本發(fā)明屬于煤與瓦斯開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，特別涉及一種煤層高壓水射流沖-鉆-擴(kuò)-割一體化增透裝置及其方法。

背景技術(shù)：

目前，煤層瓦斯作為清潔高熱值能源之一，其抽采具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。而我國(guó)的煤層瓦斯透氣性低，瓦斯抽采困難，往往需要采用人工強(qiáng)化措施進(jìn)行煤體致裂，增加煤層透氣性系數(shù)，從而增大礦井瓦斯抽采率，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯規(guī)?；椴衫谩１容^傳統(tǒng)的煤層增透方法主要有水力壓裂法和深孔預(yù)裂爆破法。但是，水力壓裂的水壓裂隙一般沿最大主應(yīng)力方向擴(kuò)展，受地質(zhì)構(gòu)造影響較大，其致裂裂隙往往具有一定的方向性；并且水力壓裂裂隙擴(kuò)展方向受煤層結(jié)構(gòu)影響具有較大的不確定性，造成煤體致裂效果不均勻。深孔預(yù)裂爆破增透方法利用炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的沖擊波對(duì)煤體進(jìn)行致裂，可取得較好的應(yīng)用效果。但是，炸藥運(yùn)輸、鉆孔安裝、起爆等各個(gè)環(huán)節(jié)均可能會(huì)出現(xiàn)安全事故；應(yīng)用過(guò)程中如出現(xiàn)炸藥拒爆，造成鉆孔內(nèi)殘留炸藥，在處理過(guò)程中相當(dāng)危險(xiǎn)；并且政府炸藥管控嚴(yán)格，炸藥審批程序復(fù)雜；實(shí)際使用時(shí)，炸藥用量過(guò)大導(dǎo)致煤體粉化嚴(yán)重，炸藥量少達(dá)不到理想的致裂半徑。

高壓水射流技術(shù)是上世紀(jì)五十年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，近三十年來(lái)，此技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展迅速。高壓水射流具有傳遞能量集中、無(wú)磨損、無(wú)火花、降塵和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用到煤炭、石油、化工、航空、建筑、機(jī)械等領(lǐng)域的清洗、切割、破碎等方面。煤炭行業(yè)最初只是利用高壓水射流技術(shù)進(jìn)行鉆孔，近年來(lái)，一些學(xué)者和科研院所在水力壓裂和高壓水射流研究基礎(chǔ)上又提出了高壓水力割縫增透技術(shù)：利用專(zhuān)用的高壓水力割縫設(shè)備，在煤層中已有的瓦斯抽采鉆孔實(shí)施水平或者垂直割縫，增加煤層中的裂隙數(shù)量，使煤層應(yīng)力釋放，并增加煤層的滲透性。高壓水力割縫破巖機(jī)理不同于普通圓射流，其破巖機(jī)理主要是：一方面通過(guò)高壓水射流的正面沖擊，對(duì)煤巖體產(chǎn)生拉伸、水楔作用進(jìn)行破巖，另一方面在正面沖擊形成的裂隙內(nèi)產(chǎn)生水平載荷，使裂隙面產(chǎn)生剪切破壞并伴有沖蝕、拉伸破壞等多種形式作用的復(fù)雜過(guò)程。高壓水力割縫增透技術(shù)能在鉆孔煤層段形成均勻割縫，實(shí)現(xiàn)煤體卸壓、促進(jìn)煤體內(nèi)吸附瓦斯向游離瓦斯轉(zhuǎn)化，增大煤體透氣性系數(shù)，顯著增加煤層瓦斯抽采效率。

現(xiàn)有煤礦井下高壓水射流鉆孔技術(shù)和利用高壓水射流進(jìn)行水力割縫的研究成果主要存在以下缺陷：

一、鉆孔水力割縫鉆進(jìn)過(guò)程中，由于巖層是一種非均質(zhì)各向異性材料，且含較多的天然裂隙及缺陷，鉆頭在磨削煤巖體過(guò)程中，會(huì)沿前方軟弱方向發(fā)生偏移，造成實(shí)際施工鉆孔位置與設(shè)計(jì)鉆孔位置產(chǎn)生一定的偏移誤差，嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)煤層割縫及瓦斯抽采效果；

