基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置及其施工方法制造方法及图纸

基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，包括钻头系统、专用钻杆、多级扩径系统和安装固定系统；专用钻杆前端与钻头系统后端同轴向固定连接，多级扩径系统通过安装固定系统安装在专用钻杆外部；本发明专利技术还公开了基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置的施工方法。本发明专利技术提出了根据煤层渗透性差异，进行钻孔直径差异化布置的方法；并通过专用钻杆及多级钻孔结构的设计，达到对不同孔径钻孔的钻进，实现对工作面瓦斯的均匀抽采，全面降低煤层瓦斯含量，实现煤矿的安全、高效生产。

【技术实现步骤摘要】
基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置及其施工方法
本专利技术属于煤矿瓦斯治理
，具体涉及一种基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置及其施工方法。
技术介绍
瓦斯作为煤炭形成过程中的一种伴生气体，与煤炭共生共存。由于瓦斯具有爆炸性，导致煤矿瓦斯事故具有极大的危害性，造成极大的人员伤亡、财产损失。为了实现煤矿瓦斯治理，逐渐形成了穿层钻孔瓦斯抽采、顺层钻孔瓦斯抽采、地面瓦斯抽采等一系列的瓦斯抽采方法。其中，顺层钻孔瓦斯抽采方法以其钻孔布置方便、抽采效果好而得到了广泛的应用。我国地质条件复杂，煤炭形成过程受到了多期构造的作用，导致不同区域煤层渗透性有很大差异，对于小构造发育区，煤层渗透性差异会更大。尤其是对于受到采掘活动影响的工作面，随着与切眼距离的减小，煤层渗透性受采掘影响逐渐增大。因此，回采面的不同区域渗透性存在极大的差异。但是，目前顺层钻孔布置以单一孔径布置为主，导致相同抽采时间下，渗透性好的区域，瓦斯抽采相对较彻底；对于渗透性较差的区域，瓦斯抽采率较低。因此，在完成抽采以后，可能存在抽采盲区，导致抽采效果的误判。在回采到盲区时，存在更大的危害性。为此，迫切需要一种装置或方法，可以对回采面不同区域瓦斯进行全面抽采，均匀降低煤层瓦斯含量，减少瓦斯抽采盲区，实现煤矿的安全、高效生产。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置及其施工方法，其可以在对工作面煤层渗透性分布进行分析的基础上，对钻孔孔径进行差异化布置，实现对工作面瓦斯的均匀抽采，全面降低煤层瓦斯含量，实现煤矿的安全、高效生产。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，包括钻头系统、专用钻杆、多级扩径系统和安装固定系统；专用钻杆前端与钻头系统后端同轴向固定连接，多级扩径系统通过安装固定系统安装在专用钻杆外部；多级扩径系统包括沿专用钻杆轴向方向均匀布置的若干个扩径单元，扩径单元的回转半径沿专用钻杆的轴向方向自前向后逐渐增大；每个扩径单元均包括套装在专用钻杆外部的安装套，安装套外圆周均匀设置有若干个扩径体，扩径体沿径向和轴向方向共同所在的截面为直角梯形结构，直角梯形结构的直角腰与安装套连接，直角梯形结构的前侧底边长度小于后侧底边长度，直角梯形结构的斜腰上设置有扩径齿，安装套的内壁沿圆周方向均匀设置有若干个卡槽，专用钻杆上开设有与卡槽对应的卡孔，所有扩径单元的卡孔均前后一一对应，安装固定系统位于专用钻杆内部通过卡孔与卡槽传动连接。