超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統及方法
2023-12-09 23:14:46
專利名稱：超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統及方法
技術領域：
本發明公開一種煤層瓦斯抽放與防突系統及方法，特別是一種長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統及方法。
背景技術：
煤炭為人們日常生活中的重要能源，在人們的生產生活中起到不可估量的作用。 現在的煤炭都是從煤礦中採集而來，在煤礦採煤的過程中，因為本煤層中存在瓦斯，所以在煤礦鑽探的過程中，瓦斯的抽放以及防止煤與瓦斯的突出等就顯得尤為重要，如果不能很好的進行瓦斯抽放，則存在生產事故隱患，容易引發生產事故。因此，在採煤之前，進行瓦斯抽放是必要的工作。目前，煤礦中通常採用的瓦斯抽放都是採用打孔技術進行，即在煤礦處自上而下鑽出多個孔，使瓦斯從孔內散發而出，而此種做法存在的主要問題，就是鑽孔的孔徑過小，通常約20cm作用，這樣就使得有效暴露面積過小，煤層內的瓦斯釋放範圍過小，而且，密集的打孔，勢必要增加打孔時間，使生產效率低、生產成本較高等。雖然，目前的煤炭鑽探研究領域中也提出過一些其他的瓦斯抽放方法，如先將孔打好，再將水切割系統插入孔內，進行水切割，但是，由於地下地質結構複雜，通常在瓦斯抽放時，鑽探的孔都不是直上直下的，而是彎曲歪斜的，這樣，水切割系統就不易插入孔中，通常在十幾、二十米的鑽孔深度下尚可以使用，當孔的深度達到100-200米，甚至幾百米的深度時，就顯得無能為力了， 所以上述做法僅停留在實驗理想狀態下，而無法應用於實際生產中；也有人提出另一種方式，即在鑽頭處設置磨料，當鑽孔達到設定深度後，通過噴出磨料來切割煤層，達到瓦斯抽放的目的，但是，這種形勢下，磨料無法補給，使用不方便，因此，也僅停留在研究階段，無法應用於實際生產中。
發明內容
針對上述提到的現有技術中的煤礦瓦斯抽放系統中，抽放效果不好的缺點，本發明提供一種新的瓦斯抽放方法及系統，其將孔鑽到設定位置後，在退鑽的過程中，間歇性的噴出高壓水，對煤層進行旋轉切割，以擴大瓦斯抽放面積。本發明解決其技術問題採用的技術方案是一種超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，該系統包括鑽頭、壓力感應閥、鑽杆、鑽機、高低壓輸水旋轉裝置、 高壓泵和水箱，壓力感應閥安裝在鑽杆前端，鑽頭安裝在壓力感應閥前端，壓力感應閥外側安裝有噴嘴，鑽機驅動鑽杆轉動，水箱內的水通過高壓泵傳輸給高低壓輸水旋轉裝置，由高低壓輸水旋轉裝置輸入鑽杆，通過鑽杆傳輸到壓力感應閥處。一種採用上述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統實現超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突的方法，該方法包括下述步驟A、鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動鑽頭轉動，進行鑽孔；B、鑽孔到設定深度後，通過高壓泵向鑽杆內注入水壓壓力為30MPa_70MPa高壓水，高壓水從壓力感應閥側面噴出，同時，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥轉動，壓力感應閥噴出的高壓水對煤層進行旋轉切割；C、切割時間設定為anin-5min或者切割半徑達到0. 5m_3. 5m的深度時，高壓泵停止向鑽杆內注入高壓水，停止對煤層進行旋轉切割，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退；D、鑽頭後退設定長度後，重複步驟B ；E、重複步驟C和步驟D，直至鑽頭後退至不需要切割的深度，鑽機驅動鑽杆轉動， 鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退，退出，即完成。