專(zhuān)利名稱(chēng)：超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)一種煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)及方法，特別是一種長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
煤炭為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾茉?，在人們的生產(chǎn)生活中起到不可估量的作用。 現(xiàn)在的煤炭都是從煤礦中采集而來(lái)，在煤礦采煤的過(guò)程中，因?yàn)楸久簩又写嬖谕咚?，所以在煤礦鉆探的過(guò)程中，瓦斯的抽放以及防止煤與瓦斯的突出等就顯得尤為重要，如果不能很好的進(jìn)行瓦斯抽放，則存在生產(chǎn)事故隱患，容易引發(fā)生產(chǎn)事故。因此，在采煤之前，進(jìn)行瓦斯抽放是必要的工作。目前，煤礦中通常采用的瓦斯抽放都是采用打孔技術(shù)進(jìn)行，即在煤礦處自上而下鉆出多個(gè)孔，使瓦斯從孔內(nèi)散發(fā)而出，而此種做法存在的主要問(wèn)題，就是鉆孔的孔徑過(guò)小，通常約20cm作用，這樣就使得有效暴露面積過(guò)小，煤層內(nèi)的瓦斯釋放范圍過(guò)小，而且，密集的打孔，勢(shì)必要增加打孔時(shí)間，使生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本較高等。雖然，目前的煤炭鉆探研究領(lǐng)域中也提出過(guò)一些其他的瓦斯抽放方法，如先將孔打好，再將水切割系統(tǒng)插入孔內(nèi)，進(jìn)行水切割，但是，由于地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常在瓦斯抽放時(shí)，鉆探的孔都不是直上直下的，而是彎曲歪斜的，這樣，水切割系統(tǒng)就不易插入孔中，通常在十幾、二十米的鉆孔深度下尚可以使用，當(dāng)孔的深度達(dá)到100-200米，甚至幾百米的深度時(shí)，就顯得無(wú)能為力了， 所以上述做法僅停留在實(shí)驗(yàn)理想狀態(tài)下，而無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中；也有人提出另一種方式，即在鉆頭處設(shè)置磨料，當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)定深度后，通過(guò)噴出磨料來(lái)切割煤層，達(dá)到瓦斯抽放的目的，但是，這種形勢(shì)下，磨料無(wú)法補(bǔ)給，使用不方便，因此，也僅停留在研究階段，無(wú)法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)中，抽放效果不好的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種新的瓦斯抽放方法及系統(tǒng)，其將孔鉆到設(shè)定位置后，在退鉆的過(guò)程中，間歇性的噴出高壓水，對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，以擴(kuò)大瓦斯抽放面積。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是一種超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鉆頭、壓力感應(yīng)閥、鉆桿、鉆機(jī)、高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置、 高壓泵和水箱，壓力感應(yīng)閥安裝在鉆桿前端，鉆頭安裝在壓力感應(yīng)閥前端，壓力感應(yīng)閥外側(cè)安裝有噴嘴，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，水箱內(nèi)的水通過(guò)高壓泵傳輸給高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置，由高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置輸入鉆桿，通過(guò)鉆桿傳輸?shù)綁毫Ω袘?yīng)閥處。一種采用上述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突的方法，該方法包括下述步驟A、鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行鉆孔；B、鉆孔到設(shè)定深度后，通過(guò)高壓泵向鉆桿內(nèi)注入水壓壓力為30MPa_70MPa高壓水，高壓水從壓力感應(yīng)閥側(cè)面噴出，同時(shí)，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)，壓力感應(yīng)閥噴出的高壓水對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割；C、切割時(shí)間設(shè)定為anin-5min或者切割半徑達(dá)到0. 5m_3. 