CN111042792B - 一种钻孔深部纵向切缝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿开采矿压防治技术领域，一种钻孔深部纵向切缝装置，其中钻头内置小型防爆电动机均设置在空心钻杆头段内部，其供电装置和钻头内置小型防爆电动机电连接，以对钻头内置小型防爆电动机供电，所述安装夹板安装在空心钻杆头部端面处，所述金刚石锯片通过二级传动轴安装在安装夹板中，且金刚石锯片的部分外刃突出安装夹板且金刚石锯片直径大于空心钻杆，所述电动机传动齿轮安装在钻头内置小型防爆电动机的动力端，电动机传动齿轮通过传动齿轮组带动二级传动轴和金刚石锯片转动切割；所述空心钻杆尾部还具有控制空心钻杆的操作组件，钻头内置小型防爆电动机可通过外部电缆或内置电池供电。本发明还提出一种孔深部纵向切缝方法。

Description

一种钻孔深部纵向切缝装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿开采矿压防治技术领域，具体涉及煤矿井下钻孔深部顶板位置纵向切缝装置及方法。

背景技术

煤矿开采过程伴随着覆岩的移动，岩层的移动往往受控于煤层上方坚硬顶板。工作面推进过后，坚硬顶板若不能及时垮落，就会在工作面后方或巷道两侧形成大面积悬臂，悬臂的存在往往会引起工作面与巷道的应力集中和围岩大变形，给支护带来很大的困难，往往采取多种支护手段均无法对围岩达到很好的控制效果，除此之外，对于高瓦斯矿井，悬臂长时间存在，会造成上隅角瓦斯积聚，对于煤与瓦斯突出矿井，悬臂造成的大面积应力集中给煤与瓦斯突出防治带来十分不利影响，与此同时，随着工作面的继续推进，悬臂顶板持续受压骤然垮落，即有可能造成工作面与巷道的围岩突然来压，可能引发冲击地压等动力灾害；因此，对坚硬顶板破断垮落进行有效人工干预，切断顶板悬臂，一直是矿压控制技术的重点攻关研究方向。目前常用的坚硬顶板处理技术有***切顶、机械锯切顶、常规水力压裂、横向切槽水力压裂、纵向切槽水力压裂等。

***切顶作为一项沿空留巷卸压技术，能够起到切割顶板悬臂作用，然而施工程序较为复杂，***钻孔间距一般在600mm左右，施工成本较高，安全性较差；同煤集团自主研发的KLJ型矿用智能链臂锯切顶机，能够实现直接顶的机械切割，切面光滑，切顶效果较好，然而目前最大深度仅能达到6.6m，对于上方坚硬老顶的切割暂时仍无法实现；常规水力压裂作为一种经济有效的坚硬难垮顶板处理技术已在国内外推广应用，然而对裂缝的扩展路径无法有效掌控，钻孔施工设计主观性较大，工作面水力压裂初次放顶工程量大，巷道切顶卸压效果不明显；为实现对裂缝开裂，并进一步实现对裂缝扩展的有效掌控，通常采用定向水力压裂技术，即通过在水力压裂钻孔壁上制造两条人工裂缝，实现对水力压裂裂缝开裂以及扩展方向的引导，以便目前常采用横向切槽水力压裂和纵向切槽水力压裂两种定向水力压裂方式，纵向切槽水力压裂与横向切槽水力压裂相比，裂缝的引导切顶方向更利于顶板垮落。

与孔内切槽的小孔径气动双刃纵向切槽钻头相比，孔内切槽的小孔径气动双刃纵向切槽钻头采用位于钻孔外部的后端转机作为动力源，通过钻杆内置的传动杆长距离传动，钻杆间内部传动齿轮需充分咬合，连接精度要求较高，操作流程及传动结构复杂，传动效率低，且单节钻杆较重易生锈损坏，一旦某根钻杆传动出现问题，需要每根钻杆进行排查找出传动损坏位置，不适合钻孔深部的超远距离操控，常出现刀具不转、卡刀、刀具弯折等问题，成槽十分困难，无法实现煤矿井下钻孔深部坚硬顶板位置的远距离有效纵向切缝。

