一種低透氣性煤層水力割縫系統技術方案

本實用新型專利技術屬于瓦斯抽采技術領域，一種低透氣性煤層水力割縫系統，包括雙壁鉆桿、鉆機和與雙壁鉆桿連接的真空泵、注漿泵，雙壁鉆桿內設有鉆桿內孔和鉆桿外孔，雙壁鉆桿一端通過變徑接頭與鉆頭連接；變徑接頭的錐度部分設有噴嘴；噴嘴與鉆桿外孔相連通；鉆頭為中空結構，鉆頭上設有刀片翼。本實用新型專利技術結構簡單、操作方便且割縫效率高。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于瓦斯抽采
，涉及一種水力割縫系統，特別涉及一種低透氣性煤層水力割縫系統。
技術介紹
瓦斯是煤礦井下安全生產的主要威脅，瓦斯事故具有群體性傷亡的特點，常常會給煤礦生產帶來巨大損失，因此煤礦瓦斯的治理及防止瓦斯事故的發生是煤礦安全生產工作中的重中之重。由于我國絕大部分的煤層賦存條件先天不足，造成我國煤礦瓦斯治理工作投入大、收效小、投入產出不成比例，瓦斯治理工作成為煤礦安全生產的主要難題之一。現有的井下瓦斯治理技術主要包括:保護層開采、順層鉆孔、穿層鉆孔、水力沖孔、水力割縫、深孔爆破等主要方法。對于單一煤層或條件不具備的煤層群，保護層開采技術無法得到有效應用；順層鉆孔是現在應用最多的方法，順層鉆孔成本低、施工方便、工藝簡單，因此得到了廣泛的應用，但順層鉆孔對煤體的擾動小，只能依靠增加鉆孔數量和延長抽采時間來換取瓦斯抽采量，特別是低透氣性軟煤層存在著鉆孔易塌孔、抽采時間長、效果差，極大的影響煤礦正常接替。深孔爆破的應用效果較好，可是如何防止爆破時引起的瓦斯事故及處理瞎炮等問題是困擾深孔爆破應用的主要問題。穿層鉆孔存在的問題是水力沖孔需利用底板巷，成本高昂、投入大且施工不便。水力割縫的原理是在煤層鉆孔中利用專用鉆頭、高壓水在鉆孔兩側各開一條具有一定寬度和厚度的水平卸壓槽，相當于在煤層中開采一層保護層，從而增加了煤體暴露面積，割縫后整個煤體在自身重力和周圍煤巖體的應力變化下發生垮落變形，應力降低，煤體膨脹變形裂隙增多。我國最早在鶴壁四礦、二礦及湖南紅衛煤礦進行過鉆孔水力割縫抽采瓦斯試驗，試驗表明:對于f=0.2?1.1的煤層，采取割縫壓力為12?16MPa、水量為11.7m3/ h進行水力割縫后，鉆孔自然瓦斯涌出量為非割縫的2.5倍左右；水力割縫所形成的松動卸壓影響范圍可達4?10m，能夠達到排放瓦斯和卸壓的要求。從目前不同地方水力割縫的實驗效果來說，水力割縫對于煤礦井下瓦斯抽采是一種非常有效的抽采手段。現有的的水力割縫技術是利用高壓水射流將切割下來的煤渣從鉆孔帶出孔外，由于鉆孔空間有限且切割的煤量大，容易發生煤渣堵孔事故，影響施工進度。特別在高瓦斯松軟煤層中更為顯著，根據馮增朝在陽煤集團寺家莊煤礦進行的實驗，割縫時堵孔嚴重、排渣不暢；當發生堵孔后，大量的水聚集在煤層中，如果割縫速度太小，會把大量的高壓水封存在煤層中，可能導致煤層突出，在割縫中難實現以恒定的割縫速度進行割縫。水力割縫技術主要以在鉆孔兩邊切割水平卸壓槽為主，水平卸壓槽隨著鉆頭的后退，煤渣量產生較均勻，有利于鉆孔排渣且切縫后的卸壓槽上方垮落煤體不易進入鉆孔，從而減少了鉆孔潛在排渣量，但是這種切縫方式卻存在著切割卸壓槽的煤渣向鉆孔運移困難的問題，特別是在距離鉆孔越遠的切縫處，煤渣越不容易排出，殘存的煤渣堆積在卸壓槽空間，降低了卸壓槽對煤層上下的卸壓作用，從而使煤層的擾動變小。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種結構簡單、操作方便且割縫效率高的低透氣性煤層水力割縫系統。為實現上述目的，本技術采用以下技術方案:一種低透氣性煤層水力割縫系統，包括雙壁鉆桿、鉆機和與雙壁鉆桿連接的真空栗、注漿栗，雙壁鉆桿內設有鉆桿內孔和鉆桿外孔，雙壁鉆桿一端通過變徑接頭與鉆頭連接；變徑接頭的錐度部分設有噴嘴；噴嘴與鉆桿外孔相連通；鉆頭為中空結構，鉆頭上設有刀片翼。進一步地，真空栗與鉆桿內孔相連；注漿栗與鉆桿外孔相連；鉆桿外孔還連接有高壓水管。進一步地，雙壁鉆桿外設有防噴裝置，防噴裝置包括瓦斯抽采管和沉降室。進一步地，刀片翼傾斜設置。進一步地，變徑接頭與鉆頭、雙壁鉆桿均螺紋連接。進一步地，雙壁鉆桿外表面上設有螺紋。