CN108843379B - 一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，涉及一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，适用于高瓦斯低渗透性煤层的增透作业，该方法特点在于通过瓦斯抽采钻孔按预定方向沿钻孔轴向高压水射流切槽造缝和平行钻孔连续作业，在钻孔周围沿煤层方向形成一条连通的缝槽，实现了类似“保护层开采”的采动卸压增透效果，从而有效提高高瓦斯低渗煤层渗透率和瓦斯抽采率，实现煤矿瓦斯高效抽采，克服目前水力化技术在煤层卸压增透存在效率低、增透效果有限的问题。

Description

一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，涉及一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，尤其涉及一种用于煤矿井下瓦斯抽采且能够达到钻孔轴向平衡的切槽卸压增透装置和切槽卸压增透方法。

背景技术

我国煤炭资源储量丰富，占一次能源构成的60％～70％，是一个以煤为主要能源的国家。由于我国煤层赋存地质条件复杂，煤矿瓦斯灾害严重且事故频发，普遍存在“高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性”特征。另外，随着开采深度的延伸，大量浅部低瓦斯矿井也将逐渐转变为高瓦斯矿井，煤层瓦斯含量和煤层压力增加，渗透性降低，煤与瓦斯突出的危险性增高，瓦斯防治难度增大，直接威胁煤矿安全生产和矿工生命安全。

但是从另一方面看，煤矿瓦斯又是一种高效、优质的清洁能源，同时我国煤层蕴含的瓦斯资源非常丰富，目前煤矿开发的阶段已由最初的单纯保障煤矿安全生产发展为采煤采气一体化的综合开发。在瓦斯抽采方面，我国煤矿瓦斯抽采起步较早，煤矿井下钻孔瓦斯抽采仍然是最基本、最常用的技术手段，但常规采用密集钻孔预抽方法，施工量大、成本高，尤其针对高瓦斯低渗煤层常规钻孔抽采方式效果有限。

对高瓦斯低渗煤层如何提高煤层渗透率已成为制约煤矿瓦斯抽采的瓶颈。国内外对此进行过大量研究，发现采动卸压增透效果最为显著，但对于无采动卸压开采条件的低渗煤层，被认为属于难抽煤层，必须通过其它人工强制增透措施来提高煤层渗透率。通过实践证明，水力化技术是增加煤岩体渗透性的有效技术途径，为解决高瓦斯煤层低渗透性问题提供了可行的方法。

作为一种储层增透技术，水力化技术原理是通过高压水作用下扩展延伸原有储层裂隙或形成新的裂隙、缝槽、孔洞，使煤岩体储层发生位移，最终实现卸压增透的目的，目前广泛应用的水力化技术有水射流割缝、水力扩孔、水力冲孔和水力压裂等。但在实践应用中目前技术工艺均存在一定的局限性，水射流割缝采用沿钻孔径向切割煤层形成绕钻孔圆形缝槽方式，水力扩孔、冲孔同样依靠高压水的冲击能力，在煤体产生一个较大的水力掏槽孔，目前径向缝槽和掏槽孔切割方式，缝槽卸压作用范围小，增透效果有限，抽采效果改善不明显；水力压裂技术利用高压水在煤层弱面张开和扩展、贯通，从而形成网络化裂隙，但是存在无法有效控制煤体裂隙起裂位置和裂隙扩展方向，甚至引发顶、底板的次生灾害等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有水力化技术存在瓦斯抽采效率低、增透效果有限的问题，提供一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，包括以下步骤：

A、采用煤矿用钻机在煤岩层中施工抽采轴向钻孔，作为轴向切槽作用的通道，煤矿常规轴向钻孔孔径为50～113mm，若该抽采钻孔为穿层轴向钻孔时，抽采轴向钻孔时需穿过岩层到达煤层预定位置；

B、将煤矿用钻机上的常规钻杆从钻机上取下，再将高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置依次连接在煤矿用钻机上，将扶正器套装在轴向平衡切槽装置的外侧，在高压旋转水尾的另一端连接高压清水泵组，同时检查高压清水泵组装备是否完好以及整个管路连接是否牢固；