与一种预裂缝水力压裂切顶卸压施工方法及钻孔机具相比，一种预裂缝水力压裂切顶卸压施工方法及钻孔机具的刻槽钻机，采用径向传动小尺寸连接杆内置微型电动机带动螺旋尖钻刀转动，由于径向传动连接杆尺寸限制，电动机尺寸较小，功率较小，无法实现对砂岩等坚硬岩壁的高效钻进，刻槽时间较长，且采用螺旋尖钻刀与岩壁的接触面积较大，对岩壁的破坏作用较大，刻槽附近易形成复杂微裂隙，对后期水力压裂裂缝的扩展方向具有较大干扰；刀具切削岩壁时容易产生火花，电动机工作时易产生高温，装置未有相应的走水降温***，易引燃井下瓦斯等***性气体，存在安全隐患；除此之外，连接杆伸、缩、平移等多种动作均由驱动装置齿轮传动控制，传动***与电路***复杂，操作流程复杂，钻孔内壁岩石硬度等条件复杂多变，难以对进刀速度等进行实时人为有效控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供孔深部纵向切缝装置，解决水力压裂钻孔深部坚硬顶板位置纵向切缝问题。另外本发明还提出一种孔深部纵向切缝方法。

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，一种钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：包括空心钻杆、切缝装置钻头和操作组件，其中切缝装置钻头安装在空心钻杆头端，所述操作组件安装在空心钻杆尾部段，操作组件用于控制空心钻杆移动进而控制切缝装置钻头给进位置和角度；所述切缝装置钻头包括供电装置、钻头内置小型防爆电动机、电动机传动齿轮、传动齿轮组、金刚石锯片和安装夹板，所述传动齿轮组包括一级传动轴、二级传动轴、一级锥齿轮、一级圆柱齿轮和二级圆柱齿轮，电动机传动齿轮为动力输出端，一级传动轴、二级传动轴均设置在两个安装夹板之间，电动机传动齿轮为锥齿轮，一级锥齿轮安装在一级传动轴上，电动机传动齿轮和一级锥齿轮相互啮合；一级圆柱齿轮安装在一级传动轴上，同时一级圆柱齿轮和金刚石锯片均安装在二级传动轴上，一级圆柱齿轮和二级圆柱齿轮相互啮合，所述钻头内置小型防爆电动机均设置在空心钻杆头段内部，其供电装置和钻头内置小型防爆电动机电连接，以对钻头内置小型防爆电动机供电，所述安装夹板安装在空心钻杆头部端面处，所述金刚石锯片通过二级传动轴安装在安装夹板中，且金刚石锯片的部分外刃突出安装夹板且金刚石锯片直径大于空心钻杆，所述电动机传动齿轮安装在钻头内置小型防爆电动机的动力端，电动机传动齿轮通过传动齿轮组带动二级传动轴和金刚石锯片转动切割；所述空心钻杆尾部还具有控制空心钻杆的操作组件。

在第一个技术方案中，作为优选的，空心钻杆的尾部具有高压水泵和高压注水管路，其中高压水泵的出水端通过高压注水管路与所述空心钻杆尾部密封连接，高压水泵用于对空心钻杆内部空腔供水，所述空心钻杆的头端具有切缝装置钻头射流喷嘴，该切缝装置钻头射流喷嘴与空心钻杆内部空腔连通，所述空心钻杆内部水流可通过切缝装置钻头射流喷嘴射出，以对切缝装置钻头进行水降温、以及在切缝过程中冲出岩削。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述操作组件包括液压控制仰倾底盘和两组钻杆夹持器，其中两组钻杆夹持器均安装在液压控制仰倾底盘上，两组钻杆夹持器抱持在空心钻杆的尾段；

所述钻杆夹持器包括夹持器外套筒、夹持器内套筒、夹持器外套筒滚轴、内套筒旋转固定销和夹持器内套筒径向推杆，其中夹持器外套筒和夹持器内套筒套装，夹持器外套筒滚轴设置在夹持器内套筒和夹持器外套筒之间，使夹持器内套筒和夹持器外套筒可相对轴向移动，所述夹持器内套筒径向推杆中部套装在空心钻杆的外侧，夹持器内套筒径向推杆的把手置于夹持器外套筒外部，所述内套筒旋转固定销可拆卸的插装在夹持器外套筒和夹持器内套筒上并使两者定位，所述液压控制仰倾底盘上开设滑道，两组所述钻杆夹持器可沿着液压控制仰倾底盘上部滑道轴向移动。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述钻头内置小型防爆电动机锂电池具有钻头内置小型防爆电动机开关，该钻头内置小型防爆电动机开关位于切缝装置钻头尾部并朝向空心钻杆内部空腔，在空心钻杆内部空腔内注水超过阈值后，钻头内置小型防爆电动机触发并实现金刚石锯片转动切割。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述空心钻杆尾部具有外部电源箱，所述外部电源箱通过电机电缆与所述钻头内置小型防爆电动机电连接，所述电机电缆的前段位于切缝装置钻头的内部，电机电缆主体置于空心钻杆外部。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述金刚石锯片为非圆形锯片。

