煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的a-a剖面图；

图3为本发明工作时结构示意图。

1、钻头；2、外管；30、机械扩孔刀片；31、销钉a；32、高压射流通道；33、销钉b；34、柱塞；35、偏心孔；40、连接头；41、压盖；42、弹簧护套；43、外缸体；44、芯轴；45、弹簧；46、定位轴套；47、内缸体；48、活塞；49、固定销；50、低压水通道；60、高压射流通道。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

图1为本发明的结构示意图，图2为图1中的a-a剖面图，图3为本发明机械扩孔联合水力割缝时的结构示意图，如图所示，本实施例中的煤层机械扩孔联合水力割缝综合增透装置，包括钻进到指定位置的钻进机构、设置于钻杆内部的机械扩孔机构和用于开闭机械扩孔装置的高低压转换机构；

所述的钻进机构包括钻头1和外管2；

所述的机械扩孔机构在预定的位置可对钻孔实施机械扩孔，所述的机械扩孔机构上有高压射流通道32，在对钻孔进行机械扩孔的同时，可进行高压水力割缝，进一步增加了扩孔增透和卸压影响范围；

所述的高低压转换装置可通过水压大小调节机械扩孔装置的启闭，在正常钻进时，低压水用于冷却钻头1和排渣，高压水打开所述机械扩孔机构，并进行水力割缝。

本实施例中，所述高压水射流通道32是开在机械扩孔刀片30上的，高压水推动所述机械扩孔刀片30打开并进行机械扩孔的同时，高压水通过射流通道32进一步切割煤层。

本实施例中，所述的机械扩孔机构的柱塞34上开有偏心孔35和高压射流通道，正常钻进时，低压水流经所述偏心孔34来排渣和冷却钻头，所述高压射流通道32用于高压割缝和机械扩孔刀片30冷却。

本实施例中，所述高低压转换机构实现低压水时正常钻进，水压升高后关闭低压水通道，打开所述的机械扩孔刀片30。

本实施例中，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45。

本实施例中，所述高低压转换机构的芯轴44与所述机械扩孔机构的柱塞34相连，所述芯轴44上开有高压射流通道，所述高压射流通道与所述柱塞的高压射流通道连通。

本实施例中，所述高低压转换机构的内缸体47上开有低压水通道50，所述的高低压转换机构的活塞48可在所述内缸体47内上下移动，水压升高时，所述活塞48将堵住低压水通道50。

本实施例中，所述的机械扩孔刀片30通过销钉a31与所述的钻进机构外管相连；通过销钉b33与所述的柱塞34相连。

本实施例中，所述的销钉a31固定不动，所述的机械扩孔刀片30上开有销钉a31滑道，用于对所述机械扩孔刀片30开闭路径的限位。

本实施例中，所述的销钉b33上开有高压射流通道，所述的销钉b33与所述柱塞34一起上下滑动。

本实施例中，所述的高低压转换机构通过固定销49与所述钻进机构的外管2连接。

本实施例中，通过所述高低压转换装置控制机械扩孔刀片30的开闭；通过设置在机械扩孔刀片上30的高压射流通道32，实现机械扩孔联合水力割缝综合增透。在正常钻进时，低压水通过机械扩孔机构的柱塞34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48堵住低压水通道，并压缩弹簧45，打开机械扩孔刀片30，此时，在机械扩孔的同时，高压水通过设置在机械扩孔刀片30上的高压射流通道32进行水力割缝，水压降低后，机械扩孔刀片30在弹簧45的作用下收回，低压水通道50打开，开始正常的钻进或者退钻。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。