5m的深度時(shí)，高壓泵停止向鉆桿內(nèi)注入高壓水，停止對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退；D、鉆頭后退設(shè)定長(zhǎng)度后，重復(fù)步驟B ；E、重復(fù)步驟C和步驟D，直至鉆頭后退至不需要切割的深度，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)， 鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退，退出，即完成。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案進(jìn)一步還包括所述的壓力感應(yīng)閥包括閥體、聯(lián)接頭、閥套、彈簧套、閥芯、頂桿和彈簧，所述的閥體呈空心狀，閥體中間設(shè)有隔板，隔板上開(kāi)有主水孔和副水孔，閥體側(cè)面開(kāi)有第一噴水孔； 所述的聯(lián)接頭也呈空心狀，聯(lián)接頭與閥體固定安裝在一起形成一個(gè)空腔；所述的閥套設(shè)置在聯(lián)接頭與閥體形成的空腔內(nèi)，閥套中間為通孔，閥套側(cè)面開(kāi)有第二噴水孔，第二噴水孔與第一噴水孔對(duì)應(yīng)設(shè)置，閥芯設(shè)置在閥套內(nèi)，且與閥套內(nèi)的通孔形狀相吻合；所述的彈簧套也設(shè)置在聯(lián)接頭與閥體形成的空腔內(nèi)，彈簧套中間為空腔，彈簧設(shè)置在彈簧套內(nèi)，彈簧套與閥套對(duì)應(yīng)一端處設(shè)有端蓋，端蓋上開(kāi)口通孔和第二水道，端蓋上的通孔橫截面小于閥套中間的通孔的橫截面，端蓋上的通孔橫截面也小于彈簧套中間的空腔的橫截面；所述的頂桿包括連接在一起的桿頭和支撐桿，頂桿的桿頭設(shè)置在彈簧套內(nèi)，頂桿的支撐桿插裝在彈簧套端蓋上的通孔內(nèi)，且與閥芯相接觸，頂桿的桿頭橫截面形狀與彈簧套內(nèi)的空腔橫截面形狀相吻合，頂桿的支撐桿橫截面形狀與彈簧套端蓋上的通孔橫截面形狀相吻合；所述的閥芯與彈簧套端蓋之間形成第一儲(chǔ)水室，閥套開(kāi)有連通副水孔和第一儲(chǔ)水室的第一水道，彈簧被擠壓時(shí)，第一水道能夠被閥芯擋住；所述的頂桿的桿頭與彈簧套端蓋之間形成第二儲(chǔ)水室，第二水道連通第一儲(chǔ)水室和第二儲(chǔ)水室；所述的頂桿的桿頭與彈簧套之間形成第三儲(chǔ)水室，頂桿的桿頭上開(kāi)有連通第二儲(chǔ)水室合第三儲(chǔ)水室的第三水道；所述的彈簧設(shè)置在第三儲(chǔ)水室內(nèi)，且推動(dòng)頂桿的桿頭。所述的彈簧套內(nèi)部前端安裝有調(diào)壓螺栓，調(diào)壓螺栓中間開(kāi)有出水孔，彈簧一端抵住頂桿的桿頭，另一端抵住調(diào)壓螺栓。所述的調(diào)壓螺栓內(nèi)部設(shè)有第一限位臺(tái)，彈簧套裝在第一限位臺(tái)上。所述的聯(lián)接頭側(cè)面對(duì)應(yīng)于調(diào)壓螺栓處開(kāi)有定位孔，定位孔內(nèi)設(shè)有定位螺釘。所述的閥體外側(cè)的第一噴水孔內(nèi)固定安裝有噴嘴。所述的頂桿的桿頭前端設(shè)置有第二限位臺(tái)，彈簧套裝在第二限位臺(tái)上。所述的第二限位臺(tái)中間開(kāi)有水槽，第二水道呈傾斜狀態(tài)，連通水槽和第一儲(chǔ)水室。所述的閥套外側(cè)開(kāi)有第一密封槽，第一密封槽在第二噴水孔前后兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)，每個(gè)第一密封槽內(nèi)設(shè)置一個(gè)第一密封圈。所述的閥套上對(duì)應(yīng)于隔板一端開(kāi)有第四儲(chǔ)水室。所述的閥套外側(cè)對(duì)應(yīng)于彈簧套一端開(kāi)有第二密封槽，第二密封槽內(nèi)設(shè)有第二密封圈。所述的鉆桿采用多段鉆桿連接而成，相鄰鉆桿之間的軟密封結(jié)構(gòu)包括鉆桿公端和鉆桿母端，鉆桿公端和鉆桿母端均為中空結(jié)構(gòu)，鉆桿公端設(shè)有圓臺(tái)形的連接頭，圓臺(tái)形連接頭上設(shè)有錐形螺紋，鉆桿母端上開(kāi)有與連接頭形狀相吻合的連接槽，連接槽內(nèi)設(shè)有錐形螺紋，連接頭前端固定設(shè)有圓環(huán)柱形的定位頭，連接槽底部開(kāi)有與定位頭形狀相吻合的定位槽，定位頭上套裝有密封圈。所述的定位頭上開(kāi)有兩個(gè)第三密封槽，每個(gè)第三密封槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)第三密封圈。所述的定位頭與定位槽為間隙配合，定位頭與定位槽之間的縫隙寬度為 0. 04MM-0. IMM 之間。所述的定位頭與定位槽之間的縫隙寬度為0. 06MM。所述的定位頭上開(kāi)有密封槽，密封圈設(shè)置在密封槽內(nèi)。所述的密封槽深度為1. 99-2. 025MM之間，密封圈圈體橫截面直徑為2. 5-2. 6匪之間。所述的密封槽深度為2MM，密封圈圈體橫截面直徑為2. 6MM。所述的定位頭長(zhǎng)度為25匪。所述的連接頭上的螺紋為外螺紋，連接槽上的螺紋為內(nèi)螺紋。所述的步驟A中，鉆孔時(shí)，高壓泵向鉆桿內(nèi)注入水壓壓力為2MPa-10MI^低壓水，低壓水從壓力感應(yīng)閥前端流出，對(duì)鉆頭進(jìn)行降溫。所述的步驟D中，鉆頭后退長(zhǎng)度為0. 2m_3m (根據(jù)具體情況而定)。