在第二个技术方案中，一种钻孔深部纵向切缝方法，使用第一个技术方案中的钻孔深部纵向切缝装置，包括如下步骤，

步骤一，深部纵向切缝作业前，钻进***在煤层顶板形成预定尺寸长钻孔，利用两个钻杆夹持器通过空心钻杆夹持切缝装置钻头，其中夹持器内套筒径向推杆可推动方向与金刚石锯片径向一致，通过调节液压控制仰倾底盘，实现钻孔对中，移除钻杆夹持器一、钻杆夹持器二内套筒旋转固定销，将夹持器内套筒径向推杆连同夹持器内套筒以及金刚石锯片旋转至预切槽方向，***内套筒旋转固定销将内套筒固定，利用多根空心钻杆，通过钻杆夹持器一的开合以及钻杆夹持器二的开合与轴向推动，将切缝装置钻头推送至预定切缝的坚硬顶板位置，多根钻杆连接的过程中，通过钻杆上的标记线对正，实现金刚石锯片与夹持器内套筒径向推杆方向的始终一致性；

步骤二，金刚石锯片高速转动，使用高压水泵通过高压注水管路、空心钻杆向切缝装置钻头注高压水，钻头内置小型防爆电动机开关在高压水作用下轴向回缩，进而接通钻头内置小型防爆电动机、钻头内置小型防爆电动机锂电池、钻头内置小型防爆电动机开关串联而成的内部电路，钻头内置小型防爆电动机开始工作，带动电动机传动齿轮横向转动，电动机传动齿轮通过传动齿轮组带动固定于二级传动轴中部的金刚石锯片纵向转动，与此同时开启高压水泵通过高压注水管路、空心钻杆向切缝装置钻头注高压水，经过切缝装置钻头射流管路，由切缝装置钻头射流喷嘴喷出，实现纵向转动的同时，对整个切缝装置钻头进行水降温、并在切缝过程中冲出岩屑；

步骤三，金刚石锯片径向进刀、纵向切缝，固定于二级传动轴及齿轮中部的金刚石锯片转动后，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二夹持器内套筒径向推杆控制空心钻杆、切缝装置钻头整体径向小幅度可控径向移动，完成金刚石锯片预定径向进刀动作，钻杆夹持器一小幅松开钻杆，钻杆夹持器二夹紧钻杆并沿着液压控制仰倾底盘上部滑道轴向缓慢可控移动完成空心钻杆、切缝装置钻头整体小幅度可控纵向移动，实现纵向切缝。

步骤四，金刚石锯片退刀与对称纵向切缝，一侧切缝后，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二控制空心钻杆、切缝装置钻头整体沿着进刀径向的相反方向小幅度缓慢移动，完成金刚石锯片退刀动作，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二实现切缝装置钻头退回至进刀前所在位置，并按照步骤三完成对称侧金刚石锯片进刀以及纵向切缝工作；

步骤五，停止注水，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二退出切缝装置钻杆钻头，利用封隔器对切缝位置封孔，利用高压大流量泵通过耐高压管路向封孔位置注入高压水，完成纵向切缝水力压裂。

在第三个技术方案中，一种钻孔深部纵向切缝方法，使用第一个技术方案中的钻孔深部纵向切缝装置，包括如下步骤，

步骤一，深部纵向切缝作业前，钻进***在煤层顶板形成预定尺寸长钻孔，利用钻杆夹持器一、钻杆夹持器二通过单节钻杆夹持切缝装置钻头，其中夹持器内套筒径向推杆可推动方向与金刚石锯片径向一致，通过调节液压控制仰倾底盘，实现钻孔对中，移除钻杆夹持器一、钻杆夹持器二内套筒旋转固定销，将夹持器内套筒径向推杆连同夹持器内套筒以及金刚石锯片旋转至预切槽方向，***内套筒旋转固定销将内套筒固定，利用多根空心钻杆，通过钻杆夹持器一的开合以及钻杆夹持器二的开合与轴向推动，将切缝装置钻头推送至预定切缝的坚硬顶板位置，多根钻杆连接的过程中，通过钻杆上的标记线对正，实现金刚石锯片与夹持器内套筒径向推杆方向的始终一致性；

步骤二，金刚石锯片高速转动，使用外部电源箱通过电动机外电缆、防水接头、电动机内电缆控制钻头内置小型防爆电动机工作，带动电动机传动齿轮横向转动，电动机传动齿轮通过传动齿轮组带动固定于二级传动轴中部的金刚石锯片纵向转动，与此同时开启高压水泵通过高压注水胶管、空心钻杆向切缝装置钻头注高压水，经过切缝装置钻头射流管路，由切缝装置钻头射流喷嘴喷出，实现纵向转动的同时，对整个切缝装置钻头进行水降温、并在切缝过程中冲出岩屑；

