[发明专利]煤矿三高区钻孔、排粉、增透一体化装置

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，尤其涉及一种煤矿三高区钻孔、排粉、增透一体化装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是制约煤矿安全、高效生产的关键因素之一，快速对瓦斯进行有效地抽放，是目前防治煤与瓦斯突出主要措施。其中瓦斯抽放包括地面瓦斯抽采和井下瓦斯抽放。地面瓦斯抽采是通过在地面进行钻穿过目的煤层，实施煤储层改造措施增加煤层的透气性，通过排水使煤储层压力降低，达到抽采瓦斯的目的。井下瓦斯抽放是指在井下在煤层或岩层中打钻孔，采取各种增透措施改变煤储层的透气性，通过负压联管进行瓦斯抽放。我国地质构造运动的多期性及成煤环境的复杂性，导致煤炭形成过程及形成后大多经历了多期构造应力作用，煤体结构遭受了不同程度的破坏，高瓦斯压力、高地应力、高破碎（三高区）区广泛分布。大量研究表明：煤与瓦斯突出是瓦斯压力、地应力和煤体结构综合作用的结果，煤矿“三高区”是煤与瓦斯突出易发区。如何有效的降低煤矿“三高区”的瓦斯压力或地应力，是降低煤与瓦斯突出危险性的根本。

煤矿“三高区”的煤体比较破碎，目前，地面实施储层改造的方式很难使煤储层的透气性得到有效改善，抽采效果不甚理想。因此主要采用井下钻孔瓦斯抽采的方法对这样的区域进行抽采。但是高应力、高破碎、高瓦斯压力的特点，成孔难度大，钻孔深度受到限制，煤层的渗透性比较差，储层改造工艺技术也大大受到限制，瓦斯抽放钻孔间距过大，导致钻孔工程量大大增加；同时，由于煤储层的透气性较差，瓦斯抽放浓度及抽放量也受到很大限制。因此对于煤矿“三高区”，不仅要解决成孔难的问题，还要解决渗透性差的难题才能使这些区域的煤与瓦斯突出危险性降低成为可能。目前，进行井下储层改造的主要措施有：水力割缝、水力压裂、水力掏槽、水力喷射、水力挤出等，煤矿“三高区”特殊的储层条件，决定了这些工艺难以取得较好的改造效果，因此迫切需要一种新的设备解决上述难题。

因煤矿“三高区”煤体比较松软，能否研制出一种设备及工艺技术，既能解决松软煤层中钻孔成孔的问题，又能通过排出大量煤粉，释放煤储层的应力，增加煤层的透气性，既能使瓦斯抽放量大大提高，又使煤与瓦斯突出的危险性大大降低。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种煤矿三高区钻孔、排粉、增透一体化装置，该装置不仅可以提高钻孔成孔质量、钻孔深度，而且通过排粉、造穴使储层的应力得到有效释放，提高了储层的导流能力，降低了煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量，释放了一定的地应力，煤与瓦斯突出的危险性大大降低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤矿三高区钻孔、排粉、增透一体化装置，包括钻进系统、排粉系统和造穴增透系统，排粉系统和造穴增透系统分别从钻进系统后端伸到钻进系统前端。

所述钻进系统包括钻进电机1、中空的外钻杆2、同轴向设在外钻杆2内中空结构的内钻杆3和前小后大呈圆锥形状的钻头4，钻进电机1的动力输出端与外钻杆2通过三角带传动连接，内钻杆3外壁与外钻杆2内壁之间形成环形空腔13，内钻杆3外壁与外钻杆2内壁通过沿轴向设置的连接块5固定连接，钻头4设在外钻杆2和内钻杆3的前端，钻头4表面沿母线方向设有切割齿6，外钻杆2前端外圆周上设有扩径体7。

所述排粉系统包括第一高压水泵8，第一高压水泵8通过第一高压水管9与内钻杆3的中部空腔14连通，内钻杆3后端封堵，钻头4上设有与中部空腔14连通的排粉水孔10。

所述造穴增透系统包括第二高压水泵11，第二高压水泵11通过第二高压水管12与环形空腔13连通，外钻杆2后端封堵，钻头4上设有与环形空腔13上部连通的弧形射流水孔15。

该装置还包括从钻进系统后端伸到钻进系统前端的破碎系统。

所述破碎系统包括破碎电机16以及与破碎电机16的动力输出端通过三角带传动连接的传动轴17，传动轴17沿轴向穿设在内钻杆3的中部空腔14内，传动轴17通过大轴承18与外钻杆2转动连接，传动轴17通过小轴承19与内钻杆3转动连接，传动轴17前端穿过钻头4的外侧均布有碎石杆20，传动轴17前侧通过钻头连接轴承21与钻头4转动连接。

所述外钻杆2至少设有两根，相邻外钻杆2之间螺纹连接，内钻杆3至少设有两根，相邻内钻杆3之间螺纹连接。