所述的步驟C中，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退時(shí)，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與步驟A中鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)巧妙，本發(fā)明在退鉆過(guò)程中通過(guò)高壓水對(duì)煤層進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)鉆割聯(lián)動(dòng)。使用本發(fā)明，可使切割直徑達(dá)到3米以上，從而可增加瓦斯暴露面積達(dá)到傳統(tǒng)中的6倍以上，有效增加瓦斯釋放范圍達(dá)3倍以上，同時(shí)還能夠有效釋放煤層中瓦斯壓力和煤層應(yīng)力，提高煤層瓦斯抽放效率，使得困擾煤礦多年的瓦斯突出問(wèn)題、本煤層瓦斯抽放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、煤礦采掘失調(diào)的問(wèn)題得到有效的緩解。同時(shí)，本發(fā)明可以大大減少鉆孔的數(shù)量，使生產(chǎn)效率得到提高，降低生產(chǎn)成本。下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中瓦斯抽放打孔結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中瓦斯抽放打孔結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中鉆桿與鉆桿之間的軟密封結(jié)構(gòu)分解狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明中鉆桿與鉆桿之間的軟密封結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明中鉆桿與鉆桿之間的軟密封結(jié)構(gòu)分解狀態(tài)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明中壓力感應(yīng)閥剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-水箱，2-水管，3-高壓泵，4-高壓管，5-鉆機(jī)，6_高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置， 7-鉆桿，8-壓力感應(yīng)閥，9-鉆頭，10-孔，11-地層，12-鉆桿公端，13-鉆桿母端，14-連接頭，15-連接槽，16-定位頭，17-定位槽，18-第三密封槽，19-第三密封圈，20-閥體，21-第一密封圈，22-噴嘴，23-閥芯，24-閥套，25-彈簧套，26-頂桿，27-彈簧，28-聯(lián)接頭，29-定位螺釘，30-調(diào)壓螺栓，31-第四儲(chǔ)水室，32-第一水道，33-第二噴水孔，34-第一儲(chǔ)水室， 35-第二水道，36-第二儲(chǔ)水室，37-第三水道，38-第三儲(chǔ)水室，39-出水孔，40-第一限位臺(tái)，41-主水孔，42-副水孔，43-第一密封槽，44-第一噴水孔，45-第二密封槽，46-第二密封圈，47-水槽，48-第二限位臺(tái)，49-桿頭，50-支撐桿，51 -隔板。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。請(qǐng)參看附圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)主要包括鉆頭9、壓力感應(yīng)閥8、鉆桿7、鉆機(jī)5、高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置6、高壓泵4和水箱1，本實(shí)施例中，壓力感應(yīng)閥8安裝在鉆桿7前端，壓力感應(yīng)閥8能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)根據(jù)水壓的大小調(diào)節(jié)出水方向和流量，當(dāng)?shù)蛪簳r(shí)，高壓噴水孔22被封堵，水從低壓出水孔中流出，此時(shí)低壓水的主要目的是鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆頭9進(jìn)行降溫和排渣；當(dāng)水的壓力增大到一定壓力時(shí)，壓力感應(yīng)閥8自動(dòng)封堵低壓出水孔，水只能通過(guò)高壓噴水孔22處噴射出，以達(dá)到切割堅(jiān)硬物質(zhì)的目的。請(qǐng)參看附圖7，本實(shí)施例主要包括閥體20、 聯(lián)接頭28、閥套24、彈簧套25、閥芯23、頂桿沈和彈簧27，閥體20和聯(lián)接頭觀安裝在一起，形成本實(shí)施例主體，本實(shí)施例中，閥體20和聯(lián)接頭28通過(guò)螺紋連接在一起。本實(shí)施例中，閥體20呈空心狀，閥體20中間設(shè)有隔板51 (隔板51與閥體20 —體設(shè)置)，隔板51上開(kāi)有主水孔41和副水孔42，其中，主水孔41開(kāi)設(shè)在隔板51中間位置。本實(shí)施例中，閥體20 后端開(kāi)有內(nèi)螺紋，用于與鉆桿連接。