安装固定系统包括与专用钻杆同中心线的弧形板，弧形板的数量与一个安装套上的卡槽数量相等，所有的弧形板均设置在专用钻杆内并沿专用钻杆的圆周方向均匀布置，每个卡孔内均设置有一个T型结构的插销，插销的头部位于专用钻杆内部并通过弹簧与专用钻杆内壁连接，插销的杆部穿过卡孔伸入到卡槽内，弧形板的外壁沿径向方向固定连接有螺杆，专用钻杆上开设有穿孔，螺杆外端穿过穿孔并螺纹连接有螺母，螺母与专用钻杆外圆周压接，弧形板克服弹簧的弹力压紧插销的头部。钻头系统包括前细后粗呈圆锥体结构的钻头本体，钻头本体外圆周设置有钻齿，钻头本体前端开设有出水孔，钻头本体后端与专用钻杆前端同轴向螺纹连接，钻头本体的最大回转半径小于最上一个扩孔单元的回转半径。专用钻杆外圆周表面和安装套前端面内侧连接处对应设置有定位凸起。插销的头部外侧设置有限位块。基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置的施工方法，包括以下步骤，（1）根据研究去煤层底板等高线、构造发育情况、应力分布情况，查明所研究工作面的渗透性分布情况；（2）根据工作面采掘时间安排、采掘进度，确定不同区域合理的抽采时间；（3）根据抽采时间差异、渗透性差异，对不同区域进行钻孔半径的确定，以实现全面、均匀降低煤层瓦斯含量为目标；（4）根据设计半径，选择需要组装的相应级别的多级扩径系统；（5）将对应的多级扩径系统在专用钻杆的对应位置；（6）将钻头系统后端通过螺纹和专用钻杆前端进行连接固定；专用钻杆后端与普通钻杆连接，普通钻杆连接到钻机上；（7）连接相应的动力管路，开始进行钻孔的钻进；（8）完成以后，去掉钻头系统、去掉相应的多级扩径系统，为下一个钻孔钻进做准备。（9）重复步骤（4）~（8）直到完成所有钻孔的钻进。步骤（5）的具体安装过程为，将多个扩孔单元套到专用钻杆外部，多个扩孔单元的回转半径自前向后依次增大，使安装套上的定位凸起与专用钻杆外部的定位凸起对应，即卡槽与卡孔对应通透，然后将一块弧形板伸入到专用钻杆内部，弧形板外壁上的螺杆穿出专用钻杆上的穿孔，在螺杆外端拧上螺母，在拧动螺母过程中，螺杆向外移动，带动弧形板向外顶压插销，插销伸出卡孔伸入到卡槽内，直到限位块与专用钻杆内壁顶压接触后停止拧动螺母；按照上述安装过程将剩余的弧形板在专用钻杆内部安装到位。采用上述技术方案，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术中的专用钻杆外部通过安装固定系统设置多级扩径系统；多级扩孔系统便于安装和拆卸，可根据扩孔直径的大小设置扩孔单元的数量；2、为了便于判断卡槽与卡孔两者便于对应，在专用钻杆和安装套上分别设计了定位凸起，当定位凸起相对应时，卡槽与卡孔对应即为可组合位置；3、限位块的设置，既可使螺母压紧专用钻杆，使弧形板固定牢靠，而且可避免弹簧被压坏，确保弹簧保持良好的弹性空间；4、出水孔的设置，便于钻头本体的冷却和排渣。综上所述，本专利技术提出了根据煤层渗透性差异，进行钻孔直径差异化布置的方法；并通过专用钻杆及多级钻孔结构的设计，达到对不同孔径钻孔的钻进，实现对工作面瓦斯的均匀抽采，全面降低煤层瓦斯含量，实现煤矿的安全、高效生产。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，包括钻头系统、专用钻杆1、多级扩径系统和安装固定系统；专用钻杆1前端与钻头系统后端同轴向固定连接，多级扩径系统通过安装固定系统安装在专用钻杆1外部；多级扩径系统包括沿专用钻杆1轴向方向均匀布置的若干个扩径单元，扩径单元的回转半径沿专用钻杆1的轴向方向自前向后逐渐增大；每个扩径单元均包括套装在专用钻杆1外部的安装套2，安装套2外圆周均匀设置有若干个扩径体3，扩径体3沿径向和轴向方向共同所在的截面为直角梯形结构，直角梯形结构的直角腰与安装套2连接，直角梯形结构的前侧底边长度小于后侧底边长度，直角梯形结构的斜腰上设置有扩径齿4，安装套2的内壁沿圆周方向均匀设置有若干个卡槽5，专用钻杆1上开设有与卡槽5对应的卡孔6，所有扩径单元的卡孔6均前后一一对应，安装固定系统位于专用钻杆1内部通过卡孔6与卡槽5传动连接。