CN102261261A - 构造煤发育区钻进、增透一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种构造煤发育区钻进、增透一体化装置，包括后端与钻机连接的钻杆，钻杆前端设有钻头，钻杆杆身外圈间隔包覆有气囊，相邻两气囊之间的钻杆杆身上设有气体压裂孔，所述气囊和气体压裂孔分别通过气囊管路和气压管路与气泵连接，气泵和气罐连接，所述钻头的后端与钻杆之间连接有环绕钻杆杆身的切削片，切削片倾斜设置且尖端向后，所述切削片与钻头构成钻进方向为前后向的双向钻头。本发明是一种针对构造煤发育区打钻时钻孔易塌孔埋钻、强化效果不理想、抽放难等问题，不仅解决了构造煤成孔难的问题，而且提高了煤的透气性，可以提高瓦斯抽放效率、有效减少煤与瓦斯突出、可提高煤炭安全高效生产的构造煤发育区钻进、增透一体化装置。

Description

构造煤发育区钻进、增透一体化装置

技术领域

本发明涉及瓦斯治理领域，尤其是一种构造煤发育区钻进、增透一体化装置。

背景技术

随着对能源需求量的加大，煤矿开采的强度和开采的深度不断加大，煤与瓦斯突出的可能性大大增加。煤与瓦斯突出以其极大的危害性及破坏性让煤矿工人“谈虎色变”，煤与瓦斯突出严重制约着煤矿的安全生产和矿工的生命安全。所以，对瓦斯含量高的矿井或突出矿井进行区域消突和局部消突是这些煤矿中一项重要工作。

在煤矿井下，通过在煤层或岩层中打钻孔，并对其中的瓦斯进行预抽是目前进行区域消突和局部消突的一种重要手段。但构造煤发育区，往往容易形成应力集中，而且构造煤发育区，煤体结构破坏较严重，在打钻过程中极易发生塌孔，使钻具难以拔出。煤层的透气性是反映抽采难易程度的重要指标，构造煤发育区，煤体受到破坏，导致按照常规的强化工艺很难达到强化的目的，尤其使用液体等流体进行强化时强化效果较差，因此构造煤发育区瓦斯抽放一直是困扰煤矿工人的一个重要问题。煤与瓦斯突出一般发生在构造附近，不仅是因为这里的煤体比较破碎，也是因为应力比较集中。因此要想更好的预防煤与瓦斯突出，就要首先解决构造煤发育区的瓦斯抽放问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对构造煤发育区打钻时钻孔易塌孔埋钻、强化效果不理想、抽放难等问题，不仅解决了构造煤成孔难的问题，而且提高了煤的透气性，提高瓦斯抽放效率、有效减少煤与瓦斯突出、可提高煤炭安全高效生产的构造煤发育区钻进、增透一体化装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种构造煤发育区钻进、增透一体化装置，包括后端与钻机连接的钻杆，钻杆前端设有钻头，钻杆杆身外圈间隔包覆有气囊，相邻两气囊之间的钻杆杆身上设有气体压裂孔，所述气囊和气体压裂孔分别通过气囊管路和气压管路与气泵连接，气泵和气罐连接，所述钻头的后端与钻杆之间连接有环绕钻杆杆身的切削片，切削片倾斜设置且尖端向后，所述切削片与钻头构成钻进方向为前后向的双向钻头。

所述钻杆后端与钻机的转盘连接，转盘上对应气囊管路和气压管路分别开设有气囊管路孔、气压管路孔，气囊管路孔、气压管路孔分别连接有管状气囊钢制接头和气孔钢制接头，气囊管路为连接于气囊钢制接头和钻杆杆身上气囊孔之间的高压软管，气压管路为连接于气孔钢制接头和钻杆杆身上气体压裂孔之间的高压软管，气囊管路和气压管路均位于钻杆内，气囊钢制接头和气孔钢制接头又分别连通一中间高压软管与气泵连接。

包括焊接于钻杆杆身内的环形体，并且环形体沿周圈表面开设气体压裂槽，气体压裂槽正对气体压裂孔，所述气压管路通过气体压裂槽与气体压裂孔连通。 

钻杆杆身长80-90米，钻杆上共间隔设置两气囊，两气囊的间距为50米。

所述钻杆杆身设有用于排出煤屑的外螺纹。

所述钻头设有冷却水孔，切削片下侧的杆身也设有冷却水孔。

所述切削片的旋向与钻头旋向相反，钻头直径大于钻杆直径。

所述中间高压软管设有压力表和气阀，气罐至少串联两个并最终与气泵连接，每个气罐均带有气阀，所述气罐为内装氮气的氮气气罐。

还包括一端穿插过转盘进入钻杆内，另一端分别通过管道连接气泵和水泵的高压冷却水管，水泵出水口处连接水阀，水泵与水源连接。 

本发明针对构造煤发育区打钻时钻孔易塌孔埋钻、强化效果不理想、抽放难等问题，在此，通过在构造煤发育区使用空气作为介质进行分段、多次储层压力激动达到卸压，提高煤的透气性；利用分段储层激励，有效解决了构造煤发育区煤体强化难的问题，使抽放效果大大提高，煤与瓦斯突出危险性大大减少；使用双向钻进的钻头，既可前钻，也可边拔边钻，不仅解决了构造煤成孔难的问题，而且解决了构造区易塌孔埋钻的问题，在提高瓦斯抽放效率、有效减少煤与瓦斯突出、提高煤炭安全高效生产等方面具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

