[发明专利]三维旋转水射流煤层扩孔系统及扩孔与压裂增透方法

权利要求书

1.一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，它由高压水力泵站通过设有截止阀的高压胶管连至回转式高压旋转接头，特征在于：经过钻机后再连至高压水射流钻杆，高压水射流钻杆前端连接带有喷嘴底座的高压水射流喷头，在喷嘴底座上安设高压旋转水射流喷嘴。

2.     根据权利要求1所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，特征在于：对于具有煤与瓦斯突出危险或有钻孔自喷现象的煤层，在水力扩孔钻孔开口段设封孔钢管，在封孔钢管和水力扩孔钻孔之间注入封孔材料，并在水力扩孔钻孔孔口安装钻孔防喷装置，钻孔防喷装置的抽采端接矿井瓦斯抽采系统管路。

3. 根据权利要求1所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，特征在于：在垂直于高压水射流喷头轴线的方向上交错布置若干个喷嘴底座，使其在垂直于高压水射流喷头轴线的平面上的投影呈中心对称分布。

4. 根据权利要求1所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，特征在于：内置导向叶轮的高压旋转水射流喷嘴安装在喷嘴底座上，高压旋转水射流喷嘴直径为1.7～2.5mm。

5. 根据权利要求2所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，特征在于：在垂直于高压水射流喷头轴线的方向上交错布置若干个喷嘴底座，使其在垂直于高压水射流喷头轴线的平面上的投影呈中心对称分布，内置导向叶轮的高压旋转水射流喷嘴安装在喷嘴底座上，高压旋转水射流喷嘴直径为1.7～2.5mm。

6. 根据权利要求3所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，特征在于：内置导向叶轮的高压旋转水射流喷嘴安装在喷嘴底座上，高压旋转水射流喷嘴直径为1.7～2.5mm。

7. 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔系统，特征在于：高压旋转水射流喷头与高压水射流钻杆之间的连接、回转式高压旋转接头与高压水射流钻杆之间的连接、高压水射流钻杆之间的连接均采用内置挤压密封和组合垫片的密封连接方式，回转式高压旋转接头包括中空的旋转轴、高压密封圈和外部壳体，连接处采用旋转密封方式进行密封。

8. 一种三维旋转水射流煤层扩孔与压裂增透方法，对于没有煤与瓦斯突出危险并没有钻孔自喷现象的煤层，用钻机从巷道向煤层打一水力扩孔钻孔，在水力扩孔钻孔周围打若干控制钻孔，特征在于：用钻机带动连接高压水射流喷头的高压水射流钻杆，待高压水射流喷头送至煤层预定位置后，启动高压水力泵站，开启钻机，带动高压水射流钻杆旋转，同时使高压水射流钻杆在水力扩孔钻孔内缓慢往复运动，利用安装在高压水射流喷头上的高压旋转水射流喷嘴产生的旋转射流冲割水力扩孔钻孔的煤层段进行扩孔，水力扩孔后，退出高压水射流钻杆，在水力扩孔钻孔内预设钢管并用封孔材料使预设钢管外壁与水力扩孔钻孔内壁紧密结合，通过预设钢管往水力扩孔钻孔内注入一定压力的高压水，当某个控制钻孔有大量携带煤屑的水流出直至水流中不再有煤屑排出时，停止水力压裂作业，进行煤层瓦斯预抽。

9. 一种三维旋转水射流煤层扩孔与压裂增透方法，对于具有煤与瓦斯突出危险或具有钻孔自喷现象的煤层，用钻机从巷道向煤层打一水力扩孔钻孔，在水力扩孔钻孔周围打若干控制钻孔，在水力扩孔钻孔开口段设封孔钢管并在孔口安装钻孔防喷装置，钻孔防喷装置的抽采端接矿井瓦斯抽采系统管路，特征在于：用钻机带动连接高压水射流喷头的高压水射流钻杆，待高压水射流喷头送至预定位置后，启动高压水力泵站，开启钻机，带动高压水射流钻杆旋转，同时使高压水射流钻杆在水力扩孔钻孔内缓慢往复运动，利用安装在高压水射流喷头上的高压旋转水射流喷嘴产生的旋转射流冲割水力扩孔钻孔的煤层段进行扩孔，水力扩孔后，退出高压水射流钻杆，在水力扩孔钻孔内预设钢管并用封孔材料使预设钢管外壁与钻孔内壁紧密结合，通过预设钢管往水力扩孔钻孔内注入一定压力的高压水，当某个控制钻孔有大量携带煤屑的水流出直至水流中不再有煤屑排出时，停止水力压裂作业，进行煤层瓦斯预抽。

10. 根据权利要求8所述的一种三维旋转水射流煤层扩孔与压裂增透方法，特征在于：往复运动指利用钻机带动高压水射流钻杆前进或后退，通过改变水力扩孔钻孔内高压水射流钻杆的长度来控制水力扩孔钻孔扩孔段的范围，预设钢管内直径为20mm，水力扩孔时的水压为25～47MPa，流量为120～200L/min，高压旋转水射流喷嘴直径为1.7～2.5mm，水力压裂的一定压力在16MPa以上。