本發明解決其技術問題採用的技術方案進一步還包括所述的壓力感應閥包括閥體、聯接頭、閥套、彈簧套、閥芯、頂杆和彈簧，所述的閥體呈空心狀，閥體中間設有隔板，隔板上開有主水孔和副水孔，閥體側面開有第一噴水孔； 所述的聯接頭也呈空心狀，聯接頭與閥體固定安裝在一起形成一個空腔；所述的閥套設置在聯接頭與閥體形成的空腔內，閥套中間為通孔，閥套側面開有第二噴水孔，第二噴水孔與第一噴水孔對應設置，閥芯設置在閥套內，且與閥套內的通孔形狀相吻合；所述的彈簧套也設置在聯接頭與閥體形成的空腔內，彈簧套中間為空腔，彈簧設置在彈簧套內，彈簧套與閥套對應一端處設有端蓋，端蓋上開口通孔和第二水道，端蓋上的通孔橫截面小於閥套中間的通孔的橫截面，端蓋上的通孔橫截面也小於彈簧套中間的空腔的橫截面；所述的頂杆包括連接在一起的桿頭和支撐杆，頂杆的桿頭設置在彈簧套內，頂杆的支撐杆插裝在彈簧套端蓋上的通孔內，且與閥芯相接觸，頂杆的桿頭橫截面形狀與彈簧套內的空腔橫截面形狀相吻合，頂杆的支撐杆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水室，閥套開有連通副水孔和第一儲水室的第一水道，彈簧被擠壓時，第一水道能夠被閥芯擋住；所述的頂杆的桿頭與彈簧套端蓋之間形成第二儲水室，第二水道連通第一儲水室和第二儲水室；所述的頂杆的桿頭與彈簧套之間形成第三儲水室，頂杆的桿頭上開有連通第二儲水室合第三儲水室的第三水道；所述的彈簧設置在第三儲水室內，且推動頂杆的桿頭。所述的彈簧套內部前端安裝有調壓螺栓，調壓螺栓中間開有出水孔，彈簧一端抵住頂杆的桿頭，另一端抵住調壓螺栓。所述的調壓螺栓內部設有第一限位臺，彈簧套裝在第一限位臺上。所述的聯接頭側面對應於調壓螺栓處開有定位孔，定位孔內設有定位螺釘。所述的閥體外側的第一噴水孔內固定安裝有噴嘴。所述的頂杆的桿頭前端設置有第二限位臺，彈簧套裝在第二限位臺上。所述的第二限位臺中間開有水槽，第二水道呈傾斜狀態，連通水槽和第一儲水室。所述的閥套外側開有第一密封槽，第一密封槽在第二噴水孔前後兩側分別設置有一個，每個第一密封槽內設置一個第一密封圈。所述的閥套上對應於隔板一端開有第四儲水室。所述的閥套外側對應於彈簧套一端開有第二密封槽，第二密封槽內設有第二密封圈。所述的鑽杆採用多段鑽杆連接而成，相鄰鑽杆之間的軟密封結構包括鑽杆公端和鑽杆母端，鑽杆公端和鑽杆母端均為中空結構，鑽杆公端設有圓臺形的連接頭，圓臺形連接頭上設有錐形螺紋，鑽杆母端上開有與連接頭形狀相吻合的連接槽，連接槽內設有錐形螺紋，連接頭前端固定設有圓環柱形的定位頭，連接槽底部開有與定位頭形狀相吻合的定位槽，定位頭上套裝有密封圈。所述的定位頭上開有兩個第三密封槽，每個第三密封槽內設有一個第三密封圈。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。所述的定位頭上開有密封槽，密封圈設置在密封槽內。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螺紋。所述的步驟A中，鑽孔時，高壓泵向鑽杆內注入水壓壓力為2MPa-10MI^低壓水，低壓水從壓力感應閥前端流出，對鑽頭進行降溫。所述的步驟D中，鑽頭後退長度為0. 2m_3m (根據具體情況而定)。所述的步驟C中，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退時，鑽機驅動鑽杆的轉動方向與步驟A中鑽機驅動鑽杆的轉動方向一致。本發明的有益效果是本發明結構簡單、結構巧妙，本發明在退鑽過程中通過高壓水對煤層進行切割，實現鑽割聯動。使用本發明，可使切割直徑達到3米以上，從而可增加瓦斯暴露面積達到傳統中的6倍以上，有效增加瓦斯釋放範圍達3倍以上，同時還能夠有效釋放煤層中瓦斯壓力和煤層應力，提高煤層瓦斯抽放效率，使得困擾煤礦多年的瓦斯突出問題、本煤層瓦斯抽放時間過長、煤礦採掘失調的問題得到有效的緩解。同時，本發明可以大大減少鑽孔的數量，使生產效率得到提高，降低生產成本。下面將結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。
