CN213928434U - 本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及瓦斯抽放技术领域，具体涉及本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，采用的方案为：包括钻杆组件、钻头、高压水泵和喷水轴，钻头通过喷水轴与钻杆组件相连接，多节钻杆组件依次连接，钻杆组件包括：套管和钻杆，钻杆的外侧套装有套管，钻杆的外壁与套管的内壁存在空隙，钻杆可在套管内旋转，钻杆包括杆本体和旋叶，多个旋叶沿螺旋线固定于杆本体的外壁上，杆本体同轴设置有通孔，喷水轴的一端为开口端，喷水轴的另一端为封闭端，喷水轴靠近封闭端的侧壁上设置有两个出水孔，喷水轴开口端与杆本体同轴连接；钻杆通过超高压旋转接头与高压橡胶管连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及瓦斯抽放技术领域，具体涉及本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统。
背景技术
为了达到安全生产的目的，在突出和高瓦斯煤矿的开采中，首先要进行瓦斯抽放；目前的煤矿在采煤区排放瓦斯，通常采用钻孔、压气、抽取方法；瓦斯抽放钻孔过程中，一旦钻进到位，需将钻杆拔出，本煤层中的瓦斯气体渗入到瓦斯抽放孔，再从瓦斯抽放孔中抽放出去，本煤层的煤层质地较软，当钻杆抽出后，经常出现塌孔现象，堵塞瓦斯抽放钻孔，致使瓦斯气不能及时排出、排尽，影响抽放效果，给后续的煤炭开采带来严重的安全隐患，重新打钻，不仅增加成本，耽误时间，而且也不能解决塌孔问题，为解决塌孔问题，现多采用一体式的瓦斯抽放钻杆，在完成钻孔后，将瓦斯抽放钻杆留在孔道内进行瓦斯抽放，但该方法成本高，且钻杆内空间小，抽放效率低。
受本煤层透气性的影响，透气性较差、孔隙率低的本煤层抽放及排放效果不佳。而对于提高抽放效率或排放效率的最有效方法是扩大钻孔直径，扩大卸压空间，提高煤层整体透气性。而现场施工大直径钻孔时排渣困难、成孔长度短、钻具损坏率高，工程量很大，且在成孔后塌孔严重，很难取得理想的防突效果。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种防塌孔且能有效提高煤层整体透气性的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，包括钻杆组件、钻头、高压水泵和喷水轴，所述钻头通过喷水轴与钻杆组件相连接，多节所述钻杆组件依次连接，所述钻杆组件包括：套管和钻杆，所述钻杆的外侧套装有套管，所述钻杆的外壁与套管的内壁存在空隙，所述钻杆可在所述套管内旋转；
所述钻杆包括杆本体和旋叶，多个所述旋叶沿螺旋线固定于所述杆本体的外壁上，所述杆本体同轴设置有通孔，所述通孔用于输送100～600兆帕的高压水；
所述喷水轴的一端为开口端，所述喷水轴的另一端为封闭端，所述喷水轴靠近封闭端的侧壁上设置有两个出水孔，所述喷水轴开口端与所述杆本体同轴连接；
两个所述出水孔出100～600兆帕的高压水，对本煤层进行切缝，缝隙的深度为0.5m～1m之间；
所述相邻两个缝隙的间隔为1m～1.5m之间；
所述钻杆通过超高压旋转接头与高压水泵的高压橡胶管连接；
钻头钻进至合适的位置，将高压水泵的高压橡胶管与杆本体连接，高压水泵作用喷出100～600兆帕高压水进入杆本体的通道，开始切缝，每隔1m～1.5m进行一个环切缝，当钻头钻进到位后，将钻头及钻杆抽出，将套管留入瓦斯抽放孔道中，工作人员用密封材料将套管端头处与瓦斯抽放孔道的间隙进行密封，在所述套管位于孔道外的端头处安装法兰接口，所述套管通过所述法兰接口与所述负压系统相连接，负压系统通过所述套管对本煤层中的瓦斯进行抽放。
