一种联合式扩孔方法及装置
技术领域
本发明属于煤矿钻孔技术领域，具体地，涉及一种联合式扩孔方法及装置。
背景技术
煤矿采集前，需要钻孔抽采瓦斯，钻孔时需要从岩石层向煤层钻孔，为节省钻孔成本并增加瓦斯抽采效率，需要在保证岩石层钻孔段孔径不变的情况下对煤层段的钻孔进行扩孔处理，以扩大煤层内孔的表面积，提高瓦斯的溢出效率。现有的瓦斯抽采钻孔扩孔装置及扩孔方法存在工作效率低、退钻困难、可靠性不高等问题。由此，亟需对现有的钻孔扩孔方法及装置加以改进。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种联合式扩孔方法，包括如下步骤：
1)钻孔定位：根据煤层条件测量放线以定位钻孔位置；
2)钻孔：先用普通瓦斯抽采钻机经岩石层向煤层开钻普通钻孔，普通钻孔深度达到设计位置后停止钻进，并将普通钻头退出；
3)扩孔：采用水力扩孔和机械柔性扩孔相结合的方式进行柔性联合扩孔；
31)水力扩孔，采用沿径向设有高压喷头的水力切割头进行水力扩孔；
32)机械柔性扩孔，在水力切割头的后端连接柔性扩孔钻头，通过柔性扩孔钻头进行机械柔性扩孔，所述柔性扩孔钻头通过带减速电机的钻杆驱动，所述柔性扩孔钻头上沿径向设有甩链或甩缆，所述甩链或甩缆内穿设有高压软管，所述高压软管与扩孔钻头内的高压水相连通，所述高压软管远离柔性扩孔钻头的一端通过高压水喷射口配合甩链或甩缆，对钻孔同步进行水力辅助切割。
优选的，步骤32)中，所述减速电机的工作转速为500r/min，利用旋转惯性，使甩链或甩缆得到舒展，便于保证扩孔尺寸的精度并提高扩孔效率。
优选的，所述高压水的工作压力为30MPa，以便达到较好的水力切割效果。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种联合式扩孔装置，包括钻杆、水力切割头和柔性扩孔钻头，所述钻杆一端与减速电机传动连接，另一端与柔性扩孔钻头固定连接，所述水力切割头连接在柔性扩孔钻头远离钻杆的一端，所述钻杆、柔性扩孔钻头和水力切割头内设有相贯通的高压水道，所述水力切割头的外圆面上沿径向设有多个高压喷头，且水力切割头远离柔性扩孔钻头的一端还连接有掘进钻头，所述柔性扩孔钻头包括扩孔座和甩链或甩缆，所述甩链或甩缆均采用高强耐磨金属材质，且甩链或甩缆内穿设有高压软管，所述高压软管远离扩孔座的一端设有高压水喷射口。本装置进入煤层后，通过掘进钻头可增加钻孔深度，通过水力切割头和柔性扩孔钻头配合作业实现钻深的同时快速扩孔，且扩孔完成后，通过对高压软管进行泄压，即可实现快速退钻，从而有效提高了扩孔作业的工作效率，同时提高了扩孔装置的可靠性。所述扩孔座和钻杆的外表面设有螺旋导料槽，方便将扩孔时破碎的煤粒及时输送出钻孔，保证扩孔效率。
优选的，所述甩链采用矿用高强度圆环链，自由度高，不易发生疲劳损伤。
优选的，所述高压软管采用铠装金属软管，有利于保证高压软管的使用寿命。
优选的，所述高强耐磨金属材质选用27SiMn材质，强度高，耐磨性好，有利于提高装置的使用寿命。
优选的，所述甩链或甩缆上设有金刚石复合片，提高甩链或甩缆的耐磨性，有利于延长装置的使用寿命。
优选的，所述扩孔座沿轴向间隔设置有三圈扩孔组件，每圈扩孔组件至少包括两根甩链或甩缆，以保证柔性扩孔钻头作业的稳定性，提高装置的可靠性，保证扩孔效率。
优选的，所述三圈扩孔组件的扩孔半径分别为100mm、200mm和250mm，所述甩链或甩缆越靠近水力切割头，扩孔半径越小，使装置由钻头的钻进方向从前到后逐级扩孔，使每圈扩孔组件都处于合理的扩孔半径内，减少装置的磨损，提高扩孔效率的同时保证装置的可靠性。
本发明还包括能够使联合式扩孔方法及装置正常使用的其它步骤、装置或组件，均为本领域的常规技术手段，另外，本发明中未加限定的步骤、装置或组件均采用本领域中的常规技术手段。
本发明先通过普通瓦斯抽采钻机在岩石层和煤层钻设普通钻孔，将普通钻头退出后，换上带水力切割头的柔性扩孔钻头进行扩孔作业，先由钻孔前端的水力切割头进行水力喷射，使煤层更加疏松，再通过柔性扩孔钻头上的甩链或甩缆对煤层机械甩打，加速煤层的破碎，通过在甩链或甩缆内穿设高压软管，利用高压水对高压软管的胀伸作用，可提高甩链或甩缆的伸展刚度，有助于提高机械扩孔效率，再配合甩链或甩缆内高压软管末端的高压水喷射口，对钻孔内的煤层起到辅助水力切割的目的，既有利于提高甩链或甩缆的可靠性，又有利于进一步提高扩孔效率。
