構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置的製作方法

2023-10-17 10:27:19

專利名稱：構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及瓦斯治理領域，尤其是一種構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置。
背景技術：
隨著對能源需求量的加大，煤礦開採的強度和開採的深度不斷加大，煤與瓦斯突出的可能性大大增加。煤與瓦斯突出以其極大的危害性及破壞性讓煤礦工人「談虎色變」， 煤與瓦斯突出嚴重製約著煤礦的安全生產和礦工的生命安全。所以，對瓦斯含量高的礦井或突出礦井進行區域消突和局部消突是這些煤礦中一項重要工作。在煤礦井下，通過在煤層或巖層中打鑽孔，並對其中的瓦斯進行預抽是目前進行區域消突和局部消突的一種重要手段。但構造煤發育區，往往容易形成應力集中，而且構造煤發育區，煤體結構破壞較嚴重，在打鑽過程中極易發生塌孔，使鑽具難以拔出。煤層的透氣性是反映抽採難易程度的重要指標，構造煤發育區，煤體受到破壞，導致按照常規的強化工藝很難達到強化的目的，尤其使用液體等流體進行強化時強化效果較差，因此構造煤發育區瓦斯抽放一直是困擾煤礦工人的一個重要問題。煤與瓦斯突出一般發生在構造附近， 不僅是因為這裡的煤體比較破碎，也是因為應力比較集中。因此要想更好的預防煤與瓦斯突出，就要首先解決構造煤發育區的瓦斯抽放問題。
發明內容本發明的目的是提供一種針對構造煤發育區打鑽時鑽孔易塌孔埋鑽、強化效果不理想、抽放難等問題，不僅解決了構造煤成孔難的問題，而且提高了煤的透氣性，提高瓦斯抽放效率、有效減少煤與瓦斯突出、可提高煤炭安全高效生產的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，包括後端與鑽機連接的鑽杆，鑽杆前端設有鑽頭，鑽杆桿身外圈間隔包覆有氣囊，相鄰兩氣囊之間的鑽杆桿身上設有氣體壓裂孔，所述氣囊和氣體壓裂孔分別通過氣囊管路和氣壓管路與氣泵連接，氣泵和氣罐連接，所述鑽頭的後端與鑽杆之間連接有環繞鑽杆桿身的切削片，切削片傾斜設置且尖端向後，所述切削片與鑽頭構成鑽進方向為前後向的雙向鑽頭。所述鑽杆後端與鑽機的轉盤連接，轉盤上對應氣囊管路和氣壓管路分別開設有氣囊管路孔、氣壓管路孔，氣囊管路孔、氣壓管路孔分別連接有管狀氣囊鋼製接頭和氣孔鋼製接頭，氣囊管路為連接於氣囊鋼製接頭和鑽杆桿身上氣囊孔之間的高壓軟管，氣壓管路為連接於氣孔鋼製接頭和鑽杆桿身上氣體壓裂孔之間的高壓軟管，氣囊管路和氣壓管路均位於鑽杆內，氣囊鋼製接頭和氣孔鋼製接頭又分別連通一中間高壓軟管與氣泵連接。包括焊接於鑽杆桿身內的環形體，並且環形體沿周圈表面開設氣體壓裂槽，氣體壓裂槽正對氣體壓裂孔，所述氣壓管路通過氣體壓裂槽與氣體壓裂孔連通。鑽杆桿身長80-90米，鑽杆上共間隔設置兩氣囊，兩氣囊的間距為50米。[0009]所述鑽杆桿身設有用於排出煤屑的外螺紋。所述鑽頭設有冷卻水孔，切削片下側的桿身也設有冷卻水孔。所述切削片的旋向與鑽頭旋向相反，鑽頭直徑大於鑽杆直徑。所述中間高壓軟管設有壓力表和氣閥，氣罐至少串聯兩個並最終與氣泵連接，每個氣罐均帶有氣閥，所述氣罐為內裝氮氣的氮氣氣罐。還包括一端穿插過轉盤進入鑽杆內，另一端分別通過管道連接氣泵和水泵的高壓冷卻水管，水泵出水口處連接水閥，水泵與水源連接。本發明針對構造煤發育區打鑽時鑽孔易塌孔埋鑽、強化效果不理想、抽放難等問題，在此，通過在構造煤發育區使用空氣作為介質進行分段、多次儲層壓力激動達到卸壓， 提高煤的透氣性；利用分段儲層激勵，有效解決了構造煤發育區煤體強化難的問題，使抽放效果大大提高，煤與瓦斯突出危險性大大減少；使用雙向鑽進的鑽頭，既可前鑽，也可邊拔邊鑽，不僅解決了構造煤成孔難的問題，而且解決了構造區易塌孔埋鑽的問題，在提高瓦斯抽放效率、有效減少煤與瓦斯突出、提高煤炭安全高效生產等方面具有重要意義。

圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
由圖1所示的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置包括後端與鑽機的轉盤8連接的鑽杆10，轉盤8由鑽機的傳動裝置帶動。(鑽機及其轉盤8、傳動裝置以及轉盤8與鑽杆 10端部的連接方式均為現有技術，故不詳細敘述。)鑽杆10前端設有鑽頭19，所述鑽頭19的後端與鑽杆10之間連接有數個環繞鑽杆10桿身的切削片18，切削片18傾斜設置且尖端向後，切削片18的旋向與鑽頭19旋向相反。鑽頭19的尖端朝前，切削片18與鑽頭19構成鑽進方向為前後向的雙向鑽頭。所述鑽頭19設有冷卻水孔21，切削片18下側的鑽杆10桿身也設有冷卻水孔22。所述鑽杆10桿身設有用於排出煤屑的外螺紋9。在鑽杆10後端與鑽頭19之間的鑽杆10中部桿身外圈間隔包覆有兩環形氣囊12，所述鑽杆10桿身長80-90米，兩氣囊12 的間距為50米，位於兩氣囊12之間的鑽杆10桿身上設有氣體壓裂孔15，所述氣囊12和氣體壓裂孔15分別通過氣囊管路11和氣壓管路13與氣泵25連接，即轉盤8上對應氣囊管路11和氣壓管路13分別開設有氣囊管路孔、氣壓管路孔，氣囊管路孔、氣壓管路孔分別連接有管狀氣囊鋼製接頭7和氣孔鋼製接頭沈，氣囊管路11為連接於氣囊鋼製接頭7和鑽杆10桿身上氣囊孔之間的高壓軟管，氣囊孔為鑽杆10桿身上連通氣囊12的孔，由於氣囊 12為兩個，所以氣囊管路11也為兩個，轉盤8上對應兩氣囊管路11在兩氣囊管路孔設置兩氣囊鋼製接頭7 ；鑽杆10桿身內焊接有環形體14，即環形體14周圈邊沿焊接於鑽杆10桿身內，(鑽杆10為多段連接，為了便於製造，環形體14可先焊接在設置氣體壓裂孔15的那段鑽杆10內，再與其他鑽杆10合併連接。)並且環形體14沿周圈表面開設氣體壓裂槽16， 氣體壓裂槽16開口正對氣體壓裂孔15，環形體14上設有連通氣體壓裂槽16的連接孔17， 所述氣壓管路13為連接於氣孔鋼製接頭沈和鑽杆10桿身上氣體壓裂孔15之間的高壓軟管，即所述氣壓管路13接入連接孔17通過氣體壓裂槽16與氣體壓裂孔15連通。所述氣囊管路11和氣壓管路13均位於鑽杆10內，環形體14後側的氣囊管路11可通過環形體14 的內徑孔穿插過去。所述每個氣囊鋼製接頭7和氣孔鋼製接頭沈又分別連通一中間高壓軟管4實現與氣泵25連接，每個中間高壓軟管4均設有壓力表5、氣閥閥門6、流量計和壓力計。氣泵 25和氣罐1連接，氣罐1至少串聯兩個並最終與氣泵25連接，本實施例中通過高壓軟管3 共串聯四個氣罐1，每個氣罐1均帶有氣閥2。還包括一端穿插過轉盤8進入鑽杆10內，另一端分別通過管道連接氣泵25和水泵28的高壓冷卻水管27，水泵28的出水口處連接水閥，水泵28與水源四連接。水源四可以是水池或者水罐。本發明所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置在使用時的具體步驟如下1.備好氣罐1的裝置，檢查裝置氣密性。2.安裝鑽頭19，進行鑽煤層段鑽進。3.