由图1所示的构造煤发育区钻进、增透一体化装置包括后端与钻机的转盘8连接的钻杆10，转盘8由钻机的传动装置带动。（钻机及其转盘8、传动装置以及转盘8与钻杆10端部的连接方式均为现有技术，故不详细叙述。）

钻杆10前端设有钻头19，所述钻头19的后端与钻杆10之间连接有数个环绕钻杆10杆身的切削片18，切削片18倾斜设置且尖端向后，切削片18的旋向与钻头19旋向相反。钻头19的尖端朝前，切削片18与钻头19构成钻进方向为前后向的双向钻头。所述钻头19设有冷却水孔21，切削片18下侧的钻杆10杆身也设有冷却水孔22。

所述钻杆10杆身设有用于排出煤屑的外螺纹9。在钻杆10后端与钻头19之间的钻杆10中部杆身外圈间隔包覆有两环形气囊12，所述钻杆10杆身长80-90米，两气囊12的间距为50米，位于两气囊12之间的钻杆10杆身上设有气体压裂孔15，所述气囊12和气体压裂孔15分别通过气囊管路11和气压管路13与气泵25连接，即转盘8上对应气囊管路11和气压管路13分别开设有气囊管路孔、气压管路孔，气囊管路孔、气压管路孔分别连接有管状气囊钢制接头7和气孔钢制接头26，气囊管路11为连接于气囊钢制接头7和钻杆10杆身上气囊孔之间的高压软管，气囊孔为钻杆10杆身上连通气囊12的孔，由于气囊12为两个，所以气囊管路11也为两个，转盘8上对应两气囊管路11在两气囊管路孔设置两气囊钢制接头7；钻杆10杆身内焊接有环形体14，即环形体14周圈边沿焊接于钻杆10杆身内，（钻杆10为多段连接，为了便于制造，环形体14可先焊接在设置气体压裂孔15的那段钻杆10内，再与其他钻杆10合并连接。）并且环形体14沿周圈表面开设气体压裂槽16，气体压裂槽16开口正对气体压裂孔15，环形体14上设有连通气体压裂槽16的连接孔17，所述气压管路13为连接于气孔钢制接头26和钻杆10杆身上气体压裂孔15之间的高压软管，即所述气压管路13接入连接孔17通过气体压裂槽16与气体压裂孔15连通。所述气囊管路11和气压管路13均位于钻杆10内，环形体14后侧的气囊管路11可通过环形体14的内径孔穿插过去。

所述每个气囊钢制接头7和气孔钢制接头26又分别连通一中间高压软管4实现与气泵25连接，每个中间高压软管4均设有压力表5、气阀阀门6、流量计和压力计。气泵25和气罐1连接，气罐1至少串联两个并最终与气泵25连接，本实施例中通过高压软管3共串联四个气罐1，每个气罐1均带有气阀2。

还包括一端穿插过转盘8进入钻杆10内，另一端分别通过管道连接气泵25和水泵28的高压冷却水管27，水泵28的出水口处连接水阀，水泵28与水源29连接。水源29可以是水池或者水罐。

本发明所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置在使用时的具体步骤如下：

1.备好气罐1的装置，检查装置气密性。

2.安装钻头19，进行钻煤层段钻进。

3.钻进结束以后，根据煤体情况决定是否进行压力激动。

4.启动高压气泵25，通过气囊管路11对两气囊12进行加压，达到预定压力后，关闭气泵25。

5.连接好气压管路13，启动压力气泵25，开始进行压力激动，然后突然开启气阀阀门6，使能量释放，如此反复几次。两气囊12充涨后，可封堵两气囊12之间的煤屑，更利于气体压裂，提高煤的透气性。

6.直到每段都进行了储层改造。开启钻机，把钻进设备从煤孔中拔出。

7.把钻孔进行密封，接入抽放管路进行抽放。

8.整理装置。

本发明所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，共构成了三个系统，即压力系统24、密封系统23、钻进系统20。

