CN113187536A - 一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法，所述增透装置包括液压扩孔造穴杆、扩孔顶杆、连接杆、转角控制器、液压油注油管线、液压油出油管线和液压油缸及控制装置，扩孔顶杆为二级伸缩缸体，通过液压控制二级伸缩缸体的伸长与压缩实现对煤层钻孔的扩孔造穴增透，同时转角控制器可实现将液压扩孔造穴杆旋转90°、180°、270°并在每次旋转完成后进行一次完整的先伸长后压缩的扩孔造穴工序。采用液压顶杆原理既安全可靠又能保证有足够大的压力，最终可达到提高瓦斯抽采效率、缩短瓦斯抽采工作时间的目的。

Description

一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法

技术领域

本发明属于煤层瓦斯增透抽采技术领域，具体为一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法。

背景技术

深部煤层地质构造复杂、煤层瓦斯含量高、煤层瓦斯压力大等问题愈发显著，全国范围内瓦斯事故频发。因此，保证深部瓦斯煤矿的安全生产的首要工作即为消除瓦斯危险隐患，但由于我国煤炭普遍存在为透气性低的问题，使得钻孔瓦斯抽采效果差、抽采时间长，大大严重制约煤矿的安全、高效生产。

目前针对我国深部煤层瓦斯抽采必须进行井下施工，但由于我国瓦斯矿井通常具有煤体硬度低、透气性差等特点，直接导致瓦斯抽采效果不佳，亦或瓦斯抽采周期大大延长影响正常回采工作等问题。当前主要使用的煤层增透方法存在以下问题：高压水煤层增透方法可能使得高压水携带瓦斯喷出；化学溶剂增加低渗透性煤体内部瓦斯解吸的方法在井下复杂环境可能改变煤体化学结构，影响发热率；传统的穿层钻孔等技术方法仍旧无法改变煤体透气性低，瓦斯抽采效率低。为了更加有效的攻克低透气性煤层瓦斯抽采问题，需要借助煤层内部增透卸压提高透气性的方法提高瓦斯的解析量，进一步提高瓦斯抽采效率。因此本发明提供一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法，通过孔内二次破裂的方式增加煤层的透气性，提高瓦斯抽采效率，解决瓦斯抽采难、危险性高的难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法，整体较为经济、操作简便、安全可靠的后撤式煤层液压扩孔造穴增透方法，可以实现对深部低透气性煤层的孔内二次破裂增透，解决煤矿瓦斯抽采难题，极大地提高生产安全性。

一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，所述增透装置包括液压扩孔造穴杆、扩孔顶杆、连接杆、转角控制器、液压油注油管线、液压油出油管线和液压油缸及控制装置，所述液压扩孔造穴杆为空腔壳体且一端通过连接杆与转角控制器连接，液压扩孔造穴杆上设置有多个扩孔顶杆，所述扩孔顶杆为二级伸缩缸体，在液压油的作用下能够实现伸缩，在非扩孔造穴状态下，扩孔顶杆整体为压缩状态，在执行扩孔造穴状态下，扩孔顶杆整体为完全伸长状态，扩孔顶杆上设置有注油连通口和出油连通口，所述液压油缸及控制装置分别通过液压油注油管线和液压油出油管线与注油连通口和出油连通口连接，所述转角控制器可实现将液压扩孔造穴杆不同角度旋转。

进一步地，所述液压油出油管线由腔内液压油管路I、液压油连管I和高压软管I组成，出油连通口、腔内液压油管路I、液压油连管I、高压软管I和液压油缸及控制装置依次通过螺纹连接构成液压油出油通道。

进一步地，所述液压油注油管线由腔内液压油管路II、液压油连管II和高压软管II组成，注油连通口、腔内液压油管路II、液压油连管II、高压软管II和液压油缸及控制装置依次螺纹连接构成液压油注油通道。

