CN110185400A - 一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，包括高压水泵和包括高压水手持喷枪的手持修复工具，高压水泵的进口与供水管连接，高压水泵的出口管路与高压水手持喷枪的进口端连接，高压水手持喷枪的出水口连接有钻孔修复头，钻孔修复头上设有旋转体，旋转体上设有喷水嘴和锪孔钻结构，钻孔修复头上设有的旋转体由高压水手持喷枪提供的高压水驱动旋转。本发明的有益效果是，利用锪孔钻对坍塌煤岩体进行切割，利用高压水将碎煤岩体冲出孔外，钻孔修复效果好，且结构简单，修复操作方便。

Description

一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备。

背景技术

经过多年的发展，我国煤矿瓦斯抽采技术及装备取得显著进步，相关抽采技术及装备已从单纯保障矿井安全生产逐步转变为提质、提量，促进煤炭行业实现煤的伴生资源煤层气高效开发及利用。煤矿井下瓦斯抽采仍是我国煤层气开发及利用的主要方式，是矿井降低瓦斯涌出，实现矿井安全生产和煤及伴生资源高效开发、利用的关键措施。

由于我国煤层普遍具有地质条件复杂、瓦斯含量高、透气性低、地应力大的特点，导致钻孔施工过程易塌孔、堵孔。另外，随着增透装备发展，人为对煤体采取增透措施致使井下煤体力学性质发生改变，煤体强度降低，从而导致钻孔塌孔、煤渣堆积。再者，在煤层保护层采动影响下，煤层卸压增透增流现象显著，进行卸压抽采能够取得很好抽采效果已被广泛认可，但是煤层的采动影响引起钻孔周围应力变化、煤岩体发生移动变形，直接导致钻孔缩径、塌孔、堵孔。

瓦斯抽采钻孔的塌孔、堵孔，增加了抽采钻孔的阻力，加大了抽采钻孔阻力损失，也减小了钻孔中有效过流面积，阻断了钻孔与煤层之间的瓦斯流动通道，迅速降低了钻孔内瓦斯流量，从而降低了钻孔瓦斯抽采效率。这不仅增加了瓦斯抽采成本，还延长了抽采达标时间，甚至直接影响到矿井采掘接替，更有可能为矿井生产留下安全隐患，造成安全事故及经济损失。

针对抽采钻孔塌孔堵孔等导致的钻孔失效问题，煤矿现场通常采用压风吹孔、掏孔等方法。如中国专利文献CN106437521A公告了《一种井下自进式高压磨料气体射流钻孔修复装置及方法》、CN205477467U《一种自进式旋转气体射流修复瓦斯抽采钻孔的装置》、CN201210489910.1《煤矿井下钻孔的钻进、增透、修复与气驱置换综合方法》、CN107676124A《一种气动瓦斯抽采失效钻孔修复装置》。但现有修复设备复杂笨重，不利于操作，且修复效率低。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中钻孔修复设备结构复杂、笨重的不足，提供一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，该设备通过手持水枪前端设置的钻孔修复头进行钻孔修复，在进行高压水冲洗的同时，还通过锪孔钻清理塌陷岩体，通过锪孔钻的切削作用，可使钻孔修复得更加通畅，确保修复效果。其结构简单、封孔操作方便。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，包括高压水泵和包括高压水手持喷枪的手持修复工具，所述高压水泵的进口与供水管连接，高压水泵的出口管路与高压水手持喷枪的进口端连接，高压水手持喷枪的出水口连接有钻孔修复头，钻孔修复头上设有旋转体，旋转体上设有喷水嘴和锪孔钻结构，钻孔修复头上设有的旋转体由高压水手持喷枪提供的高压水驱动旋转。

