[发明专利]煤层高压水射流冲‑钻‑扩‑割一体化增透装置及其方法

权利要求书

1.一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，包括钻机、钻杆和钻头，其特征在于：所述钻杆呈中空结构，所述钻头包括圆柱状的本体，所述本体的前端向前延伸形成同轴的圆锥台状扩孔部，所述扩孔部前小后大，在扩孔部的锥面上周向均匀固定有至少两个扩孔刀，每一所述扩孔刀的顶部均呈圆弧形，所述扩孔部的小头端端面向前延伸形成周向均布的至少三个钻齿，所述本体的后端向后延伸形成同轴的圆柱状割缝部，所述割缝部的半径比本体圆柱段的半径小；在所述扩孔部、本体和割缝部内开有供液体通过的孔道，所述孔道的前端贯通扩孔部的前端、孔道的后端贯通割缝部的后端，在所述孔道的前孔口安装有冲孔喷嘴，在所述割缝部内安装有至少一个横向的割缝喷嘴，所述割缝喷嘴的外端贯通割缝部的周侧壁，割缝喷嘴的内端与孔道连通，在所述孔道内还安装有阀芯，当水压小时，阀芯将割缝喷嘴的内端封闭，所述孔道前后贯通，当水压大时，阀芯向前堵住孔道的前部，同时割缝喷嘴内端与孔道后部连通；所述割缝部的后端与钻杆固定相连，并且孔道的后端与钻杆中心孔连通。

2.根据权利要求1所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：所述阀芯自后向前包括同轴的大圆柱段、中圆柱段、小圆柱段和锥形头，所述大圆柱段、中圆柱段和小圆柱段的半径依次减小，所述锥形头前小后大，并且锥形头的大头端半径与小圆柱段的半径相同，在所述大圆柱段和中圆柱段内开有相互贯通的过孔，在所述小圆柱段内开有至少两个周向均布的径向出水孔，所述出水孔的内端与中圆柱段的过孔前端连通；

所述孔道自后向前包括大圆柱孔、大圆锥孔、大安装孔、小安装孔和小圆柱孔，所述大圆柱孔、大安装孔、小安装孔和小圆柱孔均呈与本体同轴的圆柱孔，所述大圆锥孔呈与本体同轴且前小后大的圆锥孔，所述大圆柱孔的后端贯通割缝部的后端面，割缝部对应大圆柱孔的部位与钻杆螺纹连接；所述小圆柱孔的前端贯通扩孔部的前端面，所述冲孔喷嘴安装在孔道小圆柱孔的前端；所述大安装孔、小安装孔和小圆柱孔之间均呈台阶过渡，并且在小安装孔内的台阶面上固定有垫圈，并且所述大安装孔位于割缝部内，所述割缝喷嘴的内端与大安装孔的后部连通，在所述大安装孔的后端卡装有环形挡圈，所述阀芯的大圆柱段和中圆柱段分别与大安装孔和小安装孔滑动配合，在阀芯大圆柱段前端与孔道大安装孔内底之间垫装有弹簧，在弹簧的作用下，所述阀芯向后与挡圈抵紧，所述阀芯的大圆柱段将割缝喷嘴的内端封闭；当水压加大，水压克服弹簧的压力推动阀芯向前移动时，所述阀芯的锥形头前端伸入小圆柱孔，并且锥形头的锥面与垫圈抵紧，孔道前部封闭，所述割缝喷嘴的内端与大安装孔连通。

3.根据权利要求1或2所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：所述钻齿周向均布有三个，在每一所述钻齿的前端均固定有研磨颗粒，所述研磨颗粒由金刚石颗粒构成，所述钻齿呈扇形柱状，在每一所述钻齿的前端面均镶嵌有三个研磨颗粒。

4.根据权利要求3所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：所述扩孔刀为金刚石刀片，所述扩孔部锥面上的扩孔刀周向均布有三个，并且扩孔刀正对相邻钻齿间距的正中间。

5.根据权利要求4所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：在所述钻杆远离钻头的一端连接有高压水路，所述高压水路包括由高压水管依次连接的导水尾接、第一水泵、第一阀门和第一水仓，所述导水尾接固定连接在钻杆远离钻头的一端，在导水尾接上安装有第二阀门，在所述第一水泵上安装有第一压力表。

6.根据权利要求5所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：在所述钻杆上还安装有气水分离装置，所述气水分离装置包括通过法兰盘对接的管状前段和后段，所述钻杆自气水分离器的中心孔穿过，在所述前段外套装有橡胶套，橡胶套的两端密封固定在前段上，在橡胶套的后端设有充气孔；在所述后段中部开有两个相对的过孔，在后段的其中一个过孔上安装有抽放管路，在所述抽放管路上安装有第三阀门和第二压力表；在后段的另一过孔上连接有出水管路，所述出水管路的另一端与第一水仓连通；在所述后段的后端连接有密封环，所述密封环套装在钻杆上。

7.根据权利要求6所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：在所述出水管路上还布置有第二水仓和第二水泵，所述第二水泵位于第二水仓和第一水仓之间。