圖1為本發明系統結構圖。圖2為現有技術中瓦斯抽放打孔結構示意圖。圖3為本發明中瓦斯抽放打孔結構示意圖。圖4為本發明中鑽杆與鑽杆之間的軟密封結構分解狀態結構示意圖。圖5為本發明中鑽杆與鑽杆之間的軟密封結構剖面結構示意圖。圖6為本發明中鑽杆與鑽杆之間的軟密封結構分解狀態剖面結構示意圖。圖7為本發明中壓力感應閥剖面結構示意圖。圖中，1-水箱，2-水管，3-高壓泵，4-高壓管，5-鑽機，6_高低壓輸水旋轉裝置， 7-鑽杆，8-壓力感應閥，9-鑽頭，10-孔，11-地層，12-鑽杆公端，13-鑽杆母端，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-頂杆，27-彈簧，28-聯接頭，29-定位螺釘，30-調壓螺栓，31-第四儲水室，32-第一水道，33-第二噴水孔，34-第一儲水室， 35-第二水道，36-第二儲水室，37-第三水道，38-第三儲水室，39-出水孔，40-第一限位臺，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，49-桿頭，50-支撐杆，51 -隔板。
具體實施例方式本實施例為本發明優選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本發明保護範圍之內。請參看附圖1，本發明的系統主要包括鑽頭9、壓力感應閥8、鑽杆7、鑽機5、高低壓輸水旋轉裝置6、高壓泵4和水箱1，本實施例中，壓力感應閥8安裝在鑽杆7前端，壓力感應閥8能夠實現自動根據水壓的大小調節出水方向和流量，當低壓時，高壓噴水孔22被封堵，水從低壓出水孔中流出，此時低壓水的主要目的是鑽進過程中對鑽頭9進行降溫和排渣；當水的壓力增大到一定壓力時，壓力感應閥8自動封堵低壓出水孔，水只能通過高壓噴水孔22處噴射出，以達到切割堅硬物質的目的。請參看附圖7，本實施例主要包括閥體20、 聯接頭28、閥套24、彈簧套25、閥芯23、頂杆沈和彈簧27，閥體20和聯接頭觀安裝在一起，形成本實施例主體，本實施例中，閥體20和聯接頭28通過螺紋連接在一起。本實施例中，閥體20呈空心狀，閥體20中間設有隔板51 (隔板51與閥體20 —體設置)，隔板51上開有主水孔41和副水孔42，其中，主水孔41開設在隔板51中間位置。本實施例中，閥體20 後端開有內螺紋，用於與鑽杆連接。本實施例中，閥體20側面開有第一噴水孔44，第一噴水孔44內固定安裝有噴嘴22，用於將高壓水噴出，切割煤層，本實施例中，閥體20側面開有兩個第一噴水孔44。本實施例中，聯接頭觀也呈空心狀，聯接頭觀與閥體20固定安裝在一起形成一個空腔，閥套M和彈簧套25設置在空腔內。本實施例中，閥套M呈空心圓柱形，閥套M內開有圓柱形的通孔，閥芯23設置在閥套M內，本實施例中，閥芯23也呈圓柱形，閥芯23的橫截面直徑與閥套M內通孔的直徑相吻合，可使閥芯23剛好可以在閥套M 內滑動。本實施例中，閥套M側面開有第二噴水孔33，第二噴水孔33與閥體20上的第一噴水孔44對應設置，可使水通過閥套M側面的第二噴水孔33和設置在第一噴水孔44內的噴嘴22噴出。本實施例中，彈簧套25中間也為空心結構，彈簧套25主體呈圓柱形，內部的通孔也呈圓柱形。彈簧套25與閥套M連接的一端設有端蓋(端蓋與彈簧套25為一體設置)，端蓋中間開有通孔，通孔旁邊開有一個以上的第三水道37，本實施例中，端蓋處的通孔直徑小於閥套M中的通孔的直徑，也小於彈簧套25內的通孔的直徑。頂杆沈設置在彈簧套25內，本實施例中，頂杆沈包括連接在一起的桿頭49和支撐杆50，頂杆沈的桿頭 49設置在彈簧套25內，頂杆沈的支撐杆50插裝在彈簧套25端蓋上的通孔內，且伸入閥套 24內並與閥芯23相接觸，頂杆沈的桿頭49橫截面形狀與彈簧套25內的通孔的橫截面形狀相吻合，頂杆26的支撐杆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。 本實施例中，頂杆26的桿頭49前端固定設置有第二限位臺48。