安装固定系统包括与专用钻杆1同中心线的弧形板7，弧形板7的数量与一个安装套2上的卡槽5数量相等，所有的弧形板7均设置在专用钻杆1内并沿专用钻杆1的圆周方向均匀布置，每个卡孔6内均设置有一个T型结构的插销8，插销8的头部位于专用钻杆1内部并通过弹簧与专用钻杆1内壁连接，插销8的杆部穿过卡孔6伸入到卡槽5内，弧形板7的外壁沿径向方向固定连接有螺杆9，专用钻杆1上开设有穿孔，螺杆9外端穿过穿孔并螺纹连接有螺母10，螺母10与专用钻杆1外圆周压接，弧形板7克服弹簧的弹力压紧插销8的头部。钻头系统包括前细后粗呈圆锥体结构的钻头本体1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，其特征在于：包括钻头系统、专用钻杆、多级扩径系统和安装固定系统；专用钻杆前端与钻头系统后端同轴向固定连接，多级扩径系统通过安装固定系统安装在专用钻杆外部；多级扩径系统包括沿专用钻杆轴向方向均匀布置的若干个扩径单元，扩径单元的回转半径沿专用钻杆的轴向方向自前向后逐渐增大；每个扩径单元均包括套装在专用钻杆外部的安装套，安装套外圆周均匀设置有若干个扩径体，扩径体沿径向和轴向方向共同所在的截面为直角梯形结构，直角梯形结构的直角腰与安装套连接，直角梯形结构的前侧底边长度小于后侧底边长度，直角梯形结构的斜腰上设置有扩径齿，安装套的内壁沿圆周方向均匀设置有若干个卡槽，专用钻杆上开设有与卡槽对应的卡孔，所有扩径单元的卡孔均前后一一对应，安装固定系统位于专用钻杆内部通过卡孔与卡槽传动连接。

【技术特征摘要】
1.基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，其特征在于：包括钻头系统、专用钻杆、多级扩径系统和安装固定系统；专用钻杆前端与钻头系统后端同轴向固定连接，多级扩径系统通过安装固定系统安装在专用钻杆外部；多级扩径系统包括沿专用钻杆轴向方向均匀布置的若干个扩径单元，扩径单元的回转半径沿专用钻杆的轴向方向自前向后逐渐增大；每个扩径单元均包括套装在专用钻杆外部的安装套，安装套外圆周均匀设置有若干个扩径体，扩径体沿径向和轴向方向共同所在的截面为直角梯形结构，直角梯形结构的直角腰与安装套连接，直角梯形结构的前侧底边长度小于后侧底边长度，直角梯形结构的斜腰上设置有扩径齿，安装套的内壁沿圆周方向均匀设置有若干个卡槽，专用钻杆上开设有与卡槽对应的卡孔，所有扩径单元的卡孔均前后一一对应，安装固定系统位于专用钻杆内部通过卡孔与卡槽传动连接。2.根据权利要求1所述的基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，其特征在于：安装固定系统包括与专用钻杆同中心线的弧形板，弧形板的数量与一个安装套上的卡槽数量相等，所有的弧形板均设置在专用钻杆内并沿专用钻杆的圆周方向均匀布置，每个卡孔内均设置有一个T型结构的插销，插销的头部位于专用钻杆内部并通过弹簧与专用钻杆内壁连接，插销的杆部穿过卡孔伸入到卡槽内，弧形板的外壁沿径向方向固定连接有螺杆，专用钻杆上开设有穿孔，螺杆外端穿过穿孔并螺纹连接有螺母，螺母与专用钻杆外圆周压接，弧形板克服弹簧的弹力压紧插销的头部。3.根据权利要求1所述的基于透气性差异的抽采钻孔多孔径钻进装置，其特征在于：钻头系统包括前细后粗呈圆锥体结构的钻头本体，钻头本体外圆周设置有钻齿，钻头本体前端开设有出水孔，钻头本体后端与专用钻杆前端同轴向螺纹连接，钻头本体的最大回转半径小于最上一个扩孔单元的回转半径。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾炳，张建武，冯兴华，彭荣富，田好敏，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：河南,41