本實(shí)施例中，閥體20側(cè)面開(kāi)有第一噴水孔44，第一噴水孔44內(nèi)固定安裝有噴嘴22，用于將高壓水噴出，切割煤層，本實(shí)施例中，閥體20側(cè)面開(kāi)有兩個(gè)第一噴水孔44。本實(shí)施例中，聯(lián)接頭觀也呈空心狀，聯(lián)接頭觀與閥體20固定安裝在一起形成一個(gè)空腔，閥套M和彈簧套25設(shè)置在空腔內(nèi)。本實(shí)施例中，閥套M呈空心圓柱形，閥套M內(nèi)開(kāi)有圓柱形的通孔，閥芯23設(shè)置在閥套M內(nèi)，本實(shí)施例中，閥芯23也呈圓柱形，閥芯23的橫截面直徑與閥套M內(nèi)通孔的直徑相吻合，可使閥芯23剛好可以在閥套M 內(nèi)滑動(dòng)。本實(shí)施例中，閥套M側(cè)面開(kāi)有第二噴水孔33，第二噴水孔33與閥體20上的第一噴水孔44對(duì)應(yīng)設(shè)置，可使水通過(guò)閥套M側(cè)面的第二噴水孔33和設(shè)置在第一噴水孔44內(nèi)的噴嘴22噴出。本實(shí)施例中，彈簧套25中間也為空心結(jié)構(gòu)，彈簧套25主體呈圓柱形，內(nèi)部的通孔也呈圓柱形。彈簧套25與閥套M連接的一端設(shè)有端蓋(端蓋與彈簧套25為一體設(shè)置)，端蓋中間開(kāi)有通孔，通孔旁邊開(kāi)有一個(gè)以上的第三水道37，本實(shí)施例中，端蓋處的通孔直徑小于閥套M中的通孔的直徑，也小于彈簧套25內(nèi)的通孔的直徑。頂桿沈設(shè)置在彈簧套25內(nèi)，本實(shí)施例中，頂桿沈包括連接在一起的桿頭49和支撐桿50，頂桿沈的桿頭 49設(shè)置在彈簧套25內(nèi)，頂桿沈的支撐桿50插裝在彈簧套25端蓋上的通孔內(nèi)，且伸入閥套 24內(nèi)并與閥芯23相接觸，頂桿沈的桿頭49橫截面形狀與彈簧套25內(nèi)的通孔的橫截面形狀相吻合，頂桿26的支撐桿50橫截面形狀與彈簧套25端蓋上的通孔橫截面形狀相吻合。 本實(shí)施例中，頂桿26的桿頭49前端固定設(shè)置有第二限位臺(tái)48。本實(shí)施例中，彈簧套25前端內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋，彈簧套25前端通過(guò)螺紋安裝有調(diào)壓螺栓30，聯(lián)接頭觀和彈簧套25上對(duì)應(yīng)于調(diào)壓螺栓30的位置開(kāi)有螺釘孔，螺釘孔內(nèi)設(shè)有定位螺釘四，通過(guò)定位螺釘四可將彈簧套25與聯(lián)接頭28的位置固定。本實(shí)施例中，調(diào)壓螺栓30上設(shè)有第一限位臺(tái)40，彈簧27 設(shè)置在彈簧套25內(nèi)，彈簧27 —端套裝在第一限位臺(tái)40上，彈簧27另一端套裝在第二限位臺(tái)48上。本實(shí)施例中，閥芯23與彈簧套25的端蓋之間形成第一儲(chǔ)水室34，閥套M傷開(kāi)有連通副水孔42和第一儲(chǔ)水室34的第一水道32 ；頂桿沈的桿頭49與彈簧套25端蓋之間形成第二儲(chǔ)水室36，彈簧套25端蓋上開(kāi)有第二水道35，第二水道35連通第一儲(chǔ)水室34和第二儲(chǔ)水室36 ；頂桿沈的桿頭49與彈簧套25之間形成第三儲(chǔ)水室38，頂桿沈的桿頭49 上開(kāi)有第三水道37，本實(shí)施例中，桿頭49的第二限位臺(tái)48上設(shè)有水槽47，水槽47與第三儲(chǔ)水室38連通，第三水道37傾斜設(shè)置，第三水道37連通水槽47與第二儲(chǔ)水室36 ；本實(shí)施例中，在閥套M后端還開(kāi)設(shè)有一個(gè)環(huán)形槽，閥套M與閥體20之間形成第四儲(chǔ)水室31，副水孔42和第一水道32分別與第四儲(chǔ)水室31連通，通過(guò)第四儲(chǔ)水室31使閥套M和閥體20 之間的安裝更加容易。閥套M外側(cè)開(kāi)有第一密封槽43，本實(shí)施例中，第一密封槽43，開(kāi)設(shè)有兩條，分別設(shè)置在第二噴水孔33兩側(cè)，每個(gè)第一密封槽43內(nèi)設(shè)置有一個(gè)第一密封圈21，通過(guò)第一密封圈 21可以防止水從閥套M和閥體20之間滲出。為了進(jìn)一步達(dá)到更好的防水效果，本實(shí)施例中，在閥套M外側(cè)對(duì)應(yīng)于彈簧套25 —端開(kāi)有第二密封槽45，第二密封槽45內(nèi)設(shè)有第二密封圈46。本實(shí)施例中，鉆頭9安裝在壓力感應(yīng)閥8前端，用于鉆進(jìn)，鉆機(jī)5驅(qū)動(dòng)鉆桿7轉(zhuǎn)動(dòng)， 由鉆桿7帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥8和鉆頭9轉(zhuǎn)動(dòng)。水箱1內(nèi)裝有清水，水箱1內(nèi)的水通過(guò)水管2 傳輸至高壓泵3，高壓泵3對(duì)水進(jìn)行加壓后通過(guò)高壓管4傳輸給高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置6，高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置6能夠?qū)崿F(xiàn)使高壓管4內(nèi)的水由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)狀態(tài)，并同時(shí)能夠保證密封和壓力的恒定，本實(shí)施例中，高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置6采用美國(guó)的MoneAge公司生產(chǎn)的型號(hào)P8P8的高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置。