本實施例中，彈簧套25前端內部設有內螺紋，彈簧套25前端通過螺紋安裝有調壓螺栓30，聯接頭觀和彈簧套25上對應於調壓螺栓30的位置開有螺釘孔，螺釘孔內設有定位螺釘四，通過定位螺釘四可將彈簧套25與聯接頭28的位置固定。本實施例中，調壓螺栓30上設有第一限位臺40，彈簧27 設置在彈簧套25內，彈簧27 —端套裝在第一限位臺40上，彈簧27另一端套裝在第二限位臺48上。本實施例中，閥芯23與彈簧套25的端蓋之間形成第一儲水室34，閥套M傷開有連通副水孔42和第一儲水室34的第一水道32 ；頂杆沈的桿頭49與彈簧套25端蓋之間形成第二儲水室36，彈簧套25端蓋上開有第二水道35，第二水道35連通第一儲水室34和第二儲水室36 ；頂杆沈的桿頭49與彈簧套25之間形成第三儲水室38，頂杆沈的桿頭49 上開有第三水道37，本實施例中，桿頭49的第二限位臺48上設有水槽47，水槽47與第三儲水室38連通，第三水道37傾斜設置，第三水道37連通水槽47與第二儲水室36 ；本實施例中，在閥套M後端還開設有一個環形槽，閥套M與閥體20之間形成第四儲水室31，副水孔42和第一水道32分別與第四儲水室31連通，通過第四儲水室31使閥套M和閥體20 之間的安裝更加容易。閥套M外側開有第一密封槽43，本實施例中，第一密封槽43，開設有兩條，分別設置在第二噴水孔33兩側，每個第一密封槽43內設置有一個第一密封圈21，通過第一密封圈 21可以防止水從閥套M和閥體20之間滲出。為了進一步達到更好的防水效果，本實施例中，在閥套M外側對應於彈簧套25 —端開有第二密封槽45，第二密封槽45內設有第二密封圈46。本實施例中，鑽頭9安裝在壓力感應閥8前端，用於鑽進，鑽機5驅動鑽杆7轉動， 由鑽杆7帶動壓力感應閥8和鑽頭9轉動。水箱1內裝有清水，水箱1內的水通過水管2 傳輸至高壓泵3，高壓泵3對水進行加壓後通過高壓管4傳輸給高低壓輸水旋轉裝置6，高低壓輸水旋轉裝置6能夠實現使高壓管4內的水由靜止狀態轉變為旋轉狀態，並同時能夠保證密封和壓力的恆定，本實施例中，高低壓輸水旋轉裝置6採用美國的MoneAge公司生產的型號P8P8的高低壓輸水旋轉裝置。由高低壓輸水旋轉裝置6將水輸入鑽杆7，通過鑽杆7將水傳輸到壓力感應閥8處。本發明中，鑽杆7採用空心鑽杆，並且，鑽杆7採用多段鑽杆連接而成，通常一段鑽杆7的長度約為700mm-1500mm左右，鑽杆7內可以通入高壓水， 並且保持在高壓的狀態下，相鄰鑽杆之間的連接處不會產生滲漏等現象，本實施例中，鑽杆與鑽杆之間的軟密封結構做了特殊設計，請參看附圖4至附圖6，本發明鑽杆與鑽杆之間的連接處主要包括鑽杆公端12和鑽杆母端13，具體生產時，一般是一個鑽杆7的一端為鑽杆公端12，另一端為鑽杆母端13，也可以設計成兩端均為鑽杆公端12或兩端均為鑽杆母端13 的特殊鑽杆。使用時，將鑽杆公端12插入鑽杆母端13內使用。本實施例中，鑽杆公端12 前端為一個圓臺形的連接頭14，連接頭14前端固定設有圓柱形的定位頭16，由於鑽杆為空心杆，所以，連接頭14實際上為空心圓臺形，定位頭16實際上的橫截面呈圓環形，定位頭16 為圓環柱形。本實施例中，鑽杆母端13前端為一個圓臺形的連接槽15，連接槽15的形狀與連接頭14形狀相吻合，連接槽15後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。本實施例中，連接頭14外部設有錐形螺紋，連接頭14外部的螺紋為外螺紋， 連接槽15上設有與連接頭14上螺紋對應的錐形螺紋，連接槽15上的螺紋為內螺紋，使用時，兩個鑽杆之間可通過連接頭14和連接槽15處的螺紋固定安裝在一起。本實施例中的定位頭16與定位槽17插接在一起，定位頭16與定位槽17採用間隙配合，定位頭16與定位槽之6間的縫隙寬度為0. 04MM-0. 1匪之間，優選為0. 06匪，本實施例中的定位頭16長度為25MM，本發明採用特殊的結構設計，既可以保證在一定彎度的情況下，鑽杆與鑽杆之間不會產生斷開現象，又可以保證鑽杆與鑽杆之間的密封性。為了進一步保證鑽杆與鑽杆之間的密封性，在定位頭16上開有第三密封槽18，本實施例中，定位頭16上開有兩條第三密封槽18，每個第三密封槽18內設有一個第三密封圈19，本實施例中的第三密封槽18深度
