煤层水射流交替行走式割缝装置及行走式煤层钻孔割缝卸压方法

摘要

本发明涉及一种煤层水射流交替行走式割缝装置及行走式煤层钻孔割缝卸压方法。为填补现有技术空白，本发明包括高压清水泵、至少两段高压软管、高压球阀、远程操作台、高压旋转水尾、多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，上述部件串接成钻孔割缝单元，所述钻孔割缝单元包括第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，所述高压清水泵的出口上连通有高压总软管，第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元通过三通连接在所述高压总软管上，每个远程操作台分别配有压力表，每个钻孔割缝单元还配有支路流量表。本发明还涉及行走式煤层钻孔割缝卸压方法。本发明设计新颖，交替作业，充分利用高压清水泵工作潜能，适合需要卸压的煤层使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层水射流交替行走式割缝装置及行走式煤层钻孔割缝卸压方法。

背景技术

随着煤矿开采深度的不断增加，高地应力、高瓦斯危害也随之增大，采用施工钻孔对煤层进行卸压预抽，存在钻孔卸压影响范围小，瓦斯抽采率普遍较低等问题，基于此，水射流割缝作为一种煤层卸压增透措施，被广泛应用，利用高压水对煤体进行切割、剥离，在煤体内部形成范围一定的缝槽空间，缝槽空间周围煤体发生膨胀变形并形成较大的卸压区域，使得割缝周边煤体应力集中程度大大降低，煤体得以充分卸压，提高了煤层的透气性和瓦斯释放能力。

目前，煤矿在进行割缝作业时均为单一作业方法，即一套割缝设备仅供应一个作业区域进行钻孔割缝，尤其在同一巷道中多个作业区域需要进行钻孔割缝时，割缝钻孔工程量大，施工工期紧张，采用单一钻孔割缝作业高压清水泵利用率低、效率低、影响工程施工进度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何填补现有技术的上述空白，提供一种煤层水射流交替行走式割缝装置及行走式煤层钻孔割缝卸压方法。

为解决上述技术问题，本煤层水射流交替行走式割缝装置包括高压清水泵、至少两段高压软管、高压球阀、远程操作台、高压旋转水尾、多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，其中金刚石钻头、高低压转换割缝器、多段高压密封钻杆、高压旋转水尾、一段高压软管、远程操作台、另一段高压软管和高压球阀串接成钻孔割缝单元，该钻孔割缝单元又与高压清水泵的出口相通，所述高压清水泵的入口通过管道与配用水箱或水源相通。

其特征在于，所述钻孔割缝单元包括第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，所述高压清水泵的出口上连通有高压总软管，第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元通过三通连接在所述高压总软管上，每个远程操作台均由高压清水泵闭路开关及溢流阀组成，并分别配有压力表，每个钻孔割缝单元还配有支路流量表。如此设计，钻孔、割缝时，第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元交替钻孔、割缝，交替前移，如人的两条腿一样，高压清水泵基本不停止运行，充分利用了高压清水泵工作潜力，相比现有技术，完成同样的工作量，本发明可节约1/3左右的作业时间。

作为优化，其还包括第三钻孔割缝单元，该第三钻孔割缝单元与第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元通过三通连接在所述高压总软管上，且第一钻孔割缝单元、第二钻孔割缝单元和第三钻孔割缝单元的远程操作台前后的高压软管总长均大于150米。如此设计，效率更高，高压软管须作业时，应特别注意避免高压软管发生连续扭曲或纠缠。

本发明行走式煤层钻孔割缝卸压方法，包括下述步骤：

①.根据需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁长度，在其上规划出N个待钻孔区域，相邻待钻孔区域相隔25-30米，将前述(含两套钻孔割缝单元)的煤层水射流交替行走式割缝装置设置在需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁前，打开第一钻孔割缝单元的高压球阀，关闭第二钻孔割缝单元的高压球阀，然后启动高压清水泵，使用第一钻孔割缝单元，按常规方法对第1待钻孔区域进行钻孔作业，N为正整数。

②.待第1待钻孔区域内的钻孔作业达到设计深度时，开启第二钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，利用第二钻孔割缝单元，对第二待钻孔区域煤壁进行钻孔作业，

与此同时或之后，调节第一钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，对已钻好的孔进行割缝作业；割缝完毕后，关闭第一钻孔割缝单元的高压球阀，按常规方法撤出、拆解相应钻孔内的多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，移向第3待钻孔区域，对第3待钻孔区域进行钻孔作业，