二、鉆擴(kuò)孔和高壓水力割縫是兩套設(shè)備，需要先進(jìn)行鉆孔施工，之后再退出鉆桿安裝水力割縫鉆頭，進(jìn)行水力切割，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下。并且，更換鉆頭時(shí)必須全部退出鉆桿，若鉆孔深度很深，則需花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間，在更換鉆頭過(guò)程中，頻繁裝拆鉆桿，加快鉆桿磨損，降低鉆桿使用壽命；

三、在孔口沒(méi)有相關(guān)保護(hù)裝置，而井下煤層在鉆進(jìn)過(guò)程中，由于煤體內(nèi)含有大量的高壓瓦斯氣體，存在較大的噴孔危險(xiǎn)，鉆孔施工過(guò)程中容易造成鉆桿噴出、大量氣體泄漏，造成瓦斯超限，甚至引起人員傷亡；

四、沒(méi)有設(shè)置廢水循環(huán)回收系統(tǒng)，造成煤礦工作面大量積水，現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣，限制了該技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用；

五、鉆頭主要以旋轉(zhuǎn)磨削破巖為主進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭易損壞，鉆孔經(jīng)濟(jì)成本大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種煤層高壓水射流沖-鉆-擴(kuò)-割一體化增透裝置，用以避免鉆孔偏差，并提高鉆孔和水力割縫效率。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之一的技術(shù)方案如下：一種煤層高壓水射流沖-鉆-擴(kuò)-割一體化增透裝置，包括鉆機(jī)、鉆桿和鉆頭，所述鉆桿呈中空結(jié)構(gòu)，所述鉆頭包括圓柱狀的本體，所述本體的前端向前延伸形成同軸的圓錐臺(tái)狀擴(kuò)孔部，所述擴(kuò)孔部前小后大，在擴(kuò)孔部的錐面上周向均勻固定有至少兩個(gè)擴(kuò)孔刀，所述擴(kuò)孔部的小頭端端面向前延伸形成周向均布的至少三個(gè)鉆齒，所述本體的后端向后延伸形成同軸的圓柱狀割縫部，所述割縫部的半徑比本體圓柱段的半徑??；在所述擴(kuò)孔部、本體和割縫部?jī)?nèi)開(kāi)有供液體通過(guò)的孔道，所述孔道的前端貫通擴(kuò)孔部的前端、孔道的后端貫通割縫部的后端，在所述孔道的前孔口安裝有沖孔噴嘴，在所述割縫部?jī)?nèi)安裝有至少一個(gè)橫向的割縫噴嘴，所述割縫噴嘴的外端貫通割縫部的周側(cè)壁，割縫噴嘴的內(nèi)端與孔道連通，在所述孔道內(nèi)還安裝有閥芯，當(dāng)水壓小時(shí)，閥芯將割縫噴嘴的內(nèi)端封閉，所述孔道前后貫通，當(dāng)水壓大時(shí)，閥芯向前堵住孔道的前部，同時(shí)割縫噴嘴內(nèi)端與孔道后部連通；所述割縫部的后端與鉆桿固定相連，并且孔道的后端與鉆桿中心孔連通。