8為1. 99MM-2. 025MM之間，優選為2MM，第三密封圈19的圈體的橫截面直徑為2. 5MM-2. 6MM 之間，優選為2. 6MM，透過在定位頭16上設置第三密封圈19，可進一步保證鑽杆與鑽杆之間的密封性，使其可在70MI^的高壓下不會產生漏水、滲水等現象。本實施例中的第三密封圈 19可採用0型圈、Y型圈或鼓型圈等多種結構形式。本發明中的鑽杆與鑽杆之間採用圓臺形連接結構，並在圓臺形連接結構上設有錐形螺紋，保證了鑽杆與鑽杆之間的連接的牢固性，本發明在連接頭前端設有圓環形的定位頭，定位頭與定位槽之間採用間隙配合，既可以保證在一定彎度的情況下，鑽杆與鑽杆之間不會產生斷開現象，又可以保證鑽杆與鑽杆之間的密封性，同時，本發明還在定位頭上開有密封槽，密封槽內設有密封圈，可進一步保證鑽杆與鑽杆之間的密封性，保證其在70MPa的條件下不會產生漏水、滲水現象。本發明在使用時，包括下述步驟A、鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動鑽頭轉動，進行鑽孔，本實施例中，鑽孔時，高壓泵 3向鑽杆7內注入水壓壓力為2MPa-10MI^低壓水，低壓水從壓力感應閥8前端流出，對鑽頭 9進行降溫；B、鑽孔到設定深度後，通過高壓泵3向鑽杆7內注入水壓壓力為30MPa_70MPa高壓水，高壓水從壓力感應閥8側面噴出，同時，鑽機5驅動鑽杆7轉動，鑽杆7帶動壓力感應閥8轉動，壓力感應閥8噴出的高壓水對煤層進行旋轉切割，切割時，鑽杆7的旋轉方向與進鑽時的旋轉方向一致，使鑽杆與鑽杆之間不會斷開；C、切割時間設定為2min-5min或者切割半徑達到0. 5m_3. 5m的深度(根據具體情況而定)時，高壓泵5停止向鑽杆7內注入高壓水，停止對煤層進行旋轉切割，鑽機5驅動鑽杆7轉動，鑽杆7帶動壓力感應閥8及鑽頭9後退，後退時，鑽杆7的旋轉方向與進鑽時的旋轉方向一致，使鑽杆與鑽杆之間不會斷開；D、鑽頭後退設定長度後，通常情況下，每次鑽頭後退長度為0. 2米-3米之間(根據具體情況而定)，每後退一次鑽頭9，則重複一次步驟B ；E、然後重複步驟C和步驟D，直至鑽頭後退至不需要切割的深度，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退，退出，即完成。本發明在使用時，利用高壓泵3將水壓入壓力感應閥8內，本發明分為兩種高壓和低壓兩種使用狀態。當本發明工作在低壓狀態時，高壓泵3提供壓力約為2MPa-10MPa的低壓水，彈簧27呈伸開狀態，此時，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經第一水道32流入第一儲水室34內，再經過第二水道35流入第二儲水室36內， 然後經過第三水道37流入第三儲水室38內，再經過出水孔39流出，對鑽頭進行冷卻；當有低壓向高壓狀態轉換時，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流過時不夠及時，此時，高壓水推動閥芯23向前運動，閥芯23推動頂杆沈，頂杆沈擠壓彈簧27，使彈簧27壓縮，當閥芯23運動到一定程度時，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處經過噴嘴22在側面噴出，實現切割煤層的目的。 本發明在使用時，可以通過調節調壓螺栓30來調節本發明轉換的壓力，調節時，先鬆開定位螺釘四，然後通過旋扭調壓螺栓30，當調壓螺栓30向前旋扭時，本發明的轉換壓力降低； 當調壓螺栓30向後旋扭時，本發明的轉換壓力升高。本發明結構簡單、結構巧妙，使用本發明，可使切割直徑達到3米以上，從而可增加瓦斯暴露面積達到傳統中的6倍以上，有效增加瓦斯釋放範圍達3倍以上，同時還能夠有
9效釋放煤層中瓦斯壓力和煤層應力，提高煤層瓦斯抽放效率，使得困擾煤礦多年的瓦斯突出問題、本煤層瓦斯抽放時間過長、煤礦採掘失調的問題得到有效的緩解。同時，本發明可以大大減少鑽孔的數量，使生產效率得到提高，降低生產成本。同時，在切割處，由於煤層自身應力的作用下，還會使煤層產生自然斷裂，更加加大了瓦斯的暴露和抽放面積。
