專利名稱：構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及瓦斯治理領(lǐng)域，尤其是一種構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)能源需求量的加大，煤礦開(kāi)采的強(qiáng)度和開(kāi)采的深度不斷加大，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(yán)重制約著煤礦的安全生產(chǎn)和礦工的生命安全。所以，對(duì)瓦斯含量高的礦井或突出礦井進(jìn)行區(qū)域消突和局部消突是這些煤礦中一項(xiàng)重要工作。在煤礦井下，通過(guò)在煤層或巖層中打鉆孔，并對(duì)其中的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽是目前進(jìn)行區(qū)域消突和局部消突的一種重要手段。但構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)，往往容易形成應(yīng)力集中，而且構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)，煤體結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重，在打鉆過(guò)程中極易發(fā)生塌孔，使鉆具難以拔出。煤層的透氣性是反映抽采難易程度的重要指標(biāo)，構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)，煤體受到破壞，導(dǎo)致按照常規(guī)的強(qiáng)化工藝很難達(dá)到強(qiáng)化的目的，尤其使用液體等流體進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)強(qiáng)化效果較差，因此構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)瓦斯抽放一直是困擾煤礦工人的一個(gè)重要問(wèn)題。煤與瓦斯突出一般發(fā)生在構(gòu)造附近， 不僅是因?yàn)檫@里的煤體比較破碎，也是因?yàn)閼?yīng)力比較集中。因此要想更好的預(yù)防煤與瓦斯突出，就要首先解決構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)的瓦斯抽放問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)打鉆時(shí)鉆孔易塌孔埋鉆、強(qiáng)化效果不理想、抽放難等問(wèn)題，不僅解決了構(gòu)造煤成孔難的問(wèn)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(chǎn)的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，包括后端與鉆機(jī)連接的鉆桿，鉆桿前端設(shè)有鉆頭，鉆桿桿身外圈間隔包覆有氣囊，相鄰兩氣囊之間的鉆桿桿身上設(shè)有氣體壓裂孔，所述氣囊和氣體壓裂孔分別通過(guò)氣囊管路和氣壓管路與氣泵連接，氣泵和氣罐連接，所述鉆頭的后端與鉆桿之間連接有環(huán)繞鉆桿桿身的切削片，切削片傾斜設(shè)置且尖端向后，所述切削片與鉆頭構(gòu)成鉆進(jìn)方向?yàn)榍昂笙虻碾p向鉆頭。所述鉆桿后端與鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤連接，轉(zhuǎn)盤上對(duì)應(yīng)氣囊管路和氣壓管路分別開(kāi)設(shè)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制接頭和氣孔鋼制接頭，氣囊管路為連接于氣囊鋼制接頭和鉆桿桿身上氣囊孔之間的高壓軟管，氣壓管路為連接于氣孔鋼制接頭和鉆桿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于鉆桿內(nèi)，氣囊鋼制接頭和氣孔鋼制接頭又分別連通一中間高壓軟管與氣泵連接。包括焊接于鉆桿桿身內(nèi)的環(huán)形體，并且環(huán)形體沿周圈表面開(kāi)設(shè)氣體壓裂槽，氣體壓裂槽正對(duì)氣體壓裂孔，所述氣壓管路通過(guò)氣體壓裂槽與氣體壓裂孔連通。鉆桿桿身長(zhǎng)80-90米，鉆桿上共間隔設(shè)置兩氣囊，兩氣囊的間距為50米。