采用前述方案的本发明，高压水手持喷枪和钻孔修复头共同构成手持修复工具，通过高压水泵提供清洗介质和动力，修复工具锪孔钻对坍塌煤岩体进行切割破碎，高压喷嘴进行碎煤岩体冲洗，相对于气体吹洗和单一的压力水冲洗而言，其修复效果更佳。其中，高压水手持喷枪可采用现有技术中的高压手持水枪结构，也可采用加油枪结构，通过扳机进行通断水控制。锪孔钻的切削刀片在径向与回转中心具有一定的距离，能够对预先加工的小孔进行扩孔加工。其结构简单，修复操作方便。

优选的，所述钻孔修复头与高压水手持喷枪之间还设有至少一根由铝合金制成的轻质修复管。高压水手持喷枪、轻质修复管和钻孔修复头三者共同构成手持修复工具，以通过增设轻质修复管满足钻孔深度要求，并通过采用铝合金轻质材料减轻修复工具重量，方便操作。

进一步优选的，所述轻质修复管两端分别设有公母螺纹接口，两端的公母螺纹接口螺纹规格相同。以多根修复管依次连接，并通过增加修复管数量满足逐步深入的修复要求。

优选的，所述钻孔修复头包括接头、芯杆和旋转头；接头一端设有进水接口，另一端通过螺纹配合固定连接所述芯杆，芯杆呈T字形，其中部形成有盲孔，盲孔孔口与接头的进水通道连通，芯杆通过的杆部外周套装有所述旋转头，旋转头内部形成有环形槽，且环形槽内分布有多条凸棱，该环形槽通过芯杆上设置的过水孔与所述盲孔连通，旋转头上圆周分布有多个第一喷嘴，第一喷嘴用于斜向前喷射高压水；所述旋转头前端焊接有多个圆周分布的刀片，以形成所述锪孔钻结构。旋转头由高压水冲击旋转，使旋转头上的喷嘴形成旋转喷射，凸棱可增强旋转驱动动力，其中，锪孔钻相当于焊接刀片结构的扩孔钻。

进一步优选的，所述芯杆设有前端设有多个第二喷嘴，第二喷水用于向前喷射高压水。以便于将钻孔中间的坍塌碎岩冲开，同时，避免刀片中间卡阻碎岩，进一步提高清洗效果。

更进一步优选的，所述第一喷嘴和第二喷嘴的喷孔直径相等，并按下式选取：

式中，d为喷嘴的喷孔直径，单位mm；P为高压水泵工作压力，单位MPa；q为高压水泵工作流量，L/min；n为喷嘴总数；η7为喷嘴效率，取1.05～1.10。以确保每个喷嘴都具有足够的喷水压力，确保清洗效果。

进一步优选的，所述旋转头上圆周均布有三个所述第一喷嘴，第一喷嘴轴线向外倾斜的角度α为60°。以通过合理的倾斜角度设置，既能覆盖足够清洗区域，也能获得足够向前的冲洗力度，确保综合清洗效果。

优选的，所述高压水手持喷枪包括枪管，枪管一侧固定连接有溢流管，溢流管通过溢流阀与枪管连通，溢流管前端管口构成溢流口，溢流管后端固定连接有肩托。肩托用于依托人力推送喷水枪，以便喷嘴进入钻孔更深的部位，确保修复深度要求；溢流阀用于在喷水枪枪管内水压升高在设定值时，通过溢流减压，确保使用安全。

优选的，所述高压水泵连接有多个所述高压水手持喷枪。以便同时进行多个钻孔的修复，提高修复效率。

进一步优选的，每个所述高压水手持喷枪设有独立的控制阀门。以便对每个喷枪进行单独控制，适宜于多枪同时作业和单独作业。

本发明的有益效果是，利用锪孔钻对坍塌煤岩体进行切割，利用高压水将碎煤岩体冲出孔外，钻孔修复效果好，且结构简单，修复操作方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中轻质修复管的结构示意图。

