專利名稱：一種煤層瓦斯抽放方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦煤層瓦斯抽放方法及裝置，屬煤礦安全領(lǐng)域，特別適用于煤礦低透 氣性煤層的瓦斯抽放。
背景技術(shù)：
我國是世界上最大的產(chǎn)煤國，同時也是發(fā)生煤礦災(zāi)害事故最嚴(yán)重的國家，瓦斯抽放是防 治煤礦瓦斯災(zāi)害事故的根本措施，袁亮的"開采煤層頂板瓦斯抽放的方法(專利號CN1532374)"，柴兆喜的"輪輻狀煤孔布置的獨(dú)立瓦斯抽放礦井(專利號CN2903390)"， 主要是通過改變鉆孔布置方式，來提高瓦斯的抽采量，但是存在著鉆孔深度淺、鉆孔密度大、 排放瓦斯的有效范圍小等缺點(diǎn)，且在軟煤和突出煤層中打鉆往往造成塌孔、夾鉆、頂鉆、噴 孔現(xiàn)象以及由于鉆頭、鉆桿和煤巖的摩擦作用，導(dǎo)致鉆頭鉆桿溫度過高而加速了鉆頭的磨損 速度。由于煤層的透氣性低，現(xiàn)有的鉆進(jìn)方法的抽放效果不理想，和煤礦瓦斯災(zāi)害治理對瓦 斯抽放的要求相比，我國煤礦瓦斯抽放效果有待提高。發(fā)明內(nèi)容-本發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煤層瓦斯抽放方法及裝置。以避免 卡鉆并防止鉆頭與煤巖摩擦產(chǎn)生高溫或火花而導(dǎo)致瓦斯燃燒事故、延長鉆頭壽命、提高鉆進(jìn) 深度及速度以及提高煤層透氣性。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案為一種煤層瓦斯抽放方法，包括鉆孔和切槽兩個部分，其特征在于由鉆頭上軸向振蕩噴嘴 產(chǎn)生的多相振蕩射流先切割和破碎煤體，鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，切削鉆頭上的切削刀具進(jìn)一步研磨煤 渣并將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，當(dāng)鉆孔至規(guī)定深度后開始回退，通過軸/徑向射流切換，由徑向振蕩噴嘴 產(chǎn)生的多相振蕩射流再進(jìn)行徑向切槽。是一種集鉆孔、固孔、切槽、沖屑、水動力致裂為一 體的瓦斯抽放方法。該方法按如下順序步驟進(jìn)行(1) 準(zhǔn)備煤層瓦斯抽放裝置工作條件檢査多相振蕩射流煤層瓦斯抽放裝置中各連接管路的牢 固和密封，使高壓水泵距離煤層施鉆點(diǎn)3 10lll;(2) 啟動高壓水泵2:高壓水泵2的工作流量為50 300L/min，工作壓力為5 40MPa;(3) 調(diào)節(jié)閥門先開截止閥8,再開截止閥6，后開截止閥4，使高壓水經(jīng)過高壓水管進(jìn)入混 合室5與磨料罐7來的磨料混合后，經(jīng)過高壓密閉旋轉(zhuǎn)器13,再通過鉆桿9，經(jīng)由軸向振蕩200710092673.4說明書第2/6頁噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2形成多相振蕩射流噴出；(4) 鉆機(jī)推進(jìn)、鉆孔軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2產(chǎn)生的多相振蕩射流先切 割和破碎煤層，并在煤層中鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，通過切削鉆頭10-2上的切削刀具10-1將切割、破 碎后的煤研磨，并將導(dǎo)向孔擴(kuò)大成瓦斯抽放孔，研磨后粒徑為0.1 5mm煤顆粒隨回水快速 