CN110374543B - 煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿井下钻孔封孔装置，具体为煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置及方法。解决采用复合射孔技术在岩层中定向造缝过程中，压裂高能气体威力大，封孔难度高，因而现有封孔装置及方法无法满足封孔需要的问题。该封孔装置由插孔机构、调位螺母、套管、单体液压支柱组成；插孔机构由底板和垂直固定于底板上的螺纹杆构成，螺纹杆上的螺纹与调位螺母配合；螺纹杆能***所用复合射孔器底部，套管能套于所用复合射孔器上并被拧于螺纹杆上的调位螺母支撑，套管阻塞所用复合射孔器与钻孔之间的间隙；单体液压支柱支撑于插孔机构的底板下方。本发明实现了复合射孔造缝过程中的安全压裂，提高了压裂效果，实现了岩层垮落的准确控制。

Description

煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置及方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下钻孔封孔装置，具体为煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置及方法。
背景技术
煤层地下开采，岩层控制是核心，目前对于岩层的垮落控制，均无有效技术措施能实现岩层垮落的准确控制；复合射孔技术作为石油行业增加出油通道的主要技术，主要通过金属粒子射流与高能气体双重耦合致裂，形成孔缝融合的裂缝面。将复合射孔技术用于煤矿井下坚硬岩层定向造缝控制，是顶板控制的新型途径；但复合射孔技术应用过程中，高能气体压裂压力高达60~80MPa，冲击力极大，若封孔措施不到位，极易冲破钻孔造成高能气体泄漏，不仅影响压裂成缝效果，而且安全隐患大，同时会对钻孔口形成冲击，反而对围岩表面形成破坏。因此，复合射孔过程中，研发强有力封孔装置及工艺，保障压裂效果，提高射孔安全性，是亟待突破的工艺瓶颈。
发明内容
本发明解决采用复合射孔技术在岩层中定向造缝过程中，压裂高能气体威力大，封孔难度高，因而现有封孔装置及方法无法满足封孔需要的问题，提供一种煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，由插孔机构、调位螺母、套管、单体液压支柱组成；插孔机构由底板和垂直固定于底板上的螺纹杆构成，调位螺母拧于螺纹杆上；螺纹杆能***所用复合射孔器底部，套管能套于所用复合射孔器上并被拧于螺纹杆上的调位螺母支撑，套管阻塞所用复合射孔器与钻孔之间的间隙；单体液压支柱支撑于插孔机构的底板下方。
煤矿井下复合射孔造缝强力封孔方法，是由如下步骤实现的：
a. 在煤矿井下巷道顶板上钻孔，钻孔中放置复合射孔器，钻孔中最外部复合射孔器底部预留一段长度不放置射孔弹及火药；
b. 将套管***钻孔中，并使套管套住最外部复合射孔器，从而套管阻塞最外段复合射孔器与钻孔之间的间隙；
c. 将调位螺母拧于插孔机构的螺纹杆上，将插孔机构的螺纹杆***钻孔中最外部复合射孔器底部内，调节调位螺母位置使得调位螺母与套管之间不留空隙；
d. 采用单体液压支柱顶住插孔机构的底板，单体液压支柱底部固定于巷道底板。
本发明针对采用复合射孔方法在岩层中定向造缝过程中，火药***产生高能气体易冲破钻孔，造成压裂效果差及危险性高的技术难题，提供一种强力封孔装置及方法，实现了复合射孔造缝过程中的安全压裂，提高了压裂效果，实现了岩层垮落的准确控制。本发明有以下优点：1）采用金属装置封孔，强度大，解决了传统封孔装置强度不足的问题；2）封孔装置可以循环重复利用，成本低；3）封孔装置尺寸可以根据钻孔及复合射孔器尺寸随机调整，灵活性强；4）封孔装置操作流程及工艺简单，推广应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明所述煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置结构示意图；
图2为本发明所述煤矿井下复合射孔造缝强力封孔方法示意图；
图3为本发明插孔机构结构示意图；
图4为本发明调位螺母结构示意图；
图5为本发明套管结构示意图；
图6为本发明所用的最外部复合射孔器的结构示意图。
图中：1—插孔机构，1－1－底板，1－2－螺纹杆，1－3－支撑环盘，2—调位螺母，2－1－手柄，3—套管，4—最外段复合射孔器，5—最外段射孔器未装射孔弹及火药的一段，6—巷道，7－钻孔，8－单体液压支柱。
具体实施方式
煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，由插孔机构1、调位螺母2、套管3、单体液压支柱8组成；插孔机构1由底板1－1和垂直固定于底板1－1上的螺纹杆1－2构成，调位螺母2拧于螺纹杆1－2上；螺纹杆1－2能***所用复合射孔器底部（螺纹杆1－2的外径小于所用复合射孔器尾部的内径），套管3能套于所用复合射孔器上（套管3的内径大于所用复合射孔器的外径）并被拧于螺纹杆1－2上的调位螺母2支撑，套管3阻塞所用复合射孔器与钻孔之间的间隙（套管3的外径小于等于钻孔的内径）；单体液压支柱8支撑于插孔机构1的底板1－1下方。具体实施时，螺纹杆1－2中下部外凸有支撑环盘1－3，螺纹开在支撑环盘1－3之上，支撑环盘1－3用于在调位螺母2螺纹失效时支住调位螺母2。调位螺母2上固定有手柄2－1，以方便调节调位螺母2。
螺纹杆1－2的支撑环盘1－3的上部长度S 2 、螺纹杆1－2的螺纹段高度S 4 、调位螺母2的高度S 3 、最外段复合射孔器4的未装射孔弹及火药的一段5的长度S 1 ，满足关系式S 1 ≤S 2 -S 3 ，S 1 ≥S 2 –S 4 ，以保证插孔机构1的***段能够填满最外段复合射孔器4的未装射孔弹及火药的一段5，同时也能保证调位螺母2处于插孔机构1螺纹段内，利于封孔装置的稳定性。螺纹杆1－2的支撑环盘1－3的上部直径l 1 、套管3内径l 2 、套管3外径l 3 、最外段复合射孔器4的外径l 4 、钻孔7直径D，满足关系式l 1 =（0.85~0.90）l 4 ，l 4 =（0.85~0.90）l 2 ，l 3 =（0.90~0.95）D，以保证各构件之间能够紧密贴合，同时保证套管与钻孔之间保留极小的缝隙，减小***能量损失，增强封孔强度，提高射孔效果。
煤矿井下复合射孔造缝强力封孔方法，是由如下步骤实现的：
a. 在煤矿井下巷道6顶板上钻孔，钻孔7中放置复合射孔器，钻孔7中最外部复合射孔器4底部预留一段5不放置射孔弹及火药；
b. 将套管3***钻孔7中，并使套管3套住最外部复合射孔器4，从而套管3阻塞最外段复合射孔器4与钻孔7之间的间隙；
c. 将调位螺母2拧于插孔机构1的螺纹杆1－2上，将插孔机构1的螺纹杆1－2***钻孔7中最外部复合射孔器4底部内，调节调位螺母2位置使得调位螺母2与套管3之间不留空隙；
d. 采用单体液压支柱8顶住插孔机构1的底板1－1，单体液压支柱8底部固定于巷道6底板。

