CN108547604B - 一种钻冲压一体化装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻冲压一体化装置，以钻进方向为前向，包括从后至前依次通过螺纹连接的双通道水辫、双通道钻杆、双通道水力喷射器和钻孔钻头；双通道水辫包括座体和水辫钻杆连接头；双通道水力喷射器包括从后至前依次螺纹连接的第二内锥螺纹接头、喷射器本体、第三外锥螺纹接头，喷射器本体的内部设置有用于切换钻进状态与冲压状态的阀芯组合和用于进行水力喷射压裂的喷嘴；喷射器本体上设有与喷射器本体轴向平行的九个分支通道。本发明同时公开了一种钻冲压一体化方法。本发明在应用时操控简单，避免了以往钻孔成孔后进行压裂或冲孔时的繁琐操作，能够减少劳动强度，节省作业时间并提高工作效率。

Description

一种钻冲压一体化装置与方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯强化抽采增透技术领域，涉及一种钻冲压一体化装置与方法。

背景技术

国家对煤矿瓦斯治理工作高度重视的形势下，我国煤矿瓦斯抽采工作却存在着极大的技术瓶颈和困难。据统计，全国95%以上的高瓦斯和突出矿井开采的煤层属于低透气性煤层，渗透率多在10^-6～10^-7μm²数量级，瓦斯抽采（特别是预抽）影响范围小、衰减速度快、抽采难度大。由于现有的瓦斯抽采技术难以大幅度提升煤层渗透率，往往造成矿井瓦斯抽采效率低下，“钻、抽、采、掘”比例失衡。为此，低透气性高突矿井不得不投入大量的人力、物力、财力用于瓦斯抽采，但由于缺乏抽采技术的突破，或者是矿井发展步履维艰，或者是因抽采治理不彻底导致瓦斯超限频繁、安全隐患严重、瓦斯事故频发，严重威胁煤矿安全生产。目前，我国煤矿瓦斯抽采领域急需一种普适性的增透技术，满足各类煤层条件下的增透。

水力喷射压裂以高压流体为介质，当流体通过喷射工具时，静压能转换成动能，产生高速射流冲击岩石形成射孔通道，完成水力射孔，高速射流持续的冲击作用在孔道端部产生微裂缝，此时高速射流的动能转化为静压能并形成增压，当环空压力与射流增压值之和超过地层破裂压力时，在孔道端部产生裂缝，具有准确在指定位置制造裂缝、无需机械封隔、节省作业时间、减少作业风险等优点；水力喷射压裂只有在弹性体（硬煤或围岩）中才能形成裂缝，实现增透，对于软煤这种塑性体并不适用；而水力冲孔通过高压水射流的射流冲击力切割、破碎煤体，冲出煤渣，使钻孔周围煤体形成空腔，钻孔周围煤体向钻孔方向发生大幅度的移动，造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移，使钻孔影响范围内地应力降低，卸压彻底，使煤层中的瓦斯得到充分释放，非常适用于软煤增透。水力压冲则将水力喷射压裂技术及水力冲孔技术有效结合，充分利用了水力喷射压裂技术可开启、扩展、延伸煤层裂隙，水力冲孔可以出煤卸压的优点，两者各取所长，相得益彰，对于有效治理瓦斯灾害，防治瓦斯安全事故有着显著成效。

水力压冲增透抽采瓦斯涉及打钻、水力喷射压裂、水力冲孔、联网抽采等众多步骤，钻孔成孔后需要退钻，并移走钻机，然后再使用普通油管或连续油管将喷射器送到压裂、冲孔位置，其作业时间长、劳动强度大。因此，寻找一种操控简单、节约能源、适用性强、维护简便、安全高效的的打钻、水力喷射压裂、水力冲孔一体化的装置与方法成为当务之急。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种钻冲压一体化装置与方法，操控简单，避免了以往钻孔成孔后进行压裂或冲孔时的繁琐操作，能够减少劳动强度，节省作业时间并提高工作效率。

本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是，提供了一种钻冲压一体化装置，以钻进方向为前向，包括从后至前依次通过螺纹连接的双通道水辫、双通道钻杆、双通道水力喷射器和钻孔钻头；