进一步地，所述注油连通口设置在扩孔顶杆底部。

进一步地，所述扩孔顶杆由外至内依次为固定液压缸、伸缩液压缸和伸缩液压杆，伸缩液压杆为实心杆体，在非扩孔造穴状态下，固定液压缸和伸缩液压缸间、伸缩液压缸和伸缩液压杆间充满液压油，在执行扩孔造穴状态下，液压油通过液压油注油管线将伸缩液压缸及伸缩液压杆依次顶起。

进一步地，所述液压扩孔造穴杆为长度150mm。

进一步地，所述液压扩孔造穴杆外形为圆柱体，液压扩孔造穴杆上设置有四支扩孔顶杆，四支扩孔顶杆的间距均为195mm，压缩状态的扩孔顶杆的上表面与液压扩孔造穴杆的外壁平齐。

进一步地，所述转角控制器可以实现液压扩孔造穴杆以正负90°为单位转动。

一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、进行煤层钻孔工序，在形成钻孔及钻场后将钻孔设备撤出，将液压扩孔造穴杆上的所有扩孔顶杆处于压缩状态，调整转角控制器，使扩孔顶杆保持竖直，将液压扩孔造穴杆推入钻孔底部；

步骤2、操作液压油缸及控制装置将液压油沿液压油注油管线注入，液压油通过注油连通口进入扩孔顶杆，推动扩孔顶杆至最大伸缩量，扩孔顶杆伸长挤压深入煤层，形成圆柱形穴道；

步骤3、完成初始指向扩孔造穴工序后，操作液压油缸及控制装置将扩孔顶杆内的液压油经液压油出油管线流出扩孔顶杆，扩孔顶杆恢复压缩状态；

步骤4、控制转角控制器依次实现将液压扩孔造穴杆旋转90°、180°、270°并在每次旋转完成后进行一次完整扩孔顶杆的先伸长后压缩的扩孔造穴工序；

步骤5、将液压扩孔造穴杆旋转-270°并向后撤退150mm，重复步骤2-4进行下一轮的扩孔造穴工序；

步骤6、重复步骤5直至液压扩孔造穴杆退出煤层钻孔，结束扩孔作业。

有益效果：本发明一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及方法，通过液压缸及控制装置驱动液压扩孔造穴杆上的四支扩孔顶杆伸缩，根据实际工作要求扩孔顶杆可以完成二级伸长或压缩，能够极大的延长扩孔造穴深度。同时转角控制器可以实现液压扩孔造穴杆在完成一次扩孔造穴工序后，根据进入钻孔时状态旋转正负90°进行其他方向的扩孔造穴，充分将煤层进行压裂，完成一段钻孔区域的扩孔造穴增透工作可实现固定距离后撤，继续进行扩孔造穴工作直至液压扩孔造穴杆到达钻孔外。该装置及方法不仅能够完成煤层钻孔的扩孔造穴同时对于硬度较大的煤体可以形成连续的煤体裂隙，进一步增加煤体透气性。同时采用液压顶杆原理既安全可靠又能保证有足够大的压力，最终可达到提高瓦斯抽采效率、缩短瓦斯抽采工作时间的目的。

