[發明專利]一種激光鉆割一體化強化瓦斯抽采系統及方法

有效

• 申請號: 201710865097.6
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107642376B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 鄒全樂;蘇二磊;李清淼;梁運培;張天誠;梁金燕;李全貴;張躍兵;李波;王法凱
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B3/02;E21B10/00;E21B10/60;E21B43/34;E21B43/26;E21B17/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

1.一種激光鉆割一體化強化瓦斯抽采系統，其特征在于:主要包括壓風管道(1)、壓風管道閥門(2)、激光發生器(3)、鉆機(4)、氣渣分離器(5)、鉆桿(6)、孔口密封器(7)、光纖(8)、鉆頭(9)、瓦斯抽采管道(10)和瓦斯抽采管道閥門(11)；

所述壓風管道(1)與鉆機(4)連接；所述壓風管道(1)安裝有壓風管道閥門(2)；所述鉆機(4)帶動鉆桿(6)鉆進；所述鉆桿(6)中空，即具有容納光纖(8)的軸向通道；所述鉆桿(6)一端連接鉆頭(9)；所述鉆頭(9)的表面鑲嵌有若干激光頭；所述激光發生器(3)發射激光；所述激光通過鉆桿(6)內部的光纖(8)導入所述激光頭；所述鉆頭(9)在煤層或巖石中鉆進時，所述激光射向鉆頭(9)周圍的煤層或巖層；所述壓風管道(1)內的加壓氣體進入鉆桿(6)的中空內腔，并從鉆頭(9)的噴射孔(9-7)射向煤體或巖體；

所述孔口密封器(7)為一管狀體；所述孔口密封器(7)的前端開口，并固定在鉆孔孔口孔壁上，后端與氣渣分離器(5)連接；所述鉆桿(6)可以從孔口密封器(7)的后端伸入孔口密封器(7)內部，并進入所述鉆孔鉆進；

在氣渣分離時，通過所述瓦斯抽采管道(10)抽瓦斯；所述瓦斯抽采管道(10)安裝有瓦斯抽采管道閥門(11)。

2.根據權利要求1所述的一種激光鉆割一體化強化瓦斯抽采系統，其特征在于：所述激光發生器(3)通過所述光纖接頭I(3-1)與光纖接頭II(8-1)或光纖接頭III(8-2)連接；

光纖接頭II(8-1)和光纖接頭III(8-2)通過光纖(8)分別與分光器IV(9-1)和分光器V(9-2)連接；分光器I(9-1)通過光纖與軸向激光頭I(9-3)和軸向激光頭II(9-4)連接，分光器II(9-2)通過光纖與側向激光頭I(9-5)和側向激光頭II(9-6)連接；

所述軸向激光頭I(9-3)、軸向激光頭II(9-4)、側向激光頭I(9-5)和側向激光頭II(9-6)均是所述鉆頭(9)的表面鑲嵌的激光頭。

3.根據權利要求1或2所述的一種激光鉆割一體化強化瓦斯抽采系統，其特征在于：所述的氣渣分離器(5)上設置有霧化噴嘴 (5-1)；鉆頭(9)噴出的風流攜帶巖屑進入氣渣分離器(5)時，霧化噴嘴(5-1)噴出的水霧捕捉巖屑，氣流則被抽采。

4.根據權利要求3所述的一種激光鉆割一體化強化瓦斯抽采系統，其特征在于：所述鉆頭(9)前端對稱設置有噴射孔(9-7)。

5.基于1～4任意一項權利要求所述系統的激光鉆割一體化強化瓦斯抽采方法，其特征在于，包括以下步驟：

1〕連接光纖接頭(3-1)與光纖接頭(8-1)，啟動鉆機(4)和激光發生器(3)，鉆機(4)帶動鉆頭(9)鉆進，形成煤層或巖壁上的孔口；

2〕關閉激光發生器(3)和壓風管道閥門(2)，鉆機(4)帶動鉆頭(9)退出鉆孔，關閉鉆機(4)；

3〕將孔口密封器(7)固定在鉆孔壁上；將孔口密封器(7)連接到氣渣分離器(5)上，連接氣渣分離器(5)和瓦斯抽采管道(10)；

4〕啟動鉆機(4)和激光發生器(3)，鉆機(4)帶動鉆桿(6)鉆進到穿過煤層頂板，再將鉆頭后退到煤層內，連接光纖接頭(3-1)和光纖接頭(8-2)；鉆進過程中，從鉆頭(9)噴出的風流攜帶巖屑進入氣渣分離器(5)，此時，霧化噴嘴(5-1)噴出的水霧捕捉巖屑，氣流進入瓦斯抽采管道(10)；

5〕鉆機(4)帶動鉆頭(9)轉動，使鉆頭(9)圍繞軸心線旋轉，對鉆頭(9)所在位置的煤體進行激光割縫；

6〕將鉆頭(9)沿孔口方向后退，重復步驟5〕，完成鉆頭(9)下一位置的激光割縫，周而復始，完成多個位置的激光割縫；

7〕關閉壓風管道閥門(2)、瓦斯抽采管道閥門(11)和激光發生器(3)，退出鉆頭(9)，卸除孔口密封器(7)，封孔，進行瓦斯抽采。