[发明专利]本煤层瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔装置

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，尤其涉及一种本煤层瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔装置。

背景技术

煤炭在我国国民经济建设，能源需求方面占有举足轻重的地位。随着国家对煤炭需求的增加，煤矿开采深度及开采强度也在逐年增加。随着煤矿开采深度以及开采强度的增大，瓦斯含量、瓦斯压力也在逐渐增加，增加了煤与瓦斯突出的可能性。降低煤层中的瓦斯含量是减少煤与瓦斯突出可能性的重要举措之一。降低煤层瓦斯含量的方法有很多，目前通过在煤层或顶、底板岩层中打抽放钻孔进行瓦斯抽放是目前应用较广泛的措施之一。

随着煤矿开采机械化程度的提高，与以往相比，采煤工作面的长度、宽度也发生了巨大变化，工作面长度更长，宽度也更宽，为了更加有效、快速的降低采煤工作面的瓦斯，钻孔长度也由原来的几十米发展到现在的几百米甚至近1000米。随着钻孔深度的增加，不同深度煤层透气性系数的差异性、抽放负压的差异性等引起的不同深度抽放有效半径的差异性突显。而目前的钻孔间距的设计，大多是根据浅孔煤层透气性、抽放负压等计算或经验得出的抽放半径进行的。当钻孔深度较深，煤层透气性变化较大时，采用大致相同的孔间距进行施工，间距过大可能导致一些区域瓦斯含量不能有效降低，形成瓦斯抽采的盲区；间距过小可能造成在一些区域重叠，造成资源的浪费。

煤层是一种非均质性很强的岩石，由于煤层裂隙宽度、长度、方向、密度等的差异性，导致同一钻孔内煤层的透气性可能存在很大的差异性，进而导致进行抽放时，若不考虑煤层透气性随钻孔深度的变化，可能导致一些区域瓦斯含量降低的快，一些区域瓦斯含量难以下降，不能有效降低煤与瓦斯突出的危险性。

在煤矿井下进行多分支水平钻孔是近年来发展起来的一项技术。多分支水平钻孔因其控制面积大、若分支段布置比较合理，则抽放效果比较理想。若分支间距、开孔位置不合理，容易造成瓦斯抽放重叠区或抽放盲区，不仅影响抽放效果，而且可能造成煤与瓦斯突出。同时，在煤层中进行多分支钻孔，成本比较高，合理进行开孔及孔深度设计显得非常重要。煤储层非均质性的存在，导致主支不同深度下的透气性不同，对抽放效果会产生重要影响。

因此，迫切需要一种抽采装置及其抽采工艺，可以根据不同钻孔深度的煤层透气性系数的不同，进行瓦斯抽采设计与施工，既实现均匀降低抽采区内煤层瓦斯含量，同时又减少了不必要的施工费用，实现煤矿的安全、高效生产。

发明内容

本发明针对目前井下本煤层瓦斯抽采的深钻孔施工中钻孔间距不随深度变化容易造成抽采盲区和抽采重叠区的问题，本发明提供一种本煤层瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔装置。通过该装置可以根据煤层透气性系数随深度的变化确定出本煤层瓦斯抽采多分支孔的分支级数、分支数目，并对多分支孔快速钻进，进而达到均匀降低抽采区煤层瓦斯含量的目的，减少煤与瓦斯突出的危险性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本煤层瓦斯抽采多分支孔定向、快速成孔装置，包括防爆电机6、与防爆电机6传动连接的钻杆19、钻进系统、射流冲孔系统和定向系统，钻杆19前端设有圆锥形钻头8，钻进系统的高压水流由钻杆19的后端中央进入从圆锥形钻头8前端排出，定向系统设在钻杆19前部，射流冲孔系统的高压水流由钻杆19的后端外侧进入从圆锥形钻头8中部喷射出。

所述钻进系统包括水箱1，沿钻杆19中心轴向设置的一条进水中心通道7以及设在圆锥形钻头8上的三个高压喷水孔27，进水中心通道7进水口设有第一管接头4，当钻杆19高速旋转时，第一管接头4固定不动且与进水中心通道7通过第一密封件18及第二密封件17密封连通；第一管接头4上设有第一阀门25，第一管接头4的进水口通过第一高压进水管3与水箱1连接，进水中心通道7的出水口与三个高压喷水孔27连通，第一高压进水管3上有大排量水泵2。

所述射流冲孔系统包括沿钻杆19轴向均匀布置的四条进水边缘通道21以及设在圆锥形钻头8上的四个高压射流孔26，高压射流孔26位于高压喷水孔27后侧，四条进水边缘通道21的进水口分别设有一个第二管接头15；第二管接头15上设有第二阀门16，四个第二管接头15的进水口通过一根第二高压进水管11与水箱1连接，每个进水边缘通道21的出水口分别对应与一个高压射流孔26连接，高压射流孔26的喷射方向与钻杆19的中心线呈10°的夹角，第二高压进水管11上沿水流方向顺次设有高压水泵12和压力表13。