CN106320985B - 煤层高压水射流冲‑钻‑扩‑割一体化增透装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层高压水射流冲‑钻‑扩‑割一体化增透装置，包括钻机、钻杆和钻头，钻头包括圆柱状的本体，本体的前端向前延伸形成圆锥台状扩孔部，在扩孔部的锥面上固定有扩孔刀，扩孔部的小头端端面向前延伸形成钻齿，本体的后端向后延伸形成割缝部，割缝部的后端与钻杆固定相连，在扩孔部、本体和割缝部内开有供液体通过的孔道，孔道的后端与钻杆中心孔连通，在孔道的前孔口安装有冲孔喷嘴，在割缝部内安装有横向的割缝喷嘴，在孔道内还安装有阀芯。从而提供了一种冲‑钻‑扩‑割一体化煤层增透装置、并提供了一种利用该装置进行煤层增透的方法，有效地避免了钻孔偏移、改善了施工环境，减少了水和瓦斯的浪费，提高了工作效率。

Description

煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置及其方法

技术领域

本发明属于煤与瓦斯开采技术领域，具体地讲，特别涉及一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置及其方法。

背景技术

目前，煤层瓦斯作为清洁高热值能源之一，其抽采具有重大的现实意义。而我国的煤层瓦斯透气性低，瓦斯抽采困难，往往需要采用人工强化措施进行煤体致裂，增加煤层透气性系数，从而增大矿井瓦斯抽采率，实现煤层瓦斯规模化抽采利用。比较传统的煤层增透方法主要有水力压裂法和深孔预裂***法。但是，水力压裂的水压裂隙一般沿最大主应力方向扩展，受地质构造影响较大，其致裂裂隙往往具有一定的方向性；并且水力压裂裂隙扩展方向受煤层结构影响具有较大的不确定性，造成煤体致裂效果不均匀。深孔预裂***增透方法利用******瞬间产生的冲击波对煤体进行致裂，可取得较好的应用效果。但是，***运输、钻孔安装、起爆等各个环节均可能会出现安全事故；应用过程中如出现***拒爆，造成钻孔内残留***，在处理过程中相当危险；并且政府***管控严格，***审批程序复杂；实际使用时，***用量过大导致煤体粉化严重，***量少达不到理想的致裂半径。

高压水射流技术是上世纪五十年代开始发展起来的一项新技术，近三十年来，此技术在国内外研究发展迅速。高压水射流具有传递能量集中、无磨损、无火花、降尘和适应性强等优点，已广泛应用到煤炭、石油、化工、航空、建筑、机械等领域的清洗、切割、破碎等方面。煤炭行业最初只是利用高压水射流技术进行钻孔，近年来，一些学者和科研院所在水力压裂和高压水射流研究基础上又提出了高压水力割缝增透技术：利用专用的高压水力割缝设备，在煤层中已有的瓦斯抽采钻孔实施水平或者垂直割缝，增加煤层中的裂隙数量，使煤层应力释放，并增加煤层的渗透性。高压水力割缝破岩机理不同于普通圆射流，其破岩机理主要是：一方面通过高压水射流的正面冲击，对煤岩体产生拉伸、水楔作用进行破岩，另一方面在正面冲击形成的裂隙内产生水平载荷，使裂隙面产生剪切破坏并伴有冲蚀、拉伸破坏等多种形式作用的复杂过程。高压水力割缝增透技术能在钻孔煤层段形成均匀割缝，实现煤体卸压、促进煤体内吸附瓦斯向游离瓦斯转化，增大煤体透气性系数，显著增加煤层瓦斯抽采效率。

现有煤矿井下高压水射流钻孔技术和利用高压水射流进行水力割缝的研究成果主要存在以下缺陷：

一、钻孔水力割缝钻进过程中，由于岩层是一种非均质各向异性材料，且含较多的天然裂隙及缺陷，钻头在磨削煤岩体过程中，会沿前方软弱方向发生偏移，造成实际施工钻孔位置与设计钻孔位置产生一定的偏移误差，严重影响现场煤层割缝及瓦斯抽采效果；

二、钻扩孔和高压水力割缝是两套设备，需要先进行钻孔施工，之后再退出钻杆安装水力割缝钻头，进行水力切割，耗费时间长，劳动强度大，效率低下。并且，更换钻头时必须全部退出钻杆，若钻孔深度很深，则需花费更长的时间，在更换钻头过程中，频繁装拆钻杆，加快钻杆磨损，降低钻杆使用寿命；