步骤三，金刚石锯片径向进刀、纵向切缝，固定于二级传动轴及齿轮中部的金刚石锯片转动后，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二夹持器内套筒径向推杆控制空心钻杆、切缝装置钻头整体径向小幅度可控径向移动，完成金刚石锯片预定径向进刀动作，钻杆夹持器一小幅松开钻杆，钻杆夹持器二夹紧钻杆并沿着液压控制仰倾底盘上部滑道轴向缓慢可控移动完成空心钻杆、切缝装置钻头整体小幅度可控纵向移动，实现纵向切缝。

步骤四，金刚石锯片退刀与对称纵向切缝，一侧切缝后，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二控制空心钻杆、切缝装置钻头整体沿着进刀径向的相反方向小幅度缓慢移动，完成金刚石锯片退刀动作，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二实现切缝装置钻头退回至进刀前所在位置，并参照步骤三完成对称侧金刚石锯片进刀以及纵向切缝工作；

步骤五，关闭外部电源箱，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二退出切缝装置钻杆钻头，利用封隔器对切缝位置封孔，利用高压大流量泵通过耐高压管路向封孔位置注入高压水，完成纵向切缝水力压裂。

使用本发明的有益效果是：

与现有技术相比，采用本发明在传统钻机钻进成孔的基础上，使用前端电动转机，通过两组简单传动***带动金刚石锯片纵向转动，通过四向可移动底座，完成金刚石锯片进刀等动作，具备小尺寸钻孔、深部远距离切割、传动简单、操作方便、易于控制等优点，实现了钻孔深部远距离纵向切缝，简化了切缝操作流程，降低了人工劳动强度，降低了钻具机械损耗，提高了切缝成功率；有利于提升矿井顶板治理水平，确保煤矿安全高效生产。

附图说明

图1为本发明钻孔深部纵向切缝装置内部结构示意图。

图2为本发明钻孔深部纵向切缝装置外部结构示意图。

图3为本发明钻孔深部纵向切缝装置整体结构示意图。

图4为本发明钻孔深部纵向切缝装置中夹持器内部结构示意图。

图5为本发明另一实施例中钻孔深部纵向切缝装置的内部结构示意图。

图6为本发明另一实施例中钻孔深部纵向切缝装置的外部结构示意图。

图7为本发明另一实施例中钻孔深部纵向切缝装置的整体结构示意图。

图8为本发明钻孔深部纵向切缝装置中电动机传动齿轮和金刚石锯片的传动示意图。

附图标记包括：

1-高压水泵、2-高压注水管路、3-钻头内置小型防爆电动机开关、4-钻头内置小型防爆电动机锂电池、5-钻头内置小型防爆电动机、6-电动机传动齿轮、7-一级齿轮组件、8-二级齿轮组件、9-金刚石锯片、10-切缝装置钻头、11-空心钻杆、12-切缝装置钻头射流管路、13-切缝装置钻头射流喷嘴、14-钻杆夹持器一、15-钻杆夹持器二、16-夹持器内套筒径向推杆、17-液压控制仰倾底盘、18-高压注水管路、19-高压水泵、21-夹持器外套筒、22-夹持器内套筒、23-夹持器外套筒滚轴、24-内套筒旋转固定销、30-钻孔、31-外部电源箱、32-电动机外电缆、33-防水接头、34-电动机内电缆。

a-一级锥齿轮、b-一级传动轴、c-一级圆柱齿轮、d-二级圆柱齿轮、e-二级传动轴。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1-图4所示，一种钻孔深部纵向切缝装置，包括空心钻杆11、切缝装置钻头10和操作组件，其中切缝装置钻头10安装在空心钻杆11头端，操作组件安装在空心钻杆11尾部段，操作组件用于控制空心钻杆11移动进而控制切缝装置钻头10给进位置和角度；切缝装置钻头10包括钻头内置小型防爆电动机锂电池4、钻头内置小型防爆电动机5、电动机传动齿轮6、一级齿轮组件7、二级齿轮组件8、金刚石锯片9和安装夹板，其中钻头内置小型防爆电动机锂电池4和钻头内置小型防爆电动机5均设置在空心钻杆11头段内部，其钻头内置小型防爆电动机锂电池4和钻头内置小型防爆电动机5电连接，以对钻头内置小型防爆电动机5供电，，电动机传动齿轮6连接在钻头内置小型防爆电动机5的安装轴上，安装夹板安装在空心钻杆11头部端面处，金刚石锯片9安装在二级传动轴8中部，一级齿轮组件7和二级齿轮组件8均安装在安装夹板之间，且一级齿轮组件7和电动机传动齿轮6相互啮合，使得电机可通过电动机传动齿轮6、一级齿轮组件7和二级齿轮组件8带动金刚石锯片9转动，金刚石锯片9安装在安装夹板中，且金刚石锯片9的部分外刃突出安装夹板且金刚石锯片9直径大于空心钻杆11的直径，空心钻杆尾部还具有控制空心钻杆的操作组件。

