[发明专利]一种碎软煤层抽采钻孔柔性护孔装置及方法

说明书

发明提供一种碎软煤层抽采钻孔柔性护孔装置及方法。该装置包括钻具系统和柔性护孔系统。工作时，钻具系统将柔性护孔系统输送至预设部位。推动注水支撑管，前端固定装置从钻头的中心孔道伸出。支撑钩爪展开，嵌入钻孔内壁的煤层中。退出钻具系统。液压泵向注水支撑管内注入高压水。注水承压水囊充压膨胀。所述柔性护孔支架扩张，对钻孔进行支撑。抽采完成后，柔性护孔支架卸压收缩。柔性护孔支架可实现钻孔完孔后的快速护孔；柔性护孔支架的展开程度由支架弹性收缩力、注入水压以及外部护孔应力决定，三力达到平衡时支架动态平衡，此时柔性支架的展开程度随钻孔形状的改变而改变，自适应不同的钻孔环节，实时与孔壁贴合。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯防治领域，特别涉及一种碎软煤层抽采钻孔柔性护孔装置及方法。

背景技术

突出碎软煤层在我国广泛分布，随着我国煤层开采向深部推进，高地应力、高瓦斯压力的特性愈发显著，煤层条件的复杂多变给煤层钻孔成孔及护孔带来了很大的困难，钻孔在地应力、瓦斯压力、构造应力等多因素作用下周围孔壁易失稳，从而出现钻孔坍塌、钻孔变形等一系列破坏形式，严重阻碍并影响了井下钻孔施工进程及瓦斯抽采效率，目前国内相应成套护孔设备较为匮乏，同时针对复杂地质条件下的护孔技术尚未成熟，传统护孔方法采用刚性管道，被动护孔，管道直径有限，筛孔易堵塞，护孔范围小，护孔效果有限，难以形成有效的瓦斯运移通道，以致煤层瓦斯抽采面临一系列技术瓶颈。

因此，亟需开发一种主动护孔的碎软煤层抽采钻孔柔性护孔装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种碎软煤层抽采钻孔柔性护孔装置及方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种碎软煤层顺层抽采钻孔柔性护孔装置，包括钻具系统和柔性护孔系统。

所述钻具系统包括钻头和钻杆。所述钻头安装在钻杆的首端。所述钻头具有中心孔道。所述中心孔道与钻杆的内腔连通。

所述柔性护孔系统包括前端固定装置、注水支撑管和柔性护孔支架。

所述注水支撑管的管壁上设置有注水孔。所述注水支撑管的首端连接固定有前端固定装置，尾端与液压泵联通。所述前端固定装置具有支撑钩爪。所述支撑钩爪采用压簧结构。所述注水支撑管布置在钻杆的内腔中。所述前端固定装置布置在钻头的中心孔道中。所述前端固定装置的支撑钩爪与中心孔道的内壁卡合。

所述柔性护孔支架为网套结构物。所述柔性护孔支架包括沿纵向依次排列的若干环状支撑管。每根环状支撑管包括若干单元波，单元波沿周向依次排列。相邻两根环状支撑管呈镜面对称分布。相邻两根环状支撑管相对的两个波峰之间固定连接。相邻两根环状支撑管的内腔连通。若干环状支撑管的内腔构成管网结构。

在非工作状态下，呈紧缩状态的柔性护孔支架套设在注水支撑管的管身上。所述注水孔与柔性护孔支架的管网内腔连通。

工作时，钻具系统将柔性护孔系统输送至预设部位。推动注水支撑管，前端固定装置从钻头的中心孔道伸出。支撑钩爪展开，嵌入钻孔内壁的煤层中。退出钻具系统。液压泵向注水支撑管内注入高压水。所述柔性护孔支架充压膨胀扩张，对钻孔进行支撑。抽采完成后，柔性护孔支架卸压收缩。

进一步，所述柔性护孔支架的网眼根据碎软煤层的破碎程度选择。

进一步，所述注水支撑管由若干段支撑管拼接制得。每段支撑管上对应设置有柔性护孔支架。

进一步，所述柔性护孔支架采用铜制成。

进一步，所述注水支撑管的注水孔与柔性护孔支架的管网内腔通过注水承压软管连通。

本发明还公开一种根据上述系统的碎软煤层抽采钻孔柔性护孔方法，包括以下步骤：