排出；軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2噴出的多相振蕩射流在鉆孔內(nèi)產(chǎn)生的l 10Mpa的準(zhǔn)靜壓力支撐瓦斯抽放孔孔壁；鉆進(jìn)每l根鉆桿后，關(guān)閉截止闊4，停止鉆機(jī)推進(jìn)、 旋轉(zhuǎn)，加鉆桿9，每加一根鉆桿9，依次重復(fù)步驟3， 4;(5) 判斷鉆機(jī)是否繼續(xù)鉆進(jìn)當(dāng)己鉆進(jìn)深度未達(dá)到20 300m時，則繼續(xù)鉆進(jìn)，重復(fù)步驟3， 4; 當(dāng)己鉆進(jìn)深度達(dá)到20 300m時，則停止鉆進(jìn)，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)，將軸/ 徑向射流切換闊芯10-5置入閥體10-6孔內(nèi)，關(guān)閉軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2;(6) 調(diào)節(jié)閥門停止鉆進(jìn)后，退鉆桿9，鉆桿9每退0.5 10m，開截止閥4;(7) 鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，切槽停止退鉆桿，高壓水通過鉆桿9，經(jīng)徑向振蕩噴嘴10-6-1形成多相振蕩 射流噴出，旋轉(zhuǎn)鉆桿9，讓多相振蕩射流沿瓦斯抽放孔徑向在煤層進(jìn)行環(huán)狀切槽，切槽時間 為0.5 20min;切完一個槽后，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)12旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)切槽，每切一次槽， 依次重復(fù)步驟6， 7;(8) 判斷鉆機(jī)是否繼續(xù)切槽當(dāng)已切槽的數(shù)目未達(dá)到2 600個時，則繼續(xù)切槽，重復(fù)步驟6， 7;當(dāng)己切槽的數(shù)目達(dá)到2 600個時，則停止切槽，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)12旋轉(zhuǎn)；(9) 終孔關(guān)閉高壓水泵。一種實現(xiàn)上述方法的煤層瓦斯抽放裝置，該裝置包括水箱l、高壓水泵2、溢流閥3、截 止閥4、混合室5、截止闊6、磨料罐7、截止閥8、高壓密閉旋轉(zhuǎn)器13、鉆機(jī)12、鉆桿9、 鉆頭10的切削刀具10-1和連接管路；其特征在于鉆頭10為多功能鉆頭，該鉆頭的后端與鉆 桿9的前端可拆卸連接，多功能鉆頭包括切削刀具10-1，切削鉆頭10-2，隔板10-3，保壓單 向閥芯10-4，軸/徑向射流切換閥芯10-5和閥體10-6，切削刀具與切削鉆頭前端翼固定連接； 切削鉆頭10-2外形為柱體，從切削鉆頭10-2的翼根處端面到其后端面之間的縱軸上，依次 有軸向振蕩噴嘴10-2-1和與該軸向振蕩噴嘴的縱軸夾角為0 30°的1 6個均勻分布在同一 圓周上的輔助振蕩噴嘴10-2-2，柱形孔和切削鉆頭連接孔，軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩 噴嘴10-2-2與柱形孔相通，柱形孔與切削鉆頭連接孔相通；從軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振 蕩噴嘴10-2-2的端面到柱形孔的孔底依次有直徑0.5 8mm、高0.5 60mm的圓形孔，直徑 1 24mm、高0.35 48mm的自激振蕩腔室，直徑0.25 6mm、高5 48mm的圓形孔，錐度 0 30°、高0.5 48mm的圓臺形孔和直徑0.5 8mm,高0.5 48mm的圓形通孔；閥體10-6 外形為柱體，閥體10-6前端與切削鉆頭連接孔可拆卸連接，從閥體10-6的前端面到其后端