由高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置6將水輸入鉆桿7，通過(guò)鉆桿7將水傳輸?shù)綁毫Ω袘?yīng)閥8處。本發(fā)明中，鉆桿7采用空心鉆桿，并且，鉆桿7采用多段鉆桿連接而成，通常一段鉆桿7的長(zhǎng)度約為700mm-1500mm左右，鉆桿7內(nèi)可以通入高壓水， 并且保持在高壓的狀態(tài)下，相鄰鉆桿之間的連接處不會(huì)產(chǎn)生滲漏等現(xiàn)象，本實(shí)施例中，鉆桿與鉆桿之間的軟密封結(jié)構(gòu)做了特殊設(shè)計(jì)，請(qǐng)參看附圖4至附圖6，本發(fā)明鉆桿與鉆桿之間的連接處主要包括鉆桿公端12和鉆桿母端13，具體生產(chǎn)時(shí)，一般是一個(gè)鉆桿7的一端為鉆桿公端12，另一端為鉆桿母端13，也可以設(shè)計(jì)成兩端均為鉆桿公端12或兩端均為鉆桿母端13 的特殊鉆桿。使用時(shí)，將鉆桿公端12插入鉆桿母端13內(nèi)使用。本實(shí)施例中，鉆桿公端12 前端為一個(gè)圓臺(tái)形的連接頭14，連接頭14前端固定設(shè)有圓柱形的定位頭16，由于鉆桿為空心桿，所以，連接頭14實(shí)際上為空心圓臺(tái)形，定位頭16實(shí)際上的橫截面呈圓環(huán)形，定位頭16 為圓環(huán)柱形。本實(shí)施例中，鉆桿母端13前端為一個(gè)圓臺(tái)形的連接槽15，連接槽15的形狀與連接頭14形狀相吻合，連接槽15后方為圓柱形的定位槽17，定位槽17的形狀與定位頭16 形狀相吻合。本實(shí)施例中，連接頭14外部設(shè)有錐形螺紋，連接頭14外部的螺紋為外螺紋， 連接槽15上設(shè)有與連接頭14上螺紋對(duì)應(yīng)的錐形螺紋，連接槽15上的螺紋為內(nèi)螺紋，使用時(shí)，兩個(gè)鉆桿之間可通過(guò)連接頭14和連接槽15處的螺紋固定安裝在一起。本實(shí)施例中的定位頭16與定位槽17插接在一起，定位頭16與定位槽17采用間隙配合，定位頭16與定位槽之6間的縫隙寬度為0. 04MM-0. 1匪之間，優(yōu)選為0. 06匪，本實(shí)施例中的定位頭16長(zhǎng)度為25MM，本發(fā)明采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既可以保證在一定彎度的情況下，鉆桿與鉆桿之間不會(huì)產(chǎn)生斷開(kāi)現(xiàn)象，又可以保證鉆桿與鉆桿之間的密封性。為了進(jìn)一步保證鉆桿與鉆桿之間的密封性，在定位頭16上開(kāi)有第三密封槽18，本實(shí)施例中，定位頭16上開(kāi)有兩條第三密封槽18，每個(gè)第三密封槽18內(nèi)設(shè)有一個(gè)第三密封圈19，本實(shí)施例中的第三密封槽18深度
8為1. 99MM-2. 025MM之間，優(yōu)選為2MM，第三密封圈19的圈體的橫截面直徑為2. 5MM-2. 6MM 之間，優(yōu)選為2. 6MM，透過(guò)在定位頭16上設(shè)置第三密封圈19，可進(jìn)一步保證鉆桿與鉆桿之間的密封性，使其可在70MI^的高壓下不會(huì)產(chǎn)生漏水、滲水等現(xiàn)象。本實(shí)施例中的第三密封圈 19可采用0型圈、Y型圈或鼓型圈等多種結(jié)構(gòu)形式。本發(fā)明中的鉆桿與鉆桿之間采用圓臺(tái)形連接結(jié)構(gòu)，并在圓臺(tái)形連接結(jié)構(gòu)上設(shè)有錐形螺紋，保證了鉆桿與鉆桿之間的連接的牢固性，本發(fā)明在連接頭前端設(shè)有圓環(huán)形的定位頭，定位頭與定位槽之間采用間隙配合，既可以保證在一定彎度的情況下，鉆桿與鉆桿之間不會(huì)產(chǎn)生斷開(kāi)現(xiàn)象，又可以保證鉆桿與鉆桿之間的密封性，同時(shí)，本發(fā)明還在定位頭上開(kāi)有密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)有密封圈，可進(jìn)一步保證鉆桿與鉆桿之間的密封性，保證其在70MPa的條件下不會(huì)產(chǎn)生漏水、滲水現(xiàn)象。本發(fā)明在使用時(shí)，包括下述步驟A、鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行鉆孔，本實(shí)施例中，鉆孔時(shí)，高壓泵 3向鉆桿7內(nèi)注入水壓壓力為2MPa-10MI^低壓水，低壓水從壓力感應(yīng)閥8前端流出，對(duì)鉆頭 9進(jìn)行降溫；B、鉆孔到設(shè)定深度后，通過(guò)高壓泵3向鉆桿7內(nèi)注入水壓壓力為30MPa_70MPa高壓水，高壓水從壓力感應(yīng)閥8側(cè)面噴出，同時(shí)，鉆機(jī)5驅(qū)動(dòng)鉆桿7轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿7帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥8轉(zhuǎn)動(dòng)，壓力感應(yīng)閥8噴出的高壓水對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，切割時(shí)，鉆桿7的旋轉(zhuǎn)方向與進(jìn)鉆時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，使鉆桿與鉆桿之間不會(huì)斷開(kāi)；C、切割時(shí)間設(shè)定為2min-5min或者切割半徑達(dá)到0. 