權利要求
1.一種超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，其特徵是所述的系統包括鑽頭、壓力感應閥、鑽杆、鑽機、高低壓輸水旋轉裝置、高壓泵和水箱，壓力感應閥安裝在鑽杆前端，鑽頭安裝在壓力感應閥前端，壓力感應閥外側安裝有噴嘴，鑽機驅動鑽杆轉動，水箱內的水通過高壓泵傳輸給高低壓輸水旋轉裝置，由高低壓輸水旋轉裝置輸入鑽杆， 通過鑽杆傳輸到壓力感應閥處。
2.根據權利要求1所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，其特徵是所述的壓力感應閥包括閥體、聯接頭、閥套、彈簧套、閥芯、頂杆和彈簧，所述的閥體呈空心狀，閥體中間設有隔板，隔板上開有主水孔和副水孔，閥體側面開有第一噴水孔；所述的聯接頭也呈空心狀，聯接頭與閥體固定安裝在一起形成一個空腔；所述的閥套設置在聯接頭與閥體形成的空腔內，閥套中間為通孔，閥套側面開有第二噴水孔，第二噴水孔與第一噴水孔對應設置，閥芯設置在閥套內，且與閥套內的通孔形狀相吻合；所述的彈簧套也設置在聯接頭與閥體形成的空腔內，彈簧套中間為空腔，彈簧設置在彈簧套內，彈簧套與閥套對應一端處設有端蓋，端蓋上開口通孔和第二水道，端蓋上的通孔橫截面小於閥套中間的通孔的橫截面，端蓋上的通孔橫截面也小於彈簧套中間的空腔的橫截面；所述的頂杆包括連接在一起的桿頭和支撐杆，頂杆的桿頭設置在彈簧套內，頂杆的支撐杆插裝在彈簧套端蓋上的通孔內，且與閥芯相接觸，頂杆的桿頭橫截面形狀與彈簧套內的空腔橫截面形狀相吻合，頂杆的支撐杆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水室，閥套開有連通副水孔和第一儲水室的第一水道，彈簧被擠壓時，第一水道能夠被閥芯擋住；所述的頂杆的桿頭與彈簧套端蓋之間形成第二儲水室， 第二水道連通第一儲水室和第二儲水室；所述的頂杆的桿頭與彈簧套之間形成第三儲水室，頂杆的桿頭上開有連通第二儲水室合第三儲水室的第三水道；所述的彈簧設置在第三儲水室內，且推動頂杆的桿頭所述的壓力感應閥包括閥體、聯接頭、閥套、彈簧套、閥芯、頂杆和彈簧，所述的閥體呈空心狀，閥體中間設有隔板，隔板上開有主水孔和副水孔，閥體側面開有第一噴水孔；所述的聯接頭也呈空心狀，聯接頭與閥體固定安裝在一起形成一個空腔；所述的閥套設置在聯接頭與閥體形成的空腔內，閥套中間為通孔，閥套側面開有第二噴水孔，第二噴水孔與第一噴水孔對應設置，閥芯設置在閥套內，且與閥套內的通孔形狀相吻合；所述的彈簧套也設置在聯接頭與閥體形成的空腔內，彈簧套中間為空腔，彈簧設置在彈簧套內，彈簧套與閥套對應一端處設有端蓋，端蓋上開口通孔和第二水道，端蓋上的通孔橫截面小於閥套中間的通孔的橫截面，端蓋上的通孔橫截面也小於彈簧套中間的空腔的橫截面；所述的頂杆包括連接在一起的桿頭和支撐杆，頂杆的桿頭設置在彈簧套內，頂杆的支撐杆插裝在彈簧套端蓋上的通孔內，且與閥芯相接觸，頂杆的桿頭橫截面形狀與彈簧套內的空腔橫截面形狀相吻合，頂杆的支撐杆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水室，閥套開有連通副水孔和第一儲水室的第一水道，彈簧被擠壓時，第一水道能夠被閥芯擋住；所述的頂杆的桿頭與彈簧套端蓋之間形成第二儲水室，第二水道連通第一儲水室和第二儲水室；所述的頂杆的桿頭與彈簧套之間形成第三儲水室，頂杆的桿頭上開有連通第二儲水室合第三儲水室的第三水道；所述的彈簧設置在第三儲水室內，且推動頂杆的桿頭。
3.根據權利要求2所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，其特徵是所述的彈簧套內部前端安裝有調壓螺栓，調壓螺栓中間開有出水孔，彈簧一端抵住頂杆的桿頭，另一端抵住調壓螺栓。