面之間的縱軸上，依次有直徑10 16mm，高10 16mm的保壓單向閥腔10-6-3，直徑2 llmm,高10 50mm的柱形孔，直徑10 30mm，高20 100mm的軸/徑向射流切換閥腔， 密封槽10-6-2和閥體連接孔；保壓單向閥腔、柱形孔、軸/徑向射流切換閥腔和閥體連接孔相 通；在閥體10-6的軸/徑向射流切換閥腔內(nèi)壁上垂直于閥體10-6縱軸線方向，開有1 4個徑 向振蕩噴嘴10-6-1，該噴嘴軸線距軸/徑向射流切換閥腔的孔底10 16mm并與軸/徑向射流切 換閥腔相通，從徑向振蕩噴嘴10-6-1的外端到軸/徑向射流切換閥腔內(nèi)壁依次有直徑0.5 8mm、高0.5 60mm的圓形孔，直徑1 24mm、高0.35 48mm自激振蕩腔室，直徑0.25~ 6mm、高5 48mm的圓形孔，錐度0 30°、高0.5 48mm的圓臺形孔和直徑0.5 8mm，高 0.5 48mm的圓形通孔隔板10-3為高2 10mm的圓柱體，其內(nèi)均勻分布有5 21個直徑 5 10mm的通孔，并與閥體10-6前端固定連接；保壓單向閥芯10-4為一直徑6 12mm的表 面光滑球體，活動位于保壓單向閥腔內(nèi)，當(dāng)本鉆頭10工作時，保壓單向閥芯10-4由于壓差 被推至隔板10-3的開閥位置，高壓多相流體通過；當(dāng)鉆桿里的高壓多相流體卸壓時，保壓單 向閥芯10-4由于壓差反向閉鎖，使本鉆頭頂部始終處于高壓狀態(tài)；軸/徑向射流切換閥芯10-5 為一直徑6 12mm且表面有兩條相互垂直相交環(huán)形槽的球體，該環(huán)形槽深0.5 4mm，寬0.5 4mm，當(dāng)鉆頭進(jìn)行徑向切槽時，將該閥芯置入軸/徑向射流切換閥腔，工作時，軸/徑向射流切 換閥芯10-5兩側(cè)壓差使其鎖閉，軸/徑向射流切換閥芯10-5兩條相互垂直相交的環(huán)形槽保證 鉆頭徑向振蕩噴嘴10-6-1和軸向振蕩噴嘴10-2-1同時有高壓水流；在鉆桿9連接孔底加工了 密封槽9-1并在該密封槽內(nèi)安裝了密封墊圈。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)發(fā)明目的的鉆孔過程中，鉆頭上的軸向振蕩噴嘴產(chǎn)生的多相振蕩射 流破碎煤巖，鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，切削鉆頭上的切削刀具進(jìn)一步研磨煤渣并將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，與原技 術(shù)相比，減弱了切削鉆頭的受力，提高了切削鉆頭的壽命，加之水本身具有冷卻作用，從根 本上解決了鉆頭溫度過高而導(dǎo)致的事故，鉆進(jìn)過程所需要的扭矩和推力大幅度降低，鉆進(jìn)設(shè) 備的負(fù)荷大大降低，有利于鉆成更深孔，使鉆孔保持平直，可以有效的解決采用風(fēng)鉆鉆孔時 由于鉆孔深度淺而導(dǎo)致鉆孔密度大的問題，提高了鉆孔的工效。當(dāng)鉆孔至規(guī)定深度后開始回 退，通過軸/徑向射流切換，由徑向振蕩噴嘴產(chǎn)生的多相振蕩射流再進(jìn)行徑向切槽。由于在鉆 孔、切槽過程中，煤渣是是以細(xì)小的煤粒的形式與水排除鉆孔，這就提高了排渣的順暢性， 并起到了降塵的作用，同時改善了施工現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境。