用于煤层的卸压增透施工系统

技术领域

本发明涉及松软煤层防突卸压技术领域，尤其涉及一种用于松软煤层的卸压增透施工系统。

背景技术

在煤矿井下的现有技术中，钻孔、扩孔卸压技术被广泛应用到瓦斯抽采治理工艺中。针对中硬度煤层可采用机械式造穴或水射流造穴的形式利用机械刀刀臂或水刀的高压水柱切割冲刷煤体，在煤层中形成一定的孔洞来实现高瓦斯高应力区域的卸压增透。

以上两种造穴形式，虽均可在煤层中实现卸压增透的目的，但对煤体硬度还有一定的要求，如果遇到稀松、酥软煤层，采用水为介质无论是进行排渣作业还是扩孔作业，均存在一定的风险。在松软煤体内部进行水射流造穴时，大能量的高压水对煤体进行冲击，易出现煤体大面积垮塌的情况，此时垮落的煤体会迅速包围在钻杆附近，造成设备旋转、推进阻力增大甚至出现压钻事故；同样的，采用机械式煤层造穴时，钻具周围的煤体在以水为介质进行排渣时长时间被水浸泡，也极易出现大面积垮塌甚至压钻事故的发生。在进行煤层可变径造穴卸压施工的过程中，一旦出现压钻事故，必将严重影响现场的施工效率，同时，因压钻事故而被丢弃在孔洞内的钻具也是施工方的巨大经济损失。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个技术问题，提供一种用于煤层的卸压增透施工系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于煤层的卸压增透施工系统，包括：钻机，高压旋转接头，一端通过所述高压旋转接头与所述钻机连接的钻杆以及与所述钻杆另一端连接用于切割钻进煤体的可变径机械造穴结构，所述钻杆具有第一内腔，所述高压旋转接头上设有与所述第一内腔连通的第一介质通道，所述高压旋转接头和所述第一内腔中设有一端与外界连通，另一端与所述可变径机械造穴结构连通的第二介质通道。

根据本发明的一个方面，所述可变径机械造穴结构包括设置有第二内腔的杆体，设置在所述第二内腔中，一端与所述第二介质通道连接的密封座，与所述密封座的另一端连接的齿条，分别啮合于所述齿条的两侧实现开合状态的扩孔刀臂。

根据本发明的一个方面，所述密封座具有与所述第二内腔的腔壁抵接的支承耳，并且所述密封座面向所述齿条的一端设有凹槽，所述凹槽与所述第二介质通道连通。

根据本发明的一个方面，所述支承耳上设有用于连通所述第一内腔和所述第二内腔的通孔。

根据本发明的一个方面，所述齿条包括工作端和与所述凹槽滑动连接的连接端。

根据本发明的一个方面，所述扩孔刀臂包括与所述齿条的工作端啮合的齿轮以及与所述齿轮连接的摆刀。

根据本发明的一个方面，还包括与所述可变径机械造穴结构连接的钻头，所述钻头设有与所述第二内腔连通的中心通道。

根据本发明的一个方面，还包括用于收集钻探排出的煤粉的封孔装置、用于向所述可变径机械造穴结构提供转换动力的高压泵以及用于对所述封孔装置收集到的煤粉进行收集和计量的煤粉收集计量装置。

根据本发明的方案，为保证设备钻进时排渣及钻具冷却的需求，在钻进过程中采用风作为排粉介质，通过高压旋转接头向钻杆的一个通道(即第一介质通道)内供入风，通过钻杆将风供入到钻具最前端，将钻孔过程中产生的煤渣排出钻孔，由封孔装置收集后引流至煤粉收集计量装置进行收集、计量；当可变径机械造穴结构到达煤层待扩孔造穴位置时，通过高压泵向高压旋转接头的另外一个通道(即第二介质通道)供入高压介质，高压介质经钻杆内部密封通道进入钻具前端的可变径机械造穴结构内部，驱动扩孔刀臂打开，进行扩孔作业，扩孔过程中，依然通过风将扩孔过程中产生的煤层排出、收集、计量。为了避免高压介质进入煤层后对煤体产生较大冲击造成塌孔等情况的发生，所以机械可变径造穴结构转换前后钻具内部通过高压介质的通道是持续封闭的。

根据本发明的上述方案，与传统的施工系统相比，在稀松、酥软煤层通过采用特殊钻具及不同的作业方法在煤层中造穴卸压，既降低了煤层地应力、提高了瓦斯抽采效率，又避免钻孔内部出现塌孔卡钻的情况，作业效率高、瓦斯抽采效果明显。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1示意性表示根据本发明的用于煤层的卸压增透施工系统的结构布置图；