双通道水辫包括座体和水辫钻杆连接头，座体的内部开设有前后贯通的第一安装孔，水辫钻杆连接头的后端通过轴承转动连接在第一安装孔内，水辫钻杆连接头的前端设有第一外锥螺纹接头，水辫钻杆连接头的内部沿轴向开设有前侧敞口后侧封闭的第一外通道，第一外通道的内部沿同轴向设置有第一内通道管，第一内通道管的后端固定安装在水辫钻杆连接头的后部；

双通道钻杆的内部沿轴向设有前后贯通的空腔，空腔内沿同轴向设置有第二内通道管，第二内通道管与空腔之间的环形空间记为第二外通道，双通道钻杆的后端设置有第一内锥螺纹接头，第一内锥螺纹接头与第一外锥螺纹接头螺纹连接，双通道钻杆的前端设置有第二外锥螺纹接头，第一内锥螺纹接头的前侧设置有固定安装在双通道钻杆内部的第一支撑环，第二内通道管的后部穿设在第一支撑环的内圈，第一支撑环上沿周向开设有第一外通道入口；

双通道水力喷射器包括从后至前依次螺纹连接的第二内锥螺纹接头、喷射器本体、第三外锥螺纹接头，第二内锥螺纹接头与第二外锥螺纹接头螺纹连接，第二内锥螺纹接头的前侧设置有第二支撑环，第二支撑环的内圈穿设有第三内通道管，第二支撑环上沿周向开设有第二外通道入口，喷射器本体的内部设置有用于切换钻进状态与冲压状态的阀芯组合和用于进行水力喷射压裂的喷嘴；

喷射器本体上设有与喷射器本体轴向平行的九个分支通道，各个分支通道沿喷射器本体圆周均匀分布，各个分支通道的入口分别与第二外通道入口连通，各个分支通道的出口分别与第二安装孔的前侧出口连通，所有分支通道记为第三外通道；

第三外锥螺纹接头内设置有第四外通道，第四外通道分别与第三外通道和钻孔钻头连通；

钻孔钻头的后部设有第三内锥螺纹接头，第三内锥螺纹接头与第三外锥螺纹接头螺纹连接；

第一外通道、第一外通道入口、第二外通道、第二外通道入口和第三外通道依次连通并组成钻冲压一体化装置的外通道；

第一内通道管、第二内通道管和第三内通道管依次连通并组成钻冲压一体化装置的内通道。

双通道水辫的座体上安装有钻进介质接头和控制介质接头，钻进介质接头的出口端与第一外通道连通，控制介质接头的出口端与第一内通道管连通；

钻进介质接头的进口端通过三通分别连通有钻进介质输送管道和压裂介质输送管道，控制介质接头的进口端连通有控制介质输送管道，钻进介质输送管道、压裂介质输送管道和控制介质输送管道上均设置有阀门。

喷射器本体的内部沿轴向开设有前后贯通的第二安装孔，阀芯组合设置在第二安装孔内，阀芯组合包括同轴向设置的阀芯套筒、压力调节套、阀杆、弹簧和滑锁，阀芯套筒安装在第二安装孔内，阀芯套筒的后部向后凸出设有内管支撑部，内管支撑部上沿轴向开设有贯通的内管通孔，第三内通道管的前端安装在内管通孔内，阀芯套筒的内部设置有第一限位台阶，第二安装孔上设置有第二限位台阶，第二限位台阶将第二安装孔分隔为安装段和控制段，压力调节套套设在阀芯套筒内，压力调节套的前端面与第二限位台阶接触，阀杆的后端固定连接有顶盖，阀杆位于阀芯套筒内且顶盖的后端面与第一限位台阶接触，阀杆上套设有压缩弹簧，压缩弹簧的后端与顶盖的前端面顶压接触，压缩弹簧的前端与压力调节套固定连接，阀杆的前端从后向前穿过压力调节套，阀杆的前端设置有外螺纹并与滑锁螺接，滑锁滑动连接在第二安装孔的控制段内。

用于进行水力喷射压裂的喷嘴设有三个，各个喷嘴的入口分别与第三外通道的出口连通，各个喷嘴的轴线均与喷射器本体的轴线相互垂直，各个喷嘴环绕喷射器本体的轴线设置且每两个喷嘴之间的夹角α为120°。