鑽進結束以後，根據煤體情況決定是否進行壓力激動。4.啟動高壓氣泵25，通過氣囊管路11對兩氣囊12進行加壓，達到預定壓力後，關閉氣泵25。5.連接好氣壓管路13，啟動壓力氣泵25，開始進行壓力激動，然後突然開啟氣閥閥門6，使能量釋放，如此反覆幾次。兩氣囊12充漲後，可封堵兩氣囊12之間的煤屑，更利於氣體壓裂，提高煤的透氣性。6.直到每段都進行了儲層改造。開啟鑽機，把鑽進設備從煤孔中拔出。7.把鑽孔進行密封，接入抽放管路進行抽放。8.整理裝置。本發明所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，共構成了三個系統，即壓力系統24、密封系統23、鑽進系統20。一.鑽進系統20鑽進系統20包括鑽機轉盤8、鑽杆10、雙向鑽頭、冷卻水孔21、22等，該系統主要是進行煤層的鑽進以及為鑽具的拔出起到輔助作用。該系統在鑽頭19處安裝雙向鑽頭。為了簡化操作工藝，在鑽進過程中兩者同時隨鑽杆10旋轉，但是旋轉方向相反，兩者均焊接在鑽杆10上。在向前鑽進時由於前鑽頭19 已經鑽出較大的空間，因此後邊鑽體基本不起作用。在向外拔出鑽具時，鑽具難以拔出的主要原因就是在鑽頭19處被卡，這時可以啟動鑽機旋轉，利用切削片18進行切削煤體，由於是二次鑽進因此可以輕易拔出。如果還不能拔出，則可以啟動壓力激動裝置進行鬆動。鑽出的煤屑通過鑽杆10上的螺紋排出。排出動力即靠機械旋轉，又靠含有少量水的風壓作用。由於破碎煤體不易和水接觸，在此主要靠風力排出煤屑，少量的水既可以提高風的攜帶能力，同時可以冷鑽頭19。冷卻以後通過冷卻水孔21、22排出。鑽機轉盤8上可在中心位置設置通冷卻水的水孔。其中混有少量水的氣體通過水泵28和高壓氣泵25泵入到高壓高壓冷卻水管27，然後進入鑽杆10。二 .密封系統23密封系統23包括高壓軟管、封閉膠囊等，鑑於氣體壓裂能力有限，該系統主要是為進行分段壓力激動提供一個較小的密閉空間；該系統主要是起到密封的作用。
5[0037]完成鑽進以後，對於很破碎難以成孔的煤體沒有必要再進行壓力激動。對於能夠成孔，煤體相對不是很破碎的鑽孔。將鑽具移至合適的位置。然後起動高壓氣泵25對封閉氣囊12開始充氣，直到達到預定壓力，其中預定壓力要大於最大激動壓力。氣囊12完全封閉以後關閉閥門，避免漏氣。封閉氣囊12固定在鑽杆10上，為了達到更好的強化效果，兩封閉氣囊12之間的距離以50m為宜，具體情況視現場實際情況而定。在鑽進過程中，氣囊12靠彈性緊緊貼在鑽杆10上，不會影響煤屑從其上邊流出。氣囊12為環形，環繞在鑽杆10上。三.壓力系統24壓力系統M包括高壓氣泵25、高壓軟管、鋼製接頭、閥門、流量計、壓力計等，該系統主要為打鑽成孔後進行儲層壓力激動提供所需壓力該系統主要是進行壓力激動。壓力激動處安裝一個環形體14，焊接在鑽杆10上，環形體14的氣體壓裂槽16與煤體之間通過氣體壓裂孔15連通。進行壓力激動時，高壓氣體通過氣壓管路13流到壓力激動處，然後和煤體之間進行相互作用。高壓氣體通過高壓氣泵25進行加壓獲得。最大壓力越大越好，最小不低於15Mpa。具體激動壓力及激動次數實施情況而定。
權利要求1.一種構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，包括後端與鑽機連接的鑽杆，鑽杆前端設有鑽頭，其特徵在於鑽杆桿身外圈間隔包覆有氣囊，相鄰兩氣囊之間的鑽杆桿身上設有氣體壓裂孔，所述氣囊和氣體壓裂孔分別通過氣囊管路和氣壓管路與氣泵連接，氣泵和氣罐連接，所述鑽頭的後端與鑽杆之間連接有環繞鑽杆桿身的切削片，切削片傾斜設置且尖端向後，所述切削片與鑽頭構成鑽進方向為前後向的雙向鑽頭。
