[发明专利]一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法

说明书

本发明公开了一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法，本发明的液态二氧化碳相变压裂机构包括多节相变压裂管构件，相邻的两节相变压裂管构件之间同轴连接，且每节相变压裂管构件的定压剪切片正好正对所述旋切槽设置，旋切槽的设置，可有效的提高瞬间释放高压、高速的超临界二氧化碳气体冲击煤层内部的效果，并保证气体在瞬间冲击煤层的接触面积，提高冲击增透的能力，保证煤层压裂的效果与可靠性，本发明可以根据钻孔以及切槽的间距，来自动调节各节相变压裂管构件之间间距，结构简单，方便，可调控性强。

技术领域

本发明具体是一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法，涉及瓦斯抽采增透相关领域。

背景技术

在煤矿开采过程中，随着煤层开采深度的增加，煤层渗透性随之减小，从而严重制约了煤层瓦斯抽采率和抽采效果。对此，需要向煤层和瓦斯集聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，用抽采设备将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，加以利用；或排放至总回风流中。然而，如果随着煤层深度的增加，其渗透性达到一定程度，仅仅依靠钻孔后的抽采，难以保证抽采的效率，很难实现煤层中瓦斯有效抽出的目的。对此，需要采用增透技术以及增透设备来对煤层增透处理，目前的增透主要包括高压水压裂技术、爆破技术以及二氧化碳相变压裂技术等，高压水压裂技术中所需设备的尺寸极大，压裂装备的限制导致难以实现井下的有效作业，而爆破技术效率高，但是，对于爆破技术要求较高，而且容易出现事故等问题，而二氧化碳相变压裂技术不仅高效，而且易于控制，因此，这种技术的应用较为广泛，然而，目前的这种技术仅仅依靠将液态的二氧化碳伸入钻孔中，二氧化碳相变时难以最大化的发挥其体积瞬间增加的压裂效果，影响压裂能力。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法。

本发明是这样实现的，构造一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其包括钻孔与高压喷射旋切机构和液态二氧化碳相变压裂机构，其中，所述钻孔与高压喷射旋切机构包括同轴布置的钻孔机构和旋切机构，所述钻孔机构用于对煤层进行钻孔，所述旋切机构在钻孔中沿着钻孔的深度方向间隔的旋切出多个旋切槽，其特征在于，所述液态二氧化碳相变压裂机构包括多节相变压裂管构件，相邻的两节相变压裂管构件之间同轴连接，且每节相变压裂管构件的定压剪切片正好正对所述旋切槽设置，所述钻孔与高压喷射旋切机构由控制器进行控制，以便根据所述钻孔的深度来控制所述旋切机构作业，并使得相邻的两个旋切槽之间的间距等于相邻两节相变压裂管构件的定压剪切片之间的间距。

进一步，作为优选，所述钻孔机构包括钻杆、钻杆安装座、旋转驱动机构、钻头组件，其中，所述钻杆可转动的套设安装在所述钻杆安装座上，所述钻杆安装座固定支撑布置在待钻孔的位置，所述钻杆由所述旋转驱动机构驱动转动，所述钻杆的最前端还设置有所述钻头组件，所述钻头组件的前端钻头能够相对于所述钻杆转动。

进一步，作为优选，所述钻头组件包括钻头、前端防水电机和导向刀头，所述钻杆的最前端固定设置有所述前端防水电机，所述钻头固定安装在所述前端防水电机的输出端，所述钻头的整体为锥形结构，且所述钻头的四周设置有螺旋刃，所述钻头的最前端设置有与所述钻杆同轴的导向刀头，所述导向刀头为圆柱结构，且所述导向刀头的直径为8-20mm，长度为20-80mm，所述前端防水电机的转速至少为所述钻杆转速的三倍，且二者的转动方向相同。

进一步，作为优选，所述钻头的最大外径处的外径大于所述前端防水电机的最大外径处的外径，且所述钻头的最大外径处的外径大于所述旋切机构的最大外径处的外径，且在钻孔时，所述旋切机构能够向钻孔内喷射水流，所述钻杆为空心结构，以便通过钻杆的中心孔为所述前端防水电机的电源线提供容纳布置空间。