第三外通道的出口与第二安装孔的控制段之间设置有环形切换槽，环形切换槽与第三外通道的出口、各个喷嘴的入口及第二安装孔的控制段分别连通。

喷射器本体上设置有泄压孔，泄压孔的两端分别与第二安装孔的安装段和其中一个分支通道相连通。

一种钻冲压一体化装置的施工方法，包括以下步骤：

（1）选择钻孔施工层位：对于硬煤，钻孔施工在煤层中；对于软煤或软硬互层的煤层，钻孔施工在顶底板围岩中；

（2）根据设计需要选择合适的钻孔结构和压裂液；所述钻孔结构有两种，一是一开结构，即一个钻头施工到底，孔口不固孔，二是二开结构，即先施工一个大直径的孔，孔的深度和直径以满足二开钻进为准，下入套管，套管与钻孔环空注水泥固孔；固孔后采用小一级的钻头实施二开钻进到设计深度。其中在一开结构的钻孔中进行冲孔或压裂作业时不封孔；在二开结构的钻孔中进行冲孔作业不封孔，而实施压裂作业时具有两种作业状态，分别为封孔、不封孔；当在二开结构的钻孔中实施压裂选择封孔时，孔口套管在钻孔外的部分安装耐高压法兰盘和防喷孔器，压裂期间拧紧法兰盘，将孔口套管与钻杆之间的环空关闭，在孔内形成一个密闭空间，每压完一个点用防喷孔器放压，拧松耐高压法兰盘并用水循环清孔，然后实施下一点的压裂，抽采瓦斯时，直接将孔口套管连接抽采管路后联网抽采。所述压裂液由水和有利于瓦斯运移产出的添加剂组合制备。

（3）组装钻冲压一体化装置：依次通过螺纹连接双通道水辫、双通道钻杆、双通道水力喷射器和钻孔钻头组成钻冲压一体化装置；

（4）接入钻进介质、压裂介质和控制介质：钻进介质接头的出口端通过三通分别接入钻进介质和压裂介质，钻进介质为水或风，压裂介质即用于冲孔、压裂的高压压裂液，水或风与高压压裂液均通过阀门控制通断，控制介质接头直接接入控制介质，为高压水，高压水通过阀门控制通断；

（5）钻进：打钻施工前关闭控制高压水通断的阀门和控制高压压裂液通断的阀门，打钻施工时开启控制水或风通断的阀门，水或风经过钻冲压一体化装置的外通道流向钻孔钻头，在钻进的过程中冷却钻孔钻头和排渣，保证钻进正常进行；

（6）钻孔钻头钻进到设计深度时停止钻进；

（7）选择冲孔或压裂的方式：在钻孔施工结束、退钻过程中实施高压水射流冲孔或水力喷射压裂，对于软煤层，一边旋转钻杆一边冲孔，以到达设计的每米冲出煤量为止；对于硬煤或围岩，不旋转钻杆逐点实施水力喷射压裂；

（8）切换钻进状态为冲压状态：关闭控制水或风通断的阀门，开启控制高压水通断的阀门，当高压水将输送钻进介质的外通道与钻孔钻头切断时，开启控制高压压裂液通断的阀门，将外通道输送的钻进介质切换为高压压裂液进行高压水射流冲孔或水力喷射压裂；

（9）切换冲压状态为钻进状态：当某一点的冲孔或压裂作业结束时，关闭控制高压压裂液通断的阀门和控制高压水通断的阀门，开启控制水或风通断的阀门，将外通道输送的高压压裂液切换为水或风；

（10）重复冲孔或压裂作业：退钻至下一个冲孔或压裂作业点，重复步骤（8）和步骤（9）。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

本发明中喷射器本体内部设置的阀芯组合可用于切换钻进状态与冲压状态，喷射器本体内部设置的喷嘴可用于进行水力喷射压裂，第三内通道管的出口与第二安装孔的安装段连通，从第三内通道管流出的高压水作用于顶盖，带动阀芯组合中的滑锁向前滑动，从而切断第三外通道与第四外通道的连通，钻进介质（水或风）停止向钻孔钻头输送，流经第三外通道的高压压裂液改道汇聚至喷射器本体上的喷嘴喷出，进行水力喷射压裂作业。