三、在孔口没有相关保护装置，而井下煤层在钻进过程中，由于煤体内含有大量的高压瓦斯气体，存在较大的喷孔危险，钻孔施工过程中容易造成钻杆喷出、大量气体泄漏，造成瓦斯超限，甚至引起人员伤亡；

四、没有设置废水循环回收***，造成煤矿工作面大量积水，现场工作条件恶劣，限制了该技术在现场的应用；

五、钻头主要以旋转磨削破岩为主进行钻进，钻头易损坏，钻孔经济成本大。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，用以避免钻孔偏差，并提高钻孔和水力割缝效率。

本发明实现目的之一的技术方案如下：一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，包括钻机、钻杆和钻头，所述钻杆呈中空结构，所述钻头包括圆柱状的本体，所述本体的前端向前延伸形成同轴的圆锥台状扩孔部，所述扩孔部前小后大，在扩孔部的锥面上周向均匀固定有至少两个扩孔刀，所述扩孔部的小头端端面向前延伸形成周向均布的至少三个钻齿，所述本体的后端向后延伸形成同轴的圆柱状割缝部，所述割缝部的半径比本体圆柱段的半径小；在所述扩孔部、本体和割缝部内开有供液体通过的孔道，所述孔道的前端贯通扩孔部的前端、孔道的后端贯通割缝部的后端，在所述孔道的前孔口安装有冲孔喷嘴，在所述割缝部内安装有至少一个横向的割缝喷嘴，所述割缝喷嘴的外端贯通割缝部的周侧壁，割缝喷嘴的内端与孔道连通，在所述孔道内还安装有阀芯，当水压小时，阀芯将割缝喷嘴的内端封闭，所述孔道前后贯通，当水压大时，阀芯向前堵住孔道的前部，同时割缝喷嘴内端与孔道后部连通；所述割缝部的后端与钻杆固定相连，并且孔道的后端与钻杆中心孔连通。

采用上述结构，在本体前端设置扩孔部和钻齿，后端设置割缝部，并在扩孔部、本体和割缝部内设置孔道，孔道前端安装冲孔喷嘴，割缝部内安装割缝喷嘴，并在孔道内安装阀芯；当高压水水压较小时，阀芯将割缝喷嘴的内端封闭，高压水经由孔道和冲孔喷嘴对钻孔前方的煤体进行冲击和预破碎，可以减小钻进时的阻力，使得钻齿和扩孔刀进一步钻进研磨破碎时更容易向前推进，钻孔效率显著提高，高压水流同时还可以冷却钻头；当钻进完成需要进行水力割缝时，不需要更换钻头，只需退钻到指定位置加大高压水水压，使阀芯向前移动堵住孔道的前部，同时割缝喷嘴内端与孔道后部连通，高压水流进入割缝喷嘴，随着钻头的高速旋转对孔内煤体形成径向冲击力进行水力割缝。从而提供了一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，通过高压水射流冲击岩体或煤体，降低钻孔前方煤岩力学性质，且在钻孔前方煤岩体形成高压水力孔穴，引导钻齿沿高压水冲击孔穴内钻进，由于高压水射流方向始终保持沿钻头轴心方向，因此其冲击造穴位置始终处于钻头轴心方向，即设计钻孔方向，经过高压水射流冲击后钻齿前方煤体力学性质降低，且形成导向穴，从而保证了钻齿始终沿设计方向钻进，达到了高压水射流冲击造穴定向的作用，有效地避免了钻孔偏差。并且，通过钻齿钻头钻进后，煤岩体内孔径增大，但仍达不到瓦斯抽采钻孔孔径要求，故设计了扩孔结构，在高压水射流冲击造穴定向、钻齿钻进开孔之后，由扩孔刀沿钻齿磨削出的小尺寸钻孔进行磨削扩孔，由于冲击喷嘴已经对煤体进行了预破碎，钻齿亦对钻孔进行了一次钻进和研磨，钻孔内煤体已卸压，当扩孔刀片进行二次研磨扩孔时，向前推进的阻力已大大减小，研磨更加充分，更易排出，工作效率大大增加。最后增大水压使冲-钻-扩-割一体化三级钻头内的阀芯向前滑动，高压水射流水力冲击通道关闭，高压水沿割缝喷嘴喷出，通过钻机旋转，在煤体内实现割缝功能，最终显著地提高了钻孔和水力割缝的效率。