多相振蕩射流在鉆孔內(nèi)產(chǎn)生的準(zhǔn)靜 壓作用支撐孔壁，實現(xiàn)固孔作用，多相振蕩射流的沖擊、振動、氣蝕等動力效應(yīng)誘發(fā)煤體應(yīng) 力場和裂隙場動態(tài)演化，使得煤體裂隙率增大，煤層透氣性增加，同時促進(jìn)吸附瓦斯快速解 析為游離瓦斯，從而提高了瓦斯抽放量。 本發(fā)明具有的以下技術(shù)效果-1、 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用高壓水泵向高壓密閉鉆桿和多功能鉆頭供液，高壓水經(jīng)過高壓密閉鉆桿和多功能鉆頭的自激振蕩磨料噴嘴形成多相振蕩射流，沖擊破碎煤巖，被多 相振蕩射流破碎的煤巖隨后在孔內(nèi)水和旋轉(zhuǎn)鉆頭的作用下被磨碎成細(xì)小的煤粒隨孔內(nèi)水排出 鉆孔，在鉆孔完成后，通過徑向振蕩噴嘴和軸/徑向射流切換，由徑向振蕩噴嘴產(chǎn)生的多相振 蕩射流再進(jìn)行徑向切槽。延長了切削鉆頭壽命、提高了鉆進(jìn)深度及速度、提高了煤層透氣性、 避免卡鉆并防止鉆頭與煤巖摩擦產(chǎn)生高溫或火花而導(dǎo)致瓦斯燃燒事故。2、 本發(fā)明在松藻礦區(qū)打通一礦的試驗情況表明，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明鉆進(jìn)平均深度 為144m，是現(xiàn)有連續(xù)射流工藝的2 3倍；鉆進(jìn)平均速度為0.21m/min，是現(xiàn)有連續(xù)射流 工藝的1.5 2倍；單孔瓦斯的平均抽采流量為2. 1384 L/min，是現(xiàn)有連續(xù)射流工藝的3 5倍，煤層透氣性得到了極大的提高。3、 本發(fā)明適用于煤礦瓦斯抽放的鉆孔和切槽，特別是煤礦低透氣性煤層的瓦斯抽放。圖11是保壓單向閥芯的放大俯視圖， 圖12是軸/徑向射流切換閥芯的放大俯視圖。在圖1至圖12中


圖l為本發(fā)明的方法流程圖，圖3為圖4的頂部俯視圖，圖5為鉆桿軸向剖面圖，圖7是圖6中切削鉆頭的B-B剖面9是隔板的俯視圖的放大圖，圖2為本發(fā)明裝置示意圖，圖4為圖3中多功能鉆頭的A-A的剖面6是圖7的俯視8是閥體軸向剖面圖，圖10是圖9中隔板的軸向剖面圖，1—水箱 4—截止閥 7—磨料罐 10~鉆頭13—高壓密閉旋轉(zhuǎn)器10-2—切削鉆頭10-5—軸/徑向射流切換閥芯10-2-2—輔助振蕩噴嘴10-6-3—保壓單向閥腔2—高壓水泵 5—混合室8- 截止閥 11—煤層9- l一密封槽10- 3—隔板 10-6~閥體3_溢流閥 6~截止閥 9一鉆桿 12—鉆機(jī)10-l—切削刀具 10-4~保壓單向閥芯 10-2-1—軸向振蕩噴嘴 10-6-2—密封槽10-6-1—徑向振蕩噴嘴
具體實施例方式本發(fā)明在松藻礦區(qū)打通一礦的應(yīng)用中，方法具體過程如下(1) 準(zhǔn)備煤層瓦斯抽放裝置工作條件檢查多相振蕩射流煤層瓦斯抽放裝置中各連接管路的牢 固和密封，使高壓水泵距離煤層施鉆點(diǎn)3m;(2) 啟動高壓水泵2:高壓水泵2的工作流量為50L/min，工作壓力為lOMPa;(3) 調(diào)節(jié)閥門先開截止閥8，再開截止閥6，后開截止閥4，使高壓水經(jīng)過高壓水管進(jìn)入混 合室5與磨料罐來的磨料混合后，經(jīng)過高壓密閉旋轉(zhuǎn)器13，再通過鉆桿9，經(jīng)由軸向振蕩噴 嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2形成多相振蕩射流噴出；(4) 鉆機(jī)推進(jìn)、鉆孔軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2產(chǎn)生的多相振蕩射流先切 