其中，空心钻杆11的尾部具有高压水泵1和高压注水管路2，其中高压水泵1的出水端通过高压注水管路2与空心钻杆11尾部连接，高压水泵1用于对空心钻杆11内部空腔供水，空心钻杆11的头端具有切缝装置钻头射流喷嘴13，该切缝装置钻头射流喷嘴13与空心钻杆11内部空腔连通，空心钻杆11内部水流可通过切缝装置钻头射流喷嘴13射出，以对切缝装置钻头10进行水降温、以及在切缝过程中冲出岩削。

操作组件包括液压控制仰倾底盘17和两组钻杆夹持器，其中两组钻杆夹持器均安装在液压控制仰倾底盘17上，两组钻杆夹持器抱持在空心钻杆11的尾段；钻杆夹持器包括夹持器外套筒21、夹持器内套筒22、夹持器外套筒滚轴23、内套筒旋转固定销24和夹持器内套筒22径向推杆16，其中夹持器外套筒21和夹持器内套筒22套装，夹持器外套筒滚轴23设置在夹持器内套筒22和夹持器外套筒21之间，使夹持器内套筒22和夹持器外套筒21可相对轴向移动，夹持器内套筒22径向推杆16中部套装在空心钻杆11的外侧，夹持器内套筒22径向推杆16的把手置于夹持器外套筒21外部，内套筒旋转固定销24可拆卸的插装在夹持器外套筒21和夹持器内套筒22上并使两者定位，液压控制仰倾底盘17上开设滑道，两组钻杆夹持器可沿着液压控制仰倾底盘17上部滑道轴向移动。

钻头内置小型防爆电动机锂电池4具有钻头内置小型防爆电动机开关3，该钻头内置小型防爆电动机开关3位于切缝装置钻头10尾部并朝向空心钻杆11内部空腔，在空心钻杆11内部空腔内注水超过阈值后，钻头内置小型防爆电动机5触发并实现金刚石锯片9转动切割。

具体的，高压水泵1的输出端通过高压注水管路2连接空心钻杆11；钻头内置小型防爆电动机5的输入端通过内部电路与钻头内置小型防爆电动机锂电池4以及钻头内置小型防爆电动机开关3串联，其输出端通过电动机传动齿轮6与一级齿轮组件7连接，一级齿轮组件7与二级齿轮组件8连接，金刚石锯片9固定于二级齿轮组件8中部；切缝装置钻头10与空心钻杆11连接，钻杆夹持器一14固定于液压控制仰倾底盘17前端，钻杆夹持器二15座落于液压控制仰倾底盘17之上，并可沿着液压控制仰倾底盘17上部滑道轴向移动。

金刚石锯片9为非圆形锯片，例如三角形、椭圆形等。金刚石锯片9推送入钻孔30后，钻头内置小型防爆电动机5转动即可带动金刚石锯片9进行切割。

一种钻孔深部纵向切缝方法，使用如上的钻孔深部纵向切缝装置，包括如下步骤，

步骤一，深部纵向切缝作业前，钻进***在煤层顶板形成预定尺寸长钻孔30，利用两个钻杆夹持器一14通过单节钻杆夹持切缝装置钻头10，其中夹持器内套筒22径向推杆16可推动方向与金刚石锯片9径向一致，通过调节液压控制仰倾底盘17，实现钻孔对中，移除钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15内套筒旋转固定销24，将夹持器内套筒22径向推杆16连同夹持器内套筒22以及金刚石锯片9旋转至预切槽方向，***内套筒旋转固定销24将内套筒固定，利用多根空心钻杆11，通过钻杆夹持器一14的开合以及钻杆夹持器二15的开合与轴向推动，将切缝装置钻头10推送至预定切缝的坚硬顶板位置，多根钻杆连接的过程中，通过钻杆上的标记线对正，实现金刚石锯片9与夹持器内套筒22径向推杆16方向的始终一致性；

