一种低透气性煤层水力割缝系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于瓦斯抽采技术领域，涉及一种水力割缝系统，特别涉及一种低透气性煤层水力割缝系统。
【背景技术】
[0002]瓦斯是煤矿井下安全生产的主要威胁，瓦斯事故具有群体性伤亡的特点，常常会给煤矿生产带来巨大损失，因此煤矿瓦斯的治理及防止瓦斯事故的发生是煤矿安全生产工作中的重中之重。
[0003]由于我国绝大部分的煤层赋存条件先天不足，造成我国煤矿瓦斯治理工作投入大、收效小、投入产出不成比例，瓦斯治理工作成为煤矿安全生产的主要难题之一。现有的井下瓦斯治理技术主要包括:保护层开采、顺层钻孔、穿层钻孔、水力冲孔、水力割缝、深孔爆破等主要方法。对于单一煤层或条件不具备的煤层群，保护层开采技术无法得到有效应用；顺层钻孔是现在应用最多的方法，顺层钻孔成本低、施工方便、工艺简单，因此得到了广泛的应用，但顺层钻孔对煤体的扰动小，只能依靠增加钻孔数量和延长抽采时间来换取瓦斯抽采量，特别是低透气性软煤层存在着钻孔易塌孔、抽采时间长、效果差，极大的影响煤矿正常接替。深孔爆破的应用效果较好，可是如何防止爆破时引起的瓦斯事故及处理瞎炮等问题是困扰深孔爆破应用的主要问题。穿层钻孔存在的问题是水力冲孔需利用底板巷，成本高昂、投入大且施工不便。
[0004]水力割缝的原理是在煤层钻孔中利用专用钻头、高压水在钻孔两侧各开一条具有一定宽度和厚度的水平卸压槽，相当于在煤层中开采一层保护层，从而增加了煤体暴露面积，割缝后整个煤体在自身重力和周围煤岩体的应力变化下发生垮落变形，应力降低，煤体膨胀变形裂隙增多。我国最早在鹤壁四矿、二矿及湖南红卫煤矿进行过钻孔水力割缝抽采瓦斯试验，试验表明:对于f=0.2?1.1的煤层，采取割缝压力为12?16MPa、水量为11.7m3/ h进行水力割缝后，钻孔自然瓦斯涌出量为非割缝的2.5倍左右；水力割缝所形成的松动卸压影响范围可达4?10m，能够达到排放瓦斯和卸压的要求。从目前不同地方水力割缝的实验效果来说，水力割缝对于煤矿井下瓦斯抽采是一种非常有效的抽采手段。
[0005]现有的的水力割缝技术是利用高压水射流将切割下来的煤渣从钻孔带出孔外，由于钻孔空间有限且切割的煤量大，容易发生煤渣堵孔事故，影响施工进度。特别在高瓦斯松软煤层中更为显著，根据冯增朝在阳煤集团寺家庄煤矿进行的实验，割缝时堵孔严重、排渣不畅；当发生堵孔后，大量的水聚集在煤层中，如果割缝速度太小，会把大量的高压水封存在煤层中，可能导致煤层突出，在割缝中难实现以恒定的割缝速度进行割缝。水力割缝技术主要以在钻孔两边切割水平卸压槽为主，水平卸压槽随着钻头的后退，煤渣量产生较均匀，有利于钻孔排渣且切缝后的卸压槽上方垮落煤体不易进入钻孔，从而减少了钻孔潜在排渣量，但是这种切缝方式却存在着切割卸压槽的煤渣向钻孔运移困难的问题，特别是在距离钻孔越远的切缝处，煤渣越不容易排出，残存的煤渣堆积在卸压槽空间，降低了卸压槽对煤层上下的卸压作用，从而使煤层的扰动变小。【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便且割缝效率高的低透气性煤层水力割缝系统。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:一种低透气性煤层水力割缝系统，包括双壁钻杆、钻机和与双壁钻杆连接的真空栗、注浆栗，双壁钻杆内设有钻杆内孔和钻杆外孔，双壁钻杆一端通过变径接头与钻头连接；变径接头的锥度部分设有喷嘴；喷嘴与钻杆外孔相连通；钻头为中空结构，钻头上设有刀片翼。
[0008]进一步地，真空栗与钻杆内孔相连；注浆栗与钻杆外孔相连；钻杆外孔还连接有高压水管。
[0009]进一步地，双壁钻杆外设有防喷装置，防喷装置包括瓦斯抽采管和沉降室。
[0010]进一步地，刀片翼倾斜设置。
[0011]进一步地，变径接头与钻头、双壁钻杆均螺纹连接。