與現有技術相比，本技術的有益效果如下:雙壁鉆桿內設有鉆桿內孔和鉆桿外孔，鉆桿內孔可用于鉆孔割縫時進行排渣，鉆桿外孔可用于噴漿固孔和通高壓水，鉆桿內孔和外孔相配合完成鉆孔割縫工作，設計合理，有利于提高割縫效率；雙壁鉆桿一端通過變徑接頭與鉆頭連接，變徑接頭的錐度部分設有噴嘴，變徑接頭與鉆頭、雙壁鉆桿均螺紋連接，設置變徑接頭可對鉆孔進行擠壓、密實進而形成穩定的鉆孔結構，防止塌孔；噴嘴與鉆桿外孔相連通，噴嘴可用于噴漿固孔和噴高壓水進行割縫，設計合理；鉆頭為中空結構，鉆頭上設有刀片翼，刀片翼傾斜設置，刀片翼傾斜設置可對鉆頭內徑外側的煤體進行粉碎，避免大塊煤體進行鉆頭內徑中；雙壁鉆桿外設有防噴裝置，防噴裝置包括瓦斯抽采管和沉降室，雙壁鉆桿從防噴裝置內穿過，防噴裝置可進行除塵及防噴瓦斯，保證鉆孔過程的順利進行；雙壁鉆桿外表面上設有螺紋，螺紋具有扒孔降溫功能，在鉆進過程中可自行排渣，有效減少夾鉆、卡鉆等生產事故。【附圖說明】圖1是本技術的結構示意圖；圖2是雙壁鉆桿的結構示意圖；圖3是鉆頭的結構示意圖；圖4是水力割縫鉆孔的布孔方式圖。【具體實施方式】—種低透氣性煤層水力割縫系統，如圖1-4所述，包括雙壁鉆桿4、鉆機9和與雙壁鉆桿4連接的真空栗11、注漿栗12，雙壁鉆桿4內設有鉆桿內孔6和鉆桿外孔5，雙壁鉆4桿一端通過變徑接頭3與鉆頭I連接；變徑接頭3的錐度部分設有噴嘴2 ;噴嘴2與鉆桿外孔5相連通；鉆頭I為中空結構，鉆頭I上設有刀片翼15。真空栗11與鉆桿內孔6相連；注漿栗12與鉆桿外孔5相連；鉆桿外孔5還連接有高壓水管14。雙壁鉆桿4外設有防噴裝置，防噴裝置包括瓦斯抽采管13和沉降室10。刀片翼15傾斜設置。變徑接頭3與鉆頭1、雙壁鉆桿4均螺紋連接。雙壁鉆桿4外表面上設有螺紋。 工作時，可先鉆進兩個輔助抽米孔8，提前鉆進輔助抽米孔8并進行抽米，在輔助抽采孔8中下花管進行固孔，防止塌孔；輔助抽采孔8可加速對割縫時大量瓦斯的抽采，緩沖進行水力割縫時瓦斯大量積聚在割縫鉆孔7造成噴孔事故；其布孔方式為三個鉆孔為一組，兩個輔助抽采孔8水平布置且布置在割縫鉆孔7的割縫半徑內，割縫鉆孔7布置在兩個輔助抽采孔8的下方；割縫鉆孔7有向上傾斜的的傾斜角度，傾斜角為銳角。鉆孔時，注漿栗12與鉆桿外孔5連接，鉆進時啟動注漿栗12，通過鉆桿外孔5和噴嘴2進行噴漿固孔，真空栗11與鉆桿內孔6連接，啟動真空栗11使得鉆頭I附近形成負壓區，在鉆頭I內外壓差的作用下，空氣由割縫鉆孔7經鉆頭I進行鉆桿內孔6中，形成風路循環，進而擾動、抽吸煤渣，煤渣沿風路循環經鉆桿內孔6排出，保證排渣的順利進行，同時雙壁鉆桿4外表面上設置的螺紋也可進行排渣動作；割縫鉆孔7中的瓦斯煤渣混合物經過分離器分離，瓦斯進入瓦斯抽采管13中，煤渣進入沉降室10中；當鉆進到目標位置時，關閉注漿栗12，進行排渣過程；排渣結束后，鉆頭I后退50cm，高壓水管14連接鉆桿外孔5，啟動設備并調整雙壁鉆桿4的角度，使得噴嘴2噴出的水流達到預定角度，以一定的速度后退雙壁鉆桿4進行割縫工作，水流在割縫鉆孔7中形成一個與水平面成一定角度的傾斜割縫，當割縫進行到距離孔口 1m位置后，停止割縫，關閉高壓水管14，退桿封孔。【主權項】1.一種低透氣性煤層水力割縫系統，包括雙壁鉆桿、鉆機和與雙壁鉆桿連接的真空栗、注漿栗，其特征在于:所述雙壁鉆桿內設有鉆桿內孔和鉆桿外孔，所述雙壁鉆桿一端通過變徑接頭與鉆頭連接；所述變徑接頭的錐度部分設有噴嘴；所述噴嘴與鉆桿外孔相連通；所述鉆頭為中空結構，鉆頭上設有刀片翼。2.如權本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低透氣性煤層水力割縫系統，包括雙壁鉆桿、鉆機和與雙壁鉆桿連接的真空泵、注漿泵，其特征在于：所述雙壁鉆桿內設有鉆桿內孔和鉆桿外孔，所述雙壁鉆桿一端通過變徑接頭與鉆頭連接；所述變徑接頭的錐度部分設有噴嘴；所述噴嘴與鉆桿外孔相連通；所述鉆頭為中空結構，鉆頭上設有刀片翼。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏佳男，張鵬鵬，李定啟，張石偉，
申請(專利權)人：河南理工大學，
類型：新型
國別省市：河南;41