5m_3. 5m的深度(根據(jù)具體情況而定)時(shí)，高壓泵5停止向鉆桿7內(nèi)注入高壓水，停止對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，鉆機(jī)5驅(qū)動(dòng)鉆桿7轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿7帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥8及鉆頭9后退，后退時(shí)，鉆桿7的旋轉(zhuǎn)方向與進(jìn)鉆時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，使鉆桿與鉆桿之間不會(huì)斷開(kāi)；D、鉆頭后退設(shè)定長(zhǎng)度后，通常情況下，每次鉆頭后退長(zhǎng)度為0. 2米-3米之間(根據(jù)具體情況而定)，每后退一次鉆頭9，則重復(fù)一次步驟B ；E、然后重復(fù)步驟C和步驟D，直至鉆頭后退至不需要切割的深度，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退，退出，即完成。本發(fā)明在使用時(shí)，利用高壓泵3將水壓入壓力感應(yīng)閥8內(nèi)，本發(fā)明分為兩種高壓和低壓兩種使用狀態(tài)。當(dāng)本發(fā)明工作在低壓狀態(tài)時(shí)，高壓泵3提供壓力約為2MPa-10MPa的低壓水，彈簧27呈伸開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)，閥芯23擋住第二噴水孔33，露出第一水道32，低壓水從副水孔42經(jīng)第一水道32流入第一儲(chǔ)水室34內(nèi)，再經(jīng)過(guò)第二水道35流入第二儲(chǔ)水室36內(nèi)， 然后經(jīng)過(guò)第三水道37流入第三儲(chǔ)水室38內(nèi)，再經(jīng)過(guò)出水孔39流出，對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻；當(dāng)有低壓向高壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，高壓泵3提供壓力約為30MPa-70MPa的高壓水，高壓水在從第一水道32流過(guò)時(shí)不夠及時(shí)，此時(shí)，高壓水推動(dòng)閥芯23向前運(yùn)動(dòng)，閥芯23推動(dòng)頂桿沈，頂桿沈擠壓彈簧27，使彈簧27壓縮，當(dāng)閥芯23運(yùn)動(dòng)到一定程度時(shí)，閥芯23擋住第一水道32，而露出第二噴水孔33，使水從第二噴水孔33處經(jīng)過(guò)噴嘴22在側(cè)面噴出，實(shí)現(xiàn)切割煤層的目的。 本發(fā)明在使用時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓螺栓30來(lái)調(diào)節(jié)本發(fā)明轉(zhuǎn)換的壓力，調(diào)節(jié)時(shí)，先松開(kāi)定位螺釘四，然后通過(guò)旋扭調(diào)壓螺栓30，當(dāng)調(diào)壓螺栓30向前旋扭時(shí)，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換壓力降低； 當(dāng)調(diào)壓螺栓30向后旋扭時(shí)，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換壓力升高。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)巧妙，使用本發(fā)明，可使切割直徑達(dá)到3米以上，從而可增加瓦斯暴露面積達(dá)到傳統(tǒng)中的6倍以上，有效增加瓦斯釋放范圍達(dá)3倍以上，同時(shí)還能夠有
9效釋放煤層中瓦斯壓力和煤層應(yīng)力，提高煤層瓦斯抽放效率，使得困擾煤礦多年的瓦斯突出問(wèn)題、本煤層瓦斯抽放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、煤礦采掘失調(diào)的問(wèn)題得到有效的緩解。同時(shí)，本發(fā)明可以大大減少鉆孔的數(shù)量，使生產(chǎn)效率得到提高，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，在切割處，由于煤層自身應(yīng)力的作用下，還會(huì)使煤層產(chǎn)生自然斷裂，更加加大了瓦斯的暴露和抽放面積。
權(quán)利要求