图3是本发明中钻孔修复头的结构示意图。

图4是本发明中高压水喷枪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

参见图1、图2，一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，包括高压水泵2和包括高压水手持喷枪3的手持修复工具，所述高压水泵2的进口与供水管1通过控制总阀6连接，高压水泵2的出口管路与高压水手持喷枪3的进口端连接，高压水手持喷枪3的出水口连接有钻孔修复头4，钻孔修复头4上设有旋转体，旋转体上设有喷水嘴和锪孔钻，钻孔修复头4上设有的旋转体由高压水手持喷枪3提供的高压水驱动旋转。其中，所述高压水泵2通过五通7连接有4个所述高压水手持喷枪3，五通7与高压水泵2的连接管路上设有五通进水阀8，五通7的4个出口管路上各设有一个修复控制阀9，每个修复控制阀9对相应的钻孔修复头4形成独立控制，高压水手持喷枪3通过高压软管10与五通7对应出口端连接。

参见图2，所述钻孔修复头4与高压水手持喷枪3之间还设有至少一根由铝合金制成的轻质修复管5。轻质修复管5两端分别设有公母螺纹接口，两端的公母螺纹接口螺纹规格相同，以多根修复管能够依次连接，在修复轻质修复管5相互连接，以及与钻孔修复头4与高压水手持喷枪3的连接处还通过柱孔配合段形成插接，且柱孔配合段之间设有O型密封圈5a。

参见图3，所述钻孔修复头4包括接头41、芯杆42和旋转头43；接头41一端设有进水接口，钻孔修复头4通过接头41与轻质修复管5的螺纹公头螺合连接，二者通过O型密封圈5a密封；另一端设有螺纹孔，该螺纹孔通过螺纹配合固定连接所述芯杆42，螺纹孔的孔底设有密封垫圈47，芯杆42呈T字形，其中部形成有盲孔42a，盲孔42a孔口与接头41的进水通道连通，芯杆42通过的杆部外周套装有所述旋转头43，旋转头43内部形成有环形槽43a，且环形槽内分布有多条凸棱43b，该环形槽43a通过芯杆42上设置的过水孔42b与所述盲孔42a连通，旋转头43上圆周分布有3个第一喷嘴44，第一喷嘴44用于斜向前喷射高压水，且第一喷嘴44轴线向外倾斜的角度α为60°；所述旋转头43前端焊接有多个圆周分布的刀片45，以使旋转头43前端形成所述锪孔钻结构。其中，过水孔42b中心偏离盲孔中心，其孔壁与盲孔所在位置的孔壁相切，以进一步增强旋转头43的旋转驱动力。

另外，所述芯杆42设有前端设有2个第二喷嘴46，第二喷水46用于向前喷射高压水。第一喷嘴44和第二喷嘴46的喷孔直径相等，并按下式选取：

式中，d为喷嘴的喷孔直径，单位mm；P为高压水泵工作压力，单位MPa；q为高压水泵工作流量，L/min；n为喷嘴总数；η为喷嘴效率，取1.05～1.10。

参见图4，高压水手持喷枪3包括枪管31，枪管31一侧通过两个固定连接构件34固定连接有溢流管32，溢流管32通过溢流阀与枪管31连通，溢流管32前端管口构成溢流口，溢流管32后端固定连接有肩托33。枪管31中部设有扳机35和枪托36，枪管31出口端设有具有公螺纹接口的喷水接头38，喷水接头38呈公螺纹接口形式，该公螺纹接口与轻质修复管5上的公螺纹接口相同，也能够与钻孔修复头4的母螺纹接口连接。枪管31的进口端设有母螺纹接头37，该母螺纹接头通过对应的管接头与高压软管10连接。

本实施例中，第一喷嘴44的数量可采用3个之外的其余多个；如2、4、5、6等，根据旋转头43和喷嘴大小适当选择布置；同理，第二喷嘴46数量也可以是3个或4个。

本实施例中，钻孔修复头4外径与轻质修复管5的外径相同；为确保钻孔修复的正常进行，锪孔钻的直径不小于旋转头43直径，旋转头43不小于轻质修复管5直径，轻质修复管5不小于喷水接头38直径，枪管31直径小于喷水接头38直径。同时，为确保修复产生的碎岩能顺利排出孔外，钻孔修复头4的外周应当与抽采管内壁之间具有排渣间隙。

