[发明专利]一种钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴装置及造穴方法

说明书

本发明公开了一种钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴装置及造穴方法，设置管体，管体侧壁内嵌设水道；管体轴接设置造穴短节；管体内设置压力转换活塞组件，所述的造穴短节与压力转换活塞组件轴向对接连通；水流推动压力转换活塞组件轴向移动进行水道封堵，形成的高压水流于造穴短节处进行高压水流造穴。实现了钻孔、水力造穴、筛管护孔一体化施工，避免了提钻后塌孔造成的护孔难题；解决了水力造穴钻具内下筛管难题，拓宽了造穴技术煤层的适用范围，提高了造穴钻孔的瓦斯抽采效果。

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采钻孔护孔技术及煤与瓦斯治理工程领域，具体涉及一种钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴装置及造穴方法。

背景技术

随着我国煤矿向深部开采，碎软突出煤层在煤矿生产中的比重越来越大，瓦斯治理问题日益突出，特别是在不具备保护层开采条件的矿区(井)高瓦斯低渗透性煤层中，采取增透措施辅助瓦斯抽采是目前应用最为广泛、最为有效的瓦斯治理手段。水力冲孔技术是在钻孔内利用高压水射流冲击破碎煤体，排出大量的煤与瓦斯，在煤层中形成直径较大的孔洞，洞室周围煤体在应力作用下原生裂隙扩展和产生新的裂隙，达到卸压增透，强化抽采的目的。其具有施工操作简单、性价比高、增透效果明显等显著优点，可推广性强。近些年，水力冲孔技术在我国的许多煤矿区，诸如两淮、河南、山西等石门揭煤和本煤层及穿层钻孔泄压增透中进行了大量试验与应用，从试验效果来看，水力冲孔能有效提高煤层渗透性，成倍提高有效抽采半径，缩短瓦斯达标抽采时间。目前水力冲孔完孔后普遍采用裸孔抽采，而煤层一般较破碎易塌孔，大大影响抽采效果，现有的水力冲孔技术还无法实现冲孔后直接护孔，提钻后难以裸孔内下入筛管护孔抽采，因此，尚需进一步研究钻冲护一体化的水力冲孔完孔技术，保障冲孔后的瓦斯抽采。

现有技术存在以下缺陷：

现有水力造穴钻具和机械造穴钻具由于其结构限制，无中空的内通道，均无法实现造穴完成后不提钻从钻杆内将筛管送入孔内完孔，而提钻后由于造穴段易塌孔，难以裸眼下入筛管，因此，目前的造穴钻孔一般采用裸眼抽采。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴装置及造穴方法，克服现有技术中水力冲孔造穴后无法不提钻下入护孔筛管的技术缺陷。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案包括：

一种钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴装置，设置管体，管体侧壁内嵌设水道；管体轴接设置造穴短节；管体内设置压力转换活塞组件，所述的造穴短节与压力转换活塞组件轴向对接连通；水流推动压力转换活塞组件轴向移动进行水道封堵，形成的高压水流于造穴短节处进行高压水流造穴。

可选的，所述的压力转换活塞组件包括沿水流流向依次设置的密封承压体、活塞体和复位弹性件；水流依次推动密封承压体和活塞体压缩复位弹性件，活塞体轴向移动后进行水道封堵，形成的高压水流于造穴短节处进行高压水流造穴。

可选的，所述的密封承压体为钢化玻璃材质的圆片；所述的复位弹性件为矩形弹簧。

可选的，所述的压力转换活塞组件还包括设置在活塞体上游的活塞端盖；所述的活塞端盖为管式的接头结构，密封承压体密封压设在活塞端盖与活塞体之间。

可选的，所述的活塞体为管式结构；活塞体外设置导向套和第一密封圈。

可选的，与所述的水道连通，在靠近造穴短节安装端的管体上设置进水孔，管体另一端设置出水孔，出水孔设置在活塞体的轴向移动范围内。

可选的，在所述的出水孔下游的管体上还设置泄水孔。

可选的，所述的造穴短节为管式的结构；造穴短节一端伸入管体与压力转换活塞组件轴向对接连通，并于该端开设通水槽；造穴短节上游开设高压喷嘴孔。

一种钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴方法，采用本发明的钻冲护一体化煤层钻孔水力造穴装置进行操作，具体包括：