本發(fā)明涉及煤層鉆孔技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種穿層鉆孔水力割縫裝置及水力割縫方法。

背景技術(shù)：

煤體透氣性弱的礦區(qū)需進行穿層鉆孔，采用普通鉆進工藝施工的穿層鉆孔孔內(nèi)煤體暴露面較小，影響瓦斯抽采效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高了瓦斯抽采效果的穿層鉆孔水力割縫裝置及水力割縫方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：穿層鉆孔水力割縫裝置，包括水箱(1)、進水管(2)、水泵(3)、出水管(4)、旋轉(zhuǎn)水尾(5)、鉆機(6)、鉆桿(7)和水力割縫鉆頭(8)；所述進水管(2)的一端通入所述水箱(1)中，另一端連接所述水泵(3)的進水口；所述出水管(4)的一端連接所述水泵(3)的出水口，另一端通過所述旋轉(zhuǎn)水尾(5)連接所述鉆桿(7)的一端，所述鉆桿(7)的另一端連接所述水力割縫鉆頭(8)；所述鉆桿(7)設(shè)在所述鉆機(6)上，通過所述鉆機(6)帶動旋轉(zhuǎn)；所述出水管(4)上設(shè)有壓力表(9)，所述壓力表(9)與所述水泵(3)的出水口之間的出水管(4)上設(shè)有調(diào)壓閥(10)。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，該水力割縫裝置還包括卸壓管(11)和卸壓閥(12)，所述卸壓管(11)的一端通入所述水箱(1)中，另一端通過三通(13)連接在所述調(diào)壓閥(10)與所述旋轉(zhuǎn)水尾(5)之間的出水管(4)上，所述壓力表(9)設(shè)在所述三通(13)與所述旋轉(zhuǎn)水尾(5)之間。當(dāng)水力割縫鉆頭處發(fā)生堵塞等故障時，出水管中水壓會明顯升高，當(dāng)水壓升高到一定值時，打開卸壓閥可以使水泵的出水從卸壓管中流回水箱，防止水壓過高造成事故。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述水泵(3)采用d2b200/31.5型乳化液泵。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，各水管均采用直徑為25mm的40mpa高壓水管。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述旋轉(zhuǎn)水尾(5)采用型號為pcd63p35的高壓旋轉(zhuǎn)水尾。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述鉆桿(7)采用直徑為73mm的肋骨鉆桿。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述壓力表(9)采用量程為0～40mpa的抗震壓力表。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述水力割縫鉆頭(8)包括主體(81)和高壓噴嘴(82)；所述主體(81)為空心圓柱形，圓柱形的一端封閉，另一端通過螺紋連接所述鉆桿(7)；所述高壓噴嘴(82)設(shè)在所述主體(81)的側(cè)面。

作為優(yōu)化的技術(shù)方案，所述水力割縫鉆頭(8)還包括卡槽(83)，所述卡槽(83)設(shè)在所述主體(81)的側(cè)面，所述卡槽(83)為適合壓鉗形狀的長方形凹槽。方便采用壓鉗將水力割縫鉆頭從鉆桿上卸下，較為省力。

采用上述的穿層鉆孔水力割縫裝置的水力割縫方法，包括以下步驟：首先采用普通鉆進工藝將孔鉆至設(shè)計孔深，然后將所述水力割縫鉆頭(8)伸入鉆孔中，啟動所述水泵(3)，控制所述調(diào)壓閥(10)調(diào)節(jié)水壓至8～12mpa，待壓力穩(wěn)定后，再調(diào)節(jié)水壓至15～20mpa，待壓力穩(wěn)定后，來回拉動所述鉆桿(7)進行水力割縫，每次拉動行程為500～700mm，觀察鉆孔孔口出煤情況，直至孔口無煤屑涌出后繼續(xù)深入，完成鉆孔煤段的水力割縫后關(guān)閉所述水泵(3)。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，利用高壓水射流的切割作用，對鉆孔煤段進行擴孔，增加孔內(nèi)煤體暴露面積，制造裂隙，提高煤層透氣性，從而提高瓦斯抽采效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明穿層鉆孔水力割縫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明水力割縫鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1-2所示，穿層鉆孔水力割縫裝置，包括水箱1、進水管2、水泵3、出水管4、旋轉(zhuǎn)水尾5、鉆機6、鉆桿7、水力割縫鉆頭8、壓力表9、調(diào)壓閥10、卸壓管11、卸壓閥12、三通13。