1.一種超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，其特征是所述的系統(tǒng)包括鉆頭、壓力感應(yīng)閥、鉆桿、鉆機(jī)、高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置、高壓泵和水箱，壓力感應(yīng)閥安裝在鉆桿前端，鉆頭安裝在壓力感應(yīng)閥前端，壓力感應(yīng)閥外側(cè)安裝有噴嘴，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，水箱內(nèi)的水通過(guò)高壓泵傳輸給高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置，由高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置輸入鉆桿， 通過(guò)鉆桿傳輸?shù)綁毫Ω袘?yīng)閥處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，其特征是所述的壓力感應(yīng)閥包括閥體、聯(lián)接頭、閥套、彈簧套、閥芯、頂桿和彈簧，所述的閥體呈空心狀，閥體中間設(shè)有隔板，隔板上開(kāi)有主水孔和副水孔，閥體側(cè)面開(kāi)有第一噴水孔；所述的聯(lián)接頭也呈空心狀，聯(lián)接頭與閥體固定安裝在一起形成一個(gè)空腔；所述的閥套設(shè)置在聯(lián)接頭與閥體形成的空腔內(nèi)，閥套中間為通孔，閥套側(cè)面開(kāi)有第二噴水孔，第二噴水孔與第一噴水孔對(duì)應(yīng)設(shè)置，閥芯設(shè)置在閥套內(nèi)，且與閥套內(nèi)的通孔形狀相吻合；所述的彈簧套也設(shè)置在聯(lián)接頭與閥體形成的空腔內(nèi)，彈簧套中間為空腔，彈簧設(shè)置在彈簧套內(nèi)，彈簧套與閥套對(duì)應(yīng)一端處設(shè)有端蓋，端蓋上開(kāi)口通孔和第二水道，端蓋上的通孔橫截面小于閥套中間的通孔的橫截面，端蓋上的通孔橫截面也小于彈簧套中間的空腔的橫截面；所述的頂桿包括連接在一起的桿頭和支撐桿，頂桿的桿頭設(shè)置在彈簧套內(nèi)，頂桿的支撐桿插裝在彈簧套端蓋上的通孔內(nèi)，且與閥芯相接觸，頂桿的桿頭橫截面形狀與彈簧套內(nèi)的空腔橫截面形狀相吻合，頂桿的支撐桿橫截面形狀與彈簧套端蓋上的通孔橫截面形狀相吻合；所述的閥芯與彈簧套端蓋之間形成第一儲(chǔ)水室，閥套開(kāi)有連通副水孔和第一儲(chǔ)水室的第一水道，彈簧被擠壓時(shí)，第一水道能夠被閥芯擋?。凰龅捻敆U的桿頭與彈簧套端蓋之間形成第二儲(chǔ)水室， 第二水道連通第一儲(chǔ)水室和第二儲(chǔ)水室；所述的頂桿的桿頭與彈簧套之間形成第三儲(chǔ)水室，頂桿的桿頭上開(kāi)有連通第二儲(chǔ)水室合第三儲(chǔ)水室的第三水道；所述的彈簧設(shè)置在第三儲(chǔ)水室內(nèi)，且推動(dòng)頂桿的桿頭所述的壓力感應(yīng)閥包括閥體、聯(lián)接頭、閥套、彈簧套、閥芯、頂桿和彈簧，所述的閥體呈空心狀，閥體中間設(shè)有隔板，隔板上開(kāi)有主水孔和副水孔，閥體側(cè)面開(kāi)有第一噴水孔；所述的聯(lián)接頭也呈空心狀，聯(lián)接頭與閥體固定安裝在一起形成一個(gè)空腔；所述的閥套設(shè)置在聯(lián)接頭與閥體形成的空腔內(nèi)，閥套中間為通孔，閥套側(cè)面開(kāi)有第二噴水孔，第二噴水孔與第一噴水孔對(duì)應(yīng)設(shè)置，閥芯設(shè)置在閥套內(nèi)，且與閥套內(nèi)的通孔形狀相吻合；所述的彈簧套也設(shè)置在聯(lián)接頭與閥體形成的空腔內(nèi)，彈簧套中間為空腔，彈簧設(shè)置在彈簧套內(nèi)，彈簧套與閥套對(duì)應(yīng)一端處設(shè)有端蓋，端蓋上開(kāi)口通孔和第二水道，端蓋上的通孔橫截面小于閥套中間的通孔的橫截面，端蓋上的通孔橫截面也小于彈簧套中間的空腔的橫截面；所述的頂桿包括連接在一起的桿頭和支撐桿，頂桿的桿頭設(shè)置在彈簧套內(nèi)，頂桿的支撐桿插裝在彈簧套端蓋上的通孔內(nèi)，且與閥芯相接觸，頂桿的桿頭橫截面形狀與彈簧套內(nèi)的空腔橫截面形狀相吻合，頂桿的支撐桿橫截面形狀與彈簧套端蓋上的通孔橫截面形狀相吻合；所述的閥芯與彈簧套端蓋之間形成第一儲(chǔ)水室，閥套開(kāi)有連通副水孔和第一儲(chǔ)水室的第一水道，彈簧被擠壓時(shí)，第一水道能夠被閥芯擋??；所述的頂桿的桿頭與彈簧套端蓋之間形成第二儲(chǔ)水室，第二水道連通第一儲(chǔ)水室和第二儲(chǔ)水室；所述的頂桿的桿頭與彈簧套之間形成第三儲(chǔ)水室，頂桿的桿頭上開(kāi)有連通第二儲(chǔ)水室合第三儲(chǔ)水室的第三水道；所述的彈簧設(shè)置在第三儲(chǔ)水室內(nèi)，且推動(dòng)頂桿的桿頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，其特征是所述的彈簧套內(nèi)部前端安裝有調(diào)壓螺栓，調(diào)壓螺栓中間開(kāi)有出水孔，彈簧一端抵住頂桿的桿頭，另一端抵住調(diào)壓螺栓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，其特征是所述的聯(lián)接頭側(cè)面對(duì)應(yīng)于調(diào