本发明中第三外通道的出口与第二安装孔的控制段之间设置的环形切换槽可同时连通第三外通道的出口、各个喷嘴的入口及第二安装孔的控制段，为钻进状态与冲压状态的切换提供结构支撑。

本发明中喷射器本体上设置的泄压孔减弱了控制介质对滑锁的压力并由压缩弹簧带动滑锁复位，从而限制了滑锁的行程以保证钻进状态与冲压状态的灵活切换。

综上，本发明的钻冲压一体化装置及方法具有操控简单、节约能源、适用性强、维护简便和安全高效等优点，在钻进过程中水和风为钻进介质，在退钻的过程中高压压裂液可以通过双通道水力喷射器产生水射流逐点实施高压水射流冲孔或水力喷射压裂，避免了以往钻孔成孔后需要退钻、移走钻机、使用普通油管或连续油管将喷射器送到压裂或冲孔位置等繁琐操作，极大地减少了劳动强度、节省了作业时间、提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中双通道水力喷射器的结构示意图；

图3是本发明中阀芯组合的安装示意图；

图4是本发明中喷射器本体的结构示意图；

图5是本发明阀芯组合中阀芯套筒的结构示意图；

图6是图2中的A-A剖面示意图；

图7是图2中的B-B剖面示意图；

图8是图2中的C-C剖面示意图；

图9是图2中的D-D剖面示意图。

具体实施方式

如图1至图9所示，以钻进方向为本发明的前向，本发明的一种钻冲压一体化装置，包括从后至前依次通过螺纹连接的双通道水辫、双通道钻杆2、双通道水力喷射器3和钻孔钻头4；

双通道水辫、双通道钻杆2和双通道水力喷射器3的内部均设置有独立的双通道管路，双通道水辫、双通道钻杆2和双通道水力喷射器3内部的双通道管路分别贯通，双通道管路分为内通道和外通道，内通道入口和外通道入口均设置于双通道水辫处；

双通道水辫包括座体101和水辫钻杆连接头102，座体101的内部开设有前后贯通的第一安装孔，水辫钻杆连接头102的后端通过轴承转动连接在第一安装孔内，水辫钻杆连接头102的前端设有第一外锥螺纹接头104，水辫钻杆连接头102的内部沿轴向开设有前侧敞口后侧封闭的第一外通道105，第一外通道105的内部沿同轴向设置有第一内通道管106，第一内通道管106的后端固定安装在水辫钻杆连接头102的后部；

双通道水辫的座体101上安装有钻进介质接头107和控制介质接头108，钻进介质接头107的出口端与第一外通道105连通，控制介质接头108的出口端与第一内通道管106连通；

钻进介质接头107的进口端通过三通分别连通有钻进介质输送管道109和压裂介质输送管道110，控制介质接头108的进口端连通有控制介质输送管道111，钻进介质输送管道109、压裂介质输送管道110和控制介质输送管道111上均设置有阀门；

钻进介质为水或风，控制介质为高压水，压裂介质为高压压裂液；钻进介质中的水或风为静压状态；

双通道钻杆2的内部沿轴向设有前后贯通的空腔，空腔内沿同轴向设置有第二内通道管201，第二内通道管201与空腔之间的环形空间记为第二外通道202，双通道钻杆2的后端设置有第一内锥螺纹接头203，第一内锥螺纹接头203与第一外锥螺纹接头104螺纹连接，双通道钻杆2的前端设置有第二外锥螺纹接头204，第一内锥螺纹接头203的前侧设置有固定安装在双通道钻杆2内部的第一支撑环205，第二内通道管201的后部穿设在第一支撑环205的内圈，第一支撑环205上沿周向开设有第一外通道入口；

双通道水力喷射器3包括从后至前依次螺纹连接的第二内锥螺纹接头301、喷射器本体302、第三外锥螺纹接头303，第二内锥螺纹接头301与第二外锥螺纹接头204螺纹连接，第二内锥螺纹接头301的前侧设置有第二支撑环304，第二支撑环304的内圈穿设有第三内通道管305，第二支撑环304上沿周向开设有第二外通道入口，喷射器本体302的内部设置有用于切换钻进状态与冲压状态的阀芯组合306和用于进行水力喷射压裂的喷嘴307；

