[發明專利]一種聯合式擴孔方法及裝置

在審

• 申請號: 202010743578.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111779453A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 魏建平;姜琬;李輝;徐向宇;劉勇;溫志輝;王登科;張健;司磊磊;李波;張宏圖;姚邦華
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B7/28
• 分類號: E21B7/28;E21B7/18;E21B10/32;E21B3/02;E21B17/22
• 代理公司: 焦作市科彤知識產權代理事務所(普通合伙) 41133
• 代理人: 鄭菊梅

本發明涉及煤礦鉆孔技術領域的一種聯合式擴孔方法及裝置，在普通鉆孔的基礎上，通過聯合式擴孔裝置實現水力擴孔和機械柔性擴孔相結合的方式進行柔性聯合擴孔，聯合式擴孔裝置包括鉆桿、水力切割頭和柔性擴孔鉆頭，柔性擴孔鉆頭包括擴孔座和甩鏈或甩纜，所述甩鏈或甩纜均采用高強耐磨金屬材質，且甩鏈或甩纜內穿設有高壓軟管，所述高壓軟管遠離擴孔座的一端設有高壓水噴射口。本發明通過采用水力切割和柔性機械擴孔相結合的方式對煤礦瓦斯抽采鉆孔進行快速高效擴孔，裝置結構簡單，可靠性高、耐磨性和穩定性好，退鉆方便，適宜推廣應用。

技術領域

本發明屬于煤礦鉆孔技術領域，具體地，涉及一種聯合式擴孔方法及裝置。

背景技術

煤礦采集前，需要鉆孔抽采瓦斯，鉆孔時需要從巖石層向煤層鉆孔，為節省鉆孔成本并增加瓦斯抽采效率，需要在保證巖石層鉆孔段孔徑不變的情況下對煤層段的鉆孔進行擴孔處理，以擴大煤層內孔的表面積，提高瓦斯的溢出效率?，F有的瓦斯抽采鉆孔擴孔裝置及擴孔方法存在工作效率低、退鉆困難、可靠性不高等問題。由此，亟需對現有的鉆孔擴孔方法及裝置加以改進。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種聯合式擴孔方法，包括如下步驟：

1)鉆孔定位：根據煤層條件測量放線以定位鉆孔位置；

2)鉆孔：先用普通瓦斯抽采鉆機經巖石層向煤層開鉆普通鉆孔，普通鉆孔深度達到設計位置后停止鉆進，并將普通鉆頭退出；

3)擴孔：采用水力擴孔和機械柔性擴孔相結合的方式進行柔性聯合擴孔；

31)水力擴孔，采用沿徑向設有高壓噴頭的水力切割頭進行水力擴孔；

32)機械柔性擴孔，在水力切割頭的后端連接柔性擴孔鉆頭，通過柔性擴孔鉆頭進行機械柔性擴孔，所述柔性擴孔鉆頭通過帶減速電機的鉆桿驅動，所述柔性擴孔鉆頭上沿徑向設有甩鏈或甩纜，所述甩鏈或甩纜內穿設有高壓軟管，所述高壓軟管與擴孔鉆頭內的高壓水相連通，所述高壓軟管遠離柔性擴孔鉆頭的一端通過高壓水噴射口配合甩鏈或甩纜，對鉆孔同步進行水力輔助切割。

優選的，步驟32)中，所述減速電機的工作轉速為500r/min，利用旋轉慣性，使甩鏈或甩纜得到舒展，便于保證擴孔尺寸的精度并提高擴孔效率。

優選的，所述高壓水的工作壓力為30MPa，以便達到較好的水力切割效果。

作為本發明的另一方面，本發明還提供了一種聯合式擴孔裝置，包括鉆桿、水力切割頭和柔性擴孔鉆頭，所述鉆桿一端與減速電機傳動連接，另一端與柔性擴孔鉆頭固定連接，所述水力切割頭連接在柔性擴孔鉆頭遠離鉆桿的一端，所述鉆桿、柔性擴孔鉆頭和水力切割頭內設有相貫通的高壓水道，所述水力切割頭的外圓面上沿徑向設有多個高壓噴頭，且水力切割頭遠離柔性擴孔鉆頭的一端還連接有掘進鉆頭，所述柔性擴孔鉆頭包括擴孔座和甩鏈或甩纜，所述甩鏈或甩纜均采用高強耐磨金屬材質，且甩鏈或甩纜內穿設有高壓軟管，所述高壓軟管遠離擴孔座的一端設有高壓水噴射口。本裝置進入煤層后，通過掘進鉆頭可增加鉆孔深度，通過水力切割頭和柔性擴孔鉆頭配合作業實現鉆深的同時快速擴孔，且擴孔完成后，通過對高壓軟管進行泄壓，即可實現快速退鉆，從而有效提高了擴孔作業的工作效率，同時提高了擴孔裝置的可靠性。所述擴孔座和鉆桿的外表面設有螺旋導料槽，方便將擴孔時破碎的煤粒及時輸送出鉆孔，保證擴孔效率。

優選的，所述甩鏈采用礦用高強度圓環鏈，自由度高，不易發生疲勞損傷。

優選的，所述高壓軟管采用鎧裝金屬軟管，有利于保證高壓軟管的使用壽命。

優選的，所述高強耐磨金屬材質選用27SiMn材質，強度高，耐磨性好，有利于提高裝置的使用壽命。

優選的，所述甩鏈或甩纜上設有金剛石復合片，提高甩鏈或甩纜的耐磨性，有利于延長裝置的使用壽命。