[发明专利]基于定向钻孔的井下梳状水力割缝增透装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于定向钻孔的井下梳状水力割缝增透装置，属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，包括高压泵、定向钻机、钻杆、螺杆马达，以及定向钻机割缝器。还涉及一种定向钻孔的井下梳状水力割缝增透方法：S1：依次连接高压泵、定向钻机、钻杆、螺杆马达和定向钻机割缝器；S2：通过定向钻机施工主孔；S3：通过定向钻机施工第一段梳状孔；S4：增加进水压力，在第一段梳状孔上施工环形缝隙；完成第一条环形缝隙切割后，退钻到合适的位置，开始第二条环形缝隙施工，直到第一段梳状孔上所有环形缝隙施工完成；S5：重复步骤S3‑S4，直到所有的梳状孔和环形缝隙施工完成；S6：退钻或者进钻到合适位置后在主孔上施工沟通缝隙。

技术领域

本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，涉及一种基于定向钻孔的井下梳状水力割缝增透装置及方法。

背景技术

煤炭是我国能源的基石。但我国开采的绝大多数煤层渗透率较低，随着开采深度的增加，瓦斯抽采难度进一步加大。瓦斯抽采是制约煤矿安全高效生产的关键，低渗、难抽煤层瓦斯抽采难题亟需攻克。

煤岩体结构改造是破解低渗煤层瓦斯抽采难题的关键。井下梳状孔是煤岩体结构改造的有效途径，且技术相对比较成熟，但梳状孔影响范围有限，难以达到一定范围内充分卸压增透的目的。水射流割缝局部卸压充分，但是不能实现定点施工。

因此，将井下梳状孔和水力割缝有机集成，充分发挥水力割缝局部卸压充分和增透明显以及井下梳状孔可以实现定点顶区域增透的优势，是近年来研究的重点和热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于定向钻孔的井下梳状水力割缝增透装置及方法，通过定向钻进方式施工的主孔和梳状孔，在梳状孔上采用定向钻机割缝器施工的若干条环形缝隙，并在主孔上施工若干条沟通缝隙的方式，将水力割缝和梳状孔增透技术优势有机结合，克服水力割缝不能定点定区域施工以及梳状孔影响范围有限的弊端。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于定向钻孔的井下梳状水力割缝增透装置，包括依次连接的高压泵、定向钻机、钻杆、螺杆马达，以及定向钻机割缝器；

所述定向钻机用于施工主孔和梳状孔，所述定向钻机割缝器用于在梳状孔上施工环形缝隙，并施工沟通缝隙。

进一步，所述定向钻机割缝器包括钻筒，所述钻筒的一端与螺杆马达连接，另一端与钻头连接，所述钻筒内设有低压水通道和高压水通道，所述低压水通道连接至钻头上的出水孔，所述高压水通道连接至钻筒侧面的高压水喷嘴；所述钻筒内还滑动连接有活塞，用于根据钻筒内的水力大小切换低压水通道与高压水通道。

进一步，所述钻头在与钻筒连接的一侧还通过第一弹簧连接有钢球，从而组成低压水减压机构，使得钻筒内部的压力小于漏失压力，保证所述螺杆马达能正常工作。

进一步，所述活塞还依次连接有芯轴和第二弹簧，从而组成高压水减压机构，使得钻筒内部的压力与流向喷嘴的压力始终保持一个压差，从而保证在高压割缝的过程中，螺杆马达能正常工作。

另一方面，本发明提供一种基于定向钻孔的井下梳状水力割缝增透方法，包括以下步骤：

S1：依次连接高压泵、定向钻机、钻杆、螺杆马达和定向钻机割缝器；

S2：通过定向钻机施工主孔；

S3：通过定向钻机施工第一段梳状孔；

S4：增加进水压力，在第一段梳状孔上施工环形缝隙；完成第一条环形缝隙切割后，退钻到合适的位置，开始第二条环形缝隙施工，直到第一段梳状孔上所有环形缝隙施工完成；

S5：重复步骤S3-S4，直到所有的梳状孔和环形缝隙施工完成；

S6：退钻或者进钻到合适位置后在主孔上施工沟通缝隙。