所述鉆桿桿身設(shè)有用于排出煤屑的外螺紋。所述鉆頭設(shè)有冷卻水孔，切削片下側(cè)的桿身也設(shè)有冷卻水孔。所述切削片的旋向與鉆頭旋向相反，鉆頭直徑大于鉆桿直徑。所述中間高壓軟管設(shè)有壓力表和氣閥，氣罐至少串聯(lián)兩個(gè)并最終與氣泵連接，每個(gè)氣罐均帶有氣閥，所述氣罐為內(nèi)裝氮?dú)獾牡獨(dú)鈿夤蕖＿€包括一端穿插過(guò)轉(zhuǎn)盤進(jìn)入鉆桿內(nèi)，另一端分別通過(guò)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(fā)明針對(duì)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)打鉆時(shí)鉆孔易塌孔埋鉆、強(qiáng)化效果不理想、抽放難等問(wèn)題，在此，通過(guò)在構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)使用空氣作為介質(zhì)進(jìn)行分段、多次儲(chǔ)層壓力激動(dòng)達(dá)到卸壓， 提高煤的透氣性；利用分段儲(chǔ)層激勵(lì)，有效解決了構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)煤體強(qiáng)化難的問(wèn)題，使抽放效果大大提高，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性大大減少；使用雙向鉆進(jìn)的鉆頭，既可前鉆，也可邊拔邊鉆，不僅解決了構(gòu)造煤成孔難的問(wèn)題，而且解決了構(gòu)造區(qū)易塌孔埋鉆的問(wèn)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(chǎn)等方面具有重要意義。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由圖1所示的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置包括后端與鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤8連接的鉆桿10，轉(zhuǎn)盤8由鉆機(jī)的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)。(鉆機(jī)及其轉(zhuǎn)盤8、傳動(dòng)裝置以及轉(zhuǎn)盤8與鉆桿 10端部的連接方式均為現(xiàn)有技術(shù)，故不詳細(xì)敘述。)
鉆桿10前端設(shè)有鉆頭19，所述鉆頭19的后端與鉆桿10之間連接有數(shù)個(gè)環(huán)繞鉆桿10 桿身的切削片18，切削片18傾斜設(shè)置且尖端向后，切削片18的旋向與鉆頭19旋向相反。 鉆頭19的尖端朝前，切削片18與鉆頭19構(gòu)成鉆進(jìn)方向?yàn)榍昂笙虻碾p向鉆頭。所述鉆頭19 設(shè)有冷卻水孔21，切削片18下側(cè)的鉆桿10桿身也設(shè)有冷卻水孔22。所述鉆桿10桿身設(shè)有用于排出煤屑的外螺紋9。在鉆桿10后端與鉆頭19之間的鉆桿10中部桿身外圈間隔包覆有兩環(huán)形氣囊12，所述鉆桿10桿身長(zhǎng)80-90米，兩氣囊12 的間距為50米，位于兩氣囊12之間的鉆桿10桿身上設(shè)有氣體壓裂孔15，所述氣囊12和氣體壓裂孔15分別通過(guò)氣囊管路11和氣壓管路13與氣泵25連接，即轉(zhuǎn)盤8上對(duì)應(yīng)氣囊管路11和氣壓管路13分別開(kāi)設(shè)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制接頭7和氣孔鋼制接頭沈，氣囊管路11為連接于氣囊鋼制接頭7和鉆桿10桿身上氣囊孔之間的高壓軟管，氣囊孔為鉆桿10桿身上連通氣囊12的孔，由于氣囊 12為兩個(gè)，所以氣囊管路11也為兩個(gè)，轉(zhuǎn)盤8上對(duì)應(yīng)兩氣囊管路11在兩氣囊管路孔設(shè)置兩氣囊鋼制接頭7 ；鉆桿10桿身內(nèi)焊接有環(huán)形體14，即環(huán)形體14周圈邊沿焊接于鉆桿10桿身內(nèi)，(鉆桿10為多段連接，為了便于制造，環(huán)形體14可先焊接在設(shè)置氣體壓裂孔15的那段鉆桿10內(nèi)，再與其他鉆桿10合并連接。)并且環(huán)形體14沿周圈表面開(kāi)設(shè)氣體壓裂槽16， 氣體壓裂槽16開(kāi)口正對(duì)氣體壓裂孔15，環(huán)形體14上設(shè)有連通氣體壓裂槽16的連接孔17， 所述氣壓管路13為連接于氣孔鋼制接頭沈和鉆桿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(guò)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均位于鉆桿10內(nèi)，環(huán)形體14后側(cè)的氣囊管路11可通過(guò)環(huán)形體14 的內(nèi)徑孔穿插過(guò)去。所述每個(gè)氣囊鋼制接頭7和氣孔鋼制接頭沈又分別連通一中間高壓軟管4實(shí)現(xiàn)與氣泵25連接，每個(gè)中間高壓軟管4均設(shè)有壓力表5、氣閥閥門6、流量計(jì)和壓力計(jì)。氣泵 25和氣罐1連接，氣罐1至少串聯(lián)兩個(gè)并最終與氣泵25連接，本實(shí)施例中通過(guò)高壓軟管3 共串聯(lián)四個(gè)氣罐1，每個(gè)氣罐1均帶有氣閥2。還包括一端穿插過(guò)轉(zhuǎn)盤8進(jìn)入鉆桿10內(nèi)，另一端分別通過(guò)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(fā)明所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置在使用時(shí)的具體步驟如下 1.