[发明专利]煤矿井下瓦斯抽采钻孔的洗孔装置

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下煤层气抽采技术领域，涉及一种瓦斯抽采钻孔的洗孔装置，可适用于松软煤层中对已垮塌、堵塞的瓦斯抽采钻孔进行疏通。

背景技术

我国高瓦斯矿井数量较多，且大部分煤矿瓦斯含量高，瓦斯压力大，地质构造复杂，煤层渗透率低，比美国平均低2～3个数量级。随着煤矿开采深度的增加，瓦斯压力和瓦斯含量将增大，煤层渗透性更低，使煤矿开采和瓦斯抽采难度增大，瓦斯灾害严重。预抽煤层瓦斯是预防瓦斯灾害和保证煤矿安全生产的有效措施，但高瓦斯矿井煤层一般松软；在西南地区，93.14％的煤矿可采煤层都是具有煤与瓦斯突出危险的松软煤层。在这些煤矿中，由于地应力大，煤岩体强度低，易导致钻孔塑性变形和垮塌严重，从而降低了钻孔的使用寿命和瓦斯的抽采效果，威胁煤矿安全生产。因此，寻找一种降低钻孔的跨孔率或提高对已垮塌钻孔进行疏通效率的技术十分必要。

针对上述松软煤层易发生钻孔垮塌和堵塞等问题，许多学者提出了钻孔固孔、防塌孔等措施，如中国专利CN103114810A公布的《一种煤层钻孔防塌孔随钻钻进下套筒装置及钻孔方法》是在钻头钻进的过程中，利用组合推进装置使网孔套筒同麻花钻杆一起转动进入煤孔预定深度中，然后退出麻花钻杆，并将网孔套筒留在煤孔之中，防止煤孔塌孔；中国专利CN102226389A公布的《煤矿钻孔防塌孔管网和防塌孔方法》中将防塌孔管网套装在钻具的钻杆上，利用钻杆末端可折叠的钻头将管网带入钻孔内，并将管网留在孔内，利用管网的强度支撑煤体，防止钻孔塌孔。然而，上述措施存在以下一些问题：改进后钻具和钻头往往结构比较复杂、笨重；制造成本较高；此外，这些措施仍不能完全解决钻孔的垮塌、堵塞问题，钻孔垮塌、堵塞的情况仍大量存在。

针对煤矿中已垮塌和堵塞的钻孔，目前多才采用机械钻具再次钻进瓦斯抽采孔的方法进行钻孔疏通。中国专利文献CNI02312660A公布的《清孔钻具》中设计了一种结构简单的机械清孔钻具，但是此类机械钻具是采用再次补钻的方法，工程量大，成本高，并存在钻机对孔困难、钻孔效率低、退钻需要浪费大量时间、钻孔后需再次封孔等问题。随着高压水射流理论和技术的迅速发展，有学者提出了水力化洗孔技术。如中国专你先利CN103015898A公布的《一种矿用水力作业机》将钢管用于煤矿井下，设计了一种瓦斯抽采孔水力作业机。该作业机结构紧凑，可调节煤矿井下成孔位置与方向，能在矿井下向多方位进行疏孔、扩孔、割缝、压裂等；但该作业机体型庞大，难以适应井下狭小作业空间；同时，所使用的缠绕钢管硬度大、易疲劳损坏，而且在钻进过程中，进行强制推进时易发生卡管、钻偏等现象。

目前，解决松软煤层易发生钻孔垮塌和堵塞的方法和装置不多，并存在较多的问题。因此，找到能有效降低钻孔跨孔率的方法和发明能提高钻孔疏通效率的装置十分重要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有装置的不足，提供一种能有效提高煤层钻孔疏通效率的装置，实现结构简单，设备尺寸小，洗孔时不卡管、不钻偏等目的。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出的煤矿井下瓦斯抽采钻孔的洗孔装置，主要包括水箱、高压泵、高压硬管和高压软管、自进式钻头、底座、绞盘、推进机构等。其自进式钻头对堵塞、垮塌部分进行疏通、扩孔，并产生自进推力；绞盘缠绕高压硬管，实现对高压硬管进行自动放管和收管；推进机构对高压硬管提供推力；底座上固定绞盘和推进机构，并通过调整高度和角度实现对不同位置和不同倾角的钻孔进行疏通。它们的连接关系为：水箱的出水连接高压泵，高压泵通过高压管与绞盘相连，并通过高压密封水尾将高压水输送给缠绕在绞盘上的高压硬管，高压硬管在送入钻孔之前穿过推进机构，通过推进机构所提供的推进力使高压硬管沿着钻孔向前输送，高压硬管前端依次连接高压软管和自进式钻头，自进式钻头产生自进推力，对堵塞、垮塌部分进行疏通、扩孔。

所述钻头为自进式钻头，通过本钻头的射流分为三部分：前射流、中射流和后射流。前射流对堵塞、垮塌部分的岩石进行破碎，并具有一定扩孔的作用；中射流对钻头具有扶正作用，能够有效防止钻头钻偏；后射流为钻头的钻进提供自进力，并进一步扩孔和排渣。

自进式钻头的具体结构包括钻头体和钻头体上的中心自激振荡喷嘴、边喷嘴、中部喷嘴和后部喷嘴，钻头体具有前部平台和内部空腔；所述钻头体前部为球形，前端面为前部平台，在平台中心即自进式钻头轴线上设置中心自激振荡喷嘴，在平台上围绕中心自激振荡喷嘴四周均匀布置边喷嘴；所述钻头体后端为开口端，设有内螺纹用于连接高压软管；钻头体的内部空腔为前段圆锥形和后段圆柱形的组合空腔，圆锥形段的锥度为