一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法，本发明专利技术的液态二氧化碳相变压裂机构包括多节相变压裂管构件，相邻的两节相变压裂管构件之间同轴连接，且每节相变压裂管构件的定压剪切片正好正对所述旋切槽设置，旋切槽的设置，可有效的提高瞬间释放高压、高速的超临界二氧化碳气体冲击煤层内部的效果，并保证气体在瞬间冲击煤层的接触面积，提高冲击增透的能力，保证煤层压裂的效果与可靠性，本发明专利技术可以根据钻孔以及切槽的间距，来自动调节各节相变压裂管构件之间间距，结构简单，方便，可调控性强。可调控性强。可调控性强。

【技术实现步骤摘要】
一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法


[0001]本专利技术具体是一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法，涉及瓦斯抽采增透相关领域。

技术介绍

[0002]在煤矿开采过程中，随着煤层开采深度的增加，煤层渗透性随之减小，从而严重制约了煤层瓦斯抽采率和抽采效果。对此，需要向煤层和瓦斯集聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，用抽采设备将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，加以利用；或排放至总回风流中。然而，如果随着煤层深度的增加，其渗透性达到一定程度，仅仅依靠钻孔后的抽采，难以保证抽采的效率，很难实现煤层中瓦斯有效抽出的目的。对此，需要采用增透技术以及增透设备来对煤层增透处理，目前的增透主要包括高压水压裂技术、爆破技术以及二氧化碳相变压裂技术等，高压水压裂技术中所需设备的尺寸极大，压裂装备的限制导致难以实现井下的有效作业，而爆破技术效率高，但是，对于爆破技术要求较高，而且容易出现事故等问题，而二氧化碳相变压裂技术不仅高效，而且易于控制，因此，这种技术的应用较为广泛，然而，目前的这种技术仅仅依靠将液态的二氧化碳伸入钻孔中，二氧化碳相变时难以最大化的发挥其体积瞬间增加的压裂效果，影响压裂能力。