所述杆本体的一端设置有六方接头，所述六方接头的端部设置有密封圈，所述杆本体的另一端设有与六方接头对应的六方凹槽，所述杆本体的六方接头插接入其相邻的杆本体的六方凹槽中，两个相邻的杆本体间还设置有若干个连接组件，所述连接组件包括：两个分别设置于相邻杆本体外壁上的连接座，两个所述连接座通过螺栓和螺母相紧固，通过对两个所述连接座相紧固使得两个杆本体相紧固，所述连接组件对两个杆本体进行连接，所述密封圈用于对两个杆本体的连接处进行密封，防止高压水泄露。
所述套管的侧壁上设置有多个小孔，所述套管的两端分别设置有相配合的内螺纹和外螺纹，多节套管间螺纹连接。
所述瓦斯抽放系统还包括法兰接口和负压系统，所述负压系统通过法兰接口与套管相连接。
所述钻头为可伸缩钻头，所述钻头包括掘进端和底座，所述掘进端上设置有多个掘进齿，所述多个掘进齿围绕掘进端的中心呈圆形均布设置，所述掘进端和底座之间通过多个限位块相连，所述多个限位块围绕底座的中心呈圆形均布设置，所述相邻限位块之间设置有扩张齿，所述多个扩张齿铰接在底座上并围绕底座的中心呈圆形均布，所述扩张齿可在其两边的限位块之间转动，所述底座的中心位置套装有转轴，所述转轴的顶端设置有多个齿条，所述转轴顶端的齿条与多个扩张齿的尾部相接触，所述多个扩张齿可在齿条的带动下旋转，所述转轴与所述杆本体同轴固定连接。
所述钻杆的外壁上设置有多根支撑杆，所述支撑杆的一端固定于所述钻杆上，所述支撑杆的另一端设置有滑块，所述滑块贴合所述套管的内壁，所述滑块可沿套管的内壁滑动，因套管本身具有刚性，且套管本身不参与钻孔，通过设置支撑杆，可防止钻杆打偏，以及防止钻杆旋转时与套筒发生干涉。
所述支撑杆设置有多个，多个所述支撑杆沿杆本体外壁周向均匀设置。
所述套管的材质为玻璃钢，玻璃钢材质密度低、拉伸强度高，同时玻璃钢的耐腐蚀高，能够适应煤层中的复杂环境，提高套管的使用寿命，工艺性优良，经济效果突出。
每节所述套管的长度为0.8m。
所述套管的内径为0.35m。
所述钻杆的外径为0.3m，所述杆本体的直径为0.15m。
所述钻头的底座的直径为0.3m，所述钻头的扩张齿张开后的直径为0.5m。
本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：
1、本实用新型采用套管，套管与钻杆为分装式设计，当瓦斯抽放孔钻好后，将套管留入瓦斯抽放孔内，可防止因本煤层的煤层质地较软，经常出现的塌孔现象，堵塞瓦斯抽放孔，致使瓦斯气不能及时排出、排尽，影响抽放效果。
2、本实用新型采用在钻杆中心设置高压水道，对煤层进行水力切割，使煤层产生割缝，增加透气性，而后诱导煤层中气体排出，减小煤层瓦斯压力和瓦斯含量，预防煤与瓦斯突出或冲击地压的发生，同时又起到防尘、降温的作用。
3、本实用新型采用可伸缩式钻头，伸出的钻头直径达到0.5m，可提高抽放效率，扩大了卸压空间，工作完成后的钻头直径缩小，可从套管中抽出。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型钻杆的结构示意图；
图3为本实用新型相邻钻杆的连接示意图；
图4为本实用新型套管与负压装置的连接示意图；
图5为本实用新型支撑杆的结构示意图；
图6为本实用新型连接组件的结构示意图；
图7为本实用新型图6中A-A的剖视图；
图8为本实用新型钻头的结构示意图；
图9为本实用新型扩张齿和底座的结构示意图。
图中：1为钻头，2为高压水泵，3为套管，4为钻杆，5为通孔，6为法兰接口，7为负压系统，8为支撑杆，9为喷水轴，10为连接座，11为螺栓，12为螺母，13为超高压旋转接头，14为高压橡胶管，15为掘进端，16为底座，17为掘进齿，18为限位块，19为扩张齿，20为转轴，21为齿条，31为小孔，41为杆本体，42为旋叶，43为六方接头，44为六方凹槽，45为密封圈，81为滑块。
具体实施方式
