一种钻孔多角度定向射流割缝装置及使用方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯治理领域，特别是一种钻孔多角度定向射流割缝装置及使用方法。

背景技术：

1、随着煤矿回采深度的增加，煤层赋存特征逐渐向低渗透率、高瓦斯、高地应力转变。高瓦斯与低渗透率的矛盾导致矿井瓦斯抽采效果差、抽采达标时间长，严重影响采掘进度安排，高地应力则会引起巷道变形加剧、顶板不及时垮落时引发工作面应力集中或冲击地压事故。面对煤矿瓦斯灾害和冲击地压灾害，瓦斯抽采和岩层卸压是解决问题的根本途径。各类射流割缝措施不仅可以应用于煤层钻孔中对钻孔周边煤体进行割缝，增大煤体的透气性促进瓦斯抽采效果，也大量应用在岩石钻孔中进行岩层卸压或强制断顶，同时，钻孔内形成的缝槽在进行压裂时可以对裂缝进行初始导向作用，可以大幅度提高压裂效果。

2、在进行射流增透作业时，由于无法对射流喷头的角位置进行定位，当前多采用旋转钻杆带动前端锚定割缝装置或通过锚定割缝装置增加侧向喷头使锚定割缝装置自旋转进行割缝，此形式形成的射流割缝为垂直于钻孔轴向的截面的圆形缝槽，受缝槽内积水影响时可形成椭圆形固定缝槽，在旋转的同时对钻杆前后进行移动则会形成螺旋形缝槽，在钻孔增透或与压裂联合增透过程中具有较强的不可控性，无法真正实现压裂钻孔的导向作用，甚至导致压裂过程的导向发生偏转；在停止钻杆转动的条件下进行割缝并来回前后移动钻杆，会形成一个沿轴线平行方向平剖钻孔的缝槽，但随机方向的平剖缝槽或仅有单方向的缝槽对单个钻孔的增透效果或者多个钻孔的联合增透效果均不具有精准增透的意义；在当前精准抽采、一个钻孔就是一个工程的理念中，无法控制方向的射流割缝作业会严重阻碍钻孔抽采效果的评价，进而造成抽采效果考察的失效，影响钻孔的经济性甚至可能引发瓦斯事故。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种钻孔多角度定向射流割缝装置及使用方法，用以解决水射流过程中缝槽定向施工的问题。

2、本发明公开了一种钻孔多角度定向射流割缝装置，包括万用表，以及依次连接的：定向装置、锚定割缝装置、定旋两用接头，其中，定向装置包括：定向装置本体，定向装置本体的内部沿轴向固定设置有转子旋转轴，转子旋转轴旋转连接有连接杆，连接杆的一端设有配重块，另一端设有导电块，转子旋转轴电连接有第一导线；定向装置本体内还设有环形电阻片，环形电阻片包括绝缘层以及设置于绝缘层上的导电环，导电环上具有绝缘断开处，导电环在绝缘断开处一端电连接有第二导线；第一导线和第二导线还分别与万用表电连接；

3、锚定割缝装置包括：设有内腔的锚定割缝装置本体、射流割缝喷嘴和单向锚定轮，锚定割缝装置本体左右两侧分别设置与内腔连通的射流割缝喷嘴，使得内腔的射流介质通过射流割缝喷嘴进行割缝作业；锚定割缝装置本体的上下两侧均设置有一对导向腔，导向腔与内腔连通，同一侧的两个导向腔的出口相对；导向腔内设有导向杆，导向杆外绕设有第一弹簧，导向杆的前端能够在导向腔内射流介质压力推动下从导向腔出口外伸且第一弹簧压缩；导向杆的前端铰接有支撑杆且铰接处为支撑杆的一端，同一侧的各支撑杆的另一端铰接有共同的单向锚定轮；

4、定旋两用接头包括：伸缩滑套、旋转滑套、接头卡盘、中心开有通水孔的接头转轴，其中，接头转轴的一端固定于旋转滑套的腔内，伸缩滑套的腔内设有导向槽，位于伸缩滑套腔内的接头转轴的另一端设有导向块，能够在导向槽内滑动，伸缩滑套内还设有绕设于接头转轴的第二弹簧，使得在定旋两用接头内未通入射流介质时，受第二弹簧作用力影响，伸缩滑套与旋转滑套通过接头卡盘形成联轴器结构；在定旋两用接头通入射流介质时，接头转轴向伸缩滑套外压出，第二弹簧压缩，旋转滑套前移远离伸缩滑套。

