穿层钻孔水力割缝装置及水力割缝方法与流程

本发明涉及煤层钻孔技术领域，尤其涉及一种穿层钻孔水力割缝装置及水力割缝方法。

背景技术：

煤体透气性弱的矿区需进行穿层钻孔，采用普通钻进工艺施工的穿层钻孔孔内煤体暴露面较小，影响瓦斯抽采效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高了瓦斯抽采效果的穿层钻孔水力割缝装置及水力割缝方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：穿层钻孔水力割缝装置，包括水箱(1)、进水管(2)、水泵(3)、出水管(4)、旋转水尾(5)、钻机(6)、钻杆(7)和水力割缝钻头(8)；所述进水管(2)的一端通入所述水箱(1)中，另一端连接所述水泵(3)的进水口；所述出水管(4)的一端连接所述水泵(3)的出水口，另一端通过所述旋转水尾(5)连接所述钻杆(7)的一端，所述钻杆(7)的另一端连接所述水力割缝钻头(8)；所述钻杆(7)设在所述钻机(6)上，通过所述钻机(6)带动旋转；所述出水管(4)上设有压力表(9)，所述压力表(9)与所述水泵(3)的出水口之间的出水管(4)上设有调压阀(10)。

作为优化的技术方案，该水力割缝装置还包括卸压管(11)和卸压阀(12)，所述卸压管(11)的一端通入所述水箱(1)中，另一端通过三通(13)连接在所述调压阀(10)与所述旋转水尾(5)之间的出水管(4)上，所述压力表(9)设在所述三通(13)与所述旋转水尾(5)之间。当水力割缝钻头处发生堵塞等故障时，出水管中水压会明显升高，当水压升高到一定值时，打开卸压阀可以使水泵的出水从卸压管中流回水箱，防止水压过高造成事故。

作为优化的技术方案，所述水泵(3)采用d2b200/31.5型乳化液泵。

作为优化的技术方案，各水管均采用直径为25mm的40mpa高压水管。

作为优化的技术方案，所述旋转水尾(5)采用型号为pcd63p35的高压旋转水尾。

作为优化的技术方案，所述钻杆(7)采用直径为73mm的肋骨钻杆。

作为优化的技术方案，所述压力表(9)采用量程为0～40mpa的抗震压力表。

作为优化的技术方案，所述水力割缝钻头(8)包括主体(81)和高压喷嘴(82)；所述主体(81)为空心圆柱形，圆柱形的一端封闭，另一端通过螺纹连接所述钻杆(7)；所述高压喷嘴(82)设在所述主体(81)的侧面。

作为优化的技术方案，所述水力割缝钻头(8)还包括卡槽(83)，所述卡槽(83)设在所述主体(81)的侧面，所述卡槽(83)为适合压钳形状的长方形凹槽。方便采用压钳将水力割缝钻头从钻杆上卸下，较为省力。

采用上述的穿层钻孔水力割缝装置的水力割缝方法，包括以下步骤：首先采用普通钻进工艺将孔钻至设计孔深，然后将所述水力割缝钻头(8)伸入钻孔中，启动所述水泵(3)，控制所述调压阀(10)调节水压至8～12mpa，待压力稳定后，再调节水压至15～20mpa，待压力稳定后，来回拉动所述钻杆(7)进行水力割缝，每次拉动行程为500～700mm，观察钻孔孔口出煤情况，直至孔口无煤屑涌出后继续深入，完成钻孔煤段的水力割缝后关闭所述水泵(3)。

本发明的优点在于：结构简单，便于安装，利用高压水射流的切割作用，对钻孔煤段进行扩孔，增加孔内煤体暴露面积，制造裂隙，提高煤层透气性，从而提高瓦斯抽采效果。

附图说明

图1是本发明穿层钻孔水力割缝装置的结构示意图。

图2是本发明水力割缝钻头的结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，穿层钻孔水力割缝装置，包括水箱1、进水管2、水泵3、出水管4、旋转水尾5、钻机6、钻杆7、水力割缝钻头8、压力表9、调压阀10、卸压管11、卸压阀12、三通13。

