本發(fā)明涉及礦井順層或穿層鉆孔打鉆后煤層卸壓增透技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超高壓水力鉆、擴(kuò)、割一體化裝置。

背景技術(shù)：

目前，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中仍占有重要比重，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)煤炭的需求量依然很大，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井面臨增產(chǎn)壓力。隨著開采深度的不斷增加，越來越多的礦井轉(zhuǎn)變?yōu)楦咄咚?、突出礦井，鉆孔瓦斯抽采作為防治突出和治理瓦斯的基本措施被廣泛應(yīng)用于高瓦斯、突出礦井，但對(duì)煤層進(jìn)行打鉆預(yù)抽，抽采率大多低于30％，為滿足抽采達(dá)標(biāo)，大部分礦井存在預(yù)抽時(shí)間長、抽采鉆孔施工量大的問題。

鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯主要依靠煤層內(nèi)固有裂隙，通過鉆孔將瓦斯抽出，該方法存在鉆孔影響范圍小、瓦斯抽采率普遍較低等問題，因此需對(duì)鉆孔煤孔段煤層進(jìn)行增透，增大影響范圍，降低煤層應(yīng)力、提高瓦斯抽采效率。水力擴(kuò)孔、高壓水力割縫作為一種卸壓增透措施被廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)有水力擴(kuò)孔及割縫裝置工作壓力普遍為30-50MPa，對(duì)于堅(jiān)固性系數(shù)在1.0以上的硬煤層缺乏有效的增透手段，且已有的設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)-擴(kuò)孔-割縫一體化的功能，一般需要鉆孔施工完成，退出鉆桿在進(jìn)行擴(kuò)孔或割縫作業(yè)，操作繁瑣，割縫增透效果差。

因此，就需要一種經(jīng)過改進(jìn)的煤層快速卸壓增透裝置，在鉆孔施工完成后，不需退出鉆桿，調(diào)節(jié)高壓水的壓力，控制鉆-擴(kuò)-割一體化鉆頭內(nèi)活塞的閉與合，并根據(jù)不同煤層類型，采用中壓擴(kuò)孔、高壓割縫的方式，實(shí)現(xiàn)煤層快速卸壓增透的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種超高壓水力鉆、擴(kuò)、割一體化裝置，該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)正常鉆進(jìn)，而且在退鉆的過程中利用超高壓水射流對(duì)煤層可進(jìn)行擴(kuò)孔及割縫。

本發(fā)明的超高壓水力鉆、擴(kuò)、割一體化裝置，包括鉆機(jī)、旋轉(zhuǎn)水尾、鉆桿、膠管、鉆頭、水泵、水箱；所述鉆桿安裝于鉆機(jī)并由轉(zhuǎn)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述鉆頭固定于鉆桿前端；所述膠管通過旋轉(zhuǎn)水尾連接于鉆桿后端；所述水泵連接于水箱和膠管之間用于通過膠管向鉆桿和鉆頭內(nèi)供水；所述鉆頭側(cè)面設(shè)有多個(gè)噴嘴，通過調(diào)整水泵壓力控制鉆頭內(nèi)的彈簧及滑套，進(jìn)而控制鉆頭側(cè)面噴嘴的閉與開來實(shí)現(xiàn)低壓鉆進(jìn)、中壓擴(kuò)孔和高壓割縫的功能。

進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)水尾為重載型不銹鋼結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述的鉆桿為內(nèi)、外雙密封。

進(jìn)一步，所述滑套設(shè)于鉆頭的內(nèi)部并沿軸向滑動(dòng)配合，滑套的外側(cè)壁以及鉆頭的內(nèi)壁均為臺(tái)階面結(jié)構(gòu)，所述彈簧軸向支撐于鉆頭內(nèi)孔的臺(tái)肩與滑套外壁的臺(tái)肩之間，所述鉆頭內(nèi)孔對(duì)應(yīng)滑套后側(cè)設(shè)有用于沿軸向?qū)走M(jìn)行限位的限位卡簧，滑套前端設(shè)有供水流向鉆頭前端的徑向孔；滑套的前端面固定有與鉆頭前端內(nèi)孔孔徑相匹配的活塞。