步骤二，金刚石锯片9高速转动，使用高压水泵1通过高压注水管路2、空心钻杆11向切缝装置钻头10注高压水，钻头内置小型防爆电动机开关3在高压水作用下轴向回缩，进而接通钻头内置小型防爆电动机5、钻头内置小型防爆电动机锂电池4、钻头内置小型防爆电动机开关3串联而成的内部电路，钻头内置小型防爆电动机5开始工作，带动电动机传动齿轮6横向转动，带动与电动机传动齿轮6咬合的一级传动轴及一级齿轮组件7纵向转动，进而带动通过与一级齿轮组件7咬合的二级齿轮组件8及二级传动轴纵向转动，最终带动固定于二级传动轴中部的金刚石锯片9纵向转动，与此同时开启高压水泵1通过高压注水管路2、空心钻杆11向切缝装置钻头10注高压水，经过切缝装置钻头射流管路12，由切缝装置钻头射流喷嘴12喷出，实现纵向转动的同时，对整个切缝装置钻头10进行水降温、并在切缝过程中冲出岩屑；

步骤三，金刚石锯片9径向进刀、纵向切缝，固定于二级齿轮组件8中部的金刚石锯片9转动后，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15夹持器内套筒22径向推杆16控制空心钻杆11、切缝装置钻头10整体径向小幅度可控径向移动，完成金刚石锯片9预定径向进刀动作，钻杆夹持器一14小幅松开钻杆，钻杆夹持器二15夹紧钻杆并沿着液压控制仰倾底盘17上部滑道轴向缓慢可控移动完成空心钻杆11、切缝装置钻头10整体小幅度可控纵向移动，实现纵向切缝。

步骤四，金刚石锯片9退刀与对称纵向切缝，一侧切缝后，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15控制空心钻杆11、切缝装置钻头10整体沿着进刀径向的相反方向小幅度缓慢移动，完成金刚石锯片9退刀动作，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15实现切缝装置钻头10退回至进刀前所在位置，并按照步骤三完成对称侧金刚石锯片9进刀以及纵向切缝工作；

步骤五，停止注水，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15退出切缝装置钻杆钻头10，利用封隔器对切缝位置封孔，利用高压大流量泵通过耐高压管路向封孔位置注入高压水，完成纵向切缝水力压裂。

如图8所示，具体的，电动机传动齿轮6为动力输出端，一级传动轴b、二级传动轴e均设置在两个安装夹板之间，电动机传动齿轮6为锥齿轮，一级锥齿轮a安装在一级传动轴b上，电动机传动齿轮6和一级锥齿轮a相互啮合；一级圆柱齿轮c安装在一级传动轴b上，同时二级圆柱齿轮d和金刚石锯片9均安装在二级传动轴e上，一级圆柱齿轮c和二级圆柱齿轮d相互啮合。

因此，电动机传动齿轮6可带动一级锥齿轮a转动，进而带动一级传动轴b和一级圆柱齿轮c转动；一级圆柱齿轮c带动二级圆柱齿轮d转动，进而带动金刚石锯片9转动。

实施例2

本实施例中的钻孔深部纵向切缝装置与实施例1中的钻孔深部纵向切缝装置类似，区别在于钻头内置小型防爆电动机5通过电缆供电，即小型防爆电动机5外部供电，并取消实施例1中的钻头内置小型防爆电动机锂电池4。

具体的，如图5-图7所示，本实施例中，空心钻杆11尾部具有外部电源箱31，外部电源箱31通过电机电缆与钻头内置小型防爆电动机5电连接，电机电缆前段位于切缝装置钻头的内部，电缆主体置于空心钻杆11外部。

一种钻孔深部纵向切缝方法，使用本实施例中的钻孔深部纵向切缝装置，包括如下步骤，

步骤一，深部纵向切缝作业前，钻进***在煤层顶板形成预定尺寸长钻孔30，利用钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15通过单节钻杆夹持切缝装置钻头10，其中夹持器内套筒22径向推杆16可推动方向与金刚石锯片9径向一致，通过调节液压控制仰倾底盘17，实现钻孔对中，移除钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15内套筒旋转固定销24，将夹持器内套筒22径向推杆16连同夹持器内套筒22以及金刚石锯片9旋转至预切槽方向，***内套筒旋转固定销24将内套筒固定，利用多根空心钻杆11，通过钻杆夹持器一14的开合以及钻杆夹持器二15的开合与轴向推动，将切缝装置钻头10推送至预定切缝的坚硬顶板位置，多根钻杆连接的过程中，通过钻杆上的标记线对正，实现金刚石锯片9与夹持器内套筒22径向推杆16方向的始终一致性；