喷射器本体302的内部沿轴向开设有前后贯通的第二安装孔5，阀芯组合306设置在第二安装孔5内，阀芯组合306包括同轴向设置的阀芯套筒6、压力调节套7、阀杆8、弹簧9和滑锁10，阀芯套筒6安装在第二安装孔5内，阀芯套筒6的后部向后凸出设有内管支撑部11，内管支撑部11上沿轴向开设有贯通的内管通孔12，第三内通道管305的前端安装在内管通孔12内，阀芯套筒6的内部设置有第一限位台阶13，第二安装孔5上设置有第二限位台阶14，第二限位台阶14将第二安装孔5分隔为安装段和控制段，压力调节套7套设在阀芯套筒6内，压力调节套7的前端面与第二限位台阶14接触，阀杆8的后端固定连接有顶盖15，阀杆8位于阀芯套筒6内且顶盖15的后端面与第一限位台阶13接触，阀杆8上套设有压缩弹簧9，阀杆8的前端从后向前穿过压力调节套7，阀杆8的前端设置有外螺纹并与滑锁10螺接，滑锁10滑动连接在第二安装孔5的控制段内；第三内通道管305的出口与第二安装孔5的安装段连通，从第三内通道管305流出的高压水作用于顶盖15，带动滑锁10向前滑动，从而切断第三外通道与第四外通道18的连通，钻进介质（水或风）停止向钻孔钻头4输送，流经第三外通道的高压压裂液改道汇聚至喷射器本体302上的喷嘴307喷出，此时压缩弹簧9处于压缩状态。

喷射器本体302上设有与喷射器本体302轴向平行的九个分支通道16，各个分支通道16沿喷射器本体302圆周均匀分布，各个分支通道16的入口分别与第二外通道入口连通，各个分支通道16的出口分别与第二安装孔5的前侧出口连通，所有分支通道16记为第三外通道；

用于进行水力喷射压裂的喷嘴307设有三个，各个喷嘴307的入口分别与第三外通道的出口连通，各个喷嘴307的轴线均与喷射器本体302的轴线相互垂直，各个喷嘴307环绕喷射器本体302的轴线设置且每两个喷嘴307之间的夹角α为120°；喷嘴307的直径与高压压裂液的压力和喷嘴307喷出水射流的设计流速有关。

第三外通道的出口与第二安装孔5的控制段之间设置有环形切换槽17，环形切换槽17与第三外通道的出口、各个喷嘴307的入口及第二安装孔5的控制段分别连通；

第三外锥螺纹接头303内设置有第四外通道18，第四外通道18分别与第三外通道和钻孔钻头4连通；

钻孔钻头4的后部设有第三内锥螺纹接头401，第三内锥螺纹接头401与第三外锥螺纹接头303螺纹连接；

喷射器本体302上设置有泄压孔19，泄压孔19的两端分别与第二安装孔5的安装段和其中一个分支通道16相连通；泄压孔19减弱了控制介质对滑锁10的压力并由压缩弹簧9带动滑锁10复位，从而限制了滑锁10的行程以保证钻进状态与冲压状态的灵活切换。

第一外通道105、第一外通道入口、第二外通道202、第二外通道入口和第三外通道依次连通并组成钻冲压一体化装置的外通道；

第一内通道管106、第二内通道管201和第三内通道管305依次连通并组成钻冲压一体化装置的内通道。

外通道钻进介质（水或风）的出口为喷射器本体302内各个分支通道16的出口，以实现钻进介质（水或风）通过外通道冷却钻孔钻头4和排渣，而外通道压裂介质（高压压裂液）的出口为喷射器本体302上的喷嘴307，以产生高压射流，实现增透；内通道控制介质（高压水）的出口位于喷射器本体302的内部，以实现高压水通过内通道作用于阀芯组合306，将输送钻进介质（水或风）的外通道与钻孔钻头4切断，迫使外通道内的高压压裂液改道汇聚至喷射器本体302上的喷嘴307喷出。

