、底板巖層中打抽放鉆孔進行瓦斯抽放是目前應用較廣泛的措施之一。

隨著煤礦開采機械化程度的提高，與以往相比，采煤工作面的長度、寬度也發生了巨大變化，工作面長度更長，寬度也更寬，為了更加有效、快速的降低采煤工作面的瓦斯，鉆孔長度也由原來的幾十米發展到現在的幾百米甚至近1000米。隨著鉆孔深度的增加，不同深度煤層透氣性系數的差異性、抽放負壓的差異性等引起的不同深度抽放有效半徑的差異性突顯。而目前的鉆孔間距的設計，大多是根據淺孔煤層透氣性、抽放負壓等計算或經驗得出的抽放半徑進行的。當鉆孔深度較深，煤層透氣性變化較大時，采用大致相同的孔間距進行施工，間距過大可能導致一些區域瓦斯含量不能有效降低，形成瓦斯抽采的盲區；間距過小可能造成在一些區域重疊，造成資源的浪費。

煤層是一種非均質性很強的巖石，由于煤層裂隙寬度、長度、方向、密度等的差異性，導致同一鉆孔內煤層的透氣性可能存在很大的差異性，進而導致進行抽放時，若不考慮煤層透氣性隨鉆孔深度的變化，可能導致一些區域瓦斯含量降低的快，一些區域瓦斯含量難以下降，不能有效降低煤與瓦斯突出的危險性。

在煤礦井下進行多分支水平鉆孔是近年來發展起來的一項技術。多分支水平鉆孔因其控制面積大、若分支段布置比較合理，則抽放效果比較理想。若分支間距、開孔位置不合理，容易造成瓦斯抽放重疊區或抽放盲區，不僅影響抽放效果，而且可能造成煤與瓦斯突出。同時，在煤層中進行多分支鉆孔，成本比較高，合理進行開孔及孔深度設計顯得非常重要。煤儲層非均質性的存在，導致主支不同深度下的透氣性不同，對抽放效果會產生重要影響。

因此，迫切需要一種抽采裝置及其抽采工藝，可以根據不同鉆孔深度的煤層透氣性系數的不同，進行瓦斯抽采設計與施工，既實現均勻降低抽采區內煤層瓦斯含量，同時又減少了不必要的施工費用，實現煤礦的安全、高效生產。

發明內容

本發明針對目前井下本煤層瓦斯抽采的深鉆孔施工中鉆孔間距不隨深度變化容易造成抽采盲區和抽采重疊區的問題，本發明提供一種本煤層瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔裝置。通過該裝置可以根據煤層透氣性系數隨深度的變化確定出本煤層瓦斯抽采多分支孔的分支級數、分支數目，并對多分支孔快速鉆進，進而達到均勻降低抽采區煤層瓦斯含量的目的，減少煤與瓦斯突出的危險性。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：本煤層瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔裝置，包括防爆電機6、與防爆電機6傳動連接的鉆桿19、鉆進系統、射流沖孔系統和定向系統，鉆桿19前端設有圓錐形鉆頭8，鉆進系統的高壓水流由鉆桿19的后端中央進入從圓錐形鉆頭8前端排出，定向系統設在鉆桿19前部，射流沖孔系統的高壓水流由鉆桿19的后端外側進入從圓錐形鉆頭8中部噴射出。

所述鉆進系統包括水箱1，沿鉆桿19中心軸向設置的一條進水中心通道7以及設在圓錐形鉆頭8上的三個高壓噴水孔27，進水中心通道7進水口設有第一管接頭4，當鉆桿19高速旋轉時，第一管接頭4固定不動且與進水中心通道7通過第一密封件18及第二密封件17密封連通；第一管接頭4上設有第一閥門25，第一管接頭4的進水口通過第一高壓進水管3與水箱1連接，進水中心通道7的出水口與三個高壓噴水孔27連通，第一高壓進水管3上有大排量水泵2。

所述射流沖孔系統包括沿鉆桿19軸向均勻布置的四條進水邊緣通道21以及設在圓錐形鉆頭8上的四個高壓射流孔26，高壓射流孔26位于高壓噴水孔27后側，四條進水邊緣通道21的進水口分別設有一個第二管接頭15；第二管接頭15上設有第二閥門16，四個第二管接頭15的進水口通過一根第二高壓進水管11與水箱1連接，每個進水邊緣通道21的出水口分別對應與一個高壓射流孔26連接，高壓射流孔26的噴射方向與鉆桿19的中心線呈10°的夾角，第二高壓進水管11上沿水流方向順次設有高壓水泵12和壓力表13。