附图说明

图1为本发明后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置非扩孔造穴状态图；

图2为本发明后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置扩孔造穴状态图；

图3为扩孔顶杆伸长状态结构示意图；

图4为扩孔顶杆收缩状态结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明提供了一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，包括液压扩孔造穴杆1、扩孔顶杆2、腔内液压油管路I3、连接杆4、液压油连管I5、高压软管I6、转角控制器7、腔内液压油管路II9、液压油连管II10、高压软管II11、液压油缸及控制装置12。其中，液压扩孔造穴杆1为长度150mm空腔壳体，扩孔顶杆2的固定液压缸2.2与液压扩孔造穴杆1的空腔壳体焊接固定，转角控制器7可以实现液压扩孔造穴杆1以正负90°为单位转动。扩孔顶杆2为二级伸缩缸体其结构上由外至内依次为固定液压缸2.2、伸缩液压缸2.5及伸缩液压杆2.4，伸缩液压杆为实心杆体。在非扩孔造穴状态下，扩孔顶杆2整体为压缩状态，其内部固定液压缸2.2和伸缩液压缸2.5间、伸缩液压缸2.5和伸缩液压杆2.4间充满液压油，并将空间充满至最大化，保证扩孔顶杆2的压缩状态。在执行扩孔造穴状态下，扩孔顶杆2整体为完全伸长状态，通过开启液压油缸及控制装置12的注油阀门和出油阀门，将液压油沿高压软管II11、液压油连管II10、腔内液压油管路II9注入扩孔顶杆2，将伸缩液压缸2.5及伸缩液压杆2.4依次顶起。

液压扩孔造穴杆1外形为圆柱体，包括四支扩孔顶杆2，四支扩孔顶杆2的间距均为195mm，固定液压缸2.2的上表面与液压扩孔造穴杆1的外壁平齐，伸缩液压缸2.5及伸缩液压杆2.4。

液压油连管I5、高压软管I6、液压油缸及控制装置12，液压油连管II10、高压软管II11、液压油缸及控制装置12之间均为螺纹连接，方便后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置在完成一段煤层钻孔扩孔工作进行后撤时增加或缩减管路长度。

如图1和图2所示，一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透方法，具体步骤如下：

1)低透气性煤层开采进行煤层钻孔工序，在形成钻孔及钻场后将钻孔设备撤出。使用后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置进行扩孔增透，首先确认液压扩孔造穴杆1上的四支扩孔顶杆2处于压缩状态，检查液压油缸及控制装置12与高压软管I6、高压软管II11连接稳固。紧接着调整转角控制器7，使扩孔顶杆2保持竖直。最后将液压扩孔造穴杆1推入钻孔底部。

2)当液压扩孔造穴杆1进入钻孔底部开始执行扩孔造穴工序，操作液压油缸及控制装置12将液压油沿高压软管II11、腔内液压油管路II9、液压油连管II10注入，液压油通过扩孔顶杆2底部的连通口II2.3进入固定液压缸2.2内部腔体，液压油先将伸缩液压缸2.5推起至最大伸长量，紧接着将伸缩液压杆2.4从伸缩液压缸2.5体内推出至最大伸长量。整个扩孔造穴工作过程中扩孔顶杆2内原有的液压油逐渐从连通口I2.1流出经过腔内液压油管路I3、液压油连管I5、高压软管I6进入液压油缸及控制装置12。扩孔顶杆2通过伸长挤压深入煤层，形成圆柱形穴道，同时在四支扩孔顶杆2间距小，在均达到最大伸长量时可在伸缩液压杆2.4尖端形成连接四个穴道的裂缝。

3)完成扩孔造穴工序后，操作液压油缸及控制装置12将液压油沿高压软管I6、腔内液压油管路I3、液压油连管I5注入，液压油通过扩孔顶杆2的连通口I2.1进入固定液压缸2.2外部腔体，液压油先将伸缩液压杆2.4压回伸缩液压缸2.5内部，再将伸缩液压缸2.5压回固定液压缸2.2内部。整个扩孔顶杆2复原过程中，其内部原有的液压油逐渐从连通口II2.3流出进过腔内液压油管路II9、液压油连管II10、高压软管II11进入液压油缸及控制装置12。