C、将高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置、扶正器一起下入瓦斯抽采钻孔的预定位置，高压密封钻杆和轴向平衡切槽装置、扶正器在下入钻孔和回撤过程中，扶正器保证轴向平衡切槽装置始终处于瓦斯抽采钻孔中心，轴向平衡切槽装置内部的偏心平衡轴在自身偏心重力作用下，始终保持一种动态平衡，使得轴向平衡切槽装置内部的带喷头支撑机构在预定方向摆动形成平衡，高压水射流沿喷头预定方向切出缝槽，轴向平衡切槽装置在缝槽宽度范围内摆动；

D、启动高压清水泵组中高压清水泵，此时泵压在5Mpa左右的低压状态，随着高压清水泵开始加压，带喷头支撑机构内部的高压密封阀芯在高压水作用下压迫高压密封阀芯外围的弹簧向前移动，此时高压密封阀芯顶开高压密封阀芯前段的支撑机构，支撑机构两翼向外侧张开，高压密封阀芯向前移动，原先由于高压密封阀芯封堵的喷头通道打开，高压水通过喷头上喷嘴向高压密封钻杆两侧径向喷射水射流进行切槽，同时随着高压清水泵不断升压至预定压力，高压密封阀芯向前达到最大移动位置，并封堵高压水的前端水通道，支撑机构张开最大角度，支撑机构两翼伸入钻孔两侧缝槽进行限位；

E、在高压清水泵达到预定泵压时，煤矿用钻机夹持高压密封钻杆旋转，钻孔周围煤体沿钻孔轴向按预定方向进行切槽，在高压密封钻杆旋转和往复切槽的过程中，轴向平衡切槽装置中的平衡装置机构和带喷头支撑机构不会随高压密封钻杆一起旋转，在往复切槽操作几次后，若钻孔煤渣返水变清，此时要降低泵压至关闭高压水泵，然后取掉一根或若干根高压密封钻杆，重新连接高压清水泵，重复下一段距离的轴向切槽操作；

F、重复D、E步骤，直至从钻孔内部回撤高压密封钻杆至煤岩壁封孔段距离，此时该瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压操作完成，关闭高压清水泵，取下高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置和扶正器，随后在孔口至钻孔最深处切槽位置的钻孔轴向切槽段下入矿用筛管，实现对钻孔孔壁支撑，保证钻孔瓦斯抽采通道畅通；

G、在完成该瓦斯抽采钻孔轴向切槽后，重复B、C、D、E、F步骤在下一个沿煤层倾斜方向平行钻孔，进行一个钻孔轴向切槽卸压操作。

进一步，步骤A中煤矿用钻机为煤矿常用普通钻机。

进一步，步骤B中高压清水泵组是瓦斯抽采钻孔轴向切槽中高压水射流的动力提供装备，高压清水泵组包括管道连接的高压清水泵和水箱，水箱与高压旋转水尾通过高压软管连通。

进一步，步骤C中轴向平衡切槽装置包括依次固定连接的平衡装置机构和带喷头支撑机构；

平衡装置机构内部套接有偏心平衡轴，偏心平衡轴两端固定安装有用于支撑偏心平衡轴的高压密封轴承，偏心平衡轴能够在高压密封轴承中高压旋转且通过自动调整始终处于一种平衡状态，偏心平衡轴一端端部固定安装有高压旋转轴，平衡装置机构和带喷头支撑机构通过高压旋转轴固定连接，偏心平衡轴的另一端转动连接高压密封钻杆；

带喷头支撑机构内部套接有高压密封阀芯和供水流通过且与高压密封阀芯相通的通道，高压密封阀芯与通道之间活动安装有与高压密封阀芯和通道均相通的挡板，高压密封阀芯穿设在通道内的外壁上缠绕有与挡板相抵的弹簧，高压密封阀芯两侧的带喷头支撑机构上分别铰接有限制高压密封阀芯移动的支撑机构，支撑机构的开口端之间固定安装有拉簧，带喷头支撑机构外壁的轴向均匀安装有两个与通道相通且用来切割钻孔周围煤层的喷头，喷头与支撑机构保持同一水平，远离高压密封阀芯的带喷头支撑机构端部开设有与高压旋转轴相匹配的凹槽，凹槽与通道之间安装有限制高压密封阀芯向凹槽移动的弹性挡圈。

进一步，步骤C中偏心平衡轴上安装有与高压密封钻杆密封连接的高压密封组件，高压密封组件轴向均匀安装在偏心平衡轴外壁上，偏心平衡轴与高压密封轴承通过高压密封轴销固定连接。