5、进一步地，在定向装置中：

6、定向装置本体内部设有限位台阶，连接杆的另一端还设有与导电块朝向相反的支撑块，支撑块与限位台阶相接触；

7、所述连接杆在转子旋转轴连接处具有圆环结构，其由转子旋转轴台阶和第一轴用弹簧卡圈限位；

8、定向装置本体内部还设有第一孔用弹簧卡圈，环形电阻片通过第二孔用弹簧卡圈进行限位。

9、进一步地，在锚定割缝装置中：

10、锚定割缝装置本体包括依次螺纹连接的公接头段、锚定段、母接头段；

11、导向腔中设有第三孔用弹簧卡圈，用于对导向杆通过第一弹簧和第三孔用弹簧卡圈进行限位；

12、单向锚定轮的轴线与射流割缝喷嘴的轴线平行；

13、单向锚定轮的截面为梭形结构、剖面为圆形结构；

14、锚定割缝装置本体的内腔靠定向装置的一端设有端部密封件，其中心设有通孔，用于对锚定割缝装置进行密封并使导线通过。

15、进一步地，在定旋两用接头中：

16、接头转轴通过第二弹簧、第二轴用弹簧卡圈、第三孔用弹簧卡圈进行限位；所述的联轴器结构为爪型联轴器结构。

17、进一步地，锚定割缝装置与定旋两用接头、定向装置与锚定割缝装置分别通过螺纹连接方式连接。

18、本发明还公开了一种钻孔多角度定向射流割缝系统，包括如上所述的钻孔多角度定向射流割缝装置，还包括依次连接的：高压泵、高压胶管、钻机、钻杆，其中，钻杆还与钻孔多角度定向射流割缝装置相连。

19、本发明还公开了一种钻孔多角度定向射流割缝装置的使用方法，包括：

20、s1：将钻孔多角度定向射流割缝装置、钻杆、高压胶管、高压泵按顺序依次连接；

21、s2：在送入钻孔前，用万用表测试信号传输性能及电阻值测量准确性，并记录电阻值与锚定割缝装置旋转角度的对应关系；

22、s3：将定向装置、锚定割缝装置、定旋两用接头由钻杆送入钻孔，在射流割缝喷嘴到达设计位置后，通过钻机缓慢旋转钻杆，同时用万用表测试电阻值变化范围，计算射流割缝喷嘴角度位置，在旋转到预定角度后停止钻机旋转；

23、s4：接通高压水开始进行破岩，在钻孔开始排水后，旋转并前后移动钻杆形成缝槽，同时对锚定割缝装置角度稳定性进行监测；

24、s5：割缝至设计长度后关闭高压水，卸压后调整钻孔内钻杆数量或锚定割缝装置角度，开始下一阶段割缝作业；

25、s6：按照步骤s4、步骤s5循环进行作业，直至钻孔割缝作业结束，退出钻杆及钻孔多角度定向射流割缝装置。

26、进一步地，对于所述步骤s2中测试准确性，应在3个不同的旋转角度上测量，并与角度尺测量值进行比对，允许误差范围为±3°。

27、进一步地，所述步骤s2中，电阻值与旋转角度对应关系具体为：将导电环的绝缘断开处位置记为α，使用万用表测量初始电阻值r1和最大电阻值r2，则任一电阻值r对应的角度为：

28、α-360°*r/(r2-r1)

29、记录初始α与割缝喷嘴角度关系，则能够通过电阻值得出割缝喷嘴的角度位置；

30、所述步骤s3中的测试电阻范围，计算角度方法同步骤s2。

31、进一步地，所述步骤s4中锚定割缝装置角度稳定性，需满足角度变化值范围在±3°内。

32、本发明至少具有以下有益效果：

33、本发明采用定旋两用接头实现了射流割缝喷嘴随钻杆转动或固定为沿轴向移动，可以在钻孔内的任意设计角度进行定向割缝；采用定向装置实现了不同钻孔角度条件下的旋转角定向功能；采用锚定割缝装置可在后端钻杆旋转状态下对钻孔进行割缝，并对割缝过程产生的煤渣进行及时排出，避免了钻孔排渣不畅发生堵孔的问题，通过使用本定向装置及定向割缝方法，极大的方便了煤层割缝增透及诱导压裂的导向作用，可以在节省割缝工作量的基础上优化割缝效果。

34、本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。