進(jìn)一步，所述噴嘴固定于鉆頭的側(cè)壁并且布置于滑套的徑向外側(cè)；噴嘴包括擴(kuò)孔噴嘴和割縫噴嘴；所述擴(kuò)孔噴嘴和割縫噴嘴由前到后排列并且擴(kuò)孔噴嘴與割縫噴嘴之間沿鉆頭軸向的距離與滑套外壁與鉆頭內(nèi)孔滑動(dòng)配合的部分的軸向長度相等。

進(jìn)一步，所述擴(kuò)孔噴嘴和割縫噴嘴均為硬質(zhì)合金材料，擴(kuò)孔噴嘴和割縫噴嘴均采用內(nèi)嵌型設(shè)計(jì)，擴(kuò)孔噴嘴為2-3個(gè)并且沿鉆頭圓周方向均勻排列，割縫噴嘴為1-2個(gè)，擴(kuò)孔噴嘴的孔徑均大于割縫噴嘴的孔徑，各個(gè)擴(kuò)孔噴嘴的孔徑互不相同，當(dāng)設(shè)置2個(gè)割縫噴嘴時(shí)將2個(gè)割縫噴嘴沿鉆頭圓周方向均勻排列并且2個(gè)割縫噴嘴的孔徑互不相同。

進(jìn)一步，所述膠管配有PVC護(hù)套。

進(jìn)一步，所述的水泵額定流量為80-125L/min，額定壓力為100MPa。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的超高壓水力鉆、擴(kuò)、割一體化裝置，將低壓打鉆、中壓擴(kuò)孔、高壓割縫相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)、擴(kuò)孔、割縫于一體，超高壓水經(jīng)超高壓膠管、超高壓鉆桿由鉆、擴(kuò)、割一體化鉆頭不同噴嘴射出，形成超高壓水射流對(duì)煤體進(jìn)行沖刷、切割、剝離，在煤體內(nèi)部形成扁平縫槽，增大了煤體暴露面，煤體內(nèi)部裂隙增加，煤體得到充分卸壓、增透，改善了瓦斯釋放難易程度，提高了鉆孔有效影響范圍，瓦斯抽采率顯著提高，大大減少了抽采鉆孔施工量。本發(fā)明操作簡便、效率高，使用效果顯著，具有廣泛推廣運(yùn)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為旋轉(zhuǎn)水尾結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為旋轉(zhuǎn)水尾結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示：本實(shí)施例的超高壓水力鉆、擴(kuò)、割一體化裝置，包括鉆機(jī)1、旋轉(zhuǎn)水尾4、鉆桿2、膠管5、鉆頭3、水泵6、水箱7；所述鉆桿2安裝于鉆機(jī)1并由轉(zhuǎn)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述鉆頭3固定于鉆桿2前端；所述膠管5通過旋轉(zhuǎn)水尾4連接于鉆桿2后端；所述水泵6連接于水箱7和膠管5之間用于通過膠管5向鉆桿2和鉆頭3內(nèi)供水；所述鉆頭3側(cè)面設(shè)有多個(gè)噴嘴，通過調(diào)整水泵6壓力控制鉆頭3內(nèi)的彈簧及滑套35，進(jìn)而控制鉆頭3側(cè)面噴嘴的閉與開來實(shí)現(xiàn)低壓鉆進(jìn)、中壓擴(kuò)孔和高壓割縫的功能；鉆頭3和鉆桿2均為中空結(jié)構(gòu)，鉆頭3側(cè)壁不同位置設(shè)計(jì)有不同型號(hào)的噴嘴，通過水泵6壓力的調(diào)整，控制鉆頭3內(nèi)的彈簧及滑套35，實(shí)現(xiàn)鉆頭3不同位置、不同型號(hào)噴嘴的閉與開，具有低壓(0-10MPa)鉆進(jìn)、中壓(10-30MPa)擴(kuò)孔、高壓(30-100MPa)割縫的功能，高壓水通過噴嘴射出，對(duì)煤層進(jìn)行沖刷、剝離、切割，鉆桿2及鉆頭3在鉆機(jī)1帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，鉆孔施工時(shí)不退出鉆桿2即可實(shí)現(xiàn)煤孔段松軟煤層擴(kuò)孔、硬煤層割縫卸壓增透的目標(biāo)；