进一步，步骤C中喷头与带喷头支撑机构采用可拆卸组装的方式连接，根据不同煤层、泵压和流量等条件，选用安装带不同孔径喷嘴的喷头，喷头为高压水射流发生装置，高压水通过喷头形成射流对钻孔周围煤体进行切槽造缝。

进一步，步骤C中支撑机构与带喷头支撑机构的铰接处安装有支撑机构销轴。

进一步，步骤C中支撑机构上一体成型安装有与高压密封阀芯相抵的弧形凸起，支撑机构外端开设有通槽，拉簧的两端固定安装在通槽内。

进一步，步骤C中支撑机构张开幅度最大时，支撑机构与水平方向的夹角为45°。

进一步，步骤C中高压旋转轴呈梯形状。

本发明的有益效果在于：

1、本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中，整个瓦斯抽采钻孔系统依次包括高压清水泵组、煤矿用钻机、轴向平衡切槽装置和扶正器。高压清水泵组为瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压增透方法的高压水射流装备，是高压水射流的动力提供装备，由高压清水泵、水箱及其高压软管等配件组成。高压清水泵提供高压水射流动力输出，其提供水压需满足轴向切槽施工切割煤体要求，水量需满足钻孔内切割煤体排渣要求；水箱是高压清水泵所需清水存储装备，包含清水过滤装置和清水供给小型水泵，为高压水泵头提供清水；高压软管连接煤矿井下输水管与水箱、水箱与高压清水泵、高压清水泵与钻机旋转水尾，为瓦斯抽采钻孔轴向切槽提供高压水流通管道。

煤矿用钻机为煤矿常用普通钻机，其中轴向切槽所用的旋转水尾和钻杆需要能够承受高压水密封要求，即采用高压旋转水尾和高压密封钻杆。其中，高压旋转水尾与高压清水泵通过高压软管连接，高压旋转水尾与轴向平衡切槽装置之间使用多节高压密封钻杆进行连接。

轴向平衡切槽装置是整个抽采钻孔轴向切槽卸压增透技术工艺的关键部件，主要包括平衡装置机构和带喷头支撑机构。轴向平衡切槽装置通过在高压旋转接头内部设置重力偏心杆，实现与高压密封钻杆的高压旋转连接，并在自身偏心重力作用下，能够自动调整并始终处于一种平衡状态，保证了高压密封钻杆在旋转过程中，轴向平衡切槽装置不跟随高压密封钻杆旋转，且保持轴向切槽装置自身始终处于一种动态平衡状态。在轴向切槽过程中，轴向平衡切槽装置保证了高压水射流对周围煤体始终按预定方向进行切槽造缝，形成沿钻孔轴向的缝槽，从而实现卸压增透的目的。

2、本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中，喷头结构是高压水射流发生装置，高压水通过喷头形成射流对钻孔周围煤体进行切槽造缝，其喷头的结构参数主要包括喷嘴位置、喷嘴直径等，喷嘴均沿钻孔的径向朝向煤层预定方向，此时对周围煤体切割深度最深。喷头的结构参数可以根据煤层软硬条件和高压清水泵提供的高压水压力及流量参数，确定喷头结构的喷嘴直径；同时根据煤层赋存倾角变化情况，确定喷嘴位置，即在轴向切槽过程中，根据不同位置抽采钻孔的煤层倾角情况，决定采用不同喷嘴位置类型的轴向平衡切槽装置。

支撑机构是通过装置侧翼的收缩结构保证喷头结构在瓦斯抽采钻孔轴向反复切槽过程中按预定方向进行切槽，同时使平衡装置机构在缝槽宽度范围内摆动，防止瓦斯抽采钻孔中煤渣积聚和钻杆旋转导致平衡装置摆动幅度过大，实现切槽行进过程中与瓦斯抽采钻孔保持轴向平行。

3、本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中，扶正器在使用时套在轴向平衡切槽装置外，在轴向切槽过程中，扶正器保证轴向平衡切槽装置始终处于瓦斯抽采钻孔中心位置，以便于轴向切槽装置能够保持自身平衡，保证高压水射流沿钻孔轴向对周围煤层按特定方向进行切槽造缝。