使用所述的一种钻冲压一体化装置的方法，包括以下步骤：

（1）选择钻孔施工层位：对于硬煤（原生结构煤和碎裂煤），钻孔施工在煤层中；对于软煤（碎粒煤和糜棱煤）或软硬互层的煤层，钻孔施工在顶底板围岩中；

（2）根据设计需要选择合适的钻孔结构和压裂液；

（3）组装钻冲压一体化装置：依次通过螺纹连接双通道水辫、双通道钻杆2、双通道水力喷射器3和钻孔钻头4组成钻冲压一体化装置；

（4）接入钻进介质、压裂介质和控制介质：钻进介质接头107的出口端通过三通分别接入钻进介质和压裂介质，钻进介质为水或风，压裂介质即用于冲孔、压裂的高压压裂液，水或风与高压压裂液均通过阀门控制通断，控制介质接头108直接接入控制介质，为高压水，高压水通过阀门控制通断；

（5）钻进：打钻施工前关闭控制高压水通断的阀门和控制高压压裂液通断的阀门，打钻施工时开启控制水或风通断的阀门，水或风经过钻冲压一体化装置的外通道流向钻孔钻头4，在钻进的过程中冷却钻孔钻头4和排渣，保证钻进正常进行；

（6）钻进介质（水或风）和钻进工艺与常规工艺相同，钻孔钻头4钻进到设计深度时停止钻进；

（7）选择冲孔或压裂的方式：在钻孔施工结束、退钻过程中实施高压水射流冲孔或水力喷射压裂，对于软煤层，一边旋转钻杆一边冲孔，以到达设计的每米冲出煤量为止；对于硬煤或围岩，不旋转钻杆逐点实施水力喷射压裂；点与点之间的距离取决于压裂层段的厚度、岩性、泵的排量等，要根据试验考察确定；

（8）切换钻进状态为冲压状态：关闭控制水或风通断的阀门，开启控制高压水通断的阀门，当高压水将输送钻进介质的外通道与钻孔钻头4切断时，开启控制高压压裂液通断的阀门，将外通道输送的钻进介质切换为高压压裂液进行高压水射流冲孔或水力喷射压裂；

（9）切换冲压状态为钻进状态：当某一点的冲孔或压裂作业结束时，关闭控制高压压裂液通断的阀门和控制高压水通断的阀门，开启控制水或风通断的阀门，将外通道输送的高压压裂液切换为水或风；

（10）重复冲孔或压裂作业：退钻至下一个冲孔或压裂作业点，重复步骤（8）和步骤（9）；

步骤（2）具体为：钻孔结构有两种，一是一开结构，即一个钻头施工到底，孔口不固孔，二是二开结构，即先施工一个大直径的孔，孔的深度和直径以满足二开钻进为准，下入套管，套管与钻孔环空注水泥固孔；固孔后采用小一级的钻头实施二开钻进到设计深度；压裂液包括水和含有利于瓦斯运移产出的添加剂及添加剂组合的水溶液，可根据设计进行制备，其中，利于瓦斯运移产出的添加剂可以是防膨剂、减阻剂和表面活化剂等，压裂液也可以是由水、氯化钾溶液及杀菌剂组成的活性水溶液。

在一开结构的钻孔中进行冲孔或压裂作业时不封孔；在二开结构的钻孔中进行冲孔作业不封孔，而实施压裂作业时具有两种作业状态，分别为封孔、不封孔；当在二开结构的钻孔中实施压裂选择封孔时，孔口套管在钻孔外的部分安装耐高压法兰盘和防喷孔器，压裂期间拧紧法兰盘，将孔口套管与钻杆之间的环空关闭，在孔内形成一个密闭空间，每压完一个点用防喷孔器放压，拧松耐高压法兰盘并用静压水循环清孔，然后实施下一点的压裂，抽采瓦斯时，直接将孔口套管连接抽采管路后联网抽采。

所述耐高压法兰盘和防喷孔器为现有常规装置，具体结构不再详述。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种钻冲压一体化装置的使用方法，其特征在于：