本實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)水尾4為重載型不銹鋼結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)水尾4能夠連接膠管5和鉆桿2并適應(yīng)鉆桿2的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)非旋轉(zhuǎn)件與旋轉(zhuǎn)件之間的連通和密封，本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)水尾4的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括鉆桿接頭45、筒體42、殼體44、前對(duì)接管、后對(duì)接管和壓緊彈簧；筒體42、殼體44和鉆桿接頭45三者按順序排列并且同軸設(shè)置，前對(duì)接管同軸設(shè)置于筒體42內(nèi)并且二者軸向滑動(dòng)配合，后對(duì)接管同軸固定于鉆桿接頭45并伸進(jìn)殼體44內(nèi)，殼體44與筒體42之間密封固定連接，后對(duì)接管與殼體44之間通過軸承組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接并與前對(duì)接管同軸對(duì)接，所述壓緊彈簧套在前對(duì)接管外部并支撐于前對(duì)接管和筒體42之間用于為前對(duì)接管提供彈力使前對(duì)接管與后對(duì)接管之間沿軸向壓緊，筒體42上設(shè)有用于連接膠管5的超高壓水接頭41，軸承組件包括沿后對(duì)接管軸向排列的兩個(gè)徑向軸承和支撐于兩個(gè)徑向軸承之間的軸向推力軸承；所述軸向推力軸承與兩個(gè)徑向軸承之間分別設(shè)有一個(gè)擋塊43，其中一個(gè)擋塊43沿軸向壓緊于相應(yīng)徑向軸承的內(nèi)圈，另外一個(gè)擋塊43沿軸向壓緊于相應(yīng)徑向軸承的外圈；殼體與筒體連接的一端內(nèi)部固定有一個(gè)壓蓋，殼體遠(yuǎn)離筒體的一端設(shè)有徑向向內(nèi)的凸臺(tái)，通過壓蓋將軸承組件緊壓于凸臺(tái)定位，筒體42與前對(duì)接管之間、殼體44與后對(duì)接管及壓蓋之間以及壓蓋與后對(duì)接管之間均通過密封圈進(jìn)行密封，采用獨(dú)特?zé)o漏型密封設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)所需扭力小，超高壓水接頭41連接型式可選0°或90°，最小承壓150Mpa。

本實(shí)施例中，所述的鉆桿2為內(nèi)、外雙密封，如圖4所示，鉆桿2與鉆頭3之間通過錐形螺紋連接，鉆桿2的一端設(shè)有相應(yīng)的外螺紋，鉆頭3上設(shè)有相應(yīng)的內(nèi)螺紋，內(nèi)、外雙密封是指在鉆桿2的外螺紋的兩端設(shè)有相應(yīng)的內(nèi)密封圈21和外密封圈22，使鉆桿2和鉆頭3連接后對(duì)應(yīng)其連接螺紋的兩端均有密封圈進(jìn)行密封，整體加工制造，無焊接，淺螺紋設(shè)計(jì)更利于排渣；在進(jìn)行超高壓水力擴(kuò)孔或割縫作業(yè)時(shí)，工作介質(zhì)水的壓力高，鉆進(jìn)、擴(kuò)孔、割縫作業(yè)時(shí)都是采用人工操作，因而要求鉆桿2要有足夠高的抗壓強(qiáng)度及嚴(yán)格的密封性，通過采用內(nèi)、外雙密封，密封性能能夠達(dá)到理想的效果；膠管5與所述旋轉(zhuǎn)水尾4之間采用螺紋接頭相連接，以保證在超高壓條件下的密封性