③.待第二钻孔割缝单元的钻孔作业达到设计深度时，调节第二钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，将进行割缝作业，割缝完毕后，关闭第二钻孔割缝单元的高压球阀，按常规方法撤出、拆解相应钻孔内的多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，移向第4待钻孔区域，对第4待钻孔区域进行钻孔作业，

如此循环往复，交替利用第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，依次对各个待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，直至完成所有待钻孔割缝区域的钻孔割缝作业，期间第一钻孔割缝单元依次对各单数序号的待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，第二钻孔割缝单元依次对各双数序号的待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，高压清水泵可不停止运转，但需注意：

一.注意并保持配用水箱水位；

二.每次交替时，应注意避免高压软管发生连续扭曲。

如此设计，钻孔、割缝时，第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元交替钻孔、割缝，交替前移，相比现有技术，完成同样的工作量，本发明可节约1/3左右的作业时间。

作为优化，钻孔作业时，通过调节相应钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，将该钻孔割缝单元的支路流量表显示的供水流量控制在250～300L/min，供水压力控制在3～5MPa，以满足钻孔钻进及排渣要求。如此设计，钻孔进度快、效果好。

作为优化，割缝时，通过调节相应钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，相应的支路流量表显示的供水流量应控制在100～120L/min，供水压力控制在60～100MPa。如此设计，割缝效率高。

作为优化，割缝作业，割完一刀后需退钻进行下一刀割缝时，先调控相应的远程操控台将相应压力表归零，然后关闭相应高压球阀，退至下一刀割缝位置后，再重新打开高压球阀，将其支路流量表读数调至105～125L/min之间，然后缓慢调控远程操控台使其压力表读数恢复至60～100MPa之间，且相应钻孔返水正常后再进行钻孔割缝作业。如此设计，既可以保证相邻割缝间的煤体产生足够裂隙，又不会使同一钻孔上相邻割缝间的煤体过于松散，产生过多煤渣，堵塞钻孔。

作为优化，除第1待钻孔割缝区域外，每次割缝作业达到设计时间后，关闭相应的高压球阀前，先观察邻近钻孔内是否重新有水流流出或渗出。

若有，说明本钻孔割缝区域钻孔割缝与邻近钻孔割缝区域钻孔割缝之间煤体上的裂隙或裂缝已经相接贯通，煤层压力已经充分释放，则可以关闭相应的钻孔割缝单元的高压球阀，按常规方法撤出、拆解各个钻孔内的多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，移向下一待钻孔区域，对下一待钻孔区域进行钻孔作业；

若无，说明本钻孔割缝区域钻孔割缝与邻近钻孔割缝区域钻孔割缝之间煤体上的裂隙或裂缝还未发生交连，煤层压力尚未充分释放，持续本钻孔割缝区域的割缝作业，直至邻近钻孔有水流流出或渗出，再关闭相应的钻孔割缝单元的高压球阀，按常规方法撤出、拆解各个钻孔内的多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，移向下一待钻孔区域，对下一待钻孔区域进行钻孔作业。

如此设计，适合在不需要抽排瓦斯，只需要煤层卸压的煤层进行钻孔割缝，可保证各个钻孔割缝之间煤体上的裂隙或裂缝相互交连，煤层压力已经充分释放。

本发明行走式煤层钻孔割缝卸压方法，包括下述步骤：

①.根据需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁长度，在其上规划出N个待钻孔区域，相邻待钻孔区域相隔25-30米，将前述(含三套钻孔割缝单元)的煤层水射流交替行走式割缝装置设置在需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁前，打开第一钻孔割缝单元的高压球阀和第二钻孔割缝单元的高压球阀，关闭第三钻孔割缝单元的高压球阀待命，然后启动高压清水泵，使用第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，按常规方法对第1待钻孔区域、第2待钻孔区域的进行钻孔作业，

②.待第1待钻孔区域或第2待钻孔区域内的钻孔作业达到设计深度时，开启第三钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，利用第三钻孔割缝单元，在第3待钻孔区域煤壁进行钻孔作业，

与此同时或之后，调节钻孔达到设计深度的钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，对已钻好的孔进行割缝作业；割缝完毕后，关闭该钻孔割缝单元的高压球阀，按常规方法撤出、拆解相应钻孔内的多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，移向第4待钻孔区域待命，

待另一钻孔割缝单元的钻孔作业达到设计深度时，调节该钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，将进行割缝作业，割缝完毕后，关闭该钻孔割缝单元的高压球阀，按常规方法撤出、拆解各个钻孔内的多段高压密封钻杆、高低压转换割缝器和金刚石钻头，移向第5待钻孔区域待命，