割和破碎煤層，并在煤層中鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，通過切削鉆頭10-2上的切削刀具10-1將切割、破 碎后的煤研磨，并將導(dǎo)向孔擴(kuò)大成瓦斯抽放孔，研磨后粒徑為0.1 2mm煤顆粒隨回水快速 排出；軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2噴出的多相振蕩射流在鉆孔內(nèi)產(chǎn)生的l 10Mpa的準(zhǔn)靜壓力支撐瓦斯抽放孔孔壁；鉆進(jìn)l根鉆桿后，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)推進(jìn)、 旋轉(zhuǎn)，加鉆桿9，每加一根鉆桿9，依次重復(fù)步驟3， 4;(5) 判斷鉆機(jī)是否繼續(xù)鉆進(jìn)預(yù)先設(shè)計深度當(dāng)已鉆進(jìn)深度未達(dá)到144m時，則繼續(xù)鉆進(jìn)，重復(fù) 步驟3， 4;當(dāng)已鉆進(jìn)深度達(dá)到144m時，則停止鉆進(jìn)，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)， 將軸/徑向射流切換閥芯10-5置入閥體10-6孔內(nèi)，關(guān)閉軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2;(6) 調(diào)節(jié)閥門鉆桿每退3m時，開截止閥4;(7) 鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，切槽停止退鉆桿，高壓水通過鉆桿9，經(jīng)徑向振蕩噴嘴10-6-1形成多相振蕩 射流噴出，旋轉(zhuǎn)鉆桿9，讓多相振蕩射流在瓦斯抽放孔徑向進(jìn)行環(huán)狀切槽，切槽時間為20min; 切完一個槽后，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)12旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)切槽，每切一次槽，依次重復(fù)步驟6，7;(8) 判斷鉆機(jī)是否繼續(xù)切槽當(dāng)已切槽的數(shù)目未達(dá)到40個時，則繼續(xù)切槽，重復(fù)歩驟6， 7; 當(dāng)己切槽的數(shù)目達(dá)到40個時，則停止切槽，關(guān)閉截止閥4，停止鉆機(jī)12旋轉(zhuǎn)；(9) 終孔關(guān)閉高壓水泵；一種實現(xiàn)上述方法的煤層瓦斯抽放裝置，該裝置包括水箱l、高壓水泵2、溢流閥3、截 止閥4、混合室5、截止閥6、磨料罐7、截止閥8、高壓密閉旋轉(zhuǎn)器13、鉆機(jī)12、鉆桿9、 鉆頭10的切削刀具10-1和連接管路；其特征在于鉆頭10為多功能鉆頭，該鉆頭的后端與鉆 桿9的前端螺紋連接，多功能鉆頭包括切削刀具10-1，切削鉆頭10-2，隔板10-3，保壓單向 閥芯10-4，軸/徑向射流切換閥芯10-5和閥體10-6，切削刀具與切削鉆頭前端翼焊接；切削 鉆頭10-2外形為柱體，從切削鉆頭10-2的翼根處端面到其后端面之間的縱軸上，依次有軸 向振蕩噴嘴10-2-1和與該軸向振蕩噴嘴夾角為5°的3個均勻分布在同一圓周上的輔助振蕩噴 嘴10-2-2，柱形孔和切削鉆頭連接孔，軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2與柱形孔 