以钻进方向为前向，一种钻冲压一体化装置包括从后至前依次通过螺纹连接的双通道水辫、双通道钻杆、双通道水力喷射器和钻孔钻头；

双通道水辫包括座体和水辫钻杆连接头，座体的内部开设有前后贯通的第一安装孔，水辫钻杆连接头的后端通过轴承转动连接在第一安装孔内，水辫钻杆连接头的前端设有第一外锥螺纹接头，水辫钻杆连接头的内部沿轴向开设有前侧敞口后侧封闭的第一外通道，第一外通道的内部沿同轴向设置有第一内通道管，第一内通道管的后端固定安装在水辫钻杆连接头的后部；

双通道钻杆的内部沿轴向设有前后贯通的空腔，空腔内沿同轴向设置有第二内通道管，第二内通道管与空腔之间的环形空间记为第二外通道，双通道钻杆的后端设置有第一内锥螺纹接头，第一内锥螺纹接头与第一外锥螺纹接头螺纹连接，双通道钻杆的前端设置有第二外锥螺纹接头，第一内锥螺纹接头的前侧设置有固定安装在双通道钻杆内部的第一支撑环，第二内通道管的后部穿设在第一支撑环的内圈，第一支撑环上沿周向开设有第一外通道入口；

双通道水力喷射器包括从后至前依次螺纹连接的第二内锥螺纹接头、喷射器本体、第三外锥螺纹接头，第二内锥螺纹接头与第二外锥螺纹接头螺纹连接，第二内锥螺纹接头的前侧设置有第二支撑环，第二支撑环的内圈穿设有第三内通道管，第二支撑环上沿周向开设有第二外通道入口，喷射器本体的内部设置有用于切换钻进状态与冲压状态的阀芯组合和用于进行水力喷射压裂的喷嘴；

喷射器本体上设有与喷射器本体轴向平行的九个分支通道，各个分支通道沿喷射器本体圆周均匀分布，各个分支通道的入口分别与第二外通道入口连通，各个分支通道的出口分别与第二安装孔的前侧出口连通，所有分支通道记为第三外通道；

第三外锥螺纹接头内设置有第四外通道，第四外通道分别与第三外通道和钻孔钻头连通；

钻孔钻头的后部设有第三内锥螺纹接头，第三内锥螺纹接头与第三外锥螺纹接头螺纹连接；

第一外通道、第一外通道入口、第二外通道、第二外通道入口和第三外通道依次连通并组成钻冲压一体化装置的外通道；

第一内通道管、第二内通道管和第三内通道管依次连通并组成钻冲压一体化装置的内通道；

双通道水辫的座体上安装有钻进介质接头和控制介质接头，钻进介质接头的出口端与第一外通道连通，控制介质接头的出口端与第一内通道管连通；

钻进介质接头的进口端通过三通分别连通有钻进介质输送管道和压裂介质输送管道，控制介质接头的进口端连通有控制介质输送管道，钻进介质输送管道、压裂介质输送管道和控制介质输送管道上均设置有阀门；

喷射器本体的内部沿轴向开设有前后贯通的第二安装孔，阀芯组合设置在第二安装孔内，阀芯组合包括同轴向设置的阀芯套筒、压力调节套、阀杆、弹簧和滑锁，阀芯套筒安装在第二安装孔内，阀芯套筒的后部向后凸出设有内管支撑部，内管支撑部上沿轴向开设有贯通的内管通孔，第三内通道管的前端安装在内管通孔内，阀芯套筒的内部设置有第一限位台阶，第二安装孔上设置有第二限位台阶，第二限位台阶将第二安装孔分隔为安装段和控制段，压力调节套套设在阀芯套筒内，压力调节套的前端面与第二限位台阶接触，阀杆的后端固定连接有顶盖，阀杆位于阀芯套筒内且顶盖的后端面与第一限位台阶接触，阀杆上套设有压缩弹簧，压缩弹簧的后端与顶盖的前端面顶压接触，压缩弹簧的前端与压力调节套固定连接，阀杆的前端从后向前穿过压力调节套，阀杆的前端设置有外螺纹并与滑锁螺接，滑锁滑动连接在第二安装孔的控制段内；

