[發明專利]一種大直徑瓦斯抽采鉆孔成孔裝置和方法

有效

• 申請號: 202010477024.1
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111608585B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 高亞斌;向鑫;郭曉亞;牛岳屾;韓培壯
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B44/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明屬于煤礦井下施工領域，具體是一種大直徑瓦斯抽采鉆孔成孔裝置和方法。包括高壓液體發生系統、中央智能控制系統以及智能鉆進系統，高壓液體發生系統與中央智能控制系統連接，中央智能控制系統通過高壓密封水管與智能鉆進系統連接，智能鉆進系統包括智能鉆機、密封自動鉆桿和自旋鉆頭，智能鉆機上安裝密封自動鉆桿，密封自動鉆桿前端安裝自旋鉆頭，自旋鉆頭上安裝有激光測距裝置以及高壓射流裝置。本發明中可以實現低透氣性煤層的卸圧增透作用與抽采鉆孔的擴孔徑、降成本作用相結合，在減少鉆孔數量的同時，能夠保障礦井煤層瓦斯的高效抽采。

技術領域

本發明屬于煤礦井下施工領域，具體是一種大直徑瓦斯抽采鉆孔成孔裝置和方法。

背景技術

我國煤炭開采主要以井工作業為主，與采煤伴生的瓦斯災害一直是制約煤礦安全生產的一大難題。隨著淺部資源日益枯竭，我國煤炭開采深度以每年10~25m的速度向深部延伸，使得瓦斯災害的發生頻率和強度也逐漸加大。同時，煤層瓦斯又具有資源屬性，它是一種高熱、清潔、經濟的非常規天然氣資源。國家能源局規劃表明，到2020年，我國煤層氣抽采量達到240億m3，其中煤礦瓦斯抽采占140億m3。煤礦井下的瓦斯抽采將是我國煤層氣開發的主要來源，開發利用煤層瓦斯資源、強化瓦斯抽采，對于減少瓦斯災害、實現瓦斯資源化利用，都具有重大的經濟效益和社會效益。目前，通過鉆孔抽采瓦斯是防治煤礦瓦斯災害和開發煤層瓦斯的根本性方法。但我國多數煤層的微孔隙、低滲透、高吸附特征使得瓦斯難以抽出，造成瓦斯災害難以消除，煤層氣資源利用效率低。

解決這一難題的關鍵之一是如何實現低透氣性煤層瓦斯的有效抽采。通過外界擾動作用，人為誘導煤體裂隙萌生、擴展及貫通，創造瓦斯流動通道，是增加煤層透氣性、提高瓦斯抽采效果的主要思路。也就是說，對煤層進行卸壓增透是低透氣性煤層瓦斯災害防治和瓦斯高效抽采的關鍵。

解決這一難題的另一關鍵是如何實現鉆孔的高效抽采。鉆孔作為瓦斯抽采的主體，其特征參數對抽采效率影響顯著。當前國內礦井采用的抽采鉆孔直徑普遍在0.04~0.25m之間，由于單一抽采鉆孔的有效影響半徑小、瓦斯抽采量少，造成瓦斯抽采的工程量巨大，高成本也成為阻礙礦井瓦斯抽采率大幅提高的一個因素。如何在有限條件下施工0.5m~1m的大直徑的抽采鉆孔、提高鉆孔的影響范圍和抽采效率、減少鉆孔工程量，是煤礦瓦斯資源化抽采的重點。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提供一種大直徑瓦斯抽采鉆孔成孔裝置和方法。

本發明采取以下技術方案：一種大直徑瓦斯抽采鉆孔成孔裝置，包括高壓液體發生系統、中央智能控制系統以及智能鉆進系統，高壓液體發生系統與中央智能控制系統連接，中央智能控制系統通過高壓密封水管與智能鉆進系統連接，智能鉆進系統包括智能鉆機、密封自動鉆桿和自旋鉆頭，智能鉆機上安裝密封自動鉆桿，密封自動鉆桿前端安裝自旋鉆頭，自旋鉆頭上安裝有激光測距裝置以及高壓射流裝置。

一種大直徑瓦斯抽采鉆孔成孔裝置的成孔方法，包括以下步驟。

S100～啟動中央智能控制系統，輸入需要的鉆孔成孔直徑并選擇鉆孔類型，中央智能控制系統將接受到的數據換算成需要的初始射流壓力，開始啟動高壓液體發生系統；調節高壓工作液體輸入的工作射流壓力從而控制工作射流流量，高壓液體發生系統中的高壓工作液體經過加壓后，通過密封自動鉆桿到達多功能自旋鉆頭并呈射流狀噴出。

S200～開始啟動智能鉆進系統，調節初始泵壓，各處開關開啟，開始沿鉆進方向進行鉆孔鉆進，沿垂直鉆進平面進行鉆孔切割；在目標鉆孔切割5~10min后完成一個小周期運行，中央智能處理系統暫時關閉高壓液體發生系統，停止供入高壓工作液體，自旋鉆頭停止自旋，同時開啟激光測距器，并將成孔直徑數據實時傳回中央智能控制系統，中央智能系統根據接收到的數據再次調節泵壓，然后開啟高壓液體發生系統繼續切割過程；按周期不斷重復，中央智能控制系統根據即時的鉆孔成孔效果對射流壓力進行智能調節，以保證成孔效果。