步骤二，金刚石锯片9高速转动，使用外部电源箱31通过电动机外电缆32、防水接头33、电动机内电缆34控制钻头内置小型防爆电动机5工作，带动电动机传动齿轮6横向转动，带动通过锥齿轮与电动机传动齿轮6咬合的一级齿轮组件7纵向转动，进而带动通过齿轮与一级齿轮组件7咬合的二级齿轮组件8纵向转动，最终带动固定于二级齿轮组件8中部的金刚石锯片9纵向转动，与此同时开启高压水泵19通过高压注水管路18、空心钻杆11向切缝装置钻头10注高压水，经过切缝装置钻头射流管路12，由切缝装置钻头射流喷嘴13喷出，实现纵向转动的同时，对整个切缝装置钻头10进行水降温、以及在切缝过程中冲出岩削；

步骤三，金刚石锯片9径向进刀、纵向切缝，固定于二级齿轮组件8中部的金刚石锯片9转动后，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15夹持器内套筒22径向推杆16控制空心钻杆11、切缝装置钻头10整体径向小幅度可控径向移动，完成金刚石锯片9预定径向进刀动作，钻杆夹持器一14小幅松开钻杆，钻杆夹持器二15夹紧钻杆并沿着液压控制仰倾底盘17上部滑道轴向缓慢可控移动完成空心钻杆11、切缝装置钻头10整体小幅度可控纵向移动，实现纵向切缝。

步骤四，金刚石锯片9退刀与对称纵向切缝，一侧切缝后，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15控制空心钻杆11、切缝装置钻头10整体沿着进刀径向的相反方向小幅度缓慢移动，完成金刚石锯片9退刀动作，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15实现切缝装置钻头10退回至进刀前所在位置，并参照步骤三完成对称侧金刚石锯片9进刀以及纵向切缝工作。

步骤五，关闭外部电源箱31，停止注水，通过操纵钻杆夹持器一14、钻杆夹持器二15退出切缝装置钻杆钻头10，利用封隔器对切缝位置封孔，利用高压大流量泵通过耐高压管路向封孔位置注入高压水，完成纵向切缝水力压裂。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：包括空心钻杆、切缝装置钻头和操作组件，其中切缝装置钻头安装在空心钻杆头端，所述操作组件安装在空心钻杆尾部段，操作组件用于控制空心钻杆移动进而控制切缝装置钻头给进位置和角度；所述切缝装置钻头包括供电装置、钻头内置小型防爆电动机、电动机传动齿轮、传动齿轮组、金刚石锯片和安装夹板，所述传动齿轮组包括一级传动轴、二级传动轴、一级锥齿轮、一级圆柱齿轮和二级圆柱齿轮，电动机传动齿轮为动力输出端，一级传动轴、二级传动轴均设置在两个安装夹板之间，电动机传动齿轮为锥齿轮，一级锥齿轮安装在一级传动轴上，电动机传动齿轮和一级锥齿轮相互啮合；一级圆柱齿轮安装在一级传动轴上，同时一级圆柱齿轮和金刚石锯片均安装在二级传动轴上，一级圆柱齿轮和二级圆柱齿轮相互啮合，所述钻头内置小型防爆电动机设置在空心钻杆头端内部，所述供电装置和钻头内置小型防爆电动机电连接，以对钻头内置小型防爆电动机供电，所述安装夹板安装在空心钻杆头部端面处，所述金刚石锯片通过二级传动轴安装在安装夹板中，且金刚石锯片的部分外刃突出安装夹板且金刚石锯片直径大于空心钻杆的直径，所述电动机传动齿轮安装在钻头内置小型防爆电动机的动力端，电动机传动齿轮通过传动齿轮组带动安装于二级传动轴上的金刚石锯片转动切割；所述空心钻杆尾部还具有控制空心钻杆的操作组件。

2.根据权利要求1所述的钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：所述空心钻杆的尾部具有高压水泵和高压注水管路，其中高压水泵的出水端通过高压注水管路与所述空心钻杆尾部密封连接，高压水泵用于对空心钻杆内部空腔供水，所述空心钻杆的头端具有切缝装置钻头射流喷嘴，该切缝装置钻头射流喷嘴与空心钻杆内部空腔连通，所述空心钻杆内部水流可通过切缝装置钻头射流喷嘴射出，以对切缝装置钻头进行水降温、以及在切缝过程中冲出岩屑。

3.根据权利要求2所述的钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：所述操作组件包括液压控制仰倾底盘、钻杆夹持器一和钻杆夹持器二，其中钻杆夹持器一和钻杆夹持器二均安装在液压控制仰倾底盘上，钻杆夹持器一和钻杆夹持器二抱持在空心钻杆的尾段；