采用上述結(jié)構(gòu)，在本體前端設(shè)置擴(kuò)孔部和鉆齒，后端設(shè)置割縫部，并在擴(kuò)孔部、本體和割縫部?jī)?nèi)設(shè)置孔道，孔道前端安裝沖孔噴嘴，割縫部?jī)?nèi)安裝割縫噴嘴，并在孔道內(nèi)安裝閥芯；當(dāng)高壓水水壓較小時(shí)，閥芯將割縫噴嘴的內(nèi)端封閉，高壓水經(jīng)由孔道和沖孔噴嘴對(duì)鉆孔前方的煤體進(jìn)行沖擊和預(yù)破碎，可以減小鉆進(jìn)時(shí)的阻力，使得鉆齒和擴(kuò)孔刀進(jìn)一步鉆進(jìn)研磨破碎時(shí)更容易向前推進(jìn)，鉆孔效率顯著提高，高壓水流同時(shí)還可以冷卻鉆頭；當(dāng)鉆進(jìn)完成需要進(jìn)行水力割縫時(shí)，不需要更換鉆頭，只需退鉆到指定位置加大高壓水水壓，使閥芯向前移動(dòng)堵住孔道的前部，同時(shí)割縫噴嘴內(nèi)端與孔道后部連通，高壓水流進(jìn)入割縫噴嘴，隨著鉆頭的高速旋轉(zhuǎn)對(duì)孔內(nèi)煤體形成徑向沖擊力進(jìn)行水力割縫。從而提供了一種煤層高壓水射流沖-鉆-擴(kuò)-割一體化增透裝置，通過(guò)高壓水射流沖擊巖體或煤體，降低鉆孔前方煤巖力學(xué)性質(zhì)，且在鉆孔前方煤巖體形成高壓水力孔穴，引導(dǎo)鉆齒沿高壓水沖擊孔穴內(nèi)鉆進(jìn)，由于高壓水射流方向始終保持沿鉆頭軸心方向，因此其沖擊造穴位置始終處于鉆頭軸心方向，即設(shè)計(jì)鉆孔方向，經(jīng)過(guò)高壓水射流沖擊后鉆齒前方煤體力學(xué)性質(zhì)降低，且形成導(dǎo)向穴，從而保證了鉆齒始終沿設(shè)計(jì)方向鉆進(jìn)，達(dá)到了高壓水射流沖擊造穴定向的作用，有效地避免了鉆孔偏差。并且，通過(guò)鉆齒鉆頭鉆進(jìn)后，煤巖體內(nèi)孔徑增大，但仍達(dá)不到瓦斯抽采鉆孔孔徑要求，故設(shè)計(jì)了擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)，在高壓水射流沖擊造穴定向、鉆齒鉆進(jìn)開(kāi)孔之后，由擴(kuò)孔刀沿鉆齒磨削出的小尺寸鉆孔進(jìn)行磨削擴(kuò)孔，由于沖擊噴嘴已經(jīng)對(duì)煤體進(jìn)行了預(yù)破碎，鉆齒亦對(duì)鉆孔進(jìn)行了一次鉆進(jìn)和研磨，鉆孔內(nèi)煤體已卸壓，當(dāng)擴(kuò)孔刀片進(jìn)行二次研磨擴(kuò)孔時(shí)，向前推進(jìn)的阻力已大大減小，研磨更加充分，更易排出，工作效率大大增加。最后增大水壓使沖-鉆-擴(kuò)-割一體化三級(jí)鉆頭內(nèi)的閥芯向前滑動(dòng)，高壓水射流水力沖擊通道關(guān)閉，高壓水沿割縫噴嘴噴出，通過(guò)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，在煤體內(nèi)實(shí)現(xiàn)割縫功能，最終顯著地提高了鉆孔和水力割縫的效率。

所述閥芯自后向前包括同軸的大圓柱段、中圓柱段、小圓柱段和錐形頭，所述大圓柱段、中圓柱段和小圓柱段的半徑依次減小，所述錐形頭前小后大，并且錐形頭的大頭端半徑與小圓柱段的半徑相同，在所述大圓柱段和中圓柱段內(nèi)開(kāi)有相互貫通的過(guò)孔，在所述小圓柱段內(nèi)開(kāi)有至少兩個(gè)周向均布的徑向出水孔，所述出水孔的內(nèi)端與中圓柱段的過(guò)孔前端連通；所述孔道自后向前包括大圓柱孔、大圓錐孔、大安裝孔、小安裝孔和小圓柱孔，所述大圓柱孔、大安裝孔、小安裝孔和小圓柱孔均呈與本體同軸的圓柱孔，所述大圓錐孔呈與本體同軸且前小后大的圓錐孔，所述大圓柱孔的后端貫通割縫部的后端面，割縫部對(duì)應(yīng)大圓柱孔的部位與鉆桿螺紋連接；所述小圓柱孔的前端貫通擴(kuò)孔部的前端面，所述沖孔噴嘴安裝在孔道小圓柱孔的前端；所述大安裝孔、小安裝孔和小圓柱孔之間均呈臺(tái)階過(guò)渡，并且在小安裝孔內(nèi)的臺(tái)階面上固定有墊圈，并且所述大安裝孔位于割縫部?jī)?nèi)，所述割縫噴嘴的內(nèi)端與大安裝孔的后部連通，在所述大安裝孔的后端卡裝有環(huán)形擋圈，所述閥芯的大圓柱段和中圓柱段分別與大安裝孔和小安裝孔滑動(dòng)配合，在閥芯大圓柱段前端與孔道大安裝孔內(nèi)底之間墊裝有彈簧，在彈簧的作用下，所述閥芯向后與擋圈抵緊，所述閥芯的大圓柱段將割縫噴嘴的內(nèi)端封閉；當(dāng)水壓加大，水壓克服彈簧的壓力推動(dòng)閥芯向前移動(dòng)時(shí)，所述閥芯的錐形頭前端伸入小圓柱孔，并且錐形頭的錐面與墊圈抵緊，孔道前部封閉，所述割縫噴嘴的內(nèi)端與大安裝孔連通。所述閥芯和孔道的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，閥芯與孔道之間的配合穩(wěn)定且反應(yīng)靈敏。