技术实现思路

[0003]因此，为了解决上述不足，本专利技术在此提供一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备及方法。
[0004]本专利技术是这样实现的，构造一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其包括钻孔与高压喷射旋切机构和液态二氧化碳相变压裂机构，其中，所述钻孔与高压喷射旋切机构包括同轴布置的钻孔机构和旋切机构，所述钻孔机构用于对煤层进行钻孔，所述旋切机构在钻孔中沿着钻孔的深度方向间隔的旋切出多个旋切槽，其特征在于，所述液态二氧化碳相变压裂机构包括多节相变压裂管构件，相邻的两节相变压裂管构件之间同轴连接，且每节相变压裂管构件的定压剪切片正好正对所述旋切槽设置，所述钻孔与高压喷射旋切机构由控制器进行控制，以便根据所述钻孔的深度来控制所述旋切机构作业，并使得相邻的两个旋切槽之间的间距等于相邻两节相变压裂管构件的定压剪切片之间的间距。
[0005]进一步，作为优选，所述钻孔机构包括钻杆、钻杆安装座、旋转驱动机构、钻头组件，其中，所述钻杆可转动的套设安装在所述钻杆安装座上，所述钻杆安装座固定支撑布置在待钻孔的位置，所述钻杆由所述旋转驱动机构驱动转动，所述钻杆的最前端还设置有所述钻头组件，所述钻头组件的前端钻头能够相对于所述钻杆转动。
[0006]进一步，作为优选，所述钻头组件包括钻头、前端防水电机和导向刀头，所述钻杆的最前端固定设置有所述前端防水电机，所述钻头固定安装在所述前端防水电机的输出端，所述钻头的整体为锥形结构，且所述钻头的四周设置有螺旋刃，所述钻头的最前端设置有与所述钻杆同轴的导向刀头，所述导向刀头为圆柱结构，且所述导向刀头的直径为8
‑
20mm，长度为20
‑
80mm，所述前端防水电机的转速至少为所述钻杆转速的三倍，且二者的转动方向相同。
[0007]进一步，作为优选，所述钻头的最大外径处的外径大于所述前端防水电机的最大外径处的外径，且所述钻头的最大外径处的外径大于所述旋切机构的最大外径处的外径，且在钻孔时，所述旋切机构能够向钻孔内喷射水流，所述钻杆为空心结构，以便通过钻杆的中心孔为所述前端防水电机的电源线提供容纳布置空间。
[0008]进一步，作为优选，所述旋切机构包括稳压阀、连接座、内管、外管、旋切喷射盘、内高压喷头组和外高压喷头组，其中，所述连接座上固定设置有所述稳压阀，所述钻杆包括同轴布置的内管和外管，所述内管的管孔构设为所述钻杆的中心孔，所述内管与所述外管之间的空腔构设为高压水腔，所述高压水腔与所述旋切喷射盘连通，且所述旋切喷射盘与所述连接座之间采用加强连接筋固定连接，所述连接座同轴心固定安装在钻杆上，所述旋切喷射盘上圆周阵列的设置有所述内高压喷头组和外高压喷头组，所述内高压喷头组和外高压喷头组均包括多个圆周阵列的高压喷头，且所述内高压喷头组的高压喷头的喷射方向与钻杆中心轴线之间的夹角的角度和所述外高压喷头组的高压喷头的喷射方向与钻杆中心轴线之间的夹角角度相同，且所述内高压喷头组的高压喷头的喷射方向朝钻孔的内侧方向，所述外高压喷头组的高压喷头的喷射方向朝钻孔的外侧方向。
[0009]进一步，作为优选，所述钻杆的端部还采用耐高压旋转密封圈连接至高压泵组，所述高压泵组连接至水箱，在钻孔时，所述高压泵组以第一压力为所述高压喷头提供高压水，在旋切时，所述高压泵组以第二压力为所述高压喷头提供高压水，且所述第一压力小于所述第二压力的三分之一。
[0010]进一步，作为优选，每节相变压裂管构件均包括存储管、控制座体、加热温控组件、定压剪切片、辅助保险帽、连接定位卡头和连接定位孔，所述控制座体的前端同轴固定设置有所述存储管，所述存储管内存储有液态二氧化碳，所述存储管的内部中心还设置有导热棒，所述导热棒上对应所述定压剪切片的位置还同轴固定设置有所述辅助保险帽，所述辅助保险帽为具有盲孔的圆柱结构，且辅助保险帽的内腔与所述存储管的内腔连通且均填充有液态二氧化碳，所述辅助保险帽为薄金属片结构，且所述存储管上圆周阵列的设置有爆裂孔口，所述爆裂孔口上固定设置有所述定压剪切片，所述导热棒的端部与所述控制座体内的加热温控组件连接，所述控制座体的端部设置有所述连接定位孔，所述存储管的前端设置有所述连接定位卡头。
[0011]进一步，作为优选，相邻的两节相变压裂管构件之间直接或者采用连接柱间接的利用所述连接定位卡头、连接定位孔同轴对接在一起，所述连接定位孔内还设置有弹簧锁紧卡头。
[0012]进一步，作为优选，所述控制座体内设置有与所述加热温控组件连接的控制线路板或者控制线圈，所述控制线路板或者控制线圈的导线能够从所述控制座上伸出，以便对各节的相变压裂管构件进行统一控制。
[0013]进一步，本专利技术还提供了一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透方法，其特征在于，其采用本专利技术所述一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其包括以下步骤：
