[发明专利]变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统及方法

说明书

本发明公开了一种变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统及方法，其系统包括煤矿钻机、钻孔钻头、封孔机构、注浆管路系统、瓦斯抽采管路系统和扩孔钻头，扩孔钻头包括动力传动机构和三个钻头翼片，动力传动机构包括太阳齿轮、三个行星齿轮、太阳齿轮转轴上和行星齿轮转轴上，三个钻头翼片分别与三个行星齿轮固定连接，钻头翼片上通过齿基连接有截齿；太阳齿轮转轴内部设置有液压油缸和顶杆，顶杆上设置有螺旋形滑槽，太阳齿轮转轴的内壁上设置有滑块；其方法包括步骤：一、钻孔；二、扩孔；三、洗孔；四、注浆封孔；五、瓦斯抽采。本发明设计新颖合理，扩孔钻头强度高，扩孔工艺简单，能够提高封孔质量和瓦斯抽采浓度，实用有效，易推广。

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统及方法。

背景技术

近年来，瓦斯灾害成为威胁矿井安全生产的重要因素之一。解决矿井瓦斯事故的根本措施是降低煤层中瓦斯含量，从而减少其危险性，瓦斯预抽是目前最根本、最有效措施，在国内外突出矿井中得到广泛应用。然而，我国大部分煤矿瓦斯抽采浓度较低，抽采效果普遍较差。据统计，约有65％的顺层钻孔瓦斯抽采浓度低于30％，导致抽采浓度普遍较低的原因，主要是封孔技术的局限性。目前常采用的有机械式封孔、高分子材料封孔、无机非金属材料封孔、下套管封孔等。但在实际操作时，对封孔质量要求比较高，一般要求密封性能好、易操作、经济等条件。我国60多年的煤矿封孔技术探索，随着材料科学的发展，封孔工艺与材料形成多种多样的体系，但对于瓦斯抽采钻孔漏气现象，目前在材料改进方向上，并没有很好的解决方法。在已有的工艺改进方面存在的共同的问题，在抽采过程中，随着瓦斯抽采浓度的下降，煤体内部所含瓦斯总量在减少，周围裂隙结构也发生动态变化，在矿山压力的持续作用下，裂隙会进一步演化，很可能出现新的漏气裂隙，钻孔、封孔材料周边应力场发生变化，原有的封孔的密封性将受到不可避免的破坏。导致瓦斯抽采效果很不理想，时刻威胁着煤矿安全生产。

目前就山西某矿来说，煤层倾角+1°，煤层平均厚度6.2m，煤层原始瓦斯压力0.43MPa，目前采用的是较为先进的基于气囊封堵“两堵一注”封孔方式，封孔材料选购市面上最为常见的矿用水泥，封孔长度16m，外端囊袋长度2.5m，里端囊袋长度1m，封孔总长度16m。该封孔方式优点在于劳动强度低，对工人技术要求不高，经济效益较高。该方法应用于穿层钻孔、下行钻孔、带一定倾角钻孔封孔质量较为良好，但针对顺煤层水平、小角度钻孔，水泥浆液凝固收缩，在封孔段、钻孔壁之间易形成“月牙”形漏气通道，导致瓦斯抽采漏气现象严重。由于钻孔封堵属一次性作业，材料不能取出二次利用，封孔失效意味着该钻孔无法再次利用。这对煤矿企业来说，不仅没有达到很好的治理效果，还是大量的工程浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理、结构简单、实现方便、能够产生新的封孔工艺、实用性强的变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统，包括煤矿钻机、钻孔钻头、封孔机构、注浆管路系统和瓦斯抽采管路系统；其特征在于：还包括扩孔钻头，所述扩孔钻头包括动力传动机构和钻头翼片，所述动力传动机构包括太阳齿轮和均匀设置在太阳齿轮外围且与太阳齿轮相啮合的三个行星齿轮，所述太阳齿轮固定连接在太阳齿轮转轴上，所述行星齿轮转动连接在行星齿轮转轴上，所述钻头翼片的数量为三个且三个钻头翼片分别与三个行星齿轮固定连接，所述钻头翼片的形状为圆弧形，所述钻头翼片上分别通过多个齿基固定连接有多个截齿；所述太阳齿轮转轴为空心结构，所述太阳齿轮转轴内部设置有液压油缸和顶杆，所述顶杆与液压油缸的活塞杆连接，所述顶杆上设置有螺旋形滑槽，所述太阳齿轮转轴的内壁上设置有能够在螺旋形滑槽内滑动的滑块。

上述的变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于：所述太阳齿轮上开有结构孔。

上述的变径扩孔提高瓦斯抽采浓度的煤矿瓦斯抽采系统，其特征在于：所述滑块的数量为两块。