4、本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，在瓦斯抽采钻孔施工完成后，拆卸钻杆和钻头，重新安装高压密封钻杆、高压旋转水尾、轴向平衡切槽装置和扶正器，将高压密封钻杆及轴向平衡切槽装置重新下入瓦斯抽采钻孔预定位置，在高压水射流作用开始时，轴向平衡切槽装置上的喷嘴对钻孔周围煤层进行轴向切槽形成缝隙，此时轴向平衡装置在偏心重力作用下始终保持装置处于平衡状态，随着水压升高，平衡装置侧翼收缩结构打开并伸入缝隙，实现对轴向平衡切槽装置摆动幅度的限定作用，使喷嘴对钻孔周围煤层按预定方向进行反复高压水射流切槽造缝，随着钻机回撤高压密封钻杆，在钻孔周围煤层形成连续的轴向缝槽，钻孔轴向切槽作业完成后，进行平行钻孔连续作业。

5、本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，通过瓦斯抽采钻孔按预定方向沿钻孔轴向高压水射流切槽造缝和平行钻孔连续作业，在钻孔周围沿煤层倾斜方向形成一条连通的缝槽，实现了类似“保护层开采”的采动卸压增透效果，从而有效提高高瓦斯低渗煤层渗透率和瓦斯抽采率，实现煤矿瓦斯高效抽采，同时克服了目前水力化技术在煤层卸压增透存在效率低、效果有限的缺点，从而彻底解决高瓦斯煤层低渗透性的难题。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中所需装置的连接及轴向切槽卸压增透效果示意图；

图2为本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中轴向平衡切槽装置结构示意图；

图3为本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中平衡装置机构的结构示意图；

图4为本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中平衡装置机构的剖面图；

图5为本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中带喷头支撑机构的结构示意图；

图6为本发明煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法中带喷头支撑机构的剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

说明书附图中的附图标记包括：

高压清水泵1、高压软管2、水箱3、高压旋转水尾4、煤矿用钻机5、高压密封钻杆6、扶正器7、轴向平衡切槽装置8、煤层9、轴向钻孔10、高压密封组件8.1、偏心平衡轴8.2、平衡装置机构8.3、高压密封轴承8.4、高压密封轴销8.5、高压密封盖8.6、高压旋转轴8.7、高压密封阀芯8.8、拉簧8.9、支撑机构8.10、弹簧8.11、带喷头支撑机构8.12、喷头8.13、弹性挡圈8.14。

如图1所示的瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透系统工作时，包括以下步骤：

A、采用煤矿用钻机5在煤岩层中施工抽采轴向钻孔10，作为轴向切槽作用的通道，煤矿常规轴向钻孔10孔径为50～113mm，若该抽采钻孔为穿层轴向钻孔10时，抽采轴向钻孔10时需穿过岩层到达煤层9预定位置，其中煤矿用钻机5为煤矿常用普通钻机。

B、将煤矿用钻机5上的常规钻杆从钻机上取下，再将高压旋转水尾4、高压密封钻杆6、轴向平衡切槽装置8依次连接在煤矿用钻机5上，将扶正器7套装在轴向平衡切槽装置8的外侧，在高压旋转水尾4的另一端连接高压清水泵组，同时检查高压清水泵组装备是否完好以及整个管路连接是否牢固，其中高压清水泵组是瓦斯抽采钻孔轴向切槽中高压水射流的动力提供装备，高压清水泵组包括管道连接的高压清水泵1和水箱3，水箱3与高压旋转水尾4通过高压软管2连通，高压密封钻杆6与普通钻机上钻杆的外形规格尺寸完全一致，但在螺纹连接处采用了高压密封处理，高压旋转水尾4与轴向平衡切槽装置8之间使用多节高压密封钻杆6进行连接。

C、将高压密封钻杆6、轴向平衡切槽装置8、扶正器7通过煤矿用钻机5一起下入瓦斯抽采钻孔的预定位置，高压密封钻杆6和轴向平衡切槽装置8、扶正器7在下入钻孔和回撤过程中，扶正器7保证轴向平衡切槽装置8始终处于瓦斯抽采钻孔中心，轴向平衡切槽装置8内部的偏心平衡轴8.2在自身偏心重力作用下，始终保持一种动态平衡，使得轴向平衡切槽装置8内部的带喷头支撑机构8.12在预定方向摆动形成平衡，高压水射流沿喷头8.13预定方向切出缝槽，轴向平衡切槽装置8在缝槽宽度范围内摆动。