進水管2的一端通入水箱1中，另一端連接水泵3的進水口；出水管4的一端連接水泵3的出水口，另一端通過旋轉(zhuǎn)水尾5連接鉆桿7的一端，鉆桿7的另一端連接水力割縫鉆頭8；鉆桿7設(shè)在鉆機6上，通過鉆機6帶動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)水尾5用于將旋轉(zhuǎn)的鉆桿7和靜止的出水管4連接在一起；出水管4上設(shè)有壓力表9，壓力表9與水泵3的出水口之間的出水管4上設(shè)有調(diào)壓閥10。

卸壓管11的一端通入水箱1中，另一端通過三通13連接在調(diào)壓閥10與旋轉(zhuǎn)水尾5之間的出水管4上，壓力表9設(shè)在三通13與旋轉(zhuǎn)水尾5之間。

水泵3采用d2b200/31.5型乳化液泵。

進水管2、出水管4和卸壓管11均采用直徑為25mm的40mpa高壓水管。

旋轉(zhuǎn)水尾5采用型號為pcd63p35的高壓旋轉(zhuǎn)水尾。

鉆機6采用型號為zdy4000s的鉆機。

鉆桿7采用直徑為73mm的肋骨鉆桿。

壓力表9采用量程為0～40mpa的抗震壓力表。

水力割縫鉆頭8包括主體81和高壓噴嘴82；主體81為空心圓柱形，圓柱形的一端封閉，另一端通過螺紋連接鉆桿7；高壓噴嘴82設(shè)在主體81的側(cè)面，其噴水孔的孔徑為1.5mm。

卡槽83設(shè)在主體81的側(cè)面，卡槽83為適合壓鉗形狀的長方形凹槽。

一種采用上述的穿層鉆孔水力割縫裝置的水力割縫方法，包括以下步驟：首先采用普通鉆進工藝將孔鉆至設(shè)計孔深，然后將水力割縫鉆頭8伸入鉆孔中，啟動水泵3，控制調(diào)壓閥10調(diào)節(jié)水壓至8～12mpa，待壓力穩(wěn)定后，再調(diào)節(jié)水壓至15～20mpa，待壓力穩(wěn)定后，來回拉動鉆桿7進行水力割縫，每次拉動行程為500～700mm，觀察鉆孔孔口出煤情況，直至孔口無煤屑涌出后繼續(xù)深入，完成鉆孔煤段的水力割縫后關(guān)閉水泵3。

進行水力割縫鉆孔時必須采取一下措施保持暢通：①采用普通鉆進工藝鉆孔施工到位后，起鉆過程中要加強鉆孔掃孔；②下水力割縫鉆頭8時，要帶水下鉆，防止堵孔；③水力割縫鉆頭8到位后，要緩慢提升水泵3的水壓；④割縫過程中，要注意輕壓慢轉(zhuǎn)。

現(xiàn)場要布置點鈴電話，確保鉆機6與水泵3之間能夠有效地進行聯(lián)系，及時停泵開泵，調(diào)整出水壓力。

要加強高壓系統(tǒng)管理，防止高壓管路傷人，高壓管各接頭需進行二次防護，割縫時鉆機6的操作臺與孔口保持5米以上安全間距，卸壓后加卸尺。

設(shè)計實驗3#鉆場共95個鉆孔不進行水力割縫，4#、5#鉆場共95個鉆孔進行水力割縫，通過水力割縫排出煤量以及瓦斯抽采純量進行對比分析，總結(jié)水力割縫效果。

通過排出煤量測算，未割縫鉆孔平均直徑為113mm，鉆孔煤壁平均暴露面積為1.7m²，水力割縫后，鉆孔平均直徑為370mm，鉆孔煤壁平均暴露面積為5.7m²。水力割縫鉆孔比未割縫鉆孔的平均暴露面積提高了3.35倍，增加了鉆孔抽采負壓接觸面積，有利于瓦斯抽采。

施工13天中，未割縫鉆孔百孔抽采純量的峰值達到0.6m³/min，以后隨著合茬抽采鉆孔數(shù)量的增加，百孔抽采純量維持在0.2～0.5m³/min之間，水力割縫后，百孔抽采純量的峰值達到0.8m³/min，以后隨著合茬抽采鉆孔數(shù)量的增加，百孔抽采純量維持在0.5～0.7m³/min之間。經(jīng)綜合對比，水力割縫鉆孔比未割縫鉆孔的百孔抽采純量提高了150％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。