[发明专利]一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透装置及方法

说明书

本发明涉及水力大直径分级造穴卸压增透技术领域，一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透装置，其中电动机供电装置设置在前端防爆电动机的尾部并与前端防爆电动机电性连接，第一传动锥齿轮通过驱动转轴径向安装在壳体内，且第一传动锥齿轮和电动机传动锥齿轮啮合，驱动圆柱齿轮与第一传动锥齿轮安装在同一转轴上，导水传动轴通过轴承安装在壳体内，且传动圆柱齿轮安装在导水传动轴上，射流组件尾部安装在导水传动轴中部且两者内部连通，传动链条绕装在驱动圆柱齿轮和传动圆柱齿轮外侧。本装置可实现多次分级立体冲孔造穴，扩大钻孔的卸压范围，提高卸压增透防突效果。另外本发明还提出了一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透方法。

技术领域

本发明涉及水力大直径分级造穴卸压增透技术领域，特别是一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透装置及方法。

背景技术

煤矿瓦斯(煤层气)是重要的非常规天然气资源之一，在煤矿井下开展高瓦斯煤层的煤层气抽采时，未卸压煤层的煤层气抽采能否取得较好的效果主要取决于煤层的渗透性。但我国大部分矿区的煤层属于高瓦斯低渗煤层，煤质松软且渗透性差，渗透率仅为10-⁴—10-³mD，由于煤层的渗透性直接决定了煤矿瓦斯(煤层气)抽采及利用的效率，解决低渗煤层的煤层气难抽问题已成为确保煤矿安全生产，提高煤层气产量和利用率的关键环节。研发提高低渗煤层的渗透性、煤层气增产的技术与装备，已成为一项艰难而迫切的任务，所以难抽煤层井下增透关键技术及装备研发已成为亟待开展的重要任务。

水力造穴是指借助顺层钻孔或穿层钻孔深入煤体内部，采用高压水射流冲出大量煤体及瓦斯，形成若干直径较大的洞室，在煤体中形成一定卸压排放瓦斯区域。该措施一方面在水力造穴过程中将大量松软煤体破碎并冲出，起到了降低煤体地应力的作用；另一方面在煤层中形成的洞穴增大煤层裸露面积并且在洞室周围形成巨大的裂隙网络，为瓦斯运移及抽采提供了广阔的空间，改善了煤层渗透性，可以有效提高瓦斯抽采效率和瓦斯抽采量。

水力冲孔造穴技术是一种低透气性煤层卸压增透的有效方式，进入深部后，煤层透气性进一步降低，地应力增加，需要采取更大强度的卸压增透措施才能保证抽采防突的效果。对于水力冲孔造穴技术来说，即需要制造更大半径的孔洞。目前的水力冲孔造穴技术受冲孔方法、设备能力、结构限制，最大造穴半径有限，一般不超过0.5m。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透装置，改变冲孔的过程，实现多次分级立体冲孔造穴，突破常规水力造穴方法造穴半径的极限，扩大钻孔的卸压范围，提高卸压增透防突效果。另外本发明还提出了一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透装置，包括钻杆、分级造穴钻头和高压供水系统，其中分级造穴钻头安装在钻杆的前端，所述高压供水系统连接在钻杆的尾端并对钻杆内部供水，所述分级造穴钻头包括壳体，该壳体内设有电动机供电装置、前端防爆电动机、电动机传动锥齿轮、第一传动锥齿轮、驱动圆柱齿轮和传动链条，分级造穴钻头还包括至少一组传动圆柱齿轮、导水传动轴和射流组件，其中电动机供电装置设置在前端防爆电动机的尾部并与前端防爆电动机电性连接，所述电动机供电装置尾部设有用于触发电动机供电装置对前端防爆电动机供电的轴向可回缩电动机开关，所述电动机传动锥齿轮连接在前端防爆电动机的动力输出端，第一传动锥齿轮通过驱动转轴径向安装在壳体内，且第一传动锥齿轮和电动机传动锥齿轮啮合，驱动圆柱齿轮与第一传动锥齿轮安装在同一转轴上；所述导水传动轴通过轴承安装在壳体内，且传动圆柱齿轮安装在导水传动轴上，所述射流组件尾部安装在导水传动轴中部且两者内部连通，所述壳体内部具有用于将钻杆内部水导入导水传动轴的导水管路，所述传动链条绕装在驱动圆柱齿轮和传动圆柱齿轮外侧。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述壳体前端延伸形成两个对向设置的安装夹板，该安装夹板内部中空，且安装夹板内部中空与所述壳体内部连通，所述导水传动轴垂直于安装夹板。