本實(shí)施例中，所述滑套35設(shè)于鉆頭3的內(nèi)部并沿軸向滑動(dòng)配合，滑套35的外側(cè)壁以及鉆頭3的內(nèi)壁均為臺(tái)階面結(jié)構(gòu)，所述彈簧軸向支撐于鉆頭3內(nèi)孔的臺(tái)肩與滑套35外壁的臺(tái)肩之間，所述鉆頭3內(nèi)孔對(duì)應(yīng)滑套35后側(cè)設(shè)有用于沿軸向?qū)?5進(jìn)行限位的限位卡簧，滑套35前端設(shè)有供水流向鉆頭3前端31的徑向孔；滑套35的前端面固定有與鉆頭3前端31內(nèi)孔孔徑相匹配的活塞32；所述噴嘴固定于鉆頭3的側(cè)壁并且布置于滑套35的徑向外側(cè)；噴嘴包括擴(kuò)孔噴嘴33和割縫噴嘴34；所述擴(kuò)孔噴嘴33和割縫噴嘴34由前到后排列并且擴(kuò)孔噴嘴33與割縫噴嘴34之間沿鉆頭3軸向的距離與滑套35外壁與鉆頭3內(nèi)孔滑動(dòng)配合的部分的軸向長度相等；鉆頭3不同位置設(shè)計(jì)有擴(kuò)孔噴嘴33及割縫噴嘴34，可實(shí)現(xiàn)高、中、低壓水自由切換，即水壓低于10MPa時(shí)，滑套35在彈簧的壓力下貼緊限位卡簧，其前端活塞32呈開放狀態(tài)，水通過鉆頭3前端31的徑向孔流出至鉆頭3前端31的刃口處，可實(shí)現(xiàn)鉆孔的正常鉆進(jìn)功能；當(dāng)水壓為10-30MPa之間時(shí)，滑套35在水壓作用下將彈簧壓縮并向前移動(dòng)一定的距離，使滑套35前端的活塞32伸進(jìn)鉆頭3前端31內(nèi)孔內(nèi)，進(jìn)而將流向鉆頭3前端31的水路關(guān)閉，但割縫噴嘴34仍被滑套35封閉，此時(shí)水通過擴(kuò)孔噴嘴33徑向射出，開始擴(kuò)孔工作；當(dāng)水壓繼續(xù)增大至30-100MPa時(shí)，在高壓水的作用下，滑套35移動(dòng)至擴(kuò)孔噴嘴33處，將擴(kuò)孔噴嘴33堵住，此時(shí)超高壓水直接由割縫噴嘴34徑向噴射出，開始割縫工作。

本實(shí)施例中，所述擴(kuò)孔噴嘴33和割縫噴嘴34均為硬質(zhì)合金材料，擴(kuò)孔噴嘴33和割縫噴嘴34均采用內(nèi)嵌型設(shè)計(jì)，擴(kuò)孔噴嘴33為2-3個(gè)并且沿鉆頭3圓周方向均勻排列，割縫噴嘴34為1-2個(gè)，擴(kuò)孔噴嘴33的孔徑均大于割縫噴嘴34的孔徑，各個(gè)擴(kuò)孔噴嘴33的孔徑互不相同，當(dāng)設(shè)置2個(gè)割縫噴嘴34時(shí)將2個(gè)割縫噴嘴34沿鉆頭3圓周方向均勻排列并且2個(gè)割縫噴嘴34的孔徑互不相同，即擴(kuò)孔噴嘴33和割縫噴嘴34均嵌入固定于鉆頭3的側(cè)壁，擴(kuò)孔噴嘴33為2-3個(gè)，分別為2.5mm、3.0mm、3.5mm三種不同規(guī)格，割縫噴嘴34為1-2個(gè)，分別為1.5mm、2.0mm兩種不同規(guī)格，可根據(jù)煤的堅(jiān)固性系數(shù)選擇相應(yīng)規(guī)格的噴嘴，達(dá)到最優(yōu)的擴(kuò)孔或割縫效果

本實(shí)施例中，所述膠管5配有PVC護(hù)套，用于超高壓水的傳輸，可承受150MPa壓力。

本實(shí)施例中，所述的水泵額定流量為80-125L/min，額定壓力為100MPa。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。