旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法与流程

本发明属于煤矿安全，涉及一种旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法。

背景技术：

1、煤矿瓦斯(又称“煤层气”)是以甲烷为主要成分的可燃性气体，其主要以吸附和游离的形态赋存于煤的孔裂隙系统内，是煤矿安全生产的主要威胁之一，但同时又是一种非常规天然气。加强煤矿瓦斯抽采与煤矿区煤层气开发利用，对减少温室效应、保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应具有重大意义。但我国的煤层瓦斯地质条件复杂，多数属高瓦斯、煤与瓦斯突出煤层，且煤体的渗透率较低，采用常规的措施难以实现高效瓦斯治理。故煤矿安全工作者往往在煤层瓦斯抽采钻孔施工完毕后，采用水力压裂、高压水力割缝、二氧化碳相变致裂等工艺实施煤层增透，旨在提高煤体的瓦斯渗透特性，增强瓦斯抽采效果。但由于常规的增透措施需在钻孔施工完毕后，增加新的专用工艺设备，且作业时间较长，故技术、经济效益欠佳。寻求某种在钻孔施工过程中的协同增透工艺，使得瓦斯抽采钻孔施工与增透措施相得益彰，从而提高矿井瓦斯灾害治理效率，是当前煤矿安全科技工作者亟需解决的关键技术难题之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，包括以下步骤：

4、s1：在端部钻杆内设置冲击组件，将端部钻杆的一端设置旋转切削钻头，另一端与螺旋钻杆连接，将螺旋钻杆的另一端与水辫连接，将水辫的另一端通过高压胶管与煤矿井下空压机的出气端连接；在煤矿井下回采工作面的运输顺槽内待施工煤层瓦斯抽采钻孔的位置架设好钻机，将螺旋钻杆固定在钻机的夹持装置上；

5、s2：开启钻机带动螺旋钻杆、端部钻杆、旋转切削钻头对煤体进行切削钻进作业；

6、s3：待旋转切削钻头推进1m时，开启井下空压机使高压空气通过高压胶管经由水辫进入到螺旋钻杆的内部，推动冲击组件对钻孔前方煤体实施撞击，进而形成次生裂隙；在此过程中，高压气体油端部钻杆内流出，对旋转切削钻头内残余的部分煤屑进行排渣；

7、s4：待钻进至一定距离后，关闭钻机并增加新的螺旋钻杆，重复s2～s4，直至钻进至预定钻孔深度；

8、s5：待钻孔施工完毕后，对其进行封堵，而后将瓦斯抽采钻孔与井下瓦斯抽采管道进行连接，对回采工作面煤体实施强化瓦斯抽采。

9、进一步，所述冲击组件滑动设置在端部钻杆内，包括依次连接的后置腔、连接腔和前置腔，所述后置腔一端设有圆弧座，所述连接腔内设有致裂块，通过冲击弹簧连接在后置腔的底部；所述前置腔内设有致裂杆，通过复位弹簧与致裂块另一端连接；所述致裂杆另一端连接有螺旋冲击钻头。

10、进一步，步骤s3具体包括：待旋转切削钻头推进1m时，开启井下空压机使高压空气通过高压胶管经由水辫进入到螺旋钻杆的内部，高压空气对后置腔上的圆弧座施加压力，驱动后置腔、连接腔、前置腔及其内的冲击弹簧、致裂块整体向钻孔孔底的方向移动，并使致裂块对致裂杆进行撞击，从而使得螺旋冲击钻头对钻孔前方煤体实施撞击，形成次生裂隙；在此过程中，高压气体经由后置腔、连接腔、前置腔与端部钻杆内壁之间的孔隙由旋转切削钻头的中空部分流出，对旋转切削钻头内残余的部分煤屑进行排渣。

11、进一步，在所述致裂块中，与致裂杆接触的一端设有内孔，所述致裂杆与致裂块接触的一端直径小于致裂块的内孔直径。

12、进一步，螺旋冲击钻头一端设置有带有螺旋的钻头，另一端为圆锥底，且中间部分设置有插销孔，所述端部钻杆上的对应位置也设有插销孔，进而通过插入插销使螺旋冲击钻头固定在端部钻杆内。

