[發明專利]一種用于突出煤層穿層鉆孔的防噴孔鉆割沖鉆具

有效

• 申請號: 202110370033.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113153148B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 孫玉寧;杜波;馬耕;李延河;丁立培;孫志東;宋維賓;王永龍;黃小明
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/18;E21B21/12;E21B17/22;E21B43/08;E21B10/43;E21B10/44
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王鵬

本發明公開了一種用于突出煤層穿層鉆孔的防噴孔鉆割沖鉆具，包括從前到后依次搭接組合安裝的雙通道篩孔鉆頭、多根雙通道碎渣鉆桿、多根雙通道鉆桿和鉆尾供水排渣組件，首根雙通道碎渣鉆桿上安裝有高低壓轉換器和射流噴嘴，位于鉆孔開口端安裝有孔口封孔泄渣組件。所述雙通道碎渣鉆桿最終要進入穿層鉆孔的煤孔段，所述雙通道鉆桿僅進入巖孔段；利用鉆桿的雙通道特性，形成鋼鐵篩孔結構的內排渣通道，利用雙通道碎渣鉆桿粉碎鉆割沖產出的煤塊和煤渣，利用篩孔控制進入內排渣通道的煤渣粒徑和煤渣流量，保證內排渣通道的通透性，可防止噴孔瓦斯超限事故的發生，提高突出煤層穿層鉆孔鉆割沖作業的安全性和可控性。

技術領域

本發明涉及煤礦開采中的瓦斯抽采裝置技術領域，特別涉及一種用于突出煤層穿層鉆孔的防噴孔鉆割沖鉆具。

背景技術

國內很多省份針對突出煤層瓦斯抽采，要求開挖底板巖巷，在底板巖巷內施工穿層鉆孔，對突出煤層的待掘進區域或待開采區域實施抽采消突。為了充分發揮穿層鉆孔的抽采消突功效，普遍在穿層鉆孔的煤孔段實施“鉆割沖”一體化增透措施。現有技術現狀是：所采用的鉆桿普遍為刻槽鉆桿、肋骨鉆桿、三棱刻槽鉆桿或三棱鉆桿等，其中前三種鉆桿的專利原始申請人為本申請人，即河南理工大學，專利號分別為ZL200610111830.7，ZL200920088879.4，?ZL200910064973.0，在鉆頭處或鉆桿上安裝高低壓轉換裝置及射流噴嘴，對煤孔段鉆孔實施割縫、沖孔，也有學者稱之為水力造穴、水力掏槽、水力掏煤等。

現有技術所采用的刻槽鉆桿、肋骨鉆桿、三棱刻槽鉆桿和三棱鉆桿，用于穿層鉆孔打鉆、割縫及沖孔時，普遍采用水流作為鉆頭降溫、射流動力和排渣動力，排渣通道位于鉆桿外壁與鉆孔內壁之間的環狀通道，該排渣通道稱之為外排渣通道。穿層鉆孔的煤孔段在打鉆、割縫及沖孔的過過程中，孔內煤炮頻繁發生，煤孔段鉆割沖形成的自由面處煤體不斷崩落坍塌，有大量煤塊和煤渣產生，這些煤塊和煤渣本身不具備流動性，需要利用鉆割沖作業所用的水流作用和鉆桿旋攪碎渣作用，使這些煤渣和煤塊轉變為可以流動的固液相水煤渣流體，從鉆孔的外排渣通道排出孔外。由于在煤孔段鉆割沖產出的煤塊和煤渣具有突發性和不均衡性，伴隨煤炮聲產出大量煤塊和煤渣，煤塊和煤渣依靠自重作用和水流作用涌向空間狹小的巖孔段外排渣通道，水流作用和鉆桿旋攪作用不能隨時將這些煤塊和煤渣轉變為可流動的固液相水煤渣流體，時常導致巖孔段外排渣通道的非通透性堵塞，即鉆割沖形成的自由空間內產生的大量瓦斯氣體不能通過外排渣通道下泄，導致鉆割沖形成的自由空間內的瓦斯氣體壓力遠大于孔外的大氣壓，在水流作用和鉆桿旋攪作用下，一旦使非通透性堵塞的外排渣通道疏通，高壓瓦斯氣體和水煤渣將從孔口瞬間噴出，形成噴孔。因此，現行突出煤層穿層鉆孔均在孔口安裝有防噴裝置，防止噴出的瓦斯向巷道空間擴散，噴孔嚴重時，防噴裝置將會失效，導致鉆機周圍的巷道瓦斯濃度超限。不完全統計，突出煤層打鉆噴孔導致的瓦斯超限占突出礦井總瓦斯超限次數的60%至80%，已構成突出礦井的安全隱患。

發明內容

本發明針對現有技術存在的問題，本發明提供一種用于突出煤層穿層鉆孔的防噴孔鉆割沖鉆具，旨在通過孔內鉆具的創新設計來解決穿層鉆孔鉆割沖過程中的噴孔瓦斯超限問題，提高穿層鉆孔鉆割沖作業的安全性和可控性。

為達到上述目的所采取的技術方案是：

一種用于突出煤層穿層鉆孔的防噴孔鉆割沖鉆具，包括從前到后依次搭接組合安裝的雙通道篩孔鉆頭、多根雙通道碎渣鉆桿、多根雙通道鉆桿和鉆尾供水排渣組件，首根雙通道碎渣鉆桿上安裝有高低壓轉換組件，位于鉆孔開口端安裝有與雙通道碎渣鉆桿或雙通道鉆桿配合的孔口封孔泄渣組件。

進一步，所述雙通道碎渣鉆桿的外表面設置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋貫穿布置有泄渣篩孔，所述泄渣篩孔的中心線指向雙通道碎渣鉆桿橫截面圓心或偏向鉆桿旋轉方向；所述雙通道碎渣鉆桿內部為中空結構并通過支撐組同軸安裝有供水管，所述供水管的外壁與雙通道碎渣鉆桿的內壁圍合形成內排渣通道，所述泄渣篩孔的孔徑小于內排渣通道徑向最小幾何尺寸的三分之一，所述泄渣篩孔為圓孔、變徑圓孔或子母組合孔。