相通，柱形孔與切削鉆頭連接孔相通；從軸向振蕩噴嘴10-2-1和輔助振蕩噴嘴10-2-2的端面 到柱形孔的孔底依次有直徑2mm、高4mm的圓形孔，直徑4mm、高3mm自激振蕩腔室， 直徑lmm、高2mm的圓形孔，錐度15°、高2mm的圓臺形孔和直徑2mm，高5mm的圓形 通孔；閥體10-6外形為柱體，閥體10-6前端與切削鉆頭連接孔螺紋連接，從閥體10-6的前 端面到其后端面之間的縱軸上，依次有直徑10mm，高10mm的保壓單向閥腔10-6-3，直徑 3mm，高10mm的柱形孔，直徑10mm，高20mm的軸/徑向射流切換閥腔，密封槽10-6-2和 閥體連接孔；保壓單向閥腔與柱形孔相通，柱形孔與軸/徑向射流切換閥腔相通；在閥體10-6 的軸/徑向射流切換閥腔內(nèi)壁上垂直于閥體10-6縱軸線方向，開有1個徑向振蕩噴嘴10-6-1， 該噴嘴軸線距軸/徑向射流切換閥腔的孔底10mm并與軸/徑向射流切換閥腔相通，從徑向振蕩 噴嘴10-6-1的外端到軸/徑向射流切換閥腔內(nèi)壁依次有直徑2mm、高4mm的圓形孔，直徑 4mm、高3mm自激振蕩腔室，直徑lmm、高2mm的圓形孔，錐度15°、高2mm的圓臺形 孔和直徑2mm，高5mm的圓形通孔；隔板10-3為高2mm的圓柱體，其內(nèi)均勻分布有19個 直徑5mm的通孔，并與閥體10-6前端固定連接；保壓單向閥芯10-4為一直徑6mm的表面 光滑球體，活動位于保壓單向閥腔內(nèi)，當(dāng)本鉆頭工作時，保壓單向閥芯10-4由于壓差被推至 隔板10-3的開閥位置，高壓多相流體通過；當(dāng)鉆桿里的高壓多相流體卸壓時，保壓單向閥芯 10-4由于壓差反向閉鎖，使本鉆頭頂部始終處于高壓狀態(tài)；軸/徑向射流切換閥芯10-5為一 直徑6mm且表面有兩條相互垂直相交環(huán)形槽的球體，該環(huán)形槽深lmm，寬lmm，當(dāng)鉆頭進(jìn) 行徑向切槽時，將該閥芯置入軸/徑向射流切換閥腔，工作時閥芯兩側(cè)壓差使閥芯鎖閉，閥芯 兩條相互垂直相交環(huán)形槽保證鉆頭徑向振蕩噴嘴和軸向振蕩噴嘴同時有高壓水流；在鉆桿9 連接孔底處加工了密封槽9-1并在該密封槽內(nèi)安裝了密封墊圈。本發(fā)明在松藻礦區(qū)打通一礦的應(yīng)用情況表明，鉆進(jìn)平均深度為144m，是連續(xù)射流工藝 的2 3倍；鉆進(jìn)平均速度為0.21m/min，是連續(xù)射流工藝的1.5 2倍；單孔瓦斯的平均 抽采流量為2.1384 L/min，是連續(xù)射流工藝的3 5倍；煤層透氣性也得到了極大的提高。
權(quán)利要求
1、一種煤層瓦斯抽放方法，其特征在于該方法按如下順序步驟進(jìn)行(1)啟動高壓水泵(2)高壓水泵(2)的工作流量為50～300L/min，工作壓力為5～40MPa；(2)調(diào)節(jié)閥門先開截止閥(8)，再開截止閥(6)，后開截止閥(4)，使高壓水經(jīng)過高壓水管進(jìn)入混合室(5)與磨料罐(7)來的磨料混合后，經(jīng)過高壓密閉旋轉(zhuǎn)器(13)，再通過鉆桿(9)，經(jīng)由軸向振蕩噴嘴(10-2-1)和輔助振蕩噴嘴(10-2-2)形成多相振蕩射流噴出；(3)鉆機(jī)推進(jìn)、鉆孔軸向振蕩噴嘴(10-2-1)和輔助振蕩噴嘴(10-2-2)產(chǎn)生的多相振蕩射流先切割和破碎煤層，并在煤層中鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，通過切削鉆頭(10-2)上的切削刀具(10-1)將切割、破碎后的煤研磨，并將導(dǎo)向孔擴(kuò)大成瓦斯抽放孔，研磨后粒徑為0.1～5mm煤顆粒隨回水快速排出；軸向振蕩噴嘴(10-2-1)和輔助振蕩噴嘴(10-2-2)噴出