[发明专利]一种远程操控的高效水力切割煤层增透装置及施工方法

说明书

本发明提供了一种远程操控的高效水力切割煤层增透装置及施工方法，涉及采矿和岩石的钻进技术领域，实现了对钻头运动轨迹的控制以及煤层切割的远程控制。该煤层增透装置包括复合钻头、探测管、钻杆机构、激流外管、钻机、转换接头和高压供水管路，探测管监测钻头的动态，并将监测信息传输至远程操控系统，复合钻头通过马达、转子和定子调整钻头的移动轨迹；激流外管呈环形设置在钻杆机构内，高压供水管路通过转换接头向激流外管供水，钻机控制钻杆机构和复合钻头转动。以及利用该装置切割煤层增透的施工方法，通过远程操控调整钻头运动轨迹，退钻过程中实现对煤体的全方位均匀切割，完成切割后安装瓦斯抽采管网，从而提高割缝效率，保证施工安全。

技术领域

本发明涉及采矿和岩石的钻进技术领域，尤其是一种远程操控的高效水力切割煤层增透装置及施工方法。

背景技术

煤炭作为主要能源，其产量与消费量在很长一段时间内占据主导地位，随着煤炭资源的开采，地质条件越来越复杂，煤炭开采深度逐年增加，导致矿井灾害频发，其中瓦斯与火灾造成的损失尤为严重，严重威胁了井下工作人员的生命安全。水力切割技术是一种新兴的切割技术，它把水经过高压泵加压然后再通过极细的喷嘴喷出，形成高压射流，以完成清洗、切割、破碎等作业。水力切割作为一种冷切割技术，具有无粉尘、无火花、无热效应等优点，不仅作业安全，切割效率还高，因此适合在煤矿这种封闭易爆的环境中使用。将水力切割技术应用于煤层增透中既能增加煤层通透性，降低瓦斯含量，又能润湿煤层，降低矿井粉尘浓度、减小火灾发生的概率。

现阶段在煤矿采用的水力钻孔割缝施工过程中，主要由井下人员现场操作完成，施工过程中钻头的轨迹和切割方向无法控制；尤其是多个钻孔同时施工时，如果不能保证钻孔之间的平行关系，则不能保证钻孔之间很好的连通，使得瓦斯分布不均，留下事故隐患，增加施工风险。因此需要通过远程操控钻头来调整钻进方向，从而保证确定轨迹钻孔水力割缝的施工效果。

发明内容

为了实现对钻头运动轨迹的控制以及煤层切割的远程控制，提高割缝效率，保证施工安全，本发明提供了一种远程操控的高效水力切割煤层增透装置及施工方法，具体的技术方案如下。

一种远程操控的高效水力切割煤层增透装置，包括复合钻头、探测管、钻杆机构、激流外管、钻机、转换接头、远程操控系统和高压供水管路；所述复合钻头包括钻头马达、定子、转子和钻头，钻头马达和定子相连，定子和转子连接，钻头固定在转子的端部；所述复合钻头与探测管固定连接，探测管固定在钻杆机构的端部，钻机控制钻杆机构转动，激流外管配置在钻杆机构内；所述高压供水管路和转换接头相连，转换接头向激流外管供水；所述远程操控系统分别与探测管和复合钻头传输无线信号。

优选的是，高压供水管路包括水站、压力泵和高压水管，压力泵和水站相连，高压水管和压力泵的出水口相连。

优选的是，远程操控系统向钻头马达发送无线控制信号，探测管将监测的钻头位置信息传输至远程操控系统。

优选的是，钻杆机构包括多个钻杆，钻杆中心设置有内管，钻杆外壁和内管之间的环形空间设置有激流外管。

还优选的是，高效水力切割煤层增透装置用于多个钻孔的施工，多个钻孔协同施工由1个远程操控系统控制多个探测管和复合钻头工作。

一种远程操控的高效水力切割煤层增透施工方法，利用上述的一种远程操控的高效水力切割煤层增透装置，步骤包括：

A.连接探测管、钻杆机构和复合钻头，启动钻机，探测管实时监测钻头的运动轨迹，远程操控系统控制钻头马达调整钻头运动轨迹；

B.钻头继续钻进至预定的深度后停止钻进，开启压力泵向激流外管泵送高压水；

C.高压水经过激流外管送至钻头上的割缝口，高压水喷射形成高压激流，切割煤体；

D.继续泵送高压水，并开启钻机退钻，探测管实时监测钻头的运动轨迹，远程操控系统控制钻头马达调整钻头运动轨迹；