所述阀芯自后向前包括同轴的大圆柱段、中圆柱段、小圆柱段和锥形头，所述大圆柱段、中圆柱段和小圆柱段的半径依次减小，所述锥形头前小后大，并且锥形头的大头端半径与小圆柱段的半径相同，在所述大圆柱段和中圆柱段内开有相互贯通的过孔，在所述小圆柱段内开有至少两个周向均布的径向出水孔，所述出水孔的内端与中圆柱段的过孔前端连通；所述孔道自后向前包括大圆柱孔、大圆锥孔、大安装孔、小安装孔和小圆柱孔，所述大圆柱孔、大安装孔、小安装孔和小圆柱孔均呈与本体同轴的圆柱孔，所述大圆锥孔呈与本体同轴且前小后大的圆锥孔，所述大圆柱孔的后端贯通割缝部的后端面，割缝部对应大圆柱孔的部位与钻杆螺纹连接；所述小圆柱孔的前端贯通扩孔部的前端面，所述冲孔喷嘴安装在孔道小圆柱孔的前端；所述大安装孔、小安装孔和小圆柱孔之间均呈台阶过渡，并且在小安装孔内的台阶面上固定有垫圈，并且所述大安装孔位于割缝部内，所述割缝喷嘴的内端与大安装孔的后部连通，在所述大安装孔的后端卡装有环形挡圈，所述阀芯的大圆柱段和中圆柱段分别与大安装孔和小安装孔滑动配合，在阀芯大圆柱段前端与孔道大安装孔内底之间垫装有弹簧，在弹簧的作用下，所述阀芯向后与挡圈抵紧，所述阀芯的大圆柱段将割缝喷嘴的内端封闭；当水压加大，水压克服弹簧的压力推动阀芯向前移动时，所述阀芯的锥形头前端伸入小圆柱孔，并且锥形头的锥面与垫圈抵紧，孔道前部封闭，所述割缝喷嘴的内端与大安装孔连通。所述阀芯和孔道的结构简单、安装方便，阀芯与孔道之间的配合稳定且反应灵敏。

所述钻齿周向均布有三个，在每一所述钻齿的前端均固定有研磨颗粒，所述研磨颗粒由金刚石颗粒构成，所述钻齿呈扇形柱状，在每一所述钻齿的前端面均镶嵌有三个研磨颗粒。这样设置钻齿和研磨颗粒，一方面增加了钻齿强度、延长了钻齿使用寿命，另一方面增强了钻齿的研磨作用，降低了钻齿的磨削难度，有效地提高了钻进效率。

所述扩孔刀为金刚石刀片，所述扩孔部锥面上的扩孔刀周向均布有三个，并且扩孔刀正对相邻钻齿间距的正中间，每一所述扩孔刀的顶部均呈圆弧形。

在所述钻杆远离钻头的一端连接有高压水路，所述高压水路包括由高压水管依次连接的导水尾接、第一水泵、第一阀门和第一水仓，所述导水尾接固定连接在钻杆远离钻头的一端，在导水尾接上安装有第二阀门，在所述第一水泵上安装有第一压力表。设置高压水路为钻头提供高压水，其中第一阀门在水仓出口处，用于控制水量大小；第一水泵上设置第一压力表，可以显示施工过程中水压动态变化；在导水尾接上设置有第二阀门以控制高压水流量。在高压水路中第一水泵是进行水压提升的主要设备，选用的高压水泵应具有多级调节功能，最少具有4级调节功能，可以根据钻孔对象实现调节，最大输出水压应满足120MPa，高压水管承压能力需是高压水泵最大输出压力的1.2倍。

在所述钻杆上还安装有气水分离装置，所述气水分离装置包括通过法兰盘对接的管状前段和后段，所述钻杆自气水分离器的中心孔穿过，在所述前段外套装有橡胶套，橡胶套的两端密封固定在前段上，在橡胶套的后端设有充气孔；在所述后段中部开有两个相对的过孔，在后段的其中一个过孔上安装有抽放管路，在所述抽放管路上安装有第三阀门和第二压力表；在后段的另一过孔上连接有出水管路，所述出水管路的另一端与第一水仓连通；在所述后段的后端连接有密封环，所述密封环套装在钻杆上。设置气水分离器，一方面对钻孔进行封闭，避免瓦斯和废水溢出恶化工作环境；另一方面对瓦斯和废水进行收集，避免了钻孔施工过程中煤层瓦斯释放造成瓦斯超限，可在一定程度上减少施工中瓦斯喷孔的危害程度，既减少了瓦斯的浪费，又降低了钻孔过程的安全隐患；并且可以实现施工过程中水的重复利用。

