[發明專利]一種碎軟煤層鉆割護一體化系統及方法

在審

• 申請號: 202210314164.6
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114658474A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 鄒全樂;馬騰飛;劉涵;冉啟燦;王娉婷;張天誠;賈雪祺;劉瑩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B7/18;E21C37/12;E21B43/34;E21B12/00;E21B41/00;E21B21/00
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

發明提供一種碎軟煤層鉆割護一體化系統及方法。該系統主要包括水力割縫子系統、護孔子系統。鉆進割縫子系統包括高壓水射流發生系統、鉆桿鉆具系統、孔口密封器、氣渣分離器和鉆機。護孔子系統包括前端固定裝置、注水支撐管、柔性護孔支架和注水連接段。利用該系統可實現對碎軟煤層的高效鉆進?精準割縫?縫槽支護的一體化作業，進而增加煤層滲透率并大幅度提升瓦斯抽采效率，同時依據該方法可有效防止割縫鉆孔坍塌及縫槽失穩等問題的發生，支架在施工結束后能夠及時回收并實現多次利用，節約成本，避免污染煤層。該系統與方法為煤炭高效開采及災害精準防治提供了重要的理論與技術支撐。

技術領域

本發明涉及煤礦瓦斯防治領域，特別涉及一種碎軟煤層鉆割護一體化系統及方法。

背景技術

隨著煤礦瓦斯治理技術與裝備的不斷發展，水力化卸壓增透措施日益成為煤礦瓦斯災害防治的主要手段。其中水力割縫技術具有破煤能力強、割縫效果可控、鉆孔卸壓效果顯著等優點，目前已在各大礦區碎軟煤層中成功推廣應用。水力割縫技術主要通過在煤層內部切出的縫槽來改變煤層內應力集中情況并使其重新分布，同時煤層裂隙的數量、長度、張開度及連通和暴露面積得到增加，透氣性得到明顯改善。然而，由于碎軟煤層的地質條件較為復雜，割縫形成的縫槽周圍在地應力、瓦斯壓力、構造應力等因素作用下易失穩塌陷變形，等問題，極大降低了瓦斯抽采效率，嚴重限制了礦井瓦斯抽采達標進程。

因此，亟需開發一種碎軟煤層鉆割護一體化系統及方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種碎軟煤層鉆割護一體化系統及方法，以解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種碎軟煤層鉆割護一體化系統，包括水力割縫系統和柔性護孔系統。

所述水力割縫系統包括超高壓水射流發生系統、鉆桿鉆具系統、孔口密封器、氣渣分離器和鉆機。

所述超高壓水射流發生系統包括乳化泵站和水箱。所述鉆桿鉆具系統包括鉆桿、鉆頭和高壓水辮。所述鉆桿整體為中空圓管。所述鉆頭上設有供高壓水射出的徑向噴嘴和軸向噴嘴。所述徑向噴嘴設置在鉆頭前端。所述軸向噴嘴設置在鉆頭的側壁。所述鉆頭安裝在鉆桿的首端。所述鉆頭的內腔與鉆桿的內腔連通。所述高壓水辮的輸入端與乳化泵站通過高壓管路連接，輸出端與鉆桿的尾端連接。

所述孔口密封器為管狀體。所述孔口密封器的前端開口，并固定在鉆孔孔口孔壁上，后端與氣渣分離器連接。所述鉆桿從孔口密封器的后端伸入鉆孔中。所述氣渣分離器與瓦斯抽采管道相連。

所述柔性護孔系統包括前端固定裝置、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構。所述注水支撐管布置在鉆桿的內腔中。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壁卡合。

所述柔性護孔支架為網套結構物。所述柔性護孔支架采用硅青銅彈性合金(Qsi1-3)制成，含鎳的硅青銅具有很高的彈性性能，可用于制造在腐蝕介質(如井水，地下水)中工作的各種彈簧。所述柔性護孔支架包括沿縱向依次排列的若干環狀支撐管。每根環狀支撐管包括若干單元波，單元波沿周向依次排列。相鄰兩根環狀支撐管呈鏡面對稱分布。相鄰兩根環狀支撐管相對的兩個波峰之間固定連接。相鄰兩根環狀支撐管的內腔連通。若干環狀支撐管的內腔構成管網結構。

在非工作狀態下，呈緊縮狀態的柔性護孔支架套設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內腔連通。