[发明专利]一种松软突出煤层长钻孔成孔系统及方法

说明书

发明提供一种松软突出煤层长钻孔成孔系统及方法。该系统包括水射流发生系统、钻机钻具系统、支撑套管、保压系统和气渣分离器。所述钻机钻具系统包括螺旋钻头、钻杆和钻机。所述钻机夹持钻杆的尾端。所述钻杆内布置有支撑套管。所述保压系统包括保压管、压力显示器和保压管密封装置。所述保压管的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。该成孔方法，包括放置保压管、钻进破碎、支撑套管从钻头处顶出等步骤。该系统保证了钻孔内的压力稳定，解决了垮孔、埋钻等长距离钻进中出现的问题，既实现了高效通畅的钻进作业，也能最大程度上利用废水进行循环作业，显著提高施工效率和经济效益。

技术领域

本发明涉及煤层瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种松软突出煤层长钻孔成孔系统及方法。

背景技术

钻孔长度对瓦斯抽采效果具有重要的影响，而随着煤炭开采深度增大，煤层所具有的高瓦斯压力、高地应力会使钻孔垮塌，导致喷孔、卡钻、埋钻等问题发生，无法保证施工安全，严重影响钻进施工的效率，同时，单纯地增大钻机的扭矩和钻杆的强度，仍不足以解决这类钻进问题。

因此在深部煤炭开采领域，亟需一种针对高应力、高瓦斯压力的钻进系统及方法，从而保证深部煤炭资源的安全高效开采。

发明内容

本发明的目的是提供一种松软突出煤层长钻孔成孔系统及方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种松软突出煤层长钻孔成孔系统，包括水射流发生系统、钻机钻具系统、保压系统和气渣分离器。

所述水射流发生系统包括加压泵和纳米流体储罐。所述加压泵和纳米流体储罐之间的管路上设置有纳米流体管道阀门。

所述钻机钻具系统包括螺旋钻头、钻杆和钻机。所述螺旋钻头安装在钻杆的首端。所述螺旋钻头外壁上设置有螺旋叶片。所述螺旋钻头内部具有轴向流道。所述螺旋钻头顶端设置有供高压水射出的高压喷头。所述高压喷头与轴向流道连通。所述钻机夹持钻杆的尾端。所述钻杆为双壁钻杆。所述钻杆的内管内腔为中心孔道。所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔。所述钻杆的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道。所述中心孔道中布置有支撑套管。所述支撑套管表面间隔布设支撑钩爪。所述支撑钩爪采用压簧结构。所述环形孔道中布置有抽渣管和输液管。所述抽渣管通过导渣通孔与中心孔道联通。所述输液管通过导流通孔与中心孔道联通。

所述保压系统包括保压管、压力显示器和保压管密封装置。所述保压管的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管通过锚杆固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆从保压管的后端伸入钻孔中。所述保压管后端开口处与钻杆之间安装有保压管密封装置。所述保压管的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管的周壁上还安装有压力显示器。所述保压管密封装置上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门将钻杆内部的抽渣管与气渣分离器相连接。保压管排渣阀门将保压管末端通过管道与气渣分离器相连接。

钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头在钻杆的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵送入螺旋钻头。高压喷头喷射轴向的高压液流，在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器。钻进完成后，支撑套管从高压喷头孔口处顶出。支撑套管与钻杆分离后，支撑钩爪自动张开支撑钻孔。

进一步，所述高压喷头连接有单向阀。

进一步，所述保压管采用金属材料制成。

进一步，所述气渣分离器整体为一个内中空的舱体。所述舱体内腔中布设有筛网。所述舱体上端设置有煤岩体碎渣入口。所述舱体侧壁上设置有瓦斯抽采口、排渣口和排水口。所述排渣口处设置有密封门和排渣通道。所述筛网的一端铰接在舱体内壁上。所述筛网将舱体的内腔分隔为上下两个容置空间。所述瓦斯抽采口和排渣口联通舱体上部容置空间和舱体外侧。所述排水口联通舱体下部容置空间和舱体外侧。