与此同时或之后，开启相关钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，对第4待钻孔区域煤壁进行钻孔作业，……

如此循环往复，交替利用第一钻孔割缝单元、第二钻孔割缝单元和第三钻孔割缝单元，依次对各个待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，直至完成所有待钻孔割缝区域的钻孔割缝作业，期间保证同一时刻，最多只能两个钻孔割缝单元进行钻孔或割缝，另一钻孔割缝单元待命或进行拆装高压密封钻杆或其他辅助拆装操作，高压清水泵可不停止运转，但需注意：

一.施工作业时保证水箱液位保持在水箱液位上限的2/3以上。

二.每次交替时，注意避免高压软管发生连续扭曲或纠缠。

如此设计，高压清水泵可始终不停止运转，效率更高，

本发明煤层水射流交替行走式割缝装置及行走式煤层钻孔割缝卸压方法设计新颖，交替作业，充分利用高压清水泵的工作潜能，适合需要卸压的煤层使用。

附图说明

下面结合附图对本发明煤层水射流交替行走式割缝装置及行走式煤层钻孔割缝卸压方法作进一步说明：

图1是本煤层水射流交替行走式割缝装置实施方式一的使用方法第①步的示意图；

图2是本煤层水射流交替行走式割缝装置实施方式一的使用方法第②步的示意图；

图3是本煤层水射流交替行走式割缝装置实施方式一的使用方法第③步的示意图(一)；

图4是本煤层水射流交替行走式割缝装置实施方式一的使用方法第③步的示意图(二)；

图5是本煤层水射流交替行走式割缝装置实施方式二的使用状态结构示意图。

图中：1为高压清水泵、2为高压软管、3为高压球阀、4为远程操作台、5为高压旋转水尾、6为高压密封钻杆、7为高低压转换割缝器、8为金刚石钻头、9为高压总软管、10为三通、11为压力表、12为支路流量表、13为煤壁、14为钻孔、15为割缝。

具体实施方式

实施方式一：如图1-4所示，本煤层水射流交替行走式割缝装置包括高压清水泵1、至少两段高压软管2、高压球阀3、远程操作台4、高压旋转水尾5、多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，其中金刚石钻头8、高低压转换割缝器7、多段高压密封钻杆6、高压旋转水尾5、一段高压软管2、远程操作台4、另一段高压软管2和高压球阀3串接成钻孔割缝单元，该钻孔割缝单元又与高压清水泵1的出口相通，所述高压清水泵1的入口通过管道与配用水箱相通，其特征在于，所述钻孔割缝单元包括第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，所述高压清水泵1的出口上连通有高压总软管9，第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元通过三通10连接在所述高压总软管9上，每个远程操作台4均由高压清水泵闭路开关及溢流阀组成，并分别配有压力表11，每个钻孔割缝单元还配有支路流量表12。

3.一种行走式煤层钻孔割缝卸压方法，包括下述步骤：

①.根据需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁长度，在其上规划出N个待钻孔区域，相邻待钻孔区域相隔25-30米，将实施方式一所述的煤层水射流交替行走式割缝装置设置在需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁13前，打开第一钻孔割缝单元的高压球阀3，关闭第二钻孔割缝单元的高压球阀3，然后启动高压清水泵1，使用第一钻孔割缝单元，按常规方法对第1待钻孔区域进行钻孔作业，如图1所示，N为正整数。

②.待第1待钻孔区域内钻孔作业达到设计深度时，开启第二钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，利用第二钻孔割缝单元，对第二待钻孔区域煤壁13进行钻孔作业，与此同时或之后，调节第一钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，对已钻好的孔进行割缝作业，如图2所示；

割缝完毕后，关闭第一钻孔割缝单元的高压球阀3，按常规方法撤出、拆解相应钻孔内的多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，移向第3待钻孔区域，对第3待钻孔区域进行钻孔作业，

③.待第二钻孔割缝单元的钻孔作业达到设计深度时，调节第二钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，将进行割缝作业。如图3所示；

割缝完毕后，关闭第二钻孔割缝单元的高压球阀3，按常规方法撤出、拆解相应钻孔内的多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，移向第4待钻孔区域，对第4待钻孔区域进行钻孔作业，如图4所示。

如此循环往复，交替利用第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，依次对各个待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，直至完成所有待钻孔割缝区域的钻孔割缝作业，期间第一钻孔割缝单元依次对各单数序号的待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，第二钻孔割缝单元依次对各双数序号的待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，高压清水泵1可不停止运转，但需注意：