其中如图2～6所示的轴向平衡切槽装置8包括依次固定连接的平衡装置机构8.3和带喷头支撑机构8.12。

平衡装置机构8.3内部套接有偏心平衡轴8.2，偏心平衡轴8.2两端固定安装有用于支撑偏心平衡轴8.2的高压密封轴承8.4，偏心平衡轴8.2能够在高压密封轴承8.4中高压旋转且通过自动调整始终处于一种平衡状态，偏心平衡轴8.2与高压密封轴承8.4通过高压密封轴销8.5固定连接。偏心平衡轴8.2前端端部固定安装有梯形状的高压旋转轴8.7，带喷头支撑机构8.12后端端部开设有与高压旋转轴8.7相匹配的凹槽，平衡装置机构8.3和带喷头支撑机构8.12通过将高压旋转轴8.7插入凹槽后固定连接，偏心平衡轴8.2的后端转动连接高压密封钻杆6，偏心平衡轴8.2上安装有与高压密封钻杆6密封连接的高压密封组件8.1，高压密封组件8.1轴向均匀安装在偏心平衡轴8.2外壁上。在高压密封轴承8.4和偏心平衡轴8.2综合作用下，平衡装置机构8.3、高压旋转轴8.7和带喷头支撑机构8.12不会跟随高压密封钻杆6旋转，平衡装置机构8.3在偏心重力作用下，随高压密封钻杆6摆动始终保持动态平衡，保证了前端带喷头支撑机构8.12上喷头8.13能够沿钻孔轴向和煤层9预定方向进行切槽。

带喷头支撑机构8.12内部套接有高压密封阀芯8.8和供水流通过且与高压密封阀芯8.8相通的通道，高压密封阀芯8.8与通道之间活动安装有与高压密封阀芯8.8和通道均相通的挡板，高压密封阀芯8.8穿设在通道内的外壁上缠绕有与挡板相抵的弹簧8.11，高压密封阀芯8.8两侧的带喷头支撑机构8.12上分别铰接有限制高压密封阀芯8.8移动的支撑机构8.10，支撑机构8.10上一体成型安装有与高压密封阀芯8.8相抵的弧形凸起，支撑机构8.10外端开设有通槽，拉簧8.9的两端固定安装在通槽内。支撑机构8.10张开幅度最大时，支撑机构8.10与水平方向的夹角为45°。支撑机构8.10与带喷头支撑机构8.12的铰接处安装有支撑机构销轴。支撑机构8.10的开口端之间固定安装有拉簧8.9，带喷头支撑机构8.12外壁的轴向均匀安装有两个与通道相通且用来切割钻孔周围煤层9的喷头8.13，喷头8.13为高压水射流发生装置，高压水通过喷头8.13形成射流对钻孔周围煤体进行切槽造缝。喷头8.13与支撑机构8.10保持同一水平，两侧喷头8.13无差异，能够分别对钻孔两侧煤层9进行轴向切槽。当高压水泵在输出水压较低时，高压密封阀芯8.8在弹簧8.11的压力作用下，低压水通过该通道，低压水起到了钻孔排渣的作用。随着高压水泵不断加压，高压密封阀芯8.8在高压水压力作用下开始向前移动压缩弹簧8.11和撑开支撑机构8.10，此时高压水开始通过喷头8.13上喷嘴形成射流，开始切割钻孔周围煤体，支撑机构8.10开始张开并伸入钻孔周围喷嘴切割的缝槽内，随着高压水泵达到预定的压力，高压密封阀芯8.8向前移动距离最大，此时前端水流通道完全封堵，高压水全部通过喷头8.13上喷嘴，水射流作用效果达到最大，此时，支撑机构8.10张开幅度最大且与轴向平衡切槽装置8角度最大，夹角θ＝45°。

喷头8.13与带喷头支撑机构8.12采用可拆卸组装的方式连接，根据不同煤层9、泵压和流量等条件，选用安装带不同孔径喷嘴的喷头8.13。带喷头支撑机构8.12端部凹槽与通道之间安装有限制高压密封阀芯8.8向凹槽移动的弹性挡圈8.14。当高压水泵输出水压降低时，高压密封阀芯8.8在弹簧8.11压力作用下向后移动，低压水通过轴向平衡切槽装置8前端通道流出，此时水压小、流量大，有利于钻孔进行排渣作用；另外，随着高压密封阀芯8.8向后移动，支撑机构8.10在拉簧8.9拉力作用下开始回收，最后恢复原位；在高压密封阀芯8.8向后移动过程中，弹性挡圈8.14阻挡了高压密封阀芯8.8持续往后移动，起到了限定高压密封阀芯8.8移动的作用。