一.钻进系统20

钻进系统20包括钻机转盘8、钻杆10、双向钻头、冷却水孔21、22等，该系统主要是进行煤层的钻进以及为钻具的拔出起到辅助作用。

该系统在钻头19处安装双向钻头。为了简化操作工艺，在钻进过程中两者同时随钻杆10旋转，但是旋转方向相反，两者均焊接在钻杆10上。在向前钻进时由于前钻头19已经钻出较大的空间，因此后边钻体基本不起作用。在向外拔出钻具时，钻具难以拔出的主要原因就是在钻头19处被卡，这时可以启动钻机旋转，利用切削片18进行切削煤体，由于是二次钻进因此可以轻易拔出。如果还不能拔出，则可以启动压力激动装置进行松动。

钻出的煤屑通过钻杆10上的螺纹排出。排出动力即靠机械旋转，又靠含有少量水的风压作用。由于破碎煤体不易和水接触，在此主要靠风力排出煤屑，少量的水既可以提高风的携带能力，同时可以冷钻头19。冷却以后通过冷却水孔21、22排出。钻机转盘8上可在中心位置设置通冷却水的水孔。其中混有少量水的气体通过水泵28和高压气泵25泵入到高压高压冷却水管27，然后进入钻杆10。

二. 密封系统23

密封系统23包括高压软管、封闭胶囊等，鉴于气体压裂能力有限，该系统主要是为进行分段压力激动提供一个较小的密闭空间；该系统主要是起到密封的作用。

完成钻进以后，对于很破碎难以成孔的煤体没有必要再进行压力激动。对于能够成孔，煤体相对不是很破碎的钻孔。将钻具移至合适的位置。然后起动高压气泵25对封闭气囊12开始充气，直到达到预定压力，其中预定压力要大于最大激动压力。气囊12完全封闭以后关闭阀门，避免漏气。

封闭气囊12固定在钻杆10上，为了达到更好的强化效果，两封闭气囊12之间的距离以50m为宜，具体情况视现场实际情况而定。在钻进过程中，气囊12靠弹性紧紧贴在钻杆10上，不会影响煤屑从其上边流出。气囊12为环形，环绕在钻杆10上。

三. 压力系统24

压力系统24包括高压气泵25、高压软管、钢制接头、阀门、流量计、压力计等，该系统主要为打钻成孔后进行储层压力激动提供所需压力该系统主要是进行压力激动。

压力激动处安装一个环形体14，焊接在钻杆10上，环形体14的气体压裂槽16与煤体之间通过气体压裂孔15连通。进行压力激动时，高压气体通过气压管路13流到压力激动处，然后和煤体之间进行相互作用。高压气体通过高压气泵25进行加压获得。最大压力越大越好，最小不低于15Mpa。具体激动压力及激动次数实施情况而定。

Claims (9)

1. 一种构造煤发育区钻进、增透一体化装置，包括后端与钻机连接的钻杆，钻杆前端设有钻头，其特征在于：钻杆杆身外圈间隔包覆有气囊，相邻两气囊之间的钻杆杆身上设有气体压裂孔，所述气囊和气体压裂孔分别通过气囊管路和气压管路与气泵连接，气泵和气罐连接，所述钻头的后端与钻杆之间连接有环绕钻杆杆身的切削片，切削片倾斜设置且尖端向后，所述切削片与钻头构成钻进方向为前后向的双向钻头。

2. 如权利要求1所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：所述钻杆后端与钻机的转盘连接，转盘上对应气囊管路和气压管路分别开设有气囊管路孔、气压管路孔，气囊管路孔、气压管路孔分别连接有管状气囊钢制接头和气孔钢制接头，气囊管路为连接于气囊钢制接头和钻杆杆身上气囊孔之间的高压软管，气压管路为连接于气孔钢制接头和钻杆杆身上气体压裂孔之间的高压软管，气囊管路和气压管路均位于钻杆内，气囊钢制接头和气孔钢制接头又分别连通一中间高压软管与气泵连接。

3. 如权利要求2所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：包括焊接于钻杆杆身内的环形体，并且环形体沿周圈表面开设气体压裂槽，气体压裂槽正对气体压裂孔，所述气压管路通过气体压裂槽与气体压裂孔连通。

4. 如权利要求3所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：钻杆杆身长80-90米，钻杆上共间隔设置两气囊，两气囊的间距为50米。

5. 如权利要求4所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：所述钻杆杆身设有用于排出煤屑的外螺纹。

6. 如权利要求5所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：所述钻头设有冷却水孔，切削片下侧的杆身也设有冷却水孔。

7. 如权利要求6所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：所述切削片的旋向与钻头旋向相反，钻头直径大于钻杆直径。

8. 如权利要求7所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：所述中间高压软管设有压力表和气阀，气罐至少串联两个并最终与气泵连接，每个气罐均带有气阀，所述气罐为内装氮气的氮气气罐。

9.如权利要求8所述的构造煤发育区钻进、增透一体化装置，其特征在于：还包括一端穿插过转盘进入钻杆内，另一端分别通过管道连接气泵和水泵的高压冷却水管，水泵出水口处连接水阀，水泵与水源连接。

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