的多相振蕩射流在鉆孔內(nèi)產(chǎn)生的1～10Mpa的準(zhǔn)靜壓力支撐瓦斯抽放孔孔壁；鉆進(jìn)每1根鉆桿后，關(guān)閉截止閥(4)，停止鉆機(jī)推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)，加鉆桿(9)，每加一根鉆桿(9)，依次重復(fù)步驟(2)，(3)；(4)判斷鉆機(jī)是否繼續(xù)鉆進(jìn)當(dāng)已鉆進(jìn)深度未達(dá)到20～300m時，則繼續(xù)鉆進(jìn)，重復(fù)步驟(2)，(3)；當(dāng)已鉆進(jìn)深度達(dá)到20～300m時，則停止鉆進(jìn)，關(guān)閉截止閥(4)，停止鉆機(jī)推進(jìn)、旋轉(zhuǎn)，將軸/徑向射流切換閥芯(10-5)置入閥體(10-6)孔內(nèi)，關(guān)閉軸向振蕩噴嘴(10-2-1)和輔助振蕩噴嘴(10-2-2)；(5)調(diào)節(jié)閥門停止鉆進(jìn)后，退鉆桿(9)，鉆桿(9)每退0.5～10m，開截止閥(4)；(6)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，切槽停止退鉆桿，高壓水通過鉆桿(9)，經(jīng)徑向振蕩噴嘴(10-6-1)形成多相振蕩射流噴出，旋轉(zhuǎn)鉆桿(9)，讓多相振蕩射流沿瓦斯抽放孔徑向在煤層進(jìn)行環(huán)狀切槽，切槽時間為0.5～20min；切完一個槽后，關(guān)閉截止閥(4)，停止鉆機(jī)(12)旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)切槽，每切一次槽，依次重復(fù)步驟(5)，(6)；(7)判斷鉆機(jī)是否繼續(xù)切槽當(dāng)已切槽的數(shù)目未達(dá)到2～600個時，則繼續(xù)切槽，重復(fù)步驟(5)，(6)；當(dāng)已切槽的數(shù)目達(dá)到2～600個時，則停止切槽，關(guān)閉截止閥(4)，停止鉆機(jī)(12)旋轉(zhuǎn)；(8)終孔關(guān)閉高壓水泵。
2、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的煤層瓦斯抽放裝置，該裝置包括水箱(l)、高壓水泵(2)、 溢流閥(3)、截止閥(4)、混合室(5)、截止閥(6)、磨料罐(7)、截止閥(8)、高壓密閉旋轉(zhuǎn)器(13)、 鉆機(jī)(12)、鉆桿(9)、鉆頭(10)的切削刀具(10-1)和連接管路；其特征在于鉆頭(10)為多功能鉆 頭，該鉆頭的后端與鉆桿(9)的前端可拆卸連接，多功能鉆頭包括切削刀具(10-1)，切削鉆頭 (10-2)，隔板(10-3)，保壓單向閥芯(10-4)，軸/徑向射流切換閥芯(10-5)和閥體(10-6)，切削刀 具與切削鉆頭前端翼固定連接；切削鉆頭(10-2)外形為柱體，從切削鉆頭(10-2)的翼根處端 面到其后端面之間的縱軸上，依次有軸向振蕩噴嘴(10-2-l)和與該軸向振蕩噴嘴的縱軸夾角 為0 30°的1 6個均勻分布在同一圓周上的輔助振蕩噴嘴(10-2-2)，柱形孔和切削鉆頭連 接孔，軸向振蕩噴嘴(10-2-l)和輔助振蕩噴嘴(10-2-2)與柱形孔相通，柱形孔與切削鉆頭連接 孔相通；從軸向振蕩噴嘴(10-2-l)和輔助振蕩噴嘴(10-2-2)的端面到柱形孔的孔底依次有直徑 0.5 8mm、高0.5 60mm的圓形孔，直徑1 24mm、高0.35 48mm的自激振蕩腔室，直 徑0.25 6mm、高5 48mm的圓形孔，錐度0 30°、高0.5 48mm的圓臺形孔和直徑0.5 8mm，高0.5 