[發明專利]一種鉆孔深部縱向切縫裝置及方法

有效

• 申請號: 202010034946.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111042792B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 徐成;仇海生;曹垚林;王宇鹍;孫娜;孫文靜;張開加;郭懷廣
• 申請（專利權）人: 煤科集團沈陽研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B15/00;E21B10/60;E21B10/46
• 代理公司: 沈陽易通專利事務所 21116
• 代理人: 王建男;于麗麗

1.一種鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：包括空心鉆桿、切縫裝置鉆頭和操作組件，其中切縫裝置鉆頭安裝在空心鉆桿頭端，所述操作組件安裝在空心鉆桿尾部段，操作組件用于控制空心鉆桿移動進而控制切縫裝置鉆頭給進位置和角度；所述切縫裝置鉆頭包括供電裝置、鉆頭內置小型防爆電動機、電動機傳動齒輪、傳動齒輪組、金剛石鋸片和安裝夾板，所述傳動齒輪組包括一級傳動軸、二級傳動軸、一級錐齒輪、一級圓柱齒輪和二級圓柱齒輪，電動機傳動齒輪為動力輸出端，一級傳動軸、二級傳動軸均設置在兩個安裝夾板之間，電動機傳動齒輪為錐齒輪，一級錐齒輪安裝在一級傳動軸上，電動機傳動齒輪和一級錐齒輪相互嚙合；一級圓柱齒輪安裝在一級傳動軸上，同時一級圓柱齒輪和金剛石鋸片均安裝在二級傳動軸上，一級圓柱齒輪和二級圓柱齒輪相互嚙合，所述鉆頭內置小型防爆電動機設置在空心鉆桿頭端內部，所述供電裝置和鉆頭內置小型防爆電動機電連接，以對鉆頭內置小型防爆電動機供電，所述安裝夾板安裝在空心鉆桿頭部端面處，所述金剛石鋸片通過二級傳動軸安裝在安裝夾板中，且金剛石鋸片的部分外刃突出安裝夾板且金剛石鋸片直徑大于空心鉆桿的直徑，所述電動機傳動齒輪安裝在鉆頭內置小型防爆電動機的動力端，電動機傳動齒輪通過傳動齒輪組帶動安裝于二級傳動軸上的金剛石鋸片轉動切割；所述空心鉆桿尾部還具有控制空心鉆桿的操作組件。

2.根據權利要求1所述的鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：所述空心鉆桿的尾部具有高壓水泵和高壓注水管路，其中高壓水泵的出水端通過高壓注水管路與所述空心鉆桿尾部密封連接，高壓水泵用于對空心鉆桿內部空腔供水，所述空心鉆桿的頭端具有切縫裝置鉆頭射流噴嘴，該切縫裝置鉆頭射流噴嘴與空心鉆桿內部空腔連通，所述空心鉆桿內部水流可通過切縫裝置鉆頭射流噴嘴射出，以對切縫裝置鉆頭進行水降溫、以及在切縫過程中沖出巖屑。

3.根據權利要求2所述的鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：所述操作組件包括液壓控制仰傾底盤、鉆桿夾持器一和鉆桿夾持器二，其中鉆桿夾持器一和鉆桿夾持器二均安裝在液壓控制仰傾底盤上，鉆桿夾持器一和鉆桿夾持器二抱持在空心鉆桿的尾段；

所述鉆桿夾持器一和鉆桿夾持器二均包括夾持器外套筒、夾持器內套筒、夾持器外套筒滾軸、內套筒旋轉固定銷和夾持器內套筒徑向推桿，其中夾持器外套筒和夾持器內套筒套裝，夾持器外套筒滾軸設置在夾持器內套筒和夾持器外套筒之間，使夾持器內套筒和夾持器外套筒可相對轉動，所述夾持器內套筒徑向推桿中部套裝在空心鉆桿的外側，夾持器內套筒徑向推桿的把手置于夾持器外套筒外部，所述內套筒旋轉固定銷可拆卸的插裝在夾持器外套筒和夾持器內套筒上并使兩者定位，所述液壓控制仰傾底盤上開設滑道，鉆桿夾持器一和鉆桿夾持器二可沿著液壓控制仰傾底盤上部滑道軸向移動。