如图1-图9所示，本实用新型本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，包括钻杆组件、钻头1、高压水泵2和喷水轴9，所述钻头1通过喷水轴9与钻杆组件相连接，多节所述钻杆组件依次连接，所述钻杆组件包括套管3和钻杆4，所述钻杆4的外侧套装有套管3，所述钻杆4的外壁与套管3的内壁存在空隙，所述钻杆4包括杆本体41和旋叶42，多个所述旋叶42沿螺旋线固定于所述杆本体41的外壁上，所述杆本体41同轴设置有通孔5，所述通孔5用于输送100～600兆帕的高压水；
所述喷水轴9的一端为开口端，所述喷水轴9的另一端为封闭端，所述喷水轴9靠近封闭端的侧壁上设置有两个出水孔，所述喷水轴9开口端与所述杆本体41同轴连接；
两个所述出水孔出100～600兆帕的高压水，对本煤层进行切缝，缝隙的深度为0.5m～1m之间；
所述相邻两个缝隙的间隔为1m～1.5m之间；
所述钻杆4通过超高压旋转接头13与高压水泵2的高压橡胶管14连接。
所述杆本体41的一端设置有六方接头43，所述六方接头43的端部设置有密封圈45，所述杆本体41的另一端设有与六方接头43对应的六方凹槽44，所述杆本体41的六方接头43插接入其相邻的杆本体41的六方凹槽44中，两个相邻的杆本体41间还设置有若干个连接组件，所述连接组件包括：两个分别设置于相邻杆本体41外壁上的连接座10，两个所述连接座10通过螺栓11和螺母12相紧固。
所述套管3的侧壁上设置有多个小孔31，所述套管3的两端分别设置有相配合的内螺纹B和外螺纹B，多节套管3间螺纹连接。
所述瓦斯抽放系统还包括法兰接口6和负压系统7，所述负压系统7通过法兰接口6与套管3相连接。
所述钻头1为可伸缩钻头，所述钻头1包括掘进端15和底座16，所述掘进端15上设置有三个掘进齿17，所述三个掘进齿17围绕掘进端15的中心呈圆形均布设置，所述掘进端15和底座16之间通过三个限位块18相连，所述三个限位块18围绕底座16的中心呈圆形均布设置，所述相邻限位块18之间设置有扩张齿19，所述三个扩张齿19铰接在底座16上并围绕底座16的中心呈圆形均布，所述扩张齿19可在其两边的限位块18之间转动，所述底座16的中心位置套装有转轴20，所述转轴20的顶端设置有三个齿条21，所述转轴20顶端的齿条21与三个扩张齿19的尾部相接触，所述三个扩张齿19可在齿条21的带动下旋转，所述转轴20与所述杆本体41同轴固定连接。
所述钻杆组件还包括支撑杆8，所述支撑杆8的一端固定于钻杆4上，所述支撑杆8的另一端设置有滑块81，所述滑块81与套管3的内壁贴合。
所述支撑杆8设置有三个，三个所述支撑杆8沿杆本体41外壁周向均匀设置。
所述套管3的材质为玻璃钢。
每节所述套管3的长度为0.8m。
所述套管3的内径为0.35m。
所述钻杆4的外径为0.3m，所述杆本体41的直径为0.15m。
所述钻头1的底座的直径为0.3m，所述钻头1的扩张齿张开后的直径为0.5m。
本实用新型的工作原理：工作人员将钻头与钻杆组件组装，进行钻进工作，可根据工作情况，将多节钻杆组件连接，使钻进至合适的位置，之后停止钻进，将高压水泵的高压橡胶管与杆本体连接，高压水泵作用喷出100～600兆帕高压水进入杆本体的通道，开始切缝，割缝完成后，卸去高压水泵，再次开始钻进工作，每隔1m～1.5m进行一个环切缝；
当钻头钻进到最终位置后，控制钻机反转钻杆，钻头的扩张齿收回，将钻头及钻杆抽出，将套管留入瓦斯抽放孔道中，工作人员用密封材料将套管端头处与瓦斯抽放孔道的间隙进行密封，在所述套管位于孔道外的端头处安装法兰接口，所述套管通过所述法兰接口与所述负压系统相连接，负压系统通过所述套管对本煤层中的瓦斯进行抽放。