D、启动高压清水泵组中高压清水泵1，此时泵压在低压状态，随着高压清水泵1开始加压，带喷头支撑机构8.12内部的高压密封阀芯8.8在高压水作用下压迫高压密封阀芯8.8外围的弹簧8.11向前移动，此时高压密封阀芯8.8顶开高压密封阀芯8.8前段的支撑机构8.10，支撑机构8.10两翼向外侧张开，高压密封阀芯8.8向前移动，原先由于高压密封阀芯8.8封堵的喷头8.13通道打开，高压水通过喷头8.13上喷嘴向高压密封钻杆6两侧径向喷射水射流进行切槽，同时随着高压清水泵1不断升压至预定压力，高压密封阀芯8.8向前达到最大移动位置，并封堵高压水的前端水通道，支撑机构8.10张开最大角度，支撑机构8.10两翼伸入钻孔两侧缝槽进行限位。

E、在高压清水泵1达到预定泵压时，煤矿用钻机5夹持高压密封钻杆6旋转，钻孔周围煤体沿钻孔轴向按预定方向进行切槽，在高压密封钻杆6旋转和往复切槽的过程中，轴向平衡切槽装置8中的平衡装置机构8.3和带喷头支撑机构8.12不会随高压密封钻杆6一起旋转，在往复切槽操作几次后，若钻孔煤渣返水变清，此时要降低泵压至关闭高压水泵，然后取掉一根或若干根高压密封钻杆6，重新连接高压清水泵1，重复下一段距离的轴向切槽操作。

F、重复D、E步骤，直至从钻孔内部回撤高压密封钻杆6至煤岩壁封孔段距离，此时该瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压操作完成，关闭高压清水泵1，取下高压旋转水尾4、高压密封钻杆6、轴向平衡切槽装置8和扶正器7，随后孔口至钻孔最深处切槽位置的钻孔轴向切槽段下入矿用筛管，实现对钻孔孔壁支撑。

G、在完成该瓦斯抽采钻孔轴向切槽后，重复B、C、D、E、F步骤在下一个沿煤层9倾斜方向平行钻孔，进行一个钻孔轴向切槽卸压操作，钻孔形成的轴向钻孔10与上一个抽采钻孔轴向钻孔10连通，最终形成类似“保护层开采”的采动卸压增透效果。

本发明所述的煤矿井下瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压增透方法，实现了高压水射流对周围煤体始终按预定方向进行切槽造缝，并形成沿钻孔轴向的缝槽，从而实现卸压增透的目的。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采用煤矿用钻机在煤岩层中施工轴向瓦斯抽采钻孔，作为轴向切槽作用的通道，煤矿常规轴向钻孔孔径为50~113mm，若该轴向瓦斯抽采钻孔为穿层轴向钻孔，轴向瓦斯抽采钻孔需穿过岩层到达煤层预定位置；

B、将煤矿用钻机上的常规钻杆从钻机上取下，再将高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置依次连接在煤矿用钻机上，将扶正器套装在轴向平衡切槽装置的外侧，在高压旋转水尾的另一端连接高压清水泵组，同时检查高压清水泵组装备是否完好以及整个管路连接是否牢固；

C、将高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置、扶正器一起下入瓦斯抽采钻孔的预定位置，高压密封钻杆和轴向平衡切槽装置、扶正器在下入钻孔和回撤过程中，扶正器保证轴向平衡切槽装置始终处于瓦斯抽采钻孔中心，轴向平衡切槽装置内部的偏心平衡轴在自身偏心重力作用下，始终保持一种动态平衡，使得轴向平衡切槽装置内部的带喷头支撑机构在预定方向摆动形成平衡，高压水射流沿喷头预定方向切出缝槽，轴向平衡切槽装置在缝槽宽度范围内摆动，其中轴向平衡切槽装置包括依次固定连接的平衡装置机构和带喷头支撑机构；所述平衡装置机构内部套接有偏心平衡轴，偏心平衡轴两端固定安装有用于支撑偏心平衡轴的高压密封轴承，偏心平衡轴能够在高压密封轴承中高压旋转且通过自动调整始终处于一种平衡状态，偏心平衡轴一端端部固定安装有高压旋转轴，平衡装置机构和带喷头支撑机构通过高压旋转轴固定连接，偏心平衡轴的另一端转动连接高压密封钻杆；所述带喷头支撑机构内部套接有高压密封阀芯和供水流通过且与高压密封阀芯相通的通道，高压密封阀芯与通道之间活动安装有与高压密封阀芯和通道均相通的挡板，高压密封阀芯穿设在通道内的外壁上缠绕有与挡板相抵的弹簧，高压密封阀芯两侧的带喷头支撑机构上分别铰接有限制高压密封阀芯移动的支撑机构，支撑机构的开口端之间固定安装有拉簧，带喷头支撑机构外壁的轴向均匀安装有两个与通道相通且用来切割钻孔周围煤层的喷头，喷头与支撑机构保持同一水平，远离高压密封阀芯的带喷头支撑机构端部开设有与高压旋转轴相匹配的凹槽，凹槽与通道之间安装有限制高压密封阀芯向凹槽移动的弹性挡圈；

