煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透的方法_4

文档序号:8939398阅读:来源:国知局
断性地释放出来,就形成瞬时能量比连续射流能量高几倍的脉冲射流。具体的产生 机理见自激振荡脉冲射流的产生机理。
[0102] 接着,一部分流体通过具有一定张角和偏角的边喷嘴,产生的射流具有三维速度: 轴向速度、径向速度和环向速度,使岩石不只发生冲击破坏,还有剪切拉伸破坏,而且在钻 进过程中,钻头与岩石之间的靶距是由远到近的动靶距,与传统的只有张角的钻头的破岩 效果相比,带有偏角和张角的钻头所产生的冲蚀孔能有效地形成中心连通孔,因为自进式 钻头的钻进过程是由远到近的动态的过程,即动靶距的过程,所以不同钻进时刻水射流的 作用点是变化的。对只带张角的钻头,其射流作用点的轨迹为过中心的直线,而对带偏角和 张角的钻头,其作用点轨迹为螺旋线,所以其轨迹线更长,且破坏面积更大,更容易使各射 流所导致的破碎坑形成钻孔,从而破岩效果好,能围绕中心破碎坑继续破岩钻进,形成一个 先导孔,使钻头前进。
[0103] 然后,经过在横截面中具有一定偏向角的中部喷嘴而形成的射流具有径向分速度 和切向分速度(切向速度是指沿钻头圆周壁的切线方向的分速度。),射流的径向速度可以 使钻头始终悬空,具有扶正作用,保持钻头和高压管的钻进平衡,在一定程度上能防止钻头 钻偏;切向速度可以对先导孔周围的岩石进行切割破坏,对钻孔进行再次扩孔,并且修正钻 孔,使钻孔形状更规整。
[0104] 最后,另一部高压流体将通过与钻头轴线呈一定锥角的后部喷嘴,产生的射流将 为钻头和高压管的钻进提供自推力,并进一步扩孔。此外,由于后部喷嘴的数量相对较多, 大量向后的射流具有很好的排渣功能,向后的射流与轴线具有相同的夹角,夹角越小,产生 射流的反冲力越大,但是随着锥角的减小,射流出口方向与进口方向偏转角增大,局部压力 损失增大,射流速度减小,从而降低了自进力,故锥角一般在10° - 30°之间。
[0105] 参见图13、图14,在钻杆与钻机前端连接的卡盘(8)上安装有转向刻度盘(7),导 向器(10)的转动角度通过刻度盘控制。刻度盘是在扩孔完成后,钻进树状钻孔时使用,使 用时刻度盘一端固定在钻杆上且随钻杆转动,另一端固定在钻机卡盘上。通过刻度盘可读 出钻杆旋转角度,刻度盘可在360°范围内读数,钻杆旋转角度即导向器旋转角度,合理的 控制旋转角度能实现树状钻孔的均匀分布。
[0106] 成孔系统的另一关键点之一是采用了推进机构(6),推进机构(6)包括机架 (6. 1)、同步带轮(6. 3)、压紧带轮(6. 7)、异型同步齿形带(6. 2)、带减速机的气动马达 (6. 19)、减速机输出轴(6. 18)、从动轮轴(6. 13)、压紧轮轴(6. 6)、压紧杆(6. 8)、弹簧 (6. 9)、蝶形螺母(6. 11)、管托机构(6. 12)、防尘罩(6. 21)以及相应的链接部件。
[0107] 参见图15、图16和图17,高压软管上下两侧各对称设置一对带轮,下侧为传动带 轮(6. 3),包括主动带轮和从动带轮,上侧为压紧带轮(6. 7),均安装在机架(6. 1)上。主动 带轮(6. 3)通过减速机输出轴(6. 18)与带减速机的气动马达(6. 19)相连,主动带轮与从 动带轮(6. 3)之间套有带U型凹槽的异型同步齿形带(6. 2),当气动马达(6. 19)带动主动 带轮(6. 3)转动时,从动带轮(6. 3)将在异型同步齿形带(6. 2)的作用下一起转动。所用 的气动马达(6. 19)多采用活塞式气动马达,转速相对较慢,但提供的扭矩大,且可通过调 节进气量来调节转速,从而与不同时刻的不同钻进速度相匹配。
[0108] 压紧带轮(6. 7)的压紧杆(6. 8)是一根上部为圆柱下部为立方体的杆件,且上部 圆柱带有螺纹,其尺寸与蝶形螺母(6. 11)配套,下部立方体的横截面为正方形,其尺寸与 压紧轮轴(6.6)配套。
[0109] 压紧轮轴(6. 6)的左边为圆柱传动轴,右边为空心立方体,其尺寸能使其刚好套 在压紧杆(6.8)下部立方体上,从而实现压紧轮的上下移动。
[0110] 整个压紧杆(6. 8)是焊接在推进装置的机架(6. 1)上的。压紧轮轴(6. 6)上安装 压紧轮(6. 7),两压紧轮(6. 7)间套有相同的异型同步齿形带(6. 2)。通过拧紧压紧杆(6. 8) 上的蝶形螺母(6. 11)来压紧弹簧盖(6. 10)和弹簧(6. 9),从而推动压紧轮(6. 7)的下移, 完成对高压软管的压紧,实现摩擦力的提供。本压紧方式具有一定弹性,能在不良的环境下 工作。
