[發明專利]投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置以及增滲方法

在審

• 申請號: 202010034883.3
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111088992A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 李艷增;許幸福;張天明;王耀鋒;張利軍;薛偉超;張超;王春光;黃鶴;石永生
• 申請（專利權）人: 煤科集團沈陽研究院有限公司;山西潞安環保能源開發股份有限公司漳村煤礦
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26;E21B43/114;E21B43/119;E21B7/18;E21B7/28
• 代理公司: 沈陽易通專利事務所 21116
• 代理人: 王建男;于麗麗

本發明涉及煤層卸壓增滲裝備技術領域，投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，鉆桿安裝于液壓鉆機并由液壓鉆機驅動軸向轉動，所述鉆頭固定于鉆桿前端；高壓管匯通過旋轉接頭連接于鉆桿后端，高壓管匯連接高壓水力泵站和通過高壓旋轉接頭連接鉆桿尾端，用于通過高壓密封鉆桿向鉆頭輸送高壓水，鉆頭柄部沿徑向對稱安裝多個水射流噴嘴，通過是否投放密封球來控制水射流噴嘴的出口壓力，進而實現低壓鉆進、中壓擴孔和高壓割縫的功能。本裝置實現鉆孔鉆進與水射流割縫的一體化作業，有效減少作業程序。另外，本發明還提出了一種投球式高壓水力鉆割一體化增滲方法。

技術領域

本發明涉及煤層卸壓增滲裝備技術領域，特別涉及高壓水力鉆割一體化技術。

背景技術

目前，高瓦斯礦井和突出礦井的礦井瓦斯治理主要是通過施工鉆孔預抽煤層中的瓦斯，降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，減少工作面瓦斯涌出量來避免煤礦開采過程中的瓦斯事故。在不采取強化抽采措施的前提下，鉆孔直徑是影響單一鉆孔預抽瓦斯抽采效果的關鍵因素：孔徑小，所形成的塑性圈直徑小，鉆孔的表面積小，影響瓦斯的排放速度，抽采時間增長，影響礦井的高效開采；鉆孔的孔徑過大，增加打鉆施工和封孔的時間成本和財物成本，鉆孔在地應力等綜合作用下成孔和穩定性差，容易塌孔，影響鉆孔的正常抽采。

針對上述情況，需要一種技術及裝備能夠實現煤層鉆孔的局部擴大直徑，增大塑性區，提高瓦斯抽采效果而又不影響鉆孔的成形。目前常規采用的方法是高壓水力割縫、水力擴孔、水力沖孔等措施。其主要流程是鉆孔施工結束后退出鉆具，利用鉆機將高壓水力作業系統的噴頭、噴嘴等送至鉆孔內預定位置，利用高壓水對煤體進行切割或者擴孔等措施，但該技術應用時增加了施工工序，加大了煤礦工人的勞動強度。目前，有關科研院所也研制了基于高壓水節流密閉增壓原理的高壓鉆割一體化鉆頭，各噴嘴的打開和關閉由在直徑為94mm的鉆頭內裝設包括活塞、彈簧和滑套組成的切換結構調整水泵壓力來實現，在有限空間內安裝大量機械裝置，影響了裝備的適用性和穩定性，限制了該技術的發展。

因此，就需要一種經過改進的投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，在鉆孔施工完成后，不需要退出鉆桿，通過鉆桿內徑投入憋壓密封球與密封球座合作，密閉鉆頭低壓鉆進出水口實現憋壓產生超高壓水射流對煤體進行擴孔及割縫，實現煤層快速卸壓增透的目的。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出的投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，該裝置不僅可以正常鉆進施工，而且在退鉆過程中可以利用超高壓水射流對煤層進行擴孔及割縫，實現鉆孔鉆進與水射流割縫的一體化作業，有效減少作業程序。另外，本發明還提出了一種投球式高壓水力鉆割一體化增滲方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

在第一個技術方案中，投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，包括鉆頭、高壓密封鉆桿、液壓鉆機、高壓旋轉接頭、超高壓管匯和高壓水力泵站，所述鉆桿安裝于液壓鉆機并由液壓鉆機驅動軸向轉動，所述鉆頭固定于鉆桿前端；所述高壓管匯通過旋轉接頭連接于鉆桿后端，所述高壓管匯連接高壓水力泵站和通過高壓旋轉接頭連接鉆桿尾端，用于通過高壓密封鉆桿向鉆頭輸送高壓水，所述鉆頭柄部沿徑向對稱安裝多個水射流噴嘴，通過是否投放密封球來控制水射流噴嘴的出口壓力，進而實現低壓鉆進、中壓擴孔和高壓割縫的功能。

在第一個技術方案中，作為優選的，所述鉆頭包括包括密封球、鉆頭冠部和鉆頭柄部，所述鉆頭冠部連接在鉆頭柄部的前端，所述鉆頭冠部和鉆頭柄部具有由鉆頭冠部內部到鉆頭柄部內部連續貫通的通道，該通道的前端開口位置位于鉆頭冠部內并形成出水口，所述通道的內部設有密封座，所述密封座和鉆頭柄部后端之間段設有若干個水射流噴嘴；在第一狀態時，所述出水口和所述水射流噴嘴均與通道后端連通；所述密封球投放到通道內后抵接在密封座上并封閉通道的中部并形成第二狀態，在第二狀態時，所述出水口與所述通道后端相對封閉，僅使水射流噴嘴與通道后端連通，并使水射流噴嘴增壓。

在第一個技術方案中，作為優選的，所述密封座朝向通道尾端的端面為球形凹槽，該球形凹槽與所述密封球表面曲率相匹配。