[發(fā)明專利]一種碎軟煤層抽采鉆孔柔性護孔裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114658473A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒全樂;劉涵;馬騰飛;張碧川;孔繁杰;王鑫;江城子;趙佳佳
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B7/04;E21B12/00;E21B41/00;E21B21/00
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

發(fā)明提供一種碎軟煤層抽采鉆孔柔性護孔裝置及方法。該裝置包括鉆具系統(tǒng)和柔性護孔系統(tǒng)。工作時，鉆具系統(tǒng)將柔性護孔系統(tǒng)輸送至預設(shè)部位。推動注水支撐管，前端固定裝置從鉆頭的中心孔道伸出。支撐鉤爪展開，嵌入鉆孔內(nèi)壁的煤層中。退出鉆具系統(tǒng)。液壓泵向注水支撐管內(nèi)注入高壓水。注水承壓水囊充壓膨脹。所述柔性護孔支架擴張，對鉆孔進行支撐。抽采完成后，柔性護孔支架卸壓收縮。柔性護孔支架可實現(xiàn)鉆孔完孔后的快速護孔；柔性護孔支架的展開程度由支架彈性收縮力、注入水壓以及外部護孔應力決定，三力達到平衡時支架動態(tài)平衡，此時柔性支架的展開程度隨鉆孔形狀的改變而改變，自適應不同的鉆孔環(huán)節(jié)，實時與孔壁貼合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦瓦斯防治領(lǐng)域，特別涉及一種碎軟煤層抽采鉆孔柔性護孔裝置及方法。

背景技術(shù)

突出碎軟煤層在我國廣泛分布，隨著我國煤層開采向深部推進，高地應力、高瓦斯壓力的特性愈發(fā)顯著，煤層條件的復雜多變給煤層鉆孔成孔及護孔帶來了很大的困難，鉆孔在地應力、瓦斯壓力、構(gòu)造應力等多因素作用下周圍孔壁易失穩(wěn)，從而出現(xiàn)鉆孔坍塌、鉆孔變形等一系列破壞形式，嚴重阻礙并影響了井下鉆孔施工進程及瓦斯抽采效率，目前國內(nèi)相應成套護孔設(shè)備較為匱乏，同時針對復雜地質(zhì)條件下的護孔技術(shù)尚未成熟，傳統(tǒng)護孔方法采用剛性管道，被動護孔，管道直徑有限，篩孔易堵塞，護孔范圍小，護孔效果有限，難以形成有效的瓦斯運移通道，以致煤層瓦斯抽采面臨一系列技術(shù)瓶頸。

因此，亟需開發(fā)一種主動護孔的碎軟煤層抽采鉆孔柔性護孔裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碎軟煤層抽采鉆孔柔性護孔裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種碎軟煤層順層抽采鉆孔柔性護孔裝置，包括鉆具系統(tǒng)和柔性護孔系統(tǒng)。

所述鉆具系統(tǒng)包括鉆頭和鉆桿。所述鉆頭安裝在鉆桿的首端。所述鉆頭具有中心孔道。所述中心孔道與鉆桿的內(nèi)腔連通。

所述柔性護孔系統(tǒng)包括前端固定裝置、注水支撐管和柔性護孔支架。

所述注水支撐管的管壁上設(shè)置有注水孔。所述注水支撐管的首端連接固定有前端固定裝置，尾端與液壓泵聯(lián)通。所述前端固定裝置具有支撐鉤爪。所述支撐鉤爪采用壓簧結(jié)構(gòu)。所述注水支撐管布置在鉆桿的內(nèi)腔中。所述前端固定裝置布置在鉆頭的中心孔道中。所述前端固定裝置的支撐鉤爪與中心孔道的內(nèi)壁卡合。

所述柔性護孔支架為網(wǎng)套結(jié)構(gòu)物。所述柔性護孔支架包括沿縱向依次排列的若干環(huán)狀支撐管。每根環(huán)狀支撐管包括若干單元波，單元波沿周向依次排列。相鄰兩根環(huán)狀支撐管呈鏡面對稱分布。相鄰兩根環(huán)狀支撐管相對的兩個波峰之間固定連接。相鄰兩根環(huán)狀支撐管的內(nèi)腔連通。若干環(huán)狀支撐管的內(nèi)腔構(gòu)成管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

在非工作狀態(tài)下，呈緊縮狀態(tài)的柔性護孔支架套設(shè)在注水支撐管的管身上。所述注水孔與柔性護孔支架的管網(wǎng)內(nèi)腔連通。

工作時，鉆具系統(tǒng)將柔性護孔系統(tǒng)輸送至預設(shè)部位。推動注水支撐管，前端固定裝置從鉆頭的中心孔道伸出。支撐鉤爪展開，嵌入鉆孔內(nèi)壁的煤層中。退出鉆具系統(tǒng)。液壓泵向注水支撐管內(nèi)注入高壓水。所述柔性護孔支架充壓膨脹擴張，對鉆孔進行支撐。抽采完成后，柔性護孔支架卸壓收縮。

進一步，所述柔性護孔支架的網(wǎng)眼根據(jù)碎軟煤層的破碎程度選擇。

進一步，所述注水支撐管由若干段支撐管拼接制得。每段支撐管上對應設(shè)置有柔性護孔支架。

進一步，所述柔性護孔支架采用銅制成。

進一步，所述注水支撐管的注水孔與柔性護孔支架的管網(wǎng)內(nèi)腔通過注水承壓軟管連通。

本發(fā)明還公開一種根據(jù)上述系統(tǒng)的碎軟煤層抽采鉆孔柔性護孔方法，包括以下步驟：