D、启动高压清水泵组中高压清水泵，此时泵压在低压状态，随着高压清水泵开始加压，带喷头支撑机构内部的高压密封阀芯在高压水作用下压迫高压密封阀芯外围的弹簧向前移动，此时高压密封阀芯顶开高压密封阀芯前段的支撑机构，支撑机构两翼向外侧张开，高压密封阀芯向前移动，原先由于高压密封阀芯封堵的喷头通道打开，高压水通过喷头上喷嘴向高压密封钻杆两侧径向喷射水射流进行切槽，同时随着高压清水泵不断升压至预定压力，高压密封阀芯向前达到最大移动位置，并封堵高压水的前端水通道，支撑机构张开最大角度，支撑机构两翼伸入钻孔两侧缝槽进行限位；

E、在高压清水泵达到预定泵压时，煤矿用钻机夹持高压密封钻杆旋转，钻孔周围煤体沿钻孔轴向按预定方向进行切槽，在高压密封钻杆旋转和往复切槽的过程中，轴向平衡切槽装置中的平衡装置机构和带喷头支撑机构不会随高压密封钻杆一起旋转，在往复切槽操作几次后，若钻孔煤渣返水变清，此时要降低泵压至关闭高压水泵，然后取掉若干根高压密封钻杆，重新连接高压清水泵，重复下一段距离的轴向切槽操作；

F、重复D、E步骤，直至从钻孔内部回撤高压密封钻杆至煤岩壁封孔段距离，此时该瓦斯抽采钻孔轴向切槽卸压操作完成，关闭高压清水泵，取下高压旋转水尾、高压密封钻杆、轴向平衡切槽装置和扶正器，随后在孔口至钻孔最深处切槽位置的钻孔轴向切槽段下入矿用筛管，实现对钻孔孔壁支撑；

G、在完成该瓦斯抽采钻孔轴向切槽后，重复B、C、D、E、F步骤在下一个沿煤层倾斜方向的平行钻孔，进行一个钻孔轴向切槽卸压操作。

2.如权利要求1所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤A中煤矿用钻机为煤矿常用普通钻机。

3.如权利要求1所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤B中高压清水泵组是瓦斯抽采钻孔轴向切槽中高压水射流的动力提供装备，高压清水泵组包括管道连接的高压清水泵和水箱，水箱与高压旋转水尾通过高压软管连通。

4.如权利要求3所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤C中偏心平衡轴上安装有与高压密封钻杆密封连接的高压密封组件，高压密封组件轴向均匀安装在偏心平衡轴外壁上，偏心平衡轴与高压密封轴承通过高压密封轴销固定连接。

5.如权利要求4所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤C中喷头与带喷头支撑机构采用可拆卸组装的方式连接，根据不同煤层、泵压和流量，选用安装带不同孔径喷嘴的喷头，喷头为高压水射流发生装置，高压水通过喷头形成射流对钻孔周围煤体进行切槽造缝。

6.如权利要求5所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤C中支撑机构与带喷头支撑机构的铰接处安装有支撑机构销轴。

7.如权利要求6所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤C中支撑机构上一体成型安装有与高压密封阀芯相抵的弧形凸起，所述支撑机构外端开设有通槽，所述拉簧的两端固定安装在通槽内。

8.如权利要求7所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤C中支撑机构张开幅度最大时，支撑机构与水平方向的夹角为45°。

9.如权利要求8所述煤矿井下瓦斯抽采钻孔的轴向切槽卸压增透方法，其特征在于，步骤C中高压旋转轴呈梯形状。