4.根據權利要求3所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，其特徵是所述的聯接頭側面對應於調壓螺栓處開有定位孔，定位孔內設有定位螺釘。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，其特徵是所述的鑽杆採用多段鑽杆連接而成，相鄰鑽杆之間的軟密封結構包括鑽杆公端和鑽杆母端，鑽杆公端和鑽杆母端均為中空結構，鑽杆公端設有圓臺形的連接頭，圓臺形連接頭上設有錐形螺紋，鑽杆母端上開有與連接頭形狀相吻合的連接槽，連接槽內設有錐形螺紋，連接頭前端固定設有圓環柱形的定位頭，連接槽底部開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.根據權利要求5所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統，其特徵是所述的定位頭上開有兩個第三密封槽，每個第三密封槽內設有一個第三密封圈。
7.一種採用如權利要求1至6中任意一項所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統實現超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突的方法，其特徵是所述的方法包括下述步驟A、鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動鑽頭轉動，進行鑽孔；B、鑽孔到設定深度後，通過高壓泵向鑽杆內注入水壓壓力為30MPa-70MPa高壓水，高壓水從壓力感應閥側面噴出，同時，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥轉動，壓力感應閥噴出的高壓水對煤層進行旋轉切割；C、切割時間設定為anin-5min或者切割半徑達到0.5m_3. 5m的深度時，高壓泵停止向鑽杆內注入高壓水，停止對煤層進行旋轉切割，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退；D、鑽頭後退設定長度後，重複步驟B；E、重複步驟C和步驟D，直至鑽頭後退至不需要切割的深度，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退，退出，即完成。
8.根據權利要求7所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突的方法， 其特徵是所述的步驟A中，鑽孔時，高壓泵向鑽杆內注入水壓壓力為2MPa-10MPa低壓水， 低壓水從壓力感應閥前端流出，對鑽頭進行降溫。
9.根據權利要求7所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突的方法， 其特徵是所述的步驟D中，鑽頭後退長度為0. 2米-3米。
10.根據權利要求7或8或9所述的超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突的方法，其特徵是所述的步驟C中，鑽機驅動鑽杆轉動，鑽杆帶動壓力感應閥及鑽頭後退時，鑽機驅動鑽杆的轉動方向與步驟A中鑽機驅動鑽杆的轉動方向一致。
全文摘要
本發明公開一種超長鑽孔高壓水射流鑽割聯動煤層瓦斯抽放與防突系統及方法，系統包括鑽頭、壓力感應閥、鑽杆、鑽機、高低壓輸水旋轉裝置、高壓泵和水箱，壓力感應閥安裝在鑽杆前端，鑽頭安裝在壓力感應閥前端，壓力感應閥外側安裝有噴嘴，鑽機驅動鑽杆轉動，水箱內的水通過高壓泵傳輸給高低壓輸水旋轉裝置，由高低壓輸水旋轉裝置輸入鑽杆，通過鑽杆傳輸到壓力感應閥處。在退鑽過程中，通過高壓水對煤層進行切割，實現鑽割聯動，提高工作效率，本發明結構簡單、結構巧妙，使用本發明，可使切割直徑達到3米以上，從而可增加瓦斯暴露面積達到傳統中的6倍以上，有效增加瓦斯釋放範圍達3倍以上，解決煤礦瓦斯的抽放及放突問題。
文檔編號E21F7/00GK102465712SQ20101054430
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者李一民, 李健, 陸庭侃, 高德安 申請人:湖南漢壽中煤科技有限公司