13、进一步，所述连接腔的外壁设置有圆弧定位凸起，所述端部钻杆内壁上设有凹槽，所述圆弧定位凸起在所述凹槽内滑动。

14、本发明的有益效果在于：

15、(1)本发明采用将钻头的旋转切削与冲击过程有机的结合起来，在不停钻的情况下实现了煤层瓦斯抽采钻孔的钻进与冲击致裂增透，具有极为显著的技术、经济效益；

16、(2)本发明提供的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，可通过空压机将高压空气输送至螺旋钻杆内部，在驱动冲击致裂作业的同时对旋转切削钻头内残余的煤屑进行排渣，而后煤屑可通过钻杆外壁设置的螺旋逐步输送至钻孔孔口，极其有利于钻进作业的持续进行；

17、(3)本发明提供的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其兼具钻进与冲击致裂的功能，通过螺旋冲击钻头对钻孔前方煤体的撞击，可产生大量的次生裂隙，进而提高钻孔周围煤体瓦斯渗透特性，并使得煤体破碎，易于钻进作业的实施。

18、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：所述冲击组件滑动设置在端部钻杆内，包括依次连接的后置腔、连接腔和前置腔，所述后置腔一端设有圆弧座，所述连接腔内设有致裂块，通过冲击弹簧连接在后置腔的底部；所述前置腔内设有致裂杆，通过复位弹簧与致裂块另一端连接；所述致裂杆另一端连接有螺旋冲击钻头。

3.根据权利要求2所述的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：步骤s3具体包括：待旋转切削钻头推进1m时，开启井下空压机使高压空气通过高压胶管经由水辫进入到螺旋钻杆的内部，高压空气对后置腔上的圆弧座施加压力，驱动后置腔、连接腔、前置腔及其内的冲击弹簧、致裂块整体向钻孔孔底的方向移动，并使致裂块对致裂杆进行撞击，从而使得螺旋冲击钻头对钻孔前方煤体实施撞击，形成次生裂隙；在此过程中，高压气体经由后置腔、连接腔、前置腔与端部钻杆内壁之间的孔隙由旋转切削钻头的中空部分流出，对旋转切削钻头内残余的部分煤屑进行排渣。

4.根据权利要求2所述的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：在所述致裂块中，与致裂杆接触的一端设有内孔，所述致裂杆与致裂块接触的一端直径小于致裂块的内孔直径。

5.根据权利要求2所述的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：螺旋冲击钻头一端设置有带有螺旋的钻头，另一端为圆锥底，且中间部分设置有插销孔，所述端部钻杆上的对应位置也设有插销孔，进而通过插入插销使螺旋冲击钻头固定在端部钻杆内。

6.根据权利要求2所述的旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，其特征在于：所述连接腔的外壁设置有圆弧定位凸起，所述端部钻杆内壁上设有凹槽，所述圆弧定位凸起在所述凹槽内滑动。

技术总结
本发明涉及一种旋转切削与冲击增透协同的钻孔施工及煤层瓦斯抽采方法，属于煤矿安全技术领域，采用钻机带动螺旋钻杆进而驱动端部的钻头对煤体进行常规的切削，端部钻杆内设置有冲击组件，其可通过井下的空压机输送的高压空气推动圆弧座，而后驱动致裂块撞击螺旋冲击钻头，并使得螺旋冲击钻头撞击前方的煤体，使得煤体产生诸多的裂隙，从而提高煤层渗透特性，且破坏煤体结构完整性便于后续钻进过程的进行。待钻孔施工完毕后，随即可对钻孔进行封堵，并与井下的瓦斯抽采管道连接，实施煤层瓦斯强化抽采。本发明结构简单，涉及的设备较少，具有极为明显的技术、经济效益，可为煤矿井下的瓦斯灾害高效治理提供坚实的技术支撑。

技术研发人员：程波,杨亮,张仰强
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13