所述钻杆夹持器一和钻杆夹持器二均包括夹持器外套筒、夹持器内套筒、夹持器外套筒滚轴、内套筒旋转固定销和夹持器内套筒径向推杆，其中夹持器外套筒和夹持器内套筒套装，夹持器外套筒滚轴设置在夹持器内套筒和夹持器外套筒之间，使夹持器内套筒和夹持器外套筒可相对转动，所述夹持器内套筒径向推杆中部套装在空心钻杆的外侧，夹持器内套筒径向推杆的把手置于夹持器外套筒外部，所述内套筒旋转固定销可拆卸的插装在夹持器外套筒和夹持器内套筒上并使两者定位，所述液压控制仰倾底盘上开设滑道，钻杆夹持器一和钻杆夹持器二可沿着液压控制仰倾底盘上部滑道轴向移动。

4.根据权利要求3所述的钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：所述钻头内置小型防爆电动机尾部设置钻头内置小型防爆电动机锂电池，所述钻头内置小型防爆电动机锂电池具有钻头内置小型防爆电动机开关，该钻头内置小型防爆电动机开关位于切缝装置钻头尾部并朝向空心钻杆内部空腔，在空心钻杆内部空腔内注水超过阈值后，钻头内置小型防爆电动机触发并实现金刚石锯片转动切割。

5.根据权利要求3所述的钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：所述空心钻杆尾部具有外部电源箱，所述外部电源箱通过电机电缆与所述钻头内置小型防爆电动机电连接；所述电机电缆的前段位于切缝装置钻头的内部，电机电缆主体置于空心钻杆外部。

6.根据权利要求1所述的钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：所述金刚石锯片为非圆形锯片。

7.一种钻孔深部纵向切缝方法，使用权利要求4所述的钻孔深部纵向切缝装置，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一，深部纵向切缝作业前，钻进***在煤层顶板形成预定尺寸长钻孔，利用钻杆夹持器一、钻杆夹持器二通过单节空心钻杆夹持切缝装置钻头，其中夹持器内套筒径向推杆可推动方向与金刚石锯片径向一致，通过调节液压控制仰倾底盘，实现钻孔对中，移除钻杆夹持器一、钻杆夹持器二内套筒旋转固定销，将夹持器内套筒径向推杆连同夹持器内套筒以及金刚石锯片旋转至预切槽方向，***内套筒旋转固定销将内套筒固定，利用多根空心钻杆，通过钻杆夹持器一的开合以及钻杆夹持器二的开合与轴向推动，将切缝装置钻头推送至预定切缝的坚硬顶板位置，多根空心钻杆连接的过程中，通过空心钻杆上的标记线对正，实现金刚石锯片与夹持器内套筒径向推杆方向的始终一致性；

步骤二，金刚石锯片高速转动，使用高压水泵通过高压注水管路、空心钻杆向切缝装置钻头注高压水，钻头内置小型防爆电动机开关在高压水作用下轴向回缩，进而接通钻头内置小型防爆电动机、钻头内置小型防爆电动机锂电池、钻头内置小型防爆电动机开关串联而成的内部电路，钻头内置小型防爆电动机开始工作，带动电动机传动齿轮横向转动，电动机传动齿轮通过传动齿轮组带动固定于二级传动轴中部的金刚石锯片纵向转动，与此同时开启高压水泵通过高压注水管路、空心钻杆向切缝装置钻头注高压水，经过切缝装置钻头射流管路，由切缝装置钻头射流喷嘴喷出，实现纵向转动的同时，对整个切缝装置钻头进行水降温、并在切缝过程中冲出岩屑；

步骤三，金刚石锯片径向进刀、纵向切缝，固定于二级传动轴及二级圆柱齿轮中部的金刚石锯片转动后，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二夹持器内套筒径向推杆控制空心钻杆、切缝装置钻头整体径向小幅度可控径向移动，完成金刚石锯片预定径向进刀动作，钻杆夹持器一小幅松开空心钻杆，钻杆夹持器二夹紧空心钻杆并沿着液压控制仰倾底盘上部滑道轴向缓慢可控移动完成空心钻杆、切缝装置钻头整体小幅度可控纵向移动，实现纵向切缝；

步骤四，金刚石锯片退刀与对称纵向切缝，一侧切缝后，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二控制空心钻杆、切缝装置钻头整体沿着进刀径向的相反方向小幅度缓慢移动，完成金刚石锯片退刀动作，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二实现切缝装置钻头退回至进刀前所在位置，并按照步骤三完成对称侧金刚石锯片进刀以及纵向切缝工作；

步骤五，停止注水，通过操纵钻杆夹持器一、钻杆夹持器二退出切缝装置钻头，利用封隔器对切缝位置封孔，利用高压大流量泵通过耐高压管路向封孔位置注入高压水，完成纵向切缝水力压裂。

Images