进水管2的一端通入水箱1中，另一端连接水泵3的进水口；出水管4的一端连接水泵3的出水口，另一端通过旋转水尾5连接钻杆7的一端，钻杆7的另一端连接水力割缝钻头8；钻杆7设在钻机6上，通过钻机6带动旋转，旋转水尾5用于将旋转的钻杆7和静止的出水管4连接在一起；出水管4上设有压力表9，压力表9与水泵3的出水口之间的出水管4上设有调压阀10。

卸压管11的一端通入水箱1中，另一端通过三通13连接在调压阀10与旋转水尾5之间的出水管4上，压力表9设在三通13与旋转水尾5之间。

水泵3采用d2b200/31.5型乳化液泵。

进水管2、出水管4和卸压管11均采用直径为25mm的40mpa高压水管。

旋转水尾5采用型号为pcd63p35的高压旋转水尾。

钻机6采用型号为zdy4000s的钻机。

钻杆7采用直径为73mm的肋骨钻杆。

压力表9采用量程为0～40mpa的抗震压力表。

水力割缝钻头8包括主体81和高压喷嘴82；主体81为空心圆柱形，圆柱形的一端封闭，另一端通过螺纹连接钻杆7；高压喷嘴82设在主体81的侧面，其喷水孔的孔径为1.5mm。

卡槽83设在主体81的侧面，卡槽83为适合压钳形状的长方形凹槽。

一种采用上述的穿层钻孔水力割缝装置的水力割缝方法，包括以下步骤：首先采用普通钻进工艺将孔钻至设计孔深，然后将水力割缝钻头8伸入钻孔中，启动水泵3，控制调压阀10调节水压至8～12mpa，待压力稳定后，再调节水压至15～20mpa，待压力稳定后，来回拉动钻杆7进行水力割缝，每次拉动行程为500～700mm，观察钻孔孔口出煤情况，直至孔口无煤屑涌出后继续深入，完成钻孔煤段的水力割缝后关闭水泵3。

进行水力割缝钻孔时必须采取一下措施保持畅通：①采用普通钻进工艺钻孔施工到位后，起钻过程中要加强钻孔扫孔；②下水力割缝钻头8时，要带水下钻，防止堵孔；③水力割缝钻头8到位后，要缓慢提升水泵3的水压；④割缝过程中，要注意轻压慢转。

现场要布置点铃电话，确保钻机6与水泵3之间能够有效地进行联系，及时停泵开泵，调整出水压力。

要加强高压系统管理，防止高压管路伤人，高压管各接头需进行二次防护，割缝时钻机6的操作台与孔口保持5米以上安全间距，卸压后加卸尺。

设计实验3#钻场共95个钻孔不进行水力割缝，4#、5#钻场共95个钻孔进行水力割缝，通过水力割缝排出煤量以及瓦斯抽采纯量进行对比分析，总结水力割缝效果。

通过排出煤量测算，未割缝钻孔平均直径为113mm，钻孔煤壁平均暴露面积为1.7m²，水力割缝后，钻孔平均直径为370mm，钻孔煤壁平均暴露面积为5.7m²。水力割缝钻孔比未割缝钻孔的平均暴露面积提高了3.35倍，增加了钻孔抽采负压接触面积，有利于瓦斯抽采。

施工13天中，未割缝钻孔百孔抽采纯量的峰值达到0.6m³/min，以后随着合茬抽采钻孔数量的增加，百孔抽采纯量维持在0.2～0.5m³/min之间，水力割缝后，百孔抽采纯量的峰值达到0.8m³/min，以后随着合茬抽采钻孔数量的增加，百孔抽采纯量维持在0.5～0.7m³/min之间。经综合对比，水力割缝钻孔比未割缝钻孔的百孔抽采纯量提高了150％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。