采用本设备进行煤层瓦斯抽采钻孔修复时，首选将钻孔修复头4连接在轻质修复管5前端的公螺纹接口上，根据钻孔修复深度依次连接树根轻质修复管5，然后将最后一根轻质修复管5与高压水喷枪3连接，再将高压水喷枪3通过软管与五通的对应一个出口管路连接。然后，将修复工具的钻孔修复头4插入钻孔内；再顺序打开修复控制阀9、五通进水阀8和控制总阀6；启动高压水泵2，人工推送修复工具进行钻孔修复，直至达到设定深度。在推送过程中可通过肩托抵靠在操作人员肩膀上，阻止高压水喷枪3后退。

需要增大钻孔修复深度时，拆下与高压水喷枪3的轻质修复管5，添加另一根或多根轻质修复管5，即可实现设定深度钻孔的修复。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，包括高压水泵(2)和包括高压水手持喷枪(3)的手持修复工具，其特征在于，所述高压水泵(2)的进口与供水管(1)连接，高压水泵(2)的出口管路与高压水手持喷枪(3)的进口端连接，高压水手持喷枪(3)的出水口连接有钻孔修复头(4)，钻孔修复头(4)上设有旋转体，旋转体上设有喷水嘴和锪孔钻结构，钻孔修复头(4)上设有的旋转体由高压水手持喷枪(3)提供的高压水驱动旋转。

2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述钻孔修复头(4)与高压水手持喷枪(3)之间还设有至少一根由铝合金制成的轻质修复管(5)。

3.根据权利要求2所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述轻质修复管(5)两端分别设有公母螺纹接口，两端的公母螺纹接口螺纹规格相同。

4.根据权利要求1所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述钻孔修复头(4)包括接头(41)、芯杆(42)和旋转头(43)；接头(41)一端设有进水接口，另一端通过螺纹配合固定连接所述芯杆(42)，芯杆(42)呈T字形，其中部形成有盲孔，盲孔孔口与接头(41)的进水通道连通，芯杆(42)通过的杆部外周套装有所述旋转头(43)，旋转头(43)内部形成有环形槽，且环形槽内分布有多条凸棱，该环形槽通过芯杆(42)上设置的过水孔与所述盲孔连通，旋转头(43)上圆周分布有多个第一喷嘴(44)，第一喷嘴(44)用于斜向前喷射高压水；所述旋转头(43)前端焊接有多个圆周分布的刀片(45)，以形成所述锪孔钻结构。

5.根据权利要求4所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述芯杆(42)设有前端设有多个第二喷嘴(46)，第二喷水(46)用于向前喷射高压水。

6.根据权利要求5所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述第一喷嘴(44)和第二喷嘴(46)的喷孔直径相等，并按下式选取：

式中，d为喷嘴的喷孔直径，单位mm；P为高压水泵工作压力，单位MPa；q为高压水泵工作流量，L/min；n为喷嘴总数；η为喷嘴效率，取1.05～1.10。

7.根据权利要求4所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述旋转头(43)上圆周均布有三个所述第一喷嘴(44)，第一喷嘴(44)轴线向外倾斜的角度α为60°。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述高压水手持喷枪(3)包括枪管(31)，枪管(31)一侧固定连接有溢流管(32)，溢流管(32)通过溢流阀与枪管(31)连通，溢流管(32)前端管口构成溢流口，溢流管(32)后端固定连接有肩托(33)。

9.根据权利要求8所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，所述高压水泵(2)连接有多个所述高压水手持喷枪(3)。

10.根据权利要求9所述的煤层瓦斯抽采钻孔修复设备，其特征在于，每个所述高压水手持喷枪(3)设有独立的控制阀门。