图2示意性表示根据本发明的用于煤层的卸压增透施工系统的部分结构布置图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护范围。

图1示意性表示根据本发明的用于煤层的卸压增透施工系统的结构布置图；

图2示意性表示根据本发明的用于煤层的卸压增透施工系统的部分结构布置图。如图1和图2所示，在本实施方式中，根据本发明的用于煤层的卸压增透施工系统，包括：钻机1，高压旋转接头2，一端(图2中右端)通过高压旋转接头2与钻机1连接的钻杆3以及与钻杆3另一端(图2中左端)连接用于切割钻进煤体的可变径机械造穴结构4。如图2所示，钻杆3具有第一内腔301，高压旋转接头2上设有与第一内腔301连通的第一介质通道5，高压旋转接头2和第一内腔301中设有一端(图2中右端)与外界连通，另一端(图2中左端)与可变径机械造穴结构4连通的第二介质通道6。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，可变径机械造穴结构4包括设置有第二内腔4011的杆体401，设置在第二内腔4011中，一端(图2中右端)与第二介质通道6连接的密封座402，与密封座402的另一端(图2中左端)连接的齿条403，分别啮合于齿条403的两侧(图2中上下两侧)实现开合状态的扩孔刀臂404。

进一步地，如图2所示，在本实施方式中，密封座402具有与第二内腔4011的腔壁抵接的支承耳4021，并且密封座402面向齿条403的一端(图2中左端)设有凹槽4022，凹槽4022与第二介质通道6连通。在本实施方式中，支承耳4021上设有用于连通第一内腔301和第二内腔4011的通孔。这样一来，通过第一介质通道5的介质即可通入到钻探的钻头部位。

进一步地，如图2所示，在本实施方式中，齿条403包括工作端4031和与凹槽4022滑动连接的连接端4032。如此设置，可以使得通过向第二介质通道6通入高压介质时，高压介质挤入凹槽4022中将齿条403向前(图2中左方)推，然后通过齿条403带动扩孔刀臂404进行张开动作从而对钻孔进行扩孔。

进一步地，如图2所示，在本实施方式中，扩孔刀臂404包括与齿条403的工作端啮合的齿轮4041以及与齿轮4041连接的摆刀4042。如此设置，齿条403在左右运动时，与齿条403啮合的齿轮4041即可带动摆刀4042进行往复摆动，实现张开和闭合的动作，从而实现扩孔操作。

进一步地，如图1所示，在本实施方式中，根据本发明的用于煤层的卸压增透施工系统，还包括与可变径机械造穴结构4连接的钻头，钻头设有与第二内腔4011连通的中心通道。不仅如此，还包括用于收集钻探排出的煤粉的封孔装置7、用于向可变径机械造穴结构4提供转换动力的高压泵8以及用于对封孔装置7收集到的煤粉进行收集和计量的煤粉收集计量装置9。

根据本发明的上述设置，可以实现通过向两个介质通道通入不同介质进行对应的工作，例如向第一介质通道内通入风，风通过两个内腔通道进入钻头部分，对钻出的煤粉进行排渣排粉。向第二介质通道通入高压介质，这样通过高压介质推动齿条，使得摆刀可以通过齿轮带动进行张开动作，从而进行扩孔。

实际上，根据本发明的上述方案，为保证设备钻进时排渣及钻具冷却的需求，在钻进过程中采用风作为排粉介质，通过高压旋转接头向钻杆的一个通道(即第一介质通道)内供入风，通过钻杆将风供入到钻具最前端，将钻孔过程中产生的煤渣排出钻孔，由封孔装置收集后引流至煤粉收集计量装置进行收集、计量；当可变径机械造穴结构到达煤层待扩孔造穴位置时，通过高压泵向高压旋转接头的另外一个通道(即第二介质通道)供入高压介质，高压介质经钻杆内部密封通道进入钻具前端的可变径机械造穴结构内部，驱动扩孔刀臂打开，进行扩孔作业，扩孔过程中，依然通过风将扩孔过程中产生的煤层排出、收集、计量。为了避免高压介质进入煤层后对煤体产生较大冲击造成塌孔等情况的发生，所以机械可变径造穴结构转换前后钻具内部通过高压介质的通道是持续封闭的。

根据本发明的上述方案，与传统的施工系统相比，在稀松、酥软煤层通过采用特殊钻具及不同的作业方法在煤层中造穴卸压，既降低了煤层地应力、提高了瓦斯抽采效率，又避免钻孔内部出现塌孔卡钻的情况，作业效率高、瓦斯抽采效果明显。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。