所述鉆齒周向均布有三個(gè)，在每一所述鉆齒的前端均固定有研磨顆粒，所述研磨顆粒由金剛石顆粒構(gòu)成，所述鉆齒呈扇形柱狀，在每一所述鉆齒的前端面均鑲嵌有三個(gè)研磨顆粒。這樣設(shè)置鉆齒和研磨顆粒，一方面增加了鉆齒強(qiáng)度、延長(zhǎng)了鉆齒使用壽命，另一方面增強(qiáng)了鉆齒的研磨作用，降低了鉆齒的磨削難度，有效地提高了鉆進(jìn)效率。

所述擴(kuò)孔刀為金剛石刀片，所述擴(kuò)孔部錐面上的擴(kuò)孔刀周向均布有三個(gè)，并且擴(kuò)孔刀正對(duì)相鄰鉆齒間距的正中間，每一所述擴(kuò)孔刀的頂部均呈圓弧形。

在所述鉆桿遠(yuǎn)離鉆頭的一端連接有高壓水路，所述高壓水路包括由高壓水管依次連接的導(dǎo)水尾接、第一水泵、第一閥門(mén)和第一水倉(cāng)，所述導(dǎo)水尾接固定連接在鉆桿遠(yuǎn)離鉆頭的一端，在導(dǎo)水尾接上安裝有第二閥門(mén)，在所述第一水泵上安裝有第一壓力表。設(shè)置高壓水路為鉆頭提供高壓水，其中第一閥門(mén)在水倉(cāng)出口處，用于控制水量大??；第一水泵上設(shè)置第一壓力表，可以顯示施工過(guò)程中水壓動(dòng)態(tài)變化；在導(dǎo)水尾接上設(shè)置有第二閥門(mén)以控制高壓水流量。在高壓水路中第一水泵是進(jìn)行水壓提升的主要設(shè)備，選用的高壓水泵應(yīng)具有多級(jí)調(diào)節(jié)功能，最少具有4級(jí)調(diào)節(jié)功能，可以根據(jù)鉆孔對(duì)象實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，最大輸出水壓應(yīng)滿(mǎn)足120MPa，高壓水管承壓能力需是高壓水泵最大輸出壓力的1.2倍。

在所述鉆桿上還安裝有氣水分離裝置，所述氣水分離裝置包括通過(guò)法蘭盤(pán)對(duì)接的管狀前段和后段，所述鉆桿自氣水分離器的中心孔穿過(guò)，在所述前段外套裝有橡膠套，橡膠套的兩端密封固定在前段上，在橡膠套的后端設(shè)有充氣孔；在所述后段中部開(kāi)有兩個(gè)相對(duì)的過(guò)孔，在后段的其中一個(gè)過(guò)孔上安裝有抽放管路，在所述抽放管路上安裝有第三閥門(mén)和第二壓力表；在后段的另一過(guò)孔上連接有出水管路，所述出水管路的另一端與第一水倉(cāng)連通；在所述后段的后端連接有密封環(huán)，所述密封環(huán)套裝在鉆桿上。設(shè)置氣水分離器，一方面對(duì)鉆孔進(jìn)行封閉，避免瓦斯和廢水溢出惡化工作環(huán)境；另一方面對(duì)瓦斯和廢水進(jìn)行收集，避免了鉆孔施工過(guò)程中煤層瓦斯釋放造成瓦斯超限，可在一定程度上減少施工中瓦斯噴孔的危害程度，既減少了瓦斯的浪費(fèi)，又降低了鉆孔過(guò)程的安全隱患；并且可以實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中水的重復(fù)利用。