備好氣罐1的裝置，檢查裝置氣密性。2.安裝鉆頭19，進(jìn)行鉆煤層段鉆進(jìn)。3.鉆進(jìn)結(jié)束以后，根據(jù)煤體情況決定是否進(jìn)行壓力激動(dòng)。4.啟動(dòng)高壓氣泵25，通過(guò)氣囊管路11對(duì)兩氣囊12進(jìn)行加壓，達(dá)到預(yù)定壓力后，關(guān)閉氣泵25。5.連接好氣壓管路13，啟動(dòng)壓力氣泵25，開(kāi)始進(jìn)行壓力激動(dòng)，然后突然開(kāi)啟氣閥閥門6，使能量釋放，如此反復(fù)幾次。兩氣囊12充漲后，可封堵兩氣囊12之間的煤屑，更利于氣體壓裂，提高煤的透氣性。6.直到每段都進(jìn)行了儲(chǔ)層改造。開(kāi)啟鉆機(jī)，把鉆進(jìn)設(shè)備從煤孔中拔出。7.把鉆孔進(jìn)行密封，接入抽放管路進(jìn)行抽放。8.整理裝置。本發(fā)明所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，共構(gòu)成了三個(gè)系統(tǒng)，即壓力系統(tǒng)24、密封系統(tǒng)23、鉆進(jìn)系統(tǒng)20。一.鉆進(jìn)系統(tǒng)20
鉆進(jìn)系統(tǒng)20包括鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤8、鉆桿10、雙向鉆頭、冷卻水孔21、22等，該系統(tǒng)主要是進(jìn)行煤層的鉆進(jìn)以及為鉆具的拔出起到輔助作用。該系統(tǒng)在鉆頭19處安裝雙向鉆頭。為了簡(jiǎn)化操作工藝，在鉆進(jìn)過(guò)程中兩者同時(shí)隨鉆桿10旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)方向相反，兩者均焊接在鉆桿10上。在向前鉆進(jìn)時(shí)由于前鉆頭19 已經(jīng)鉆出較大的空間，因此后邊鉆體基本不起作用。在向外拔出鉆具時(shí)，鉆具難以拔出的主要原因就是在鉆頭19處被卡，這時(shí)可以啟動(dòng)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，利用切削片18進(jìn)行切削煤體，由于是二次鉆進(jìn)因此可以輕易拔出。如果還不能拔出，則可以啟動(dòng)壓力激動(dòng)裝置進(jìn)行松動(dòng)。鉆出的煤屑通過(guò)鉆桿10上的螺紋排出。排出動(dòng)力即靠機(jī)械旋轉(zhuǎn)，又靠含有少量水的風(fēng)壓作用。由于破碎煤體不易和水接觸，在此主要靠風(fēng)力排出煤屑，少量的水既可以提高風(fēng)的攜帶能力，同時(shí)可以冷鉆頭19。冷卻以后通過(guò)冷卻水孔21、22排出。鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤8上可在中心位置設(shè)置通冷卻水的水孔。其中混有少量水的氣體通過(guò)水泵28和高壓氣泵25泵入到高壓高壓冷卻水管27，然后進(jìn)入鉆桿10。二 .密封系統(tǒng)23
密封系統(tǒng)23包括高壓軟管、封閉膠囊等，鑒于氣體壓裂能力有限，該系統(tǒng)主要是為進(jìn)行分段壓力激動(dòng)提供一個(gè)較小的密閉空間；該系統(tǒng)主要是起到密封的作用。
完成鉆進(jìn)以后，對(duì)于很破碎難以成孔的煤體沒(méi)有必要再進(jìn)行壓力激動(dòng)。對(duì)于能夠成孔，煤體相對(duì)不是很破碎的鉆孔。將鉆具移至合適的位置。然后起動(dòng)高壓氣泵25對(duì)封閉氣囊12開(kāi)始充氣，直到達(dá)到預(yù)定壓力，其中預(yù)定壓力要大于最大激動(dòng)壓力。氣囊12完全封閉以后關(guān)閉閥門，避免漏氣。封閉氣囊12固定在鉆桿10上，為了達(dá)到更好的強(qiáng)化效果，兩封閉氣囊12之間的距離以50m為宜，具體情況視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。在鉆進(jìn)過(guò)程中，氣囊12靠彈性緊緊貼在鉆桿10上，不會(huì)影響煤屑從其上邊流出。氣囊12為環(huán)形，環(huán)繞在鉆桿10上。三.壓力系統(tǒng)24
壓力系統(tǒng)M包括高壓氣泵25、高壓軟管、鋼制接頭、閥門、流量計(jì)、壓力計(jì)等，該系統(tǒng)主要為打鉆成孔后進(jìn)行儲(chǔ)層壓力激動(dòng)提供所需壓力該系統(tǒng)主要是進(jìn)行壓力激動(dòng)。壓力激動(dòng)處安裝一個(gè)環(huán)形體14，焊接在鉆桿10上，環(huán)形體14的氣體壓裂槽16與煤體之間通過(guò)氣體壓裂孔15連通。進(jìn)行壓力激動(dòng)時(shí)，高壓氣體通過(guò)氣壓管路13流到壓力激動(dòng)處，然后和煤體之間進(jìn)行相互作用。高壓氣體通過(guò)高壓氣泵25進(jìn)行加壓獲得。最大壓力越大越好，最小不低于15Mpa。具體激動(dòng)壓力及激動(dòng)次數(shù)實(shí)施情況而定。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，包括后端與鉆機(jī)連接的鉆桿，鉆桿前端設(shè)有鉆頭，其特征在于鉆桿桿身外圈間隔包覆有氣囊，相鄰兩氣囊之間的鉆桿桿身上設(shè)有氣體壓裂孔，所述氣囊和氣體壓裂孔分別通過(guò)氣囊管路和氣壓管路與氣泵連接，氣泵和氣罐連接，所述鉆頭的后端與鉆桿之間連接有環(huán)繞鉆桿桿身的切削片，切削片傾斜設(shè)置且尖端向后，所述切削片與鉆頭構(gòu)成鉆進(jìn)方向?yàn)榍昂笙虻碾p向鉆頭。
