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技术领域

本发明涉及一种适用于煤层深长钻孔的钻孔方法，尤其是一种电脉冲辅助机械钻进的煤层快速钻孔方法。

背景技术

我国矿井地质条件复杂，随着矿井开采深度的不断增加，瓦斯灾害已成为制约煤矿安全高效生产的一大因素，瓦斯抽采是治理瓦斯灾害的重要手段，其中涉及到向煤层施工瓦斯抽采钻孔，高效、安全的钻孔方法对瓦斯抽采效率有着重要的影响。

目前煤矿钻孔使用的传统机械钻进方法，主要是利用钻齿对煤体的冲击、刮削和剪切作用破碎煤体，从而推进钻孔，这种方法结构简单，操作方便，但在深孔钻进中，随着钻孔深度的增加，钻杆承受的扭矩和拉力逐步增大，施工难度显著增大，导致施工效率降低，钻具磨损严重。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种电脉冲辅助机械钻进的煤层快速钻孔方法，该方法既能够显著提高深长钻孔的钻进速度，保证钻孔的施工效率，又能有效延长钻具的使用寿命。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：首先利用带有一定压力的导电离子溶液浸泡钻孔前方的煤体，使煤体导电性增强，然后利用高压电脉冲发生器，对钻孔前方煤体进行放电，产生巨大的能量直接作用在煤体上，使煤体产生裂缝，降低机械钻进阻力，最后启动钻机，进一步延伸钻孔。

相比现有技术，本发明的一种电脉冲辅助机械钻进的煤层快速钻孔方法，先利用带有一定压力的导电离子溶液增强煤体的导电性，再利用高压电脉冲发生器产生巨大的能量直接作用于煤体上，对煤层进行预先致裂，使钻孔前方煤体产生裂缝，减小了机械钻进的阻力，有效提高了钻进效率，延长了钻头的使用寿命，解决了深长钻孔钻进困难的问题。

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为本发明一个实施例的施工示意图。

图2为图1中的Ⅰ-Ⅰ剖面图。

图中：1-煤层，2-钻孔，3-钻头，4-螺旋钻杆，5-钻机，6-封孔器，7-针状正电极，8-针状负电极，9-绝缘活塞，10-绝缘弹簧，11-绝缘弹簧支架，12-电缆，13-压线鼻子，14-高压电脉冲发生器，15-高压管接头，16-高压注水管，17-压力表，18-注水开关，19-高压注水泵站，20-排水开关，21-排水泵站。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明的保护范围。

图1和图2示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图1中的一种电脉冲辅助机械钻进的煤层快速钻孔方法，具体步骤如下：

a、在煤层1内施工一个2m深的钻孔2；

b、安装高压电脉冲发生器14、高压注水泵站19和排水泵站21，连接钻头3、螺旋钻杆4和钻机5，在钻头3内部镶嵌针状正电极7、针状负电极8和高压注水管16，针状正电极7和针状负电极8嵌入钻头3尾部内腔的一端经电缆12和压线鼻子13与高压电脉冲发生器14的正负极连接，针状正电极7和针状负电极8伸出钻头3的另一端紧挨着煤层1，高压注水管16经高压管接头15连接至高压注水泵站19和排水泵站21；其中，所述钻头3具有一个中心孔，中心孔周围均匀分布四个旁孔，中心孔嵌入针状正电极7，四个旁孔嵌入针状负电极8，在钻头3上的任意位置还设有一个用于嵌入高压注水管16的旁孔，该旁孔的设置满足高压注水管16由钻头3尾部内腔伸入并由钻头3前端伸出即可；针状正电极7、针状负电极8和高压注水管16固定在绝缘活塞9上，绝缘活塞9与绝缘弹簧10相连，绝缘弹簧10固定于绝缘弹簧支架11上，针状正电极7和针状负电极8分别与电缆12连接；所述螺旋钻杆4为中空钻杆，中心安装有高压注水管16和电缆12；

c、利用封孔器6对钻孔2进行密封，打开注水开关18，通过高压注水泵站19和高压注水管16向钻孔2内注入压力为30MPa的离子溶液，观察压力表17，保持钻孔2内水压力恒定2h后关闭注水开关18，并通过排水开关20、排水泵站21、高压注水管16抽出钻孔2内的离子溶液，从而提高钻孔2前方煤体的导电性；

d、开启高压电脉冲发生器14进行充电(例如100kV)，当电压达到设定值时，通过针状正电极7和针状负电极8对钻孔2前方煤体进行放电，巨大的能量直接作用于煤体，使煤体产生大量裂隙，从而降低机械钻进阻力，多次放电后，关闭高压电脉冲发生器14；所述放电次数可以是50次；

e、启动钻机5，利用螺旋钻杆4和钻头3继续推进钻孔2，当钻进阻力增大、排渣量减小的时候，停止钻进；钻进的过程中，伸缩结构用于保护电极，可使电极回退，即当针状正电极7和针状负电极8碰到煤体后在绝缘弹簧10的作用下收缩至孔内，以避免磨损；

f、当螺旋钻杆4长度不够时，停止钻进，续接螺旋钻杆4，多个螺旋钻杆4间通过螺纹连接，它们内部的电缆12和高压注水管16分别用压线鼻子13和高压管接头15连接，安装完成后，继续钻进；

g、重复步骤c、d、e、f，直至钻孔2达到预定深度。

在本实施例中，所述钻头3尾部设有一个腔体，腔体内设有伸缩结构，伸缩结构包括绝缘弹簧支架11、绝缘弹簧10和绝缘活塞9，绝缘活塞9安装在腔体内，针状正电极7、针状负电极8和高压注水管16伸入腔体的一端固定在绝缘活塞9上，绝缘活塞9与绝缘弹簧10相连，绝缘弹簧10固定于绝缘弹簧支架11上，绝缘弹簧支架11支撑在腔体底部的端面，针状正电极7和针状负电极8分别与电缆12连接。

还可以做另一个实施例，与上述实施例不同之处仅在于，所述导电离子溶液的压力取12MPa，即通过高压注水泵站19和高压注水管16向钻孔2内注入压力为12MPa的离子溶液，再观察压力表17，保持钻孔2内水压力恒定1h后关闭注水开关18；所述高压电脉冲发生器14设定的放电频率设为15Hz，放电电压取25kV。

再一个实施例是，与前面两个实施例不同之处也只是在于，所述导电离子溶液的压力取45MPa，即通过高压注水泵站19和高压注水管16向钻孔2内注入压力为45MPa的离子水，再观察压力表17，保持钻孔2内水压力恒定1.5h后关闭注水开关18；所述高压电脉冲发生器14设定的放电频率设为50Hz，放电电压取180kV。

本发明的三个实施例都能使用高压离子溶液快速渗入钻孔2前方煤体，有效提升前方煤体的导电率，之后利用高压电脉冲发生器14对前方煤体放电，产生巨大的能量直接作用于煤体上，使钻孔2前方煤体产生裂缝，减小机械钻进的阻力，提升机械钻进效率，减少钻具磨损，为煤层深长钻孔的快速高效施工提供了重要的技术手段。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。