[发明专利]一种煤矿井下瓦斯抽采孔清孔钻头、清孔装置及清孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下瓦斯抽采孔清孔钻头、清孔装置及清孔方法。

背景技术

我国煤矿灾害事故十分严重，其中煤与瓦斯是最突出的事故。瓦斯抽采是治理煤矿瓦斯灾害最有效的方法之一，而煤矿井下瓦斯抽采主要依靠钻孔来实现。目前，在我国煤矿井下，尤其是松软煤层，瓦斯抽采孔经常塌孔，塌落的煤堆堵塞钻孔，阻碍瓦斯流通，严重影响抽采效果，影响煤矿安全生产。

目前，如何有效地解决煤矿井下瓦斯抽采孔塌孔这一难题，广大学者进行了大量的研究。如中国专利CN102312660A公告的《清孔钻具》，其针对塌孔问题进行了有效的处理，提出采用机械钻具清孔，但是机械钻具清孔存在对孔困难、效率低等问题，并且该方法没有针对防止再次塌孔做出改进，再次塌孔时只能再次清孔，该反复过程会影响煤矿井下的生产效率。因此，还有学者提出清孔并防止再次塌孔的方法，如CN103114810A公告的《一种煤层钻孔防塌孔随钻钻进下套筒装置及钻孔方法》与CN102226389A公告的《煤矿钻孔防塌孔管网和防塌孔方法》，但是还存在以下问题：两种方法均通过改进钻头与钻具防止塌孔，而改进后的钻头钻具复杂笨重，难以用于煤矿井下施工现场，影响钻孔速度，降低了钻孔效率，加工工艺要求较高，大幅增加了钻头钻具的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下瓦斯抽采孔清孔钻头、清孔装置及清孔方法，其能够提高对塌孔煤堆进行清孔的有效性。

本发明的技术方案如下：一种煤矿井下瓦斯抽采孔清孔钻头，包括带中心孔的钻体，所述中心孔的前端为前喷孔，中心孔内同轴固定有叶轮，中心孔的壁上设有向后倾斜的连通中心孔的后喷孔；还包括与钻体前端连接的散射头，散射头设有与前喷孔连通的锥形通孔，且锥形通孔的小口端与前喷孔对齐；所述叶轮设有与前喷孔同轴的直射孔。

进一步的，所述钻体的中心孔从前喷孔向后依次为锥形收缩段以及内径逐个增大的汇集段、叶轮安装段、后喷段和连接段，所述锥形收缩段的小口端朝前与前喷孔对齐，所述汇集段的内径与锥形收缩段大口端的直径相等，所述叶轮安装段的内壁与叶轮过盈配合，后喷孔的内端口设于后喷段的内壁上，所述连接段设有内连接螺纹。在孔径收缩的同时，对叶轮轴向限位，避免叶轮窜动。

本钻头通过叶轮对高压水流进行加旋，形成高压旋转水射流，且随着钻体中心孔孔径的收缩，增加了高压水流的速度，在散射头的锥形通孔的引导下，扩大了水射流的打击面；同时叶轮的直射孔也增大了水射流中心破煤的能量，提高了清孔效率。被击碎的煤颗粒在钻头的后喷孔喷射出水射流的推力下，被迅速冲出钻孔。

同时，本发明还提供了一种煤矿井下瓦斯抽采孔清孔装置，包括水箱，与水箱管道连接的高压泵，驱动高压泵的电机，连通高压泵与钻头的高压水管，用于缠绕高压水管的卷扬机，设于高压水管上的压力表和溢流阀，所述钻头为上述的清孔钻头，所述清孔钻头与高压水管螺纹密封连接。

另外，利用上述清孔装置，本发明还提供了一种清孔方法，包括如下步骤：

a）开启高压泵，高压泵产生的高压水流通过高压水管进入清孔钻头，并在高压水管外套设带筛眼的固孔筛管，固孔筛管与高压水管和清孔钻头之间留有排渣通道，高压水流经过叶轮的直射孔和叶片间隔槽，从前喷孔喷出高压直线水射流和高压旋转水射流，通过散射头的锥形通孔将高压旋转水射流导向地散射开，高压直线水射流和高压旋转水射流将塌孔煤堆击碎成煤颗粒；

b）在水射流击碎塌孔煤堆的同时，同速度地向钻孔内推入一段固孔筛管，固孔筛管的最前端与塌孔煤堆相抵；

c）部分高压水流在钻体中心孔的后喷段从后喷孔射出，驱动清孔钻头和高压水管前进，保持固孔筛管与高压水管同速度推进，并将击碎塌孔煤堆后的煤颗粒沿固孔筛管与高压水管间的排渣通道冲出；

d）清孔钻头前进的深度达到一根固孔筛管的长度时，用胶粘接一根新的固孔筛管，重复以上步骤a至步骤c，直至达到钻孔深度，关闭高压泵，使用卷扬机撤出高压水管与清孔钻头，将固孔筛管内衬于钻孔中进行固孔。

本发明的清孔装置及清孔方法针对煤矿井下瓦斯抽采孔塌孔，尤其是在松软煤层中，塌落煤堆堵塞钻孔，阻碍瓦斯流通进行抽采的情况，利用本清孔装置，以高压旋转水射流大面积地切割击破塌落煤堆，清孔效率高；并且在清孔的同时并进行有效地固孔，防止再次塌孔，且固孔筛管与高压水管和清孔钻头之间形成排渣通道，被击碎的煤颗粒能够迅速排出。

本发明结构简单，设计合理，阻力损失小，使用简便，能够广泛地用于煤矿井下的清孔作业。

附图说明