48mm的圓形通孔；閥體(10-6)外形為柱體，閥體(10-6)前端與切削鉆頭連接 孔可拆卸連接，從閥體(10-6)的前端面到其后端面之間的縱軸上，依次有直徑10 16mm， 高10 16mm的保壓單向閥腔(10-6-3)，直徑2 llmm,高10 50mm的柱形孔，直徑10 30mm，高20 100mm的軸/徑向射流切換閥腔，密封槽(10-6-2)和閥體連接孑L;保壓單向閥 腔、柱形孔、軸/徑向射流切換闊腔和閥體連接孔相通；在閥體(10-6)的軸/徑向射流切換閥 腔內(nèi)壁上垂直于閥體(10-6)縱軸線方向，開有1 4個徑向振蕩噴嘴(10-6-1),該噴嘴軸線距 軸/徑向射流切換閥腔的孔底10 16mm并與軸/徑向射流切換閥腔相通，從徑向振蕩噴嘴 (10-6-1)的外端到軸/徑向射流切換閥腔內(nèi)壁依次有直徑0.5 8mm、高0.5 60mm的圓形孑L， 直徑l 24mm、高0.35 48mm自激振蕩腔室，直徑0.25 6mm、高5 48mm的圓形孔， 錐度0 30°、高0.5 48mm的圓臺形孔和直徑0.5 8mm，高0.5 48mm的圓形通孔；隔 板(10-3)為高2 10mm的圓柱體，其內(nèi)均勻分布有5 21個直徑5 10mm的通孔，并與閥 體(10-6)前端固定連接；保壓單向閥芯(10-4)為一直徑6 12mm的表面光滑球體，活動位于 保壓單向閥腔內(nèi)，當(dāng)本鉆頭(10)工作時，保壓單向閥芯(10-4)由于壓差被推至隔板(10-3)的開 閥位置，高壓多相流體通過；當(dāng)鉆桿里的高壓多相流體卸壓時，保壓單向閥芯(10-4)由于壓 差反向閉鎖，使本鉆頭頂部始終處于高壓狀態(tài)；軸/徑向射流切換閥芯(10-5)為一直徑6 12mm且表面有兩條相互垂直相交環(huán)形槽的球體，該環(huán)形槽深0.5 4mm，寬0.5 4mm， 當(dāng)鉆頭進(jìn)行徑向切槽時，將該閥芯置入軸/徑向射流切換閥腔，工作時，軸/徑向射流切換閥 芯(10-5)兩側(cè)壓差使其鎖閉，軸/徑向射流切換閥芯(10-5)兩條相互垂直相交的環(huán)形槽保證鉆 頭徑向振蕩噴嘴(10-6-1)和軸向振蕩噴嘴(10-2-1)同時有高壓水流；在鉆桿(9)連接孔底加工了 密封槽(9-l)并在該密封槽內(nèi)安裝了密封墊圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤礦煤層瓦斯抽放方法及裝置，屬煤礦安全領(lǐng)域，其目的在于延長鉆頭壽命，提高鉆進(jìn)深度及速度，增強(qiáng)瓦斯抽采過程中的安全性以及提高煤層的透氣性；其特征在于該方法主要按如下順序步驟進(jìn)行啟動高壓水泵，調(diào)節(jié)閥門，鉆機(jī)推進(jìn)、鉆孔，調(diào)節(jié)閥門，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，切槽，關(guān)閉高壓水泵；該方法涉及的煤層瓦斯抽放裝置主要包括高壓水泵、混合室、磨料罐、高壓密閉旋轉(zhuǎn)器、鉆機(jī)、鉆桿和多功能鉆頭；利用多相振蕩射流切割和破碎煤層，進(jìn)行鉆孔和切槽，其動力效應(yīng)誘發(fā)煤層裂隙場的演化，使得煤層透氣性增加，產(chǎn)生的煤渣十分細(xì)小，可隨回水快速排出，避免了抱鉆、噴孔現(xiàn)象，可用于不同煤質(zhì)煤層的瓦斯抽放和提高瓦斯抽放量。
文檔編號E21F7/00GK101117893SQ20071009267
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者盧義玉, 周東平, 夏彬偉, 姜德義, 左偉芹, 勇 康, 李曉紅, 瑜 趙, 陳凌云 申請人:重慶大學(xué)