[0012]进一步地，双壁钻杆外表面上设有螺纹。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下:双壁钻杆内设有钻杆内孔和钻杆外孔，钻杆内孔可用于钻孔割缝时进行排渣，钻杆外孔可用于喷浆固孔和通高压水，钻杆内孔和外孔相配合完成钻孔割缝工作，设计合理，有利于提高割缝效率；双壁钻杆一端通过变径接头与钻头连接，变径接头的锥度部分设有喷嘴，变径接头与钻头、双壁钻杆均螺纹连接，设置变径接头可对钻孔进行挤压、密实进而形成稳定的钻孔结构，防止塌孔；喷嘴与钻杆外孔相连通，喷嘴可用于喷浆固孔和喷高压水进行割缝，设计合理；钻头为中空结构，钻头上设有刀片翼，刀片翼倾斜设置，刀片翼倾斜设置可对钻头内径外侧的煤体进行粉碎，避免大块煤体进行钻头内径中；双壁钻杆外设有防喷装置，防喷装置包括瓦斯抽采管和沉降室，双壁钻杆从防喷装置内穿过，防喷装置可进行除尘及防喷瓦斯，保证钻孔过程的顺利进行；双壁钻杆外表面上设有螺纹，螺纹具有扒孔降温功能，在钻进过程中可自行排渣，有效减少夹钻、卡钻等生产事故。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构示意图；
[0015]图2是双壁钻杆的结构示意图；
[0016]图3是钻头的结构示意图；
[0017]图4是水力割缝钻孔的布孔方式图。
【具体实施方式】
[0018]—种低透气性煤层水力割缝系统，如图1-4所述，包括双壁钻杆4、钻机9和与双壁钻杆4连接的真空栗11、注浆栗12，双壁钻杆4内设有钻杆内孔6和钻杆外孔5，双壁钻4杆一端通过变径接头3与钻头I连接；变径接头3的锥度部分设有喷嘴2 ;喷嘴2与钻杆外孔5相连通；钻头I为中空结构，钻头I上设有刀片翼15。真空栗11与钻杆内孔6相连；注浆栗12与钻杆外孔5相连；钻杆外孔5还连接有高压水管14。双壁钻杆4外设有防喷装置，防喷装置包括瓦斯抽采管13和沉降室10。刀片翼15倾斜设置。变径接头3与钻头1、双壁钻杆4均螺纹连接。双壁钻杆4外表面上设有螺纹。
[0019] 工作时，可先钻进两个辅助抽米孔8，提前钻进辅助抽米孔8并进行抽米，在辅助抽采孔8中下花管进行固孔，防止塌孔；辅助抽采孔8可加速对割缝时大量瓦斯的抽采，缓冲进行水力割缝时瓦斯大量积聚在割缝钻孔7造成喷孔事故；其布孔方式为三个钻孔为一组，两个辅助抽采孔8水平布置且布置在割缝钻孔7的割缝半径内，割缝钻孔7布置在两个辅助抽采孔8的下方；割缝钻孔7有向上倾斜的的倾斜角度，倾斜角为锐角。钻孔时，注浆栗12与钻杆外孔5连接，钻进时启动注浆栗12，通过钻杆外孔5和喷嘴2进行喷浆固孔，真空栗11与钻杆内孔6连接，启动真空栗11使得钻头I附近形成负压区，在钻头I内外压差的作用下，空气由割缝钻孔7经钻头I进行钻杆内孔6中，形成风路循环，进而扰动、抽吸煤渣，煤渣沿风路循环经钻杆内孔6排出，保证排渣的顺利进行，同时双壁钻杆4外表面上设置的螺纹也可进行排渣动作；割缝钻孔7中的瓦斯煤渣混合物经过分离器分离，瓦斯进入瓦斯抽采管13中，煤渣进入沉降室10中；当钻进到目标位置时，关闭注浆栗12，进行排渣过程；排渣结束后，钻头I后退50cm，高压水管14连接钻杆外孔5，启动设备并调整双壁钻杆4的角度，使得喷嘴2喷出的水流达到预定角度，以一定的速度后退双壁钻杆4进行割缝工作，水流在割缝钻孔7中形成一个与水平面成一定角度的倾斜割缝，当割缝进行到距离孔口 1m位置后，停止割缝，关闭高压水管14，退杆封孔。
【主权项】
1.一种低透气性煤层水力割缝系统，包括双壁钻杆、钻机和与双壁钻杆连接的真空栗、注浆栗，其特征在于:所述双壁钻杆内设有钻杆内孔和钻杆外孔，所述双壁钻杆一端通过变径接头与钻头连接；所述变径接头的锥度部分设有喷嘴；所述喷嘴与钻杆外孔相连通；所述钻头为中空结构，钻头上设有刀片翼。2.如权利要求1所述的低透气性煤层水力割缝系统，其特征在于:所述真空栗与钻杆内孔相连；所述注浆栗与钻杆外孔相连；所述钻杆外孔还连接有高压水管。3.如权利要求1或2所述的低透气性煤层水力割缝系统，其特征在于:所述双壁钻杆外设有防喷装置，所述防喷装置包括瓦斯抽采管和沉降室。4.如权利要求3所述的低透气性煤层水力割缝系统，其特征在于:所述刀片翼倾斜设置。5.如权利要求4所述的低透气性煤层水力割缝系统，其特征在于:所述变径接头与钻头、双壁钻杆均螺纹连接。6.如权利要求5所述的低透气性煤层水力割缝系统，其特征在于:所述双壁钻杆外表面上设有螺纹。
【专利摘要】本实用新型属于瓦斯抽采技术领域，一种低透气性煤层水力割缝系统，包括双壁钻杆、钻机和与双壁钻杆连接的真空泵、注浆泵，双壁钻杆内设有钻杆内孔和钻杆外孔，双壁钻杆一端通过变径接头与钻头连接；变径接头的锥度部分设有喷嘴；喷嘴与钻杆外孔相连通；钻头为中空结构，钻头上设有刀片翼。本实用新型结构简单、操作方便且割缝效率高。
【IPC分类】E21F7/00, E21B43/26
【公开号】CN204782970
【申请号】CN201520509322
【发明人】魏佳男, 张鹏鹏, 李定启, 张石伟
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月15日