Claims (6)

1.一种煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，其特征在于，由插孔机构(1)、调位螺母(2)、套管(3)、单体液压支柱(8)组成；插孔机构(1)由底板(1－1)和垂直固定于底板(1－1)上的螺纹杆(1－2)构成，调位螺母(2)拧于螺纹杆(1－2)上；螺纹杆(1－2)***所用复合射孔器底部，套管(3)套于所用复合射孔器上并被拧于螺纹杆(1－2)上的调位螺母(2)支撑，套管(3)阻塞所用复合射孔器与钻孔之间的间隙；单体液压支柱(8)支撑于插孔机构(1)的底板(1－1)下方。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，其特征在于，螺纹杆(1－2)中下部外凸有支撑环盘(1－3)，螺纹开在支撑环盘(1－3)上部的螺纹杆(1－2)上。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，其特征在于，调位螺母(2)上固定有手柄(2－1)。
4.根据权利要求3所述的煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，其特征在于，螺纹杆(1－2)的支撑环盘(1－3)的上部长度S 2 、螺纹杆(1－2)的螺纹段高度S 4 、调位螺母(2)的高度S 3 、最外段复合射孔器(4)的未装射孔弹及火药的一段(5)的长度S 1 ，满足关系式S 1 ≤S 2 -S 3 ，S 1 ≥S 2 –S 4 。
5.根据权利要求4所述的煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置，其特征在于，螺纹杆（1－2）的支撑环盘（1－3）的上部直径l 1 、套管（3）内径l 2 、套管（3）外径l 3 、最外段复合射孔器（4）的外径l 4 、钻孔（7）直径D，满足关系式l 1 =（0.85~0.90）l 4 ，l 4 =（0.85~0.90）l 2 ，l 3 =（0.90~0.95）D。
6.采用如权利要求5所述的煤矿井下复合射孔造缝强力封孔装置的煤矿井下复合射孔造缝强力封孔方法，是由如下步骤实现的：
a. 在煤矿井下巷道(6)顶板上钻孔，钻孔(7)中放置复合射孔器，钻孔(7)中最外部复合射孔器(4)底部预留一段(5)不放置射孔弹及火药；
b. 将套管(3)***钻孔(7)中，并使套管(3)套住最外部复合射孔器(4)，从而套管(3)阻塞最外段复合射孔器(4)与钻孔(7)之间的间隙；
c. 将调位螺母(2)拧于插孔机构(1)的螺纹杆(1－2)上，将插孔机构(1)的螺纹杆(1－2)***钻孔(7)中最外部复合射孔器(4)底部内，调节调位螺母(2)位置使得调位螺母(2)与套管(3)之间不留空隙；
d. 采用单体液压支柱(8)顶住插孔机构(1)的底板(1－1)，单体液压支柱(8)底部固定于巷道(6)底板。
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