一.注意并保持配用水箱水位；

二.每次交替时，应注意避免高压软管发生连续扭曲。

钻孔作业时，通过调节相应钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，将该钻孔割缝单元的支路流量12表显示的供水流量控制在250～300L/min，压力表11显示的供水压力控制在3～5MPa，以满足钻孔钻进及排渣。

割缝时，通过调节相应钻孔割缝单元的高压球阀和远程操作台，相应的支路流量表显示的供水流量应控制在100～120L/min，压力表11显示的供水压力控制在60～100MPa。

割缝作业，割完一刀后需退钻进行下一刀割缝时，先调控相应的远程操控台将相应压力表归零，然后关闭相应高压球阀，退至下一刀割缝位置后，再重新打开高压球阀，将其支路流量表12读数调至105～125L/min之间，然后缓慢调控远程操控台使其压力表12读数恢复至60～100MPa之间，且相应钻孔返水正常后再进行钻孔割缝作业。

除第1待钻孔割缝区域外，每次割缝作业达到设计时间后，关闭相应的高压球阀前，先观察邻近钻孔内是否重新有水流流出或渗出，

若有，说明本钻孔割缝区域钻孔割缝与邻近钻孔割缝区域钻孔割缝之间煤体上的裂隙或裂缝已经交连，煤层压力已经充分释放，则可以关闭相应的钻孔割缝单元的高压球阀3，按常规方法撤出、拆解各个钻孔内的多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，移向下一待钻孔区域，对下一待钻孔区域进行钻孔作业；

若无，说明本钻孔割缝区域钻孔割缝与邻近钻孔割缝区域钻孔割缝之间煤体上的裂隙或裂缝还未发生交连，煤层压力尚未充分释放，持续本钻孔割缝区域的割缝作业，直至邻近钻孔有水流流出或渗出，再关闭相应的钻孔割缝单元的高压球阀3，按常规方法撤出、拆解各个钻孔内的多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，移向下一待钻孔区域，对下一待钻孔区域进行钻孔作业。

实施方式二：如图5所示，本煤层水射流交替行走式割缝装置还包括第三钻孔割缝单元，该第三钻孔割缝单元与第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元通过三通连接在所述高压总软管9上，且第一钻孔割缝单元、第二钻孔割缝单元和第三钻孔割缝单元的远程操作台4前后的高压软管2总长均大于150米，其余结构如实施方式一所示。

本行走式煤层钻孔割缝卸压方法包括下述步骤：

①.根据需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁13长度，在其上规划出N个待钻孔区域，相邻待钻孔区域相隔25-30米，将实施方式二所述的煤层水射流交替行走式割缝装置设置在需要进行煤层卸压的巷道或工作面煤壁13前，打开第一钻孔割缝单元的高压球阀3和第二钻孔割缝单元的高压球阀3，关闭第三钻孔割缝单元的高压球阀3待命，然后启动高压清水泵1，使用第一钻孔割缝单元和第二钻孔割缝单元，按常规方法对第1待钻孔区域、第2待钻孔区域进行钻孔作业，

②.待第1待钻孔区域或第2待钻孔区域内的钻孔作业达到设计深度时，开启第三钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，利用第三钻孔割缝单元，对第3待钻孔区域进行钻孔作业，

与此同时或之后，调节钻孔达到设计深度的钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，对已钻好的孔进行割缝作业；割缝完毕后，关闭该钻孔割缝单元的高压球阀3，按常规方法撤出、拆解相应钻孔内的多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，移向第4待钻孔区域待命，

待另一钻孔割缝单元的钻孔作业达到设计深度时，调节该钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，将进行割缝作业，割缝完毕后，关闭该钻孔割缝单元的高压球阀3，按常规方法撤出、拆解各个钻孔内的多段高压密封钻杆6、高低压转换割缝器7和金刚石钻头8，移向第5待钻孔区域待命，

与此同时或之后，开启相关钻孔割缝单元的高压球阀3和远程操作台4，对第4待钻孔区域煤壁进行钻孔作业，……

如此循环往复，交替利用第一钻孔割缝单元、第二钻孔割缝单元和第三钻孔割缝单元，依次对各个待钻孔割缝区域进行钻孔割缝，直至完成所有待钻孔割缝区域的钻孔割缝作业，期间保证同一时刻，最多只能两个钻孔割缝单元进行钻孔或割缝，另一钻孔割缝单元待命或进行拆装高压密封钻杆或其他辅助拆装操作，高压清水泵可不停止运转，但需注意：

一.施工作业时保证水箱液位保持在水箱液位上限的2/3以上，

二.每次交替时，注意避免高压软管发生连续扭曲或纠缠，图略。