在所述出水管路上还布置有第二水仓和第二水泵，所述第二水泵位于第二水仓和第一水仓之间。设置第二水仓和第二水泵，便于对气水分离器收集的废水进行沉淀。

本发明的目的之二在于提供一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透方法。

本发明实现目的之二的技术方案如下：

包括以下步骤：

(1)准备阶段，在井下钻孔位置安装目的之一技术方案的钻机、钻杆和钻头，并用料石堆砌第一水仓和第二水仓，将第一水仓注满水，调整钻机位置布置高压水路，并将导水尾接与钻杆固定连接；

(2)试压钻进，钻进1m；

(3)安装气水分离器，将气水分离器的前段和后段套在钻杆上，并将前段安装至钻孔内，对前段外套装的橡胶套充气使橡胶套膨胀与钻孔孔壁贴合，将后段的两个孔调整至一上一下布置，在朝上的过孔处安装抽放管路，在朝下的过孔处连接出水管路，然后将前段与后段通过法兰盘固定连接；

(4)钻进，依次打开第一水泵和钻机进行钻进，钻进过程中重复进行钻杆加送推进，直至钻孔长度满足设计要求；同时打开抽放管路上的抽放阀门和出水管路上的第二水泵；

(5)水力割缝，钻进施工完成后关闭第一水泵和第二阀门，根据设计割缝方案进行退钻，退钻过程中，当钻头退至所需割缝位置时，再次打开第一水泵和钻机，调节第一水泵压力和第二阀门，使高压水流压力大于钻进时的水力冲击压力，使高压水从割缝喷嘴喷出，随着钻头旋转形成高压环形水流对煤体切割1-2min，然后退钻到下一指定位置重复进行割缝。

在钻进和水力割缝过程中，当第二水仓内水煤浆量达到设定程度，关闭第二水泵，在第二水仓内加入适量混凝剂以加速水与煤粉混合物的沉降速度。

有益效果：本发明通过在钻头上设置扩孔部、钻齿、割缝部和阀芯，从而提供了一种高压水射流冲击造穴定向、钻齿钻进、扩孔刀扩孔、割缝部割缝的冲-钻-扩-割一体化煤层增透装置、以及利用该装置进行煤层增透的方法，从而有效地避免了钻孔偏移、改善了施工环境，减少了水和瓦斯的浪费，提高了工作效率。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为钻头的结构示意图。

图3为图1的俯视图。

图4为气水分离器的结构示意图。

图5为实施例二的步骤示意图。

图中标记如下：第一水仓 1、第一阀门 2、第一水泵 3、第一压力表 4、高压水管5、导水尾接 6、第二阀门 7、钻头 8、本体 81、扩孔部 82、割缝部 83、钻齿 84、研磨颗粒85、扩孔刀 86、阀芯 87、挡圈 88、弹簧 89、垫圈 810、冲孔喷嘴 811、割缝喷嘴 812、大圆柱孔 8a、大圆锥孔 8b、大安装孔 8c、小安装孔 8d、小圆柱孔 8e、气水分离器 9、前段 91、橡胶圈 92、后段 93、密封套 94、抽放管路 10、第三阀门 11、第二压力表 12、钻杆 13、钻机 14、第二水仓 15、第二水泵 16、出水管路 17。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。

实施例一：

如图1、图2和图3所示，本发明包括钻机14、钻杆13和钻头8，所述钻杆13呈中空结构。所述钻头8包括圆柱状的本体81，所述本体81的前端向前延伸形成同轴的圆锥台状扩孔部82，所述扩孔部82前小后大，在扩孔部82的锥面上周向均匀固定有至少两个扩孔刀86，所述扩孔刀86的数量根据实际需要调整，本实施例优选所述扩孔部82锥面上的扩孔刀86周向均布有三个，并且扩孔刀86两两之间的夹角为120°。所述扩孔刀86为金刚石刀片，每一所述扩孔刀86的顶部均呈圆弧形。所述扩孔部82的小头端端面向前延伸形成周向均布的至少三个钻齿84，所述钻齿84的数量根据实际需要设置、不做限定。本实施例优选所述钻齿84周向均布有三个，并且扩孔刀86正对相邻钻齿84间距的正中间。在每一所述钻齿84的前端均固定有研磨颗粒85，研磨颗粒85的数量根据实际需要设置，不做限定；本实施例优选在每一所述钻齿84的前端面均镶嵌有三个研磨颗粒85。所述研磨颗粒85由金刚石颗粒构成，所述钻齿84呈扇形柱状。

