[发明专利]一种煤矿井下复杂地层用外平式高压旋喷注浆装置及方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下复杂地层用外平式高压旋喷注浆装置及方法，包括依次同轴连接的过水外管、中接头、下外管、钻头接头和外平式钻头；过水外管内设有能轴向移动的异形活塞，异形活塞端部与中接头端部之间为设有喷嘴的膨胀腔；异形活塞端部与中接头之间设有限位弹簧；过水外管与异形活塞之间的轴向通道、第一流道以及第二流道均密封连通；下外管内设有速凝箱，在第二流道与速凝箱之间连通有弯管，弯管侧壁开孔以与第一腔体连通；还包括分别设在第一腔体和第二腔体的第一单向射流喷嘴和第二单向射流喷嘴。采用本装置及工艺方法能充分发挥旋喷注浆改善煤矿井下复杂破碎地层的作用，能够有效护壁防塌、强化地层，减少或避免孔内事故的发生。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿井下复杂地层用外平式高压旋喷注浆装置及方法。

背景技术

我国是煤矿开采大国，95％以上的煤矿为井工开采，复杂的煤层地质条件，不仅限制了矿井的生产能力、采区走向长度、采煤工作面长度，造成了开采难度大、掘进效率低等问题，而且给煤矿安全生产带来了严重灾害，其中井下瓦斯灾害是我国煤矿安全生产中最严重的灾害之一，且随着采煤范围的扩大和采煤深度的增加，一些低瓦斯矿井逐渐转变成了高瓦斯矿井，使得煤矿安全生产形势更加严峻。我国煤矿几十年瓦斯治理的经验证明：瓦斯预抽采是降低煤层瓦斯含量、防治瓦斯灾害最有效的技术手段，同时也是综合利用瓦斯的基础。

煤矿井下定向长钻孔是目前瓦斯抽采最有效的技术手段。但是目前，定向钻的循环介质依然以清水为主导，护壁防塌、抑制泥页岩水化膨胀等性能较差。即使加入一些改善性能的处理剂，但效果并不理想。并且在成孔过程中消耗大量清水及处理剂，施工成本高且污染井巷环境。尤其当钻遇的地层呈现多样化，如煤岩层中出现断层、陷落柱、破碎地层、中硬及以上煤岩层变为不同类型煤岩层和顶底板岩层等问题，造成孔壁稳定性差、成孔难度大、易发生卡钻等孔内事故的问题，严重影响钻孔工程目标的实现。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种煤矿井下复杂地层用外平式高压旋喷注浆装置及方法，解决煤矿井下复杂破碎地层钻孔孔壁稳定性差、成孔难度大、易卡钻等问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种煤矿井下复杂地层用外平式高压旋喷注浆装置，包括依次同轴连接的过水外管、中接头、下外管、钻头接头和外平式钻头；

所述过水外管内设有能轴向移动的异形活塞，异形活塞端部与中接头端部之间的过水外管内部空间为膨胀腔，膨胀腔所在过水外管侧壁设有喷嘴；异形活塞端部与中接头之间设有限位弹簧；

所述过水外管与异形活塞之间的轴向通道、过水外管管壁上设置的沿轴向的第一流道以及中接头上设置的沿轴向贯通的第二流道均密封连通；

在所述下外管内设有速凝箱，速凝箱端部与中接头端部之间的空间为第一腔体，在第二流道与速凝箱之间连通有弯管，所述弯管侧壁开孔以与第一腔体连通；在第一腔体所在下外管侧壁设有能连通第一腔体与下外管外部的第一单向射流喷嘴，第一单向射流喷嘴沿下外管径向布设且能向下外管外部喷射；

所述钻头接头内部空间为第二腔体，速凝箱与所述第二腔体密封连通，在钻头接头侧壁设有能连通第二腔体与钻头接头外部的第二单向射流喷嘴，第二单向射流喷嘴沿钻头接头径向布设且能向钻头接头外部喷射。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述异形活塞包括一体成型的：中心杆、沿轴向均布在中心杆上的三个插板、设在插板端部的圆柱形的活塞头以及设在活塞头端面上的沿轴向布设的弹簧柱；

所述每个插板均沿中心杆的径向布设，所述插板沿中心杆径向的长度小于活塞头的半径；在所述活塞头的侧壁上开设有以中心杆中心轴为轴线的贯通活塞头两端的扇形槽；