[0111] 如图18和图19所示,推进装置前端是一管托机构(6. 12),它由调节长杆(6. 26)、 尼龙导向轮(6. 25)、导轨(6. 22)、拉伸弹簧(6. 24)及其他链接部件组成。调节长杆(6. 26) 下端通过轴销安装在机架(6.1)上,能绕轴销进行不同角度的转动,并在机架上以轴销为 中心在相同半径上设置多个调节孔,调节长杆上设有一个调节定位孔(6. 27),调节定位孔 分别与各个调节孔对应并通过螺栓和螺母固定在某一需要的角度,实现调节长杆的角度调 节,形成第一级调节,这是第一级调节。调节长杆(6.26)的上端用螺栓(6. 17)固定了一个 导轨(6. 22),导轨(6.22)为"T"字形,两端各开一个孔以便导向轮轴(6.23)通过;带有凹 槽的尼龙导向轮(6. 25)串在导向轮轴(6. 23)的一边,两导向轮(6. 25)之间为高压树脂管 通过的空间;导向轮轴(6. 23)两端通过垫片(6. 16)和开口销(6. 15)固定,并在两端各套 了一个拉伸弹簧(6. 24)以保持整体导向轮轴(6. 23)和导向轮(6. 25)的平衡;调节长杆 (6.26)的整个前端可以通过调节螺栓使其随着导轨(6.22)绕螺栓转动,便于将高压管平 滑的送入孔内,从而避免高压管在孔口壁转弯过急导致阻力过大,这是第二级调节。整个托 管机构通过第一级调节调节长杆(6. 26)和第二级调节导轨(6. 22)来实现将高压树脂管平 滑地送入不同位置和倾角的钻孔中。
[0112] 此外,整个推进装置用铝合金薄板防尘罩(6.21)保护,可以有效减少粉尘的进 入,提高机构的推进效果和使用寿命,保证操作人员的安全。
[0113] 以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】,并非用以定本发明的范围,在本发 明公开的技术及方案的基础上,本领域的技术人员能根据本专利公开的技术内容,不需要 创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些修改和变化,这些修改和变化均在本 发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透方法,其特征在于包括如下步骤: (1) 在岩巷向煤层预先钻进先导孔,形成树状钻孔的母孔,母孔需穿过煤层钻至煤层顶 板或底板(若从煤层下方向上钻进需钻至顶板,若从煤层上方向下钻进需钻至底板),母孔 应足够大且不会塌孔,大小可根据现场情况进行调整,直径一般为130~150_,即矿井常 用钻杆直径的二倍左右; (2) 将钻杆(9)依次从钻机(4)上取下,再将钻杆(9)、导向器(10)与钻头(11)依次 连接,并将圆形水泥块(10. 9)、空心螺环(10.8)安装在导向器轨道出口处; (3) 使用钻头(11)进行扩孔,在扩孔的同时将导向器(10)带入至母孔中的预定位置; (4) 将推进机构(6)放置到钻机(4)和卡盘(8)之间,将高压栗(2)通过高压橡胶管 (14)连接到绞盘(3)上,再用高压软管(12)从绞盘(3)接出,将高压软管(12)连接自进式 钻头(13)并穿过钻机(4)、推进机构(6),将它们送入钻杆(9)和导向器(10),并通过推进 机构(6)的管托机构调节高压软管(12)和自进式钻头(13)高度和角度,确保它们顺利进 入钻杆(9); (5) 启动高压栗(2),栗压为25~35Mpa,自进式钻头(13)带动高压软管(10)进行自 进式钻进,在到达导向器(10)轨道出口处时,自进式钻头将孔口的圆形水泥块(10.9)破 碎,进入煤层,进行树状钻孔的子孔钻进,钻进长度为10~20m,形成第一个树状钻孔子孔; (6) 降低栗压至2Mpa防止喷嘴被堵,反旋绞盘(3)收回自进式钻头(13)至导向器(10) 内,参照卡盘(8)上的转向刻度盘(7)旋转卡盘,旋转角度为30°~60°,且应为360° / N,N为正整数; (7) 重复(5)、(6)步骤,直至形成以母孔为主干,以子孔为支干的等角度放射状分布的 一层子孔网,所述子孔均匀分布于同一水平面; (8) 若煤层度大于4m,则需要多层子孔网,子孔网间距为2m,最上层和最下层子孔网距 顶底板应为1~2m,施工过程采用后退式施工方式,并与上一层子孔网的子孔角度错开,使 相邻子孔网层之间的上下子孔位置相互错开; (8) 在完成所有子孔网后,关闭高压栗(2),退出高压软管(12)、自进式钻头(13)、钻杆 (9)和钻头(11); (9) 将套管(24)和返浆管(27)通过母孔送至煤层底板或顶板处,压裂管(25)沿母孔 (4)送至煤层中部位置处,注浆管(26)设在孔口封堵段前10~20cm位置处,在孔口使用 AB胶和棉纱封堵,固结后在孔口打入木塞(28);从注浆管向钻孔内注入封孔浆体,当返浆 管有浆体流出时停止注浆,固结24小时使强度达到要求; (10) 将高压栗⑵连接压力流量控制系统(16)和封孔装置(15),启动高压栗⑵对 煤层进行压裂,使各个子孔通过压裂裂缝(29)连通,压裂压力为25~35MPa ; 所述方法采用成孔系统和压裂系统完成; 所述成孔系统包括钻机(4)、钻杆(9)、钻头(11)、导向器(10)、支架(5)、水箱(1)、高 压栗⑵、绞盘⑶、推进机构(6)、刻度盘(7)、卡盘(8)、高压软管(12)、自进式钻头(13); 所述钻机(4)安装在支架(5)上,所述钻杆(9)连接在钻机(4)上,钻杆(9)前端连接
当前第4页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1