如图1、图2和图3所示，所述本体81的后端向后延伸形成同轴的圆柱状割缝部83，所述割缝部83的半径比本体81圆柱段的半径小。在所述扩孔部82、本体81和割缝部83内开有供液体通过的孔道，所述孔道的前端贯通扩孔部82的前端、孔道的后端贯通割缝部83的后端。在所述孔道的前孔口安装有冲孔喷嘴811，在所述割缝部83内安装有至少一个横向的割缝喷嘴812，所述割缝喷嘴812的外端贯通割缝部83的周侧壁，割缝喷嘴812的内端与孔道连通。本实施例优选所述割缝喷嘴812相对布置有两个。在所述孔道内还安装有阀芯87，当水压小时，阀芯87将割缝喷嘴812的内端封闭，所述孔道前后贯通；当水压大时，阀芯87向前堵住孔道的前部，同时割缝喷嘴812内端与孔道后部连通。所述割缝部83的后端与钻杆13固定相连，并且孔道的后端与钻杆13中心孔连通。

如图2和图3所示，所述阀芯87自后向前包括同轴的大圆柱段、中圆柱段、小圆柱段和锥形头，所述大圆柱段、中圆柱段和小圆柱段的半径依次减小，所述锥形头前小后大，并且锥形头的大头端半径与小圆柱段的半径相同。在所述大圆柱段和中圆柱段内开有相互贯通的过孔，在所述小圆柱段内开有至少两个周向均布的径向出水孔，所述出水孔的内端与中圆柱段的过孔前端连通。

如图2和图3所示，所述孔道自后向前包括大圆柱孔8a、大圆锥孔8b、大安装孔8c、小安装孔8d和小圆柱孔8e，所述大圆柱孔8a、大安装孔8c、小安装孔8d和小圆柱孔8e均呈与本体81同轴且半径依次减小的圆柱孔，所述大圆锥孔8b呈与本体81同轴且前小后大的圆锥孔。所述大圆柱孔8a的后端贯通割缝部83的后端面，割缝部83对应大圆柱孔8a的部位与钻杆13螺纹连接。所述小圆柱孔8e的前端贯通扩孔部82的前端面，所述冲孔喷嘴811安装在孔道小圆柱孔8e的前端。所述大安装孔8c、小安装孔8d和小圆柱孔8e之间均呈台阶过渡，并且在小安装孔8d内的台阶面上固定有垫圈810。所述大安装孔8c位于割缝部83内，所述割缝喷嘴812的内端与大安装孔8c的后部连通，在所述大安装孔8c的后端卡装有环形挡圈88，所述阀芯87的大圆柱段和中圆柱段分别与大安装孔8c和小安装孔8d滑动配合。在阀芯87大圆柱段前端与孔道大安装孔8c内底之间垫装有弹簧89，在弹簧89的作用下，所述阀芯87向后与挡圈88抵紧，所述阀芯87的大圆柱段将割缝喷嘴812的内端封闭。当水压加大，水压克服弹簧89的弹力推动阀芯87向前移动时，所述阀芯87的锥形头前端伸入小圆柱孔8e，并且锥形头的锥面与垫圈810抵紧，孔道前部封闭，所述割缝喷嘴812的内端与大安装孔8c连通。

如图1所示，在所述钻杆13远离钻头8的一端连接有高压水路，所述高压水路包括由高压水管5依次连接的导水尾接6、第一水泵3、第一阀门2和第一水仓1，所述导水尾接6固定连接在钻杆13远离钻头8的一端，在导水尾接6上安装有第二阀门7，在所述第一水泵3上安装有第一压力表4。