2.如權利要求1所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於所述鑽杆後端與鑽機的轉盤連接，轉盤上對應氣囊管路和氣壓管路分別開設有氣囊管路孔、氣壓管路孔，氣囊管路孔、氣壓管路孔分別連接有管狀氣囊鋼製接頭和氣孔鋼製接頭，氣囊管路為連接於氣囊鋼製接頭和鑽杆桿身上氣囊孔之間的高壓軟管，氣壓管路為連接於氣孔鋼製接頭和鑽杆桿身上氣體壓裂孔之間的高壓軟管，氣囊管路和氣壓管路均位於鑽杆內，氣囊鋼製接頭和氣孔鋼製接頭又分別連通一中間高壓軟管與氣泵連接。
3.如權利要求2所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於包括焊接於鑽杆桿身內的環形體，並且環形體沿周圈表面開設氣體壓裂槽，氣體壓裂槽正對氣體壓裂孔，所述氣壓管路通過氣體壓裂槽與氣體壓裂孔連通。
4.如權利要求3所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於鑽杆桿身長 80-90米，鑽杆上共間隔設置兩氣囊，兩氣囊的間距為50米。
5.如權利要求4所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於所述鑽杆桿身設有用於排出煤屑的外螺紋。
6.如權利要求5所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於所述鑽頭設有冷卻水孔，切削片下側的桿身也設有冷卻水孔。
7.如權利要求6所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於所述切削片的旋向與鑽頭旋向相反，鑽頭直徑大於鑽杆直徑。
8.如權利要求7所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於所述中間高壓軟管設有壓力表和氣閥，氣罐至少串聯兩個並最終與氣泵連接，每個氣罐均帶有氣閥，所述氣罐為內裝氮氣的氮氣氣罐。
9.如權利要求8所述的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，其特徵在於還包括一端穿插過轉盤進入鑽杆內，另一端分別通過管道連接氣泵和水泵的高壓冷卻水管，水泵出水口處連接水閥，水泵與水源連接。
專利摘要本實用新型公開了一種構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置，包括後端與鑽機連接的鑽杆，鑽杆前端設有鑽頭，鑽杆桿身外圈間隔包覆有氣囊，相鄰兩氣囊之間的鑽杆桿身上設有氣體壓裂孔，所述氣囊和氣體壓裂孔分別通過氣囊管路和氣壓管路與氣泵連接，氣泵和氣罐連接，所述鑽頭的後端與鑽杆之間連接有環繞鑽杆桿身的切削片，切削片傾斜設置且尖端向後，所述切削片與鑽頭構成鑽進方向為前後向的雙向鑽頭。本實用新型是一種針對構造煤發育區打鑽時鑽孔易塌孔埋鑽、強化效果不理想、抽放難等問題，不僅解決了構造煤成孔難的問題，而且提高了煤的透氣性，可以提高瓦斯抽放效率、有效減少煤與瓦斯突出、可提高煤炭安全高效生產的構造煤發育區鑽進、增透一體化裝置。
文檔編號E21B10/43GK202170806SQ201120293639
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者倪小明, 劉曉, 呂閏生, 林然, 王向浩, 賈炳 申請人:河南理工大學