用于进行水力喷射压裂的喷嘴设有三个，各个喷嘴的入口分别与第三外通道的出口连通，各个喷嘴的轴线均与喷射器本体的轴线相互垂直，各个喷嘴环绕喷射器本体的轴线设置且每两个喷嘴之间的夹角α为120°；

第三外通道的出口与第二安装孔的控制段之间设置有环形切换槽，环形切换槽与第三外通道的出口、各个喷嘴的入口及第二安装孔的控制段分别连通；

喷射器本体上设置有泄压孔，泄压孔的两端分别与第二安装孔的安装段和其中一个分支通道相连通；

一种钻冲压一体化装置的使用方法包括以下步骤：

（1）选择钻孔施工层位：对于硬煤，钻孔施工在煤层中；对于软煤或软硬互层的煤层，钻孔施工在顶底板围岩中；

（2）根据设计需要选择合适的钻孔结构和压裂液；

（3）组装钻冲压一体化装置：依次通过螺纹连接双通道水辫、双通道钻杆、双通道水力喷射器和钻孔钻头组成钻冲压一体化装置；

（4）接入钻进介质、压裂介质和控制介质：钻进介质接头的出口端通过三通分别接入钻进介质和压裂介质，钻进介质为水或风，压裂介质即用于冲孔、压裂的高压压裂液，水或风与高压压裂液均通过阀门控制通断，控制介质接头直接接入控制介质，为高压水，高压水通过阀门控制通断；

（5）钻进：打钻施工前关闭控制高压水通断的阀门和控制高压压裂液通断的阀门，打钻施工时开启控制水或风通断的阀门，水或风经过钻冲压一体化装置的外通道流向钻孔钻头，在钻进的过程中冷却钻孔钻头和排渣，保证钻进正常进行；

（6）钻孔钻头钻进到设计深度时停止钻进；

（7）选择冲孔或压裂的方式：在钻孔施工结束、退钻过程中实施高压水射流冲孔或水力喷射压裂，对于软煤层，一边旋转钻杆一边冲孔，以到达设计的每米冲出煤量为止；对于硬煤或围岩，不旋转钻杆逐点实施水力喷射压裂；

（8）切换钻进状态为冲压状态：关闭控制水或风通断的阀门，开启控制高压水通断的阀门，当高压水将输送钻进介质的外通道与钻孔钻头切断时，开启控制高压压裂液通断的阀门，将外通道输送的钻进介质切换为高压压裂液进行高压水射流冲孔或水力喷射压裂；

（9）切换冲压状态为钻进状态：当某一点的冲孔或压裂作业结束时，关闭控制高压压裂液通断的阀门和控制高压水通断的阀门，开启控制水或风通断的阀门，将外通道输送的高压压裂液切换为水或风；

（10）重复冲孔或压裂作业：退钻至下一个冲孔或压裂作业点，重复步骤（8）和步骤（9）。

2.根据权利要求1所述的一种钻冲压一体化装置的使用方法，其特征在于：步骤（2）具体为：钻孔结构有两种，一是一开结构，即一个钻头施工到底，孔口不固孔，二是二开结构，即先施工一个大直径的孔，孔的深度和直径以满足二开钻进为准，下入套管，套管与钻孔环空注水泥固孔；固孔后采用小一级的钻头实施二开钻进到设计深度。

3.根据权利要求2所述的一种钻冲压一体化装置的使用方法，其特征在于：在一开结构的钻孔中进行冲孔或压裂作业时不封孔；在二开结构的钻孔中进行冲孔作业不封孔，而实施压裂作业时具有两种作业状态，分别为封孔、不封孔；当在二开结构的钻孔中实施压裂选择封孔时，孔口套管在钻孔外的部分安装耐高压法兰盘和防喷孔器，压裂期间拧紧法兰盘，将孔口套管与钻杆之间的环空关闭，在孔内形成一个密闭空间，每压完一个点用防喷孔器放压，拧松耐高压法兰盘并用水循环清孔，然后实施下一点的压裂，抽采瓦斯时，直接将孔口套管连接抽采管路后联网抽采。

4.根据权利要求1所述的一种钻冲压一体化装置的使用方法，其特征在于：步骤（2）中所述的压裂液由水和有利于瓦斯运移产出的添加剂组合制备。

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