[發明專利]一種機械造穴煤層增透用液壓擴孔鉆具及其擴孔方法

有效

• 申請號: 202010363648.0
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111577142B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 劉春;周福寶;王興軍;王海榮;邊平;孔祥毅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;徐州中裝工程機器人研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/28
• 分類號: E21B7/28;E21B10/32;E21B10/54;E21B10/60
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

一種機械造穴煤層增透用液壓擴孔鉆具及其擴孔方法，擴孔刀可旋轉地安裝在中空圓柱軸的前側，以中空圓柱軸的橫向中心線為界，擴孔刀后端外壁的一側設置弧形卡齒，擴孔刀后端外壁的另一側設置卡槽，卡頭的頂端貫穿卡位裝置后與卡槽相適配；在鉆具主體后部的管道中設置液壓缸和供壓縮空氣以及高壓水流通過的氣水通道Ⅰ，設置在液壓缸上的齒輪與弧形卡齒咬合；氣水分支通道Ⅲ的一端連通氣水通道Ⅰ，另一端與卡位裝置的底端連通，通過齒輪與弧形卡齒的咬合，液壓缸工作，齒輪轉動，帶動弧形卡齒轉動，擴孔刀打開角度，本發明結構簡單，操作方便，可以適應不同擴孔直徑的需求且不需要改變擴孔刀的長度，提高擴孔效率，降低工作量的同時縮短工作周期。

技術領域

本發明涉及一種擴孔鉆具，具體是一種機械造穴煤層增透用液壓擴孔鉆具及其擴孔方法，屬于煤礦瓦斯抽采技術領域。

背景技術

我國的煤礦開采業歷史悠久，煤礦開采業也帶來了大量的煤炭資源，而煤炭資源屬于不可再生資源，隨著煤炭的開發和利用，我國煤炭資源儲存量已大幅削減，隨著煤炭資源的大幅消減，煤礦開采逐漸向深部延伸，深部煤層地質構造更加復雜，煤層瓦斯含量和瓦斯壓力顯著增加，隨之帶來的是安全事故的頻發。為此開采的首要任務變成了瓦斯抽采，但我國煤炭資源多為低透氣性煤層，這使得瓦斯抽采時間大大增加，抽采效率大幅降低，從而影響了礦井生產的接替。

對于不具備開采保護層條件的單一高瓦斯低透性煤層，為有效地解決低透氣性煤層瓦斯抽采難題，需借助層內卸壓增透的方法，提高煤層的滲透性，為此可采用機械鉆孔的瓦斯抽采方法，該方法可擴大抽放孔的內表面積，從而增加煤層的透氣性，但相繼帶來的就是擴孔效率低，工作量較大以及工作周期過長等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種機械造穴煤層增透用液壓擴孔鉆具及其擴孔方法，結構簡單，操作方便，可以適應不同擴孔直徑的需求且不需要改變擴孔刀的長度，提高擴孔效率，降低工作量的同時縮短工作周期。

為了實現上述目的，本發明提供一種機械造穴煤層增透用液壓擴孔鉆具，包括接頭、鉆具主體、PDC鉆頭，鉆具主體的前端安裝PDC鉆頭，鉆具主體的后端連接接頭，鉆具主體為中空結構，在鉆具主體中安裝有中空圓柱軸且中空圓柱軸與鉆具主體的中心線垂直，擴孔刀可旋轉地安裝在中空圓柱軸的前側，在鉆具主體前部的管道側壁上開設有可供擴孔刀旋進旋出的通孔，在擴孔刀內部開設有供壓縮空氣以及高壓水流通過的氣水通道Ⅱ；以中空圓柱軸的橫向中心線為界，在擴孔刀后端外壁的一側設置弧形卡齒，擴孔刀后端外壁的另一側設置卡槽，在卡槽一側的鉆具主體上安裝卡位裝置，擋板的一端固定在卡位裝置的側壁上，另一端懸空，彈簧的底端固定在擋板上，彈簧的頂端與卡頭的底端之間通過可上下移動的連接板連接，卡頭的頂端貫穿卡位裝置的頂壁后與卡槽相適配；在鉆具主體后部的管道中設置液壓缸和供壓縮空氣以及高壓水流通過的氣水通道Ⅰ，液壓缸的兩個工作端口分別連接液壓通道Ⅰ、液壓通道Ⅱ，設置在液壓缸上的齒輪與弧形卡齒咬合；氣水通道Ⅰ經鉆具主體通向PDC鉆頭；氣水通道Ⅰ與中空圓柱軸之間通過氣水分支通道Ⅰ連通，中空圓柱軸經氣水分支通道Ⅱ后與氣水通道Ⅱ連通并通向煤層；氣水分支通道Ⅲ的一端連通氣水通道Ⅰ，另一端與卡位裝置的底端連通。

為了滿足擴孔直徑的需求，將本發明擴孔刀的旋轉范圍設置在0～90°之間，通過擴孔刀的旋轉角度來滿足擴孔直徑的變化。

為了滿足擴孔直徑的需求，本發明的卡槽為多個，多個卡槽依次設置在擴孔刀的外壁上。

擴孔刀是用來擴孔的鉆具，可以用來破碎井下煤層，由于煤層中煤的硬度不一致以及煤層中夾帶有矸石，需要耐磨度高、使用壽命長的擴孔刀，為了滿足要求在擴孔刀以及PDC鉆頭的硬度要求，本發明選擇在擴孔刀以及PDC鉆頭上均安裝金剛石復合片。

由于中空圓柱軸與擴孔刀末端的連接處采用的是可旋轉連接，為了防止該連接處漏水，本發明在擴孔刀與中空圓柱軸連接處設置密封圈，為了提高密封圈的密封性能，本發明的密封圈為唇形密封圈。