如图1和图4所示，在所述钻杆13上还安装有气水分离装置，所述气水分离装置包括通过法兰盘对接的管状前段91和后段93，所述钻杆13自气水分离器9的中心孔穿过。在所述前段91外套装有橡胶套，橡胶套的两端密封固定在前段91上，在橡胶套的后端设有充气孔。在所述后段93中部开有两个相对的过孔，在后段93的其中一个过孔上安装有抽放管路10，在所述抽放管路10上安装有第三阀门11和第二压力表12。在后段93的另一过孔上连接有出水管路17，所述出水管路17的另一端与第一水仓1连通；在所述后段93的后端连接有密封环94，所述密封环94套装在钻杆13上。在所述出水管路17上还布置有第二水仓15和第二水泵16，所述第二水泵16位于第二水仓15和第一水仓1之间。

实施例二：

如图5所示，一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透方法，包括以下步骤：

(1)准备阶段，在井下钻孔位置安装钻机、钻杆和钻头，并用料石堆砌第一水仓和第二水仓，将第一水仓注满水，调整钻机位置布置高压水路，并将导水尾接与钻杆固定连接。

(2)试压钻进，钻进1m。

(3)安装气水分离器，将气水分离器的前段和后段套在钻杆上，并将前段安装至钻孔内，对前段外套装的橡胶套充气使橡胶套膨胀与钻孔孔壁贴合，将后段的两个孔调整至一上一下布置。在朝上的过孔处安装抽放管路，在朝下的过孔处连接出水管路，然后将前段与后段通过法兰盘固定连接。

(4)钻进，依次打开第一水泵和钻机进行钻进，钻进过程中重复进行钻杆加送推进，直至钻孔长度满足设计要求。同时打开抽放管路上的抽放阀门和出水管路上的第二水泵。

(5)水力割缝，钻进施工完成后关闭第一水泵和第二阀门，根据设计割缝方案进行退钻，退钻过程中，当钻头退至所需割缝位置时，再次打开第一水泵和钻机，调节第一水泵压力和第二阀门，使高压水流压力大于钻进时的水力冲击压力，使高压水从割缝喷嘴喷出，随着钻头旋转形成高压环形水流对煤体切割1-2min，然后退钻到下一指定位置重复进行割缝。

在钻进和水力割缝过程中，当第二水仓内水煤浆量达到设定程度，关闭第二水泵，在第二水仓内加入适量混凝剂以加速水与煤粉混合物的沉降速度。

Claims (9)

1.一种煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，包括钻机、钻杆和钻头，其特征在于：所述钻杆呈中空结构，所述钻头包括圆柱状的本体，所述本体的前端向前延伸形成同轴的圆锥台状扩孔部，所述扩孔部前小后大，在扩孔部的锥面上周向均匀固定有至少两个扩孔刀，每一所述扩孔刀的顶部均呈圆弧形，所述扩孔部的小头端端面向前延伸形成周向均布的至少三个钻齿，所述本体的后端向后延伸形成同轴的圆柱状割缝部，所述割缝部的半径比本体圆柱段的半径小；在所述扩孔部、本体和割缝部内开有供液体通过的孔道，所述孔道的前端贯通扩孔部的前端、孔道的后端贯通割缝部的后端，在所述孔道的前孔口安装有冲孔喷嘴，在所述割缝部内安装有至少一个横向的割缝喷嘴，所述割缝喷嘴的外端贯通割缝部的周侧壁，割缝喷嘴的内端与孔道连通，在所述孔道内还安装有阀芯，当水压小时，阀芯将割缝喷嘴的内端封闭，所述孔道前后贯通，当水压大时，阀芯向前堵住孔道的前部，同时割缝喷嘴内端与孔道后部连通；所述割缝部的后端与钻杆固定相连，并且孔道的后端与钻杆中心孔连通。

2.根据权利要求1所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：所述阀芯自后向前包括同轴的大圆柱段、中圆柱段、小圆柱段和锥形头，所述大圆柱段、中圆柱段和小圆柱段的半径依次减小，所述锥形头前小后大，并且锥形头的大头端半径与小圆柱段的半径相同，在所述大圆柱段和中圆柱段内开有相互贯通的过孔，在所述小圆柱段内开有至少两个周向均布的径向出水孔，所述出水孔的内端与中圆柱段的过孔前端连通；