4.根據權利要求3所述的鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：所述鉆頭內置小型防爆電動機尾部設置鉆頭內置小型防爆電動機鋰電池，所述鉆頭內置小型防爆電動機鋰電池具有鉆頭內置小型防爆電動機開關，該鉆頭內置小型防爆電動機開關位于切縫裝置鉆頭尾部并朝向空心鉆桿內部空腔，在空心鉆桿內部空腔內注水超過閾值后，鉆頭內置小型防爆電動機觸發并實現金剛石鋸片轉動切割。

5.根據權利要求3所述的鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：所述空心鉆桿尾部具有外部電源箱，所述外部電源箱通過電機電纜與所述鉆頭內置小型防爆電動機電連接；所述電機電纜的前段位于切縫裝置鉆頭的內部，電機電纜主體置于空心鉆桿外部。

6.根據權利要求1所述的鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：所述金剛石鋸片為非圓形鋸片。

7.一種鉆孔深部縱向切縫方法，使用權利要求4所述的鉆孔深部縱向切縫裝置，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一，深部縱向切縫作業前，鉆進系統在煤層頂板形成預定尺寸長鉆孔，利用鉆桿夾持器一、鉆桿夾持器二通過單節空心鉆桿夾持切縫裝置鉆頭，其中夾持器內套筒徑向推桿可推動方向與金剛石鋸片徑向一致，通過調節液壓控制仰傾底盤，實現鉆孔對中，移除鉆桿夾持器一、鉆桿夾持器二內套筒旋轉固定銷，將夾持器內套筒徑向推桿連同夾持器內套筒以及金剛石鋸片旋轉至預切槽方向，插入內套筒旋轉固定銷將內套筒固定，利用多根空心鉆桿，通過鉆桿夾持器一的開合以及鉆桿夾持器二的開合與軸向推動，將切縫裝置鉆頭推送至預定切縫的堅硬頂板位置，多根空心鉆桿連接的過程中，通過空心鉆桿上的標記線對正，實現金剛石鋸片與夾持器內套筒徑向推桿方向的始終一致性；

步驟二，金剛石鋸片高速轉動，使用高壓水泵通過高壓注水管路、空心鉆桿向切縫裝置鉆頭注高壓水，鉆頭內置小型防爆電動機開關在高壓水作用下軸向回縮，進而接通鉆頭內置小型防爆電動機、鉆頭內置小型防爆電動機鋰電池、鉆頭內置小型防爆電動機開關串聯而成的內部電路，鉆頭內置小型防爆電動機開始工作，帶動電動機傳動齒輪橫向轉動，電動機傳動齒輪通過傳動齒輪組帶動固定于二級傳動軸中部的金剛石鋸片縱向轉動，與此同時開啟高壓水泵通過高壓注水管路、空心鉆桿向切縫裝置鉆頭注高壓水，經過切縫裝置鉆頭射流管路，由切縫裝置鉆頭射流噴嘴噴出，實現縱向轉動的同時，對整個切縫裝置鉆頭進行水降溫、并在切縫過程中沖出巖屑；

步驟三，金剛石鋸片徑向進刀、縱向切縫，固定于二級傳動軸及二級圓柱齒輪中部的金剛石鋸片轉動后，通過操縱鉆桿夾持器一、鉆桿夾持器二夾持器內套筒徑向推桿控制空心鉆桿、切縫裝置鉆頭整體徑向小幅度可控徑向移動，完成金剛石鋸片預定徑向進刀動作，鉆桿夾持器一小幅松開空心鉆桿，鉆桿夾持器二夾緊空心鉆桿并沿著液壓控制仰傾底盤上部滑道軸向緩慢可控移動完成空心鉆桿、切縫裝置鉆頭整體小幅度可控縱向移動，實現縱向切縫；

步驟四，金剛石鋸片退刀與對稱縱向切縫，一側切縫后，通過操縱鉆桿夾持器一、鉆桿夾持器二控制空心鉆桿、切縫裝置鉆頭整體沿著進刀徑向的相反方向小幅度緩慢移動，完成金剛石鋸片退刀動作，通過操縱鉆桿夾持器一、鉆桿夾持器二實現切縫裝置鉆頭退回至進刀前所在位置，并按照步驟三完成對稱側金剛石鋸片進刀以及縱向切縫工作；

步驟五，停止注水，通過操縱鉆桿夾持器一、鉆桿夾持器二退出切縫裝置鉆頭，利用封隔器對切縫位置封孔，利用高壓大流量泵通過耐高壓管路向封孔位置注入高壓水，完成縱向切縫水力壓裂。