本发明的有益效果是，本发明通过采用水力切割和柔性机械扩孔相结合的方式对煤矿瓦斯抽采钻孔进行快速高效扩孔，装置结构简单，可靠性高、耐磨性和稳定性好，退钻方便，适宜推广应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的联合式扩孔装置的整体结构示意图。
图2是本发明中的甩链的末端的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
本发明提供了一种联合式扩孔方法，包括如下步骤：
1)钻孔定位：根据煤层条件测量放线以定位钻孔位置；
2)钻孔：先用普通瓦斯抽采钻机经岩石层向煤层开钻普通钻孔，普通钻孔深度达到设计位置后停止钻进，并将普通钻头退出；
3)扩孔：采用水力扩孔和机械柔性扩孔相结合的方式进行柔性联合扩孔；
31)水力扩孔，采用沿径向设有高压喷头的水力切割头进行水力扩孔；
32)机械柔性扩孔，在水力切割头的后端连接柔性扩孔钻头，通过柔性扩孔钻头进行机械柔性扩孔，所述柔性扩孔钻头通过带减速电机的钻杆驱动，所述柔性扩孔钻头上沿径向设有甩链或甩缆，所述甩链或甩缆内穿设有高压软管，所述高压软管与扩孔钻头内的高压水相连通，所述高压软管远离柔性扩孔钻头的一端通过高压水喷射口配合甩链或甩缆，对钻孔同步进行水力辅助切割；所述减速电机的工作转速为500r/min，利用旋转惯性，使甩链或甩缆得到舒展，便于保证扩孔尺寸的精度并提高扩孔效率；所述高压水的工作压力为30MPa，以便达到较好的水力切割效果。
实施例2
如图1～2所示，本发明还提供了一种联合式扩孔装置，包括钻杆1、水力切割头2和柔性扩孔钻头3，所述钻杆1一端与减速电机(图中未示出)传动连接，另一端与柔性扩孔钻头3固定连接，所述水力切割头2连接在柔性扩孔钻头3远离钻杆1的一端，所述钻杆1、柔性扩孔钻头3和水力切割头2内设有相贯通的高压水道4，所述水力切割头2的外圆面上沿径向设有多个高压喷头5，且水力切割头2远离柔性扩孔钻头3的一端还连接有掘进钻头6，所述柔性扩孔钻头3包括扩孔座3-1和甩链3-2，所述甩链3-2均采用高强耐磨金属材质，且甩链3-2内穿设有高压软管3-21，所述高压软管3-21远离扩孔座3-1的一端设有高压水喷射口。本装置进入煤层后，通过掘进钻头6可增加钻孔深度，通过水力切割头2和柔性扩孔钻头3配合作业实现钻深的同时快速扩孔，且扩孔完成后，通过对高压软管3-21进行泄压，即可实现快速退钻，从而有效提高了扩孔作业的工作效率，同时提高了扩孔装置的可靠性。
所述扩孔座3-1和钻杆1的外表面设有螺旋导料槽7，方便将扩孔时破碎的煤粒及时输送出钻孔，保证扩孔效率。所述甩链3-2采用矿用高强度圆环链，自由度高，不易发生疲劳损伤。所述高压软管3-21采用铠装金属软管，有利于保证高压软管3-21的使用寿命。所述高强耐磨金属材质选用27SiMn材质，强度高，耐磨性好；所述甩链3-2上设有金刚石复合片8，可提高甩链3-2的耐磨性，有利于延长装置的使用寿命。所述扩孔座3-1沿轴向间隔设置有三圈扩孔组件，每圈扩孔组件至少包括两根甩链3-2，以保证柔性扩孔钻头3作业的稳定性，提高装置的可靠性，保证扩孔效率。所述三圈扩孔组件的扩孔半径分别为100mm、200mm和250mm，所述甩链3-2越靠近水力切割头2，扩孔半径越小，使装置由钻头的钻进方向从前到后逐级扩孔，使每圈扩孔组件都处于合理的扩孔半径内，减少装置的磨损，提高扩孔效率的同时保证装置的可靠性。
本发明先通过普通瓦斯抽采钻机在岩石层和煤层钻设普通钻孔，将普通钻头退出后，换上带水力切割头2的柔性扩孔钻头3进行扩孔作业，先由钻孔前端的水力切割头2进行水力喷射，使煤层更加疏松，再通过柔性扩孔钻头3上的甩链3-2对煤层机械甩打，加速煤层的破碎，通过在甩链3-2内穿设高压软管3-21，利用高压水对高压软管3-21的胀伸作用，可提高甩链3-2的伸展刚度，有助于提高机械扩孔效率，再配合甩链3-2内高压软管3-21末端的高压水喷射口，对钻孔内的煤层起到辅助水力切割的目的，既有利于提高甩链3-2的可靠性，又有利于进一步提高扩孔效率。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