[0014](1)高压钻设压裂孔，并开设旋切槽：将钻孔与高压喷射旋切机构连接安装好，并使得钻杆通过高压泵组连接水箱，在钻孔时，开启旋转驱动机构驱动钻杆转动，并同时开启
前端防水电机驱动钻头和导向刀头同时转动，导向刀头在钻设过程中起到导向作用，避免钻偏，同时，高压泵组以第一压力为所述高压喷头提供高压水，便于将钻设的碎屑排出并为钻头冷却，当控制器控制钻头钻设到设定深度时，钻头停止轴向前进，关闭前端防水电机，并开启高压泵组以第二压力为所述高压喷头提供高压水，利用旋切喷射盘上的内高压喷头组和外高压喷头组的高压喷头喷射的高压水流，实现对钻孔处的切槽作业，从而开设出旋切槽；按照该方法，依次沿着钻孔的深度方向间隔的旋切出多个旋切槽；
[0015](2)取出钻孔与高压喷射旋切机构，在取出时，高压泵组以第一压力为所述高压喷头提供高压水，以便清理钻孔以及旋切槽内的碎屑；
[0016](3)液态二氧化碳相变压裂：根据钻孔深度以及相邻的两个旋切槽的间距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其包括钻孔与高压喷射旋切机构和液态二氧化碳相变压裂机构，其中，所述钻孔与高压喷射旋切机构包括同轴布置的钻孔机构和旋切机构，所述钻孔机构用于对煤层进行钻孔，所述旋切机构在钻孔中沿着钻孔的深度方向间隔的旋切出多个旋切槽，其特征在于，所述液态二氧化碳相变压裂机构包括多节相变压裂管构件，相邻的两节相变压裂管构件之间同轴连接，且每节相变压裂管构件的定压剪切片正好正对所述旋切槽设置，所述钻孔与高压喷射旋切机构由控制器进行控制，以便根据所述钻孔的深度来控制所述旋切机构作业，并使得相邻的两个旋切槽之间的间距等于相邻两节相变压裂管构件的定压剪切片之间的间距。2.根据权利要求1所述一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其特征在于：所述钻孔机构包括钻杆、钻杆安装座、旋转驱动机构、钻头组件，其中，所述钻杆可转动的套设安装在所述钻杆安装座上，所述钻杆安装座固定支撑布置在待钻孔的位置，所述钻杆由所述旋转驱动机构驱动转动，所述钻杆的最前端还设置有所述钻头组件，所述钻头组件的前端钻头能够相对于所述钻杆转动。3.根据权利要求2所述一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其特征在于：所述钻头组件包括钻头、前端防水电机和导向刀头，所述钻杆的最前端固定设置有所述前端防水电机，所述钻头固定安装在所述前端防水电机的输出端，所述钻头的整体为锥形结构，且所述钻头的四周设置有螺旋刃，所述钻头的最前端设置有与所述钻杆同轴的导向刀头，所述导向刀头为圆柱结构，且所述导向刀头的直径为8
‑
20mm，长度为20
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80mm，所述前端防水电机的转速至少为所述钻杆转速的三倍，且二者的转动方向相同。4.根据权利要求3所述一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其特征在于：所述钻头的最大外径处的外径大于所述前端防水电机的最大外径处的外径，且所述钻头的最大外径处的外径大于所述旋切机构的最大外径处的外径，且在钻孔时，所述旋切机构能够向钻孔内喷射水流，所述钻杆为空心结构，以便通过钻杆的中心孔为所述前端防水电机的电源线提供容纳布置空间。5.根据权利要求1所述一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其特征在于：所述旋切机构包括稳压阀、连接座、内管、外管、旋切喷射盘、内高压喷头组和外高压喷头组，其中，所述连接座上固定设置有所述稳压阀，所述钻杆包括同轴布置的内管和外管，所述内管的管孔构设为所述钻杆的中心孔，所述内管与所述外管之间的空腔构设为高压水腔，所述高压水腔与所述旋切喷射盘连通，且所述旋切喷射盘与所述连接座之间采用加强连接筋固定连接，所述连接座同轴心固定安装在钻杆上，所述旋切喷射盘上圆周阵列的设置有所述内高压喷头组和外高压喷头组，所述内高压喷头组和外高压喷头组均包括多个圆周阵列的高压喷头，且所述内高压喷头组的高压喷头的喷射方向与钻杆中心轴线之间的夹角的角度和所述外高压喷头组的高压喷头的喷射方向与钻杆中心轴线之间的夹角角度相同，且所述内高压喷头组的高压喷头的喷射方向朝钻孔的内侧方向，所述外高压喷头组的高压喷头的喷射方向朝钻孔的外侧方向。6.根据权利要求5所述一种提高瓦斯抽放效率的煤层增透设备，其特征在于：所述钻杆的端部还采用耐高压旋转密封圈连接至高压泵组，所述高压泵组连接至水箱，在钻孔时，所述高压泵组以第一压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：章俊，刘旭，殷帅峰，
申请(专利权)人：安徽省皖北煤电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：