[发明专利]一种水力机械造穴装置、使用方法、及造穴工艺

说明书

本发明属于煤层增透技术领域，一种水力机械造穴装置，以高压水为动力源，采用导流阀控制与活塞传动的方式，实现铰接结构的机械切割臂在钻孔预定位置展开，一次成孔，连续造穴，在钻孔内部形成多段大直径孔洞，与传统水力冲孔技术相比，具备造穴半径大、尺寸稳定、造穴速度快等优点；与传统机械造穴相比，具有结构强度高、能够同时满足前进式和后退式两种连续或分段造穴需求，造穴效率高，切割臂易拆卸更换等优点。增加钻孔增透卸压范围，降低了人工劳动强度，降低了钻具机械损耗；有利于提升矿井瓦斯治理水平，确保煤矿安全生产。本发明还提出水力机械造穴装置的使用方法、以及造穴工艺。

技术领域

本发明属于煤层增透技术领域，特别是一种水力机械造穴装置、使用方法、及造穴工艺

背景技术

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，由于煤层的渗透性直接决定了煤矿瓦斯抽采及利用的效率，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。

煤层机械造穴是指借助顺层钻孔或穿层钻孔深入煤体内部，采用机械钻头变径扩孔的方式切割并排出大量煤体，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。

机械造穴技术相较于水力冲孔造穴具有造穴速度快，尺寸稳定，易于掌控等优点，是一种低透气性煤层卸压增透的有效方式。目前的机械造穴装置技术多借助钻机推力实现钻头变径，部分设备虽然能够在水力作用下实现钻头变径，然而传动结构以及切割臂稳定性较差，且由于传动结构限制，只能实现由孔口向孔底单方向扩孔造穴，扩孔效率较低，易卡刀。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的水力机械造穴装置，可解决上述背景提到的问题，该装置具备一次成孔、造穴尺寸易于掌控、结构稳定性好、不易卡钻、切割臂易更换、效率高等优点，并可同时满足前进式和后退式两种造穴需要。本发明还提供该机械造穴装置的使用方法、以及应用该水力机械造穴装置的造穴工艺。

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，一种水力机械造穴装置，包括切割体、移动块、活塞杆、活塞、无缝钢管、导流转换阀、第一缸筒、第二缸筒和复位弹簧，其中切割体包括导向铰接轴、切割体外壳、切割体连接头、以及两组前切割臂和后切割臂，所述移动块安装在切割体外壳内的尾部，移动块可在切割体外壳直线移动，两组前切割臂和后切割臂分别位于切割体外壳的对向两侧，移动块与后切割臂尾端相铰接，所述后切割臂前端与前切割臂后端通过导向铰接轴相铰接，前切割臂后端与切割体外壳前部相铰接，所述第二缸筒包括固定套、支撑端盖和第二缸筒外壳，第二缸筒外壳前端与切割体外壳后端对接，支撑端盖固定安装在第二缸筒外壳内的前段处，固定套设置在第二缸筒外壳内的后端处，所述活塞杆置于第二缸筒外壳内，活塞杆尾端与活塞固定连接，活塞杆的前段穿过支撑端盖与移动块固定连接，所述无缝钢管插装在活塞杆以及切割体内部，且无缝钢管前端延伸至切割体前端，无缝钢管后端延伸第二缸筒的后端，所述复位弹簧套装在活塞杆的外部，复位弹簧的前段抵接在支撑端盖的后端面，复位弹簧的后端抵接在活塞的前端面，导流转换阀安装在第一缸筒内，第一缸筒前端与第二缸筒的尾端对接，导流转换阀的两个出水口分别与无缝钢管的尾端和活塞后端空间连通；

在第一状态时，所述外接压力水通过导流转换阀对无缝钢管输出水流；在外接压力水的压力达到阈值后，达到第二状态，在第二状态时，导流转换阀输出的压力水推动活塞、活塞杆和移动块同步前移，使前切割臂和后切割臂沿其铰接处折叠并突出切割体外壳。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述前切割臂和后切割臂外表面安装有合金钻头。