[发明专利]煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置

说明书

本发明涉及一种煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置，属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，包括钻进机构、机械扩孔机构和高低压转换机构；钻进机构包括钻头和外管；机械扩孔机构包括柱塞，机械扩孔刀片，设置在机械扩孔刀片和柱塞内的高压射流通道，柱塞与外管滑动连接，柱塞上设有偏心孔；高低压转换机构包括内缸体，内缸体上设有低压水通道，内缸体内滑动连接有芯轴和活塞，芯轴与柱塞连接，芯轴内设有高压射流通道，与柱塞的高压射流通道联通。本发明实现了机械扩孔和水力割缝增透技术有机集成，发挥了机械扩孔和水力割缝的技术优势，实现了优势互补。

技术领域

本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，涉及一种煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置。

背景技术

煤炭是我国能源的基石。但我国开采的绝大多数煤层渗透率较低，随着开采深度的增加，瓦斯抽采难度进一步加大。瓦斯抽采是制约煤矿安全高效生产的关键，低渗、难抽煤层瓦斯抽采难题亟需攻克。

煤岩体结构改造是破解低渗煤层瓦斯抽采难题的关键。机械扩孔和水力化造缝措施是目前最实用的煤岩体结构改造途径。机械扩孔可实现在预定的煤层段扩大钻孔孔径，并且可在轴向上对扩孔段没有限制，可对整个钻孔实施扩孔，轴向上进行充分的卸压和增透；水力割缝可在径向范围内切割出较大的环面，在径向上充分卸压增透。

但是，机械扩孔的轴向影响范围广而径向增透效果不明显；水力割缝局部卸压充分而轴向影响范围小。现阶段缺乏将机械扩孔和水力割缝有机集成，发挥各自优势并克服其缺陷的装备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置，将机械扩孔和高压水力割缝集成在一套装置上，发挥机械扩孔和高压水力割缝增透的技术优势，以解决现有的机械扩孔增透和水力割缝增透分属两项技术，不能实现优势互补的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置，包括钻进机构、设置于钻杆内部的机械扩孔机构和高低压转换机构；

所述的钻进机构包括钻头和外管；

所述机械扩孔机构包括柱塞，还包括铰接在柱塞两侧的机械扩孔刀片，以及设置在机械扩孔刀片和柱塞内的高压射流通道，所述柱塞与外管滑动连接，所述柱塞上还设有用于通过低压水的偏心孔；

所述高低压转换机构包括内缸体，所述内缸体上设有低压水通道，内缸体内滑动连接有芯轴和活塞，所述芯轴与柱塞连接，所述芯轴内设有高压射流通道，与柱塞的高压射流通道联通；当水压升高时，所述活塞与芯轴在内缸体内滑动，从而封闭低压水通道，使水流从高压射流通道流出，进行高压水力割缝；

进一步，在所述机械扩孔装置中，机械扩孔刀片通过第一销钉与所述的钻进机构外管连接，通过第二销钉与所述柱塞连接；所述第一销钉固定在钻杆内，所述机械扩孔刀片上开有第一销钉滑道，用于对所述机械扩孔刀片开闭路径的限位；所述第二销钉上设有高压射流通道，所述第二销钉与所述柱塞固定连接。

进一步，所述高低压转换机构内部设置有用于回收机械扩孔刀片的弹簧，所述弹簧与柱塞连接。

进一步，所述高低压转换机构通过固定销与所述钻进机构的外管连接。

本发明的有益效果在于：本发明公开的一种煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置，通过高低压转换装置控制机械扩孔刀片的开闭；通过设置在机械扩孔刀片上的高压射流通道，实现机械扩孔和水力割缝增透技术有机集成，发挥了机械扩孔和水力割缝的技术优势，实现了优势互补；通过设置高低压转换装置，在正常钻进时，低压水通过机械扩孔机构的柱塞来排渣和冷却钻头，水压增高后，高压水推动高低压转换机构的活塞堵住低压水通道，并压缩弹簧，打开机械扩孔刀片，此时，在机械扩孔的同时，高压水通过设置在机械扩孔刀片上的高压射流通道进行水力割缝，水压降低后，机械扩孔刀片在弹簧的作用下收回，低压水通道打开，开始正常的钻进或者退钻。