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低压气液驱动扩孔器

发布时间:

2021-05-11

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煤层增透开采技术在近几年进行了多种技术开发应用，针对于底抽巷道的煤层瓦斯抽采技术在多个地区进行了许多方案的探讨使用，目前使用最广泛的孔底造穴钻孔技术，是增加瓦斯抽采浓度的有效解决方案，采用高压水进行水冲孔造穴可以快速有效的达到孔底造穴的目的，利用水射流对相对位置的煤层进行破碎切割，使局部空间增大从而提高瓦斯抽采率，但是遇有瓦斯含量过大，煤质疏松的松软煤层，采用高压水冲洗煤粉，容易造成煤粉的泡沫化流

一、系统构成

本套系统由煤矿用履带式全液压坑道钻机ZDY4200L、双壁气液通道钻杆Φ73mm*1m、低压气液驱动扩孔器Φ400-500mm、双通道气液水尾、金刚石PDC钻头Φ113mm、专用气液控制箱等组成。

二、技术指标

行号	项目	设计指标	备注
1	开孔直径	Φ113mm	金刚石PDC钻头
2	钻孔深度	10-200m
3	驱动方式	气液驱动
4	驱动压力	≥0.65Mpa
5	刀体尺寸	Φ89*710
6	气液驱动器尺寸	Φ89*590
7	扩孔直径	Φ300-500mm	煤岩自动刀翼
8	钻杆类型	双壁气液通道钻杆	自动或人工装卸
9	钻杆直径	Φ73/Φ89
10	钻杆长度	1000mm/1500mm
11	地质条件	本煤层钻孔	f≤4
12	钻孔角度	≮15度
13	钻头直径	Φ113/Φ133

三、技术方案

低压气液驱动扩孔器，所谓低压，即利用不大于0.63Mpa的压风或小于5Mpa的液体作为动力输出，实现孔底机械扩孔造穴，利用低压的气液提供动力，驱动设置在扩孔器底部的多级倍力装置进行推动。

多级倍力装置为多倍递增推进结构，设置有大于1级的推进活塞，依托推进活塞的多级同步运动达到推力倍增的目的。

多级倍力装置底部设置有气液进口，当低压的压风或液体流经多级倍力装置时对一级推进活塞产生驱动推力，同时流经二级推进活塞以及其他多级推力活塞内，推力活塞伸出的活塞杆顶出与刀体活塞进行连接推进刀体活塞控制刀翼的张开以及闭合，刀体采用双翼开合的刀翼结构，刀翼两侧外围均匀布置有用于煤体切割的合金。

活塞轴杆端面与多级倍力装置的内置活塞杆连接，并提供轴向推力，当推力达到一定值后推动活塞轴杆进行轴向运动带动刀翼的开合运动。

四、实施方案

低压气液驱动扩孔器前端与钻头进行连接，后端与双壁气液通道钻杆进行连接，双壁气液通道钻杆与双通道气液水尾进行连接，通过钻机夹持对其进行旋转，当进行钻进时，外侧进去的压风或冷却水通过双通道气液水尾侧端快速接头处进入钻杆环装空腔内对前端钻头进行降温，此时扩孔器处于闭合状态。

钻进到一定位置实施扩孔作业时，双通道气液水尾后端连接的低压的压风或液体通过扩孔器通过内部提供的低压的压风或液体作为动力推动多级倍力装置进行运动从而带动刀体内部的活塞轴杆进行运动，通过活塞轴杆的齿条与刀翼上齿轮的啮合推动刀翼进行张开，从而对煤体进行切割破碎，完成作业后切断输入源，通过内部设置的复位装置进行反向推动复位。

（2）技术操作要领

与双通道气液水尾配有专用调节气液控制装置，当进行造穴时，首先确定调节气液控制装置上的压力表显示压力是否达到适用压力，然后打开进路控制球阀，此时钻机应处于旋转状态，使刀翼打开时处于旋转受力状态，不至于发生卡钻事故，然后开始孔内施工造穴，当造穴完毕后关闭进路控制球阀，打开泄压球阀，使通道管路内的压力释放，使孔内刀翼进行闭合。

五、效益对比

项目	低压气液驱动扩孔器系统	高压水利造穴系统
造穴原理	低压气液驱动	高压水利冲孔
造穴直径	Φ300mm-Φ500mm	Φ300mm-Φ450mm
造穴深度	200米以内	100米以内
加压设备	无	需额外加配高压泵站
造价预算	约90万元	约150万元（包含液压履带钻车、高压泵站、造穴水刀）

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