)壓螺栓處開(kāi)有定位孔，定位孔內(nèi)設(shè)有定位螺釘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，其特征是所述的鉆桿采用多段鉆桿連接而成，相鄰鉆桿之間的軟密封結(jié)構(gòu)包括鉆桿公端和鉆桿母端，鉆桿公端和鉆桿母端均為中空結(jié)構(gòu)，鉆桿公端設(shè)有圓臺(tái)形的連接頭，圓臺(tái)形連接頭上設(shè)有錐形螺紋，鉆桿母端上開(kāi)有與連接頭形狀相吻合的連接槽，連接槽內(nèi)設(shè)有錐形螺紋，連接頭前端固定設(shè)有圓環(huán)柱形的定位頭，連接槽底部開(kāi)有與定位頭形狀相吻合的定位槽，定位頭上套裝有密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)，其特征是所述的定位頭上開(kāi)有兩個(gè)第三密封槽，每個(gè)第三密封槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)第三密封圈。
7.一種采用如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突的方法，其特征是所述的方法包括下述步驟A、鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行鉆孔；B、鉆孔到設(shè)定深度后，通過(guò)高壓泵向鉆桿內(nèi)注入水壓壓力為30MPa-70MPa高壓水，高壓水從壓力感應(yīng)閥側(cè)面噴出，同時(shí)，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)，壓力感應(yīng)閥噴出的高壓水對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割；C、切割時(shí)間設(shè)定為anin-5min或者切割半徑達(dá)到0.5m_3. 5m的深度時(shí)，高壓泵停止向鉆桿內(nèi)注入高壓水，停止對(duì)煤層進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退；D、鉆頭后退設(shè)定長(zhǎng)度后，重復(fù)步驟B；E、重復(fù)步驟C和步驟D，直至鉆頭后退至不需要切割的深度，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退，退出，即完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突的方法， 其特征是所述的步驟A中，鉆孔時(shí)，高壓泵向鉆桿內(nèi)注入水壓壓力為2MPa-10MPa低壓水， 低壓水從壓力感應(yīng)閥前端流出，對(duì)鉆頭進(jìn)行降溫。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突的方法， 其特征是所述的步驟D中，鉆頭后退長(zhǎng)度為0. 2米-3米。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突的方法，其特征是所述的步驟C中，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿帶動(dòng)壓力感應(yīng)閥及鉆頭后退時(shí)，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與步驟A中鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種超長(zhǎng)鉆孔高壓水射流鉆割聯(lián)動(dòng)煤層瓦斯抽放與防突系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括鉆頭、壓力感應(yīng)閥、鉆桿、鉆機(jī)、高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置、高壓泵和水箱，壓力感應(yīng)閥安裝在鉆桿前端，鉆頭安裝在壓力感應(yīng)閥前端，壓力感應(yīng)閥外側(cè)安裝有噴嘴，鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，水箱內(nèi)的水通過(guò)高壓泵傳輸給高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置，由高低壓輸水旋轉(zhuǎn)裝置輸入鉆桿，通過(guò)鉆桿傳輸?shù)綁毫Ω袘?yīng)閥處。在退鉆過(guò)程中，通過(guò)高壓水對(duì)煤層進(jìn)行切割，實(shí)現(xiàn)鉆割聯(lián)動(dòng)，提高工作效率，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)巧妙，使用本發(fā)明，可使切割直徑達(dá)到3米以上，從而可增加瓦斯暴露面積達(dá)到傳統(tǒng)中的6倍以上，有效增加瓦斯釋放范圍達(dá)3倍以上，解決煤礦瓦斯的抽放及放突問(wèn)題。
文檔編號(hào)E21F7/00GK102465712SQ20101054430
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者李一民, 李健, 陸庭侃, 高德安 申請(qǐng)人:湖南漢壽中煤科技有限公司