上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：包括钻杆组件、钻头（1）、高压水泵（2）和喷水轴（9），所述钻头（1）通过喷水轴（9）与钻杆组件相连接，多节所述钻杆组件依次连接，所述钻杆组件包括套管（3）和钻杆（4），所述钻杆（4）的外侧套装有套管（3），所述钻杆（4）的外壁与套管（3）的内壁存在空隙，所述钻杆（4）包括杆本体（41）和旋叶（42），多个所述旋叶（42）沿螺旋线固定于所述杆本体（41）的外壁上，所述杆本体（41）同轴设置有通孔（5），所述通孔（5）用于输送100～600兆帕的高压水；
所述喷水轴（9）的一端为开口端，所述喷水轴（9）的另一端为封闭端，所述喷水轴（9）靠近封闭端的侧壁上设置有两个出水孔，所述喷水轴（9）开口端与所述杆本体（41）同轴连接；
所述钻杆（4）通过超高压旋转接头（13）与高压水泵（2）的高压橡胶管（14）连接。
2.根据权利要求1所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述杆本体（41）的一端设置有六方接头（43），所述六方接头（43）的端部设置有密封圈（45），所述杆本体（41）的另一端设有与六方接头（43）对应的六方凹槽（44），所述杆本体（41）的六方接头（43）插接入其相邻的杆本体（41）的六方凹槽（44）中，两个相邻的杆本体（41）间还设置有若干个连接组件，所述连接组件包括：两个分别设置于相邻杆本体（41）外壁上的连接座（10），两个所述连接座（10）通过螺栓（11）和螺母（12）相紧固。
3.根据权利要求1所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述套管（3）的侧壁上设置有多个小孔（31），所述套管（3）的两端分别设置有相配合的内螺纹和外螺纹，多节套管（3）间螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述瓦斯抽放系统还包括法兰接口（6）和负压系统（7），所述负压系统（7）通过法兰接口（6）与套管（3）相连接。
5.根据权利要求1所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述钻头（1）为可伸缩钻头，所述钻头（1）包括掘进端（15）和底座（16），所述掘进端（15）上设置有多个掘进齿（17），所述多个掘进齿（17）围绕掘进端（15）的中心呈圆形均布设置，所述掘进端（15）和底座（16）之间通过多个限位块（18）相连，所述多个限位块（18）围绕底座（16）的中心呈圆形均布设置，所述相邻限位块（18）之间设置有扩张齿（19），所述多个扩张齿（19）铰接在底座（16）上并围绕底座（16）的中心呈圆形均布，所述扩张齿（19）可在其两边的限位块（18）之间转动，所述底座（16）的中心位置套装有转轴（20），所述转轴（20）的顶端设置有多个齿条（21），所述转轴（20）顶端的齿条（21）与多个扩张齿（19）的尾部相接触，所述多个扩张齿（19）可在齿条（21）的带动下旋转，所述转轴（20）与所述杆本体（41）同轴固定连接。
6.根据权利要求1所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述钻杆组件还包括支撑杆（8），所述支撑杆（8）的一端固定于钻杆（4）上，所述支撑杆（8）的另一端设置有滑块（81），所述滑块（81）与套管（3）的内壁贴合。
7.根据权利要求6所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述支撑杆（8）设置有多个，多个所述支撑杆（8）沿杆本体（41）外壁周向均匀设置。
8.根据权利要求1所述的本煤层带水力割缝的大孔径瓦斯抽放系统，其特征在于：所述套管（3）的材质为玻璃钢。
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