所述孔道自后向前包括大圆柱孔、大圆锥孔、大安装孔、小安装孔和小圆柱孔，所述大圆柱孔、大安装孔、小安装孔和小圆柱孔均呈与本体同轴的圆柱孔，所述大圆锥孔呈与本体同轴且前小后大的圆锥孔，所述大圆柱孔的后端贯通割缝部的后端面，割缝部对应大圆柱孔的部位与钻杆螺纹连接；所述小圆柱孔的前端贯通扩孔部的前端面，所述冲孔喷嘴安装在孔道小圆柱孔的前端；所述大安装孔、小安装孔和小圆柱孔之间均呈台阶过渡，并且在小安装孔内的台阶面上固定有垫圈，并且所述大安装孔位于割缝部内，所述割缝喷嘴的内端与大安装孔的后部连通，在所述大安装孔的后端卡装有环形挡圈，所述阀芯的大圆柱段和中圆柱段分别与大安装孔和小安装孔滑动配合，在阀芯大圆柱段前端与孔道大安装孔内底之间垫装有弹簧，在弹簧的作用下，所述阀芯向后与挡圈抵紧，所述阀芯的大圆柱段将割缝喷嘴的内端封闭；当水压加大，水压克服弹簧的压力推动阀芯向前移动时，所述阀芯的锥形头前端伸入小圆柱孔，并且锥形头的锥面与垫圈抵紧，孔道前部封闭，所述割缝喷嘴的内端与大安装孔连通。

3.根据权利要求1或2所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：所述钻齿周向均布有三个，在每一所述钻齿的前端均固定有研磨颗粒，所述研磨颗粒由金刚石颗粒构成，所述钻齿呈扇形柱状，在每一所述钻齿的前端面均镶嵌有三个研磨颗粒。

4.根据权利要求3所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：所述扩孔刀为金刚石刀片，所述扩孔部锥面上的扩孔刀周向均布有三个，并且扩孔刀正对相邻钻齿间距的正中间。

5.根据权利要求4所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：在所述钻杆远离钻头的一端连接有高压水路，所述高压水路包括由高压水管依次连接的导水尾接、第一水泵、第一阀门和第一水仓，所述导水尾接固定连接在钻杆远离钻头的一端，在导水尾接上安装有第二阀门，在所述第一水泵上安装有第一压力表。

6.根据权利要求5所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：在所述钻杆上还安装有气水分离装置，所述气水分离装置包括通过法兰盘对接的管状前段和后段，所述钻杆自气水分离器的中心孔穿过，在所述前段外套装有橡胶套，橡胶套的两端密封固定在前段上，在橡胶套的后端设有充气孔；在所述后段中部开有两个相对的过孔，在后段的其中一个过孔上安装有抽放管路，在所述抽放管路上安装有第三阀门和第二压力表；在后段的另一过孔上连接有出水管路，所述出水管路的另一端与第一水仓连通；在所述后段的后端连接有密封环，所述密封环套装在钻杆上。

7.根据权利要求6所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置，其特征在于：在所述出水管路上还布置有第二水仓和第二水泵，所述第二水泵位于第二水仓和第一水仓之间。

8.一种根据权利要求7所述煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透装置进行的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)准备阶段，在井下钻孔位置安装钻机、钻杆和钻头，并用料石堆砌第一水仓和第二水仓，将第一水仓注满水，调整钻机位置布置高压水路，并将导水尾接与钻杆固定连接；

(2)试压钻进，钻进1m；

(3)安装气水分离器，将气水分离器的前段和后段套在钻杆上，并将前段安装至钻孔内，对前段外套装的橡胶套充气使橡胶套膨胀与钻孔孔壁贴合，将后段的两个孔调整至一上一下布置，在朝上的过孔处安装抽放管路，在朝下的过孔处连接出水管路，然后将前段与后段通过法兰盘固定连接；

(4)钻进，依次打开第一水泵和钻机进行钻进，钻进过程中重复进行钻杆加送推进，直至钻孔长度满足设计要求；同时打开抽放管路上的抽放阀门和出水管路上的第二水泵；

(5)水力割缝，钻进施工完成后关闭第一水泵和第二阀门，根据设计割缝方案进行退钻，退钻过程中，当钻头退至所需割缝位置时，再次打开第一水泵和钻机，调节第一水泵压力和第二阀门，使高压水流压力大于钻进时的水力冲击压力，使高压水从割缝喷嘴喷出，随着钻头旋转形成高压环形水流对煤体切割1-2min，然后退钻到下一指定位置重复进行割缝。

9.根据权利要求8所述的煤层高压水射流冲-钻-扩-割一体化增透方法，其特征在于：在钻进和水力割缝过程中，当第二水仓内水煤浆量达到设定程度，关闭第二水泵，在第二水仓内加入适量混凝剂以加速水与煤粉混合物的沉降速度。