4)完成初始指向扩孔造穴工序后，液压扩孔造穴杆1上的四支扩孔顶杆2均恢复压缩状态，通过控制转角控制器7可实现将液压扩孔造穴杆1旋转90°、180°、270°并在每次旋转完成后进行一次完整的先伸长后压缩的扩孔造穴工序，共计四次扩孔造穴过程。完成第四次扩孔造穴后，液压扩孔造穴杆1由当前位置旋转-270°并向后撤退150mm，进行下一轮的扩孔造穴工序，即重复上述步骤，直至液压扩孔造穴杆1退出煤层钻孔，结束扩孔。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于，所述增透装置包括液压扩孔造穴杆、扩孔顶杆、连接杆、转角控制器、液压油注油管线、液压油出油管线和液压油缸及控制装置，所述液压扩孔造穴杆为空腔壳体且一端通过连接杆与转角控制器连接，液压扩孔造穴杆上设置有多个扩孔顶杆，所述扩孔顶杆为二级伸缩缸体，在液压油的作用下能够实现伸缩，在非扩孔造穴状态下，扩孔顶杆整体为压缩状态，在执行扩孔造穴状态下，扩孔顶杆整体为完全伸长状态，扩孔顶杆上设置有注油连通口和出油连通口，所述液压油缸及控制装置分别通过液压油注油管线和液压油出油管线与注油连通口和出油连通口连接，所述转角控制器可实现将液压扩孔造穴杆不同角度旋转。

2.根据权利要求1所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述液压油出油管线由腔内液压油管路I、液压油连管I和高压软管I组成，出油连通口、腔内液压油管路I、液压油连管I、高压软管I和液压油缸及控制装置依次通过螺纹连接构成液压油出油通道。

3.根据权利要求1所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述液压油注油管线由腔内液压油管路II、液压油连管II和高压软管II组成，注油连通口、腔内液压油管路II、液压油连管II、高压软管II和液压油缸及控制装置依次螺纹连接构成液压油注油通道。

4.根据权利要求1所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述注油连通口设置在扩孔顶杆底部。

5.根据权利要求1所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述扩孔顶杆由外至内依次为固定液压缸、伸缩液压缸和伸缩液压杆，伸缩液压杆为实心杆体，在非扩孔造穴状态下，固定液压缸和伸缩液压缸间、伸缩液压缸和伸缩液压杆间充满液压油，在执行扩孔造穴状态下，液压油通过液压油注油管线将伸缩液压缸及伸缩液压杆依次顶起。

6.根据权利要求1所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述液压扩孔造穴杆为长度150mm。

7.根据权利要求1所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述液压扩孔造穴杆外形为圆柱体，液压扩孔造穴杆上设置有四支扩孔顶杆，四支扩孔顶杆的间距均为195mm，压缩状态的扩孔顶杆的上表面与液压扩孔造穴杆的外壁平齐。

8.根据权利要求1-7之一所述的一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置，其特征在于：所述转角控制器可以实现液压扩孔造穴杆以正负90°为单位转动。

9.一种采用权利要求1-7之一所述的后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置的扩孔增透方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、进行煤层钻孔工序，在形成钻孔及钻场后将钻孔设备撤出，将液压扩孔造穴杆上的所有扩孔顶杆处于压缩状态，调整转角控制器，使扩孔顶杆保持竖直，将液压扩孔造穴杆推入钻孔底部；

步骤2、操作液压油缸及控制装置将液压油沿液压油注油管线注入，液压油通过注油连通口进入扩孔顶杆，推动扩孔顶杆至最大伸缩量，扩孔顶杆伸长挤压深入煤层，形成圆柱形穴道；

步骤3、完成初始指向扩孔造穴工序后，操作液压油缸及控制装置将扩孔顶杆内的液压油经液压油出油管线流出扩孔顶杆，扩孔顶杆恢复压缩状态；

步骤4、控制转角控制器依次实现将液压扩孔造穴杆旋转90°、180°、270°并在每次旋转完成后进行一次完整扩孔顶杆的先伸长后压缩的扩孔造穴工序；

步骤5、将液压扩孔造穴杆旋转-270°并向后撤退150mm，重复步骤2-4进行下一轮的扩孔造穴工序；

步骤6、重复步骤5直至液压扩孔造穴杆退出煤层钻孔，结束扩孔作业。

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