2.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于所述鉆桿后端與鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤連接，轉(zhuǎn)盤上對(duì)應(yīng)氣囊管路和氣壓管路分別開(kāi)設(shè)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制接頭和氣孔鋼制接頭，氣囊管路為連接于氣囊鋼制接頭和鉆桿桿身上氣囊孔之間的高壓軟管，氣壓管路為連接于氣孔鋼制接頭和鉆桿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于鉆桿內(nèi)，氣囊鋼制接頭和氣孔鋼制接頭又分別連通一中間高壓軟管與氣泵連接。
3.如權(quán)利要求2所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于包括焊接于鉆桿桿身內(nèi)的環(huán)形體，并且環(huán)形體沿周圈表面開(kāi)設(shè)氣體壓裂槽，氣體壓裂槽正對(duì)氣體壓裂孔，所述氣壓管路通過(guò)氣體壓裂槽與氣體壓裂孔連通。
4.如權(quán)利要求3所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于鉆桿桿身長(zhǎng)80-90米，鉆桿上共間隔設(shè)置兩氣囊，兩氣囊的間距為50米。
5.如權(quán)利要求4所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于所述鉆桿桿身設(shè)有用于排出煤屑的外螺紋。
6.如權(quán)利要求5所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于所述鉆頭設(shè)有冷卻水孔，切削片下側(cè)的桿身也設(shè)有冷卻水孔。
7.如權(quán)利要求6所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于所述切削片的旋向與鉆頭旋向相反，鉆頭直徑大于鉆桿直徑。
8.如權(quán)利要求7所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于所述中間高壓軟管設(shè)有壓力表和氣閥，氣罐至少串聯(lián)兩個(gè)并最終與氣泵連接，每個(gè)氣罐均帶有氣閥， 所述氣罐為內(nèi)裝氮?dú)獾牡獨(dú)鈿夤蕖?br> 9.如權(quán)利要求8所述的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，其特征在于還包括一端穿插過(guò)轉(zhuǎn)盤進(jìn)入鉆桿內(nèi)，另一端分別通過(guò)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。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置，包括后端與鉆機(jī)連接的鉆桿，鉆桿前端設(shè)有鉆頭，鉆桿桿身外圈間隔包覆有氣囊，相鄰兩氣囊之間的鉆桿桿身上設(shè)有氣體壓裂孔，所述氣囊和氣體壓裂孔分別通過(guò)氣囊管路和氣壓管路與氣泵連接，氣泵和氣罐連接，所述鉆頭的后端與鉆桿之間連接有環(huán)繞鉆桿桿身的切削片，切削片傾斜設(shè)置且尖端向后，所述切削片與鉆頭構(gòu)成鉆進(jìn)方向?yàn)榍昂笙虻碾p向鉆頭。本發(fā)明是一種針對(duì)構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)打鉆時(shí)鉆孔易塌孔埋鉆、強(qiáng)化效果不理想、抽放難等問(wèn)題，不僅解決了構(gòu)造煤成孔難的問(wèn)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(chǎn)的構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)鉆進(jìn)、增透一體化裝置。
文檔編號(hào)E21B17/00GK102261261SQ20111023158
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者倪小明, 劉曉, 呂閏生, 林然, 王向浩, 賈炳 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)