在所述出水管路上還布置有第二水倉(cāng)和第二水泵，所述第二水泵位于第二水倉(cāng)和第一水倉(cāng)之間。設(shè)置第二水倉(cāng)和第二水泵，便于對(duì)氣水分離器收集的廢水進(jìn)行沉淀。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種煤層高壓水射流沖-鉆-擴(kuò)-割一體化增透方法。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之二的技術(shù)方案如下：

包括以下步驟：

(1)準(zhǔn)備階段，在井下鉆孔位置安裝目的之一技術(shù)方案的鉆機(jī)、鉆桿和鉆頭，并用料石堆砌第一水倉(cāng)和第二水倉(cāng)，將第一水倉(cāng)注滿(mǎn)水，調(diào)整鉆機(jī)位置布置高壓水路，并將導(dǎo)水尾接與鉆桿固定連接；

(2)試壓鉆進(jìn)，鉆進(jìn)1m；

(3)安裝氣水分離器，將氣水分離器的前段和后段套在鉆桿上，并將前段安裝至鉆孔內(nèi)，對(duì)前段外套裝的橡膠套充氣使橡膠套膨脹與鉆孔孔壁貼合，將后段的兩個(gè)孔調(diào)整至一上一下布置，在朝上的過(guò)孔處安裝抽放管路，在朝下的過(guò)孔處連接出水管路，然后將前段與后段通過(guò)法蘭盤(pán)固定連接；

(4)鉆進(jìn)，依次打開(kāi)第一水泵和鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中重復(fù)進(jìn)行鉆桿加送推進(jìn)，直至鉆孔長(zhǎng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)打開(kāi)抽放管路上的抽放閥門(mén)和出水管路上的第二水泵；

(5)水力割縫，鉆進(jìn)施工完成后關(guān)閉第一水泵和第二閥門(mén)，根據(jù)設(shè)計(jì)割縫方案進(jìn)行退鉆，退鉆過(guò)程中，當(dāng)鉆頭退至所需割縫位置時(shí)，再次打開(kāi)第一水泵和鉆機(jī)，調(diào)節(jié)第一水泵壓力和第二閥門(mén)，使高壓水流壓力大于鉆進(jìn)時(shí)的水力沖擊壓力，使高壓水從割縫噴嘴噴出，隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)形成高壓環(huán)形水流對(duì)煤體切割1-2min，然后退鉆到下一指定位置重復(fù)進(jìn)行割縫。

在鉆進(jìn)和水力割縫過(guò)程中，當(dāng)?shù)诙畟}(cāng)內(nèi)水煤漿量達(dá)到設(shè)定程度，關(guān)閉第二水泵，在第二水倉(cāng)內(nèi)加入適量混凝劑以加速水與煤粉混合物的沉降速度。

有益效果：本發(fā)明通過(guò)在鉆頭上設(shè)置擴(kuò)孔部、鉆齒、割縫部和閥芯，從而提供了一種高壓水射流沖擊造穴定向、鉆齒鉆進(jìn)、擴(kuò)孔刀擴(kuò)孔、割縫部割縫的沖-鉆-擴(kuò)-割一體化煤層增透裝置、以及利用該裝置進(jìn)行煤層增透的方法，從而有效地避免了鉆孔偏移、改善了施工環(huán)境，減少了水和瓦斯的浪費(fèi)，提高了工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1的俯視圖。

圖4為氣水分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為實(shí)施例二的步驟示意圖。

圖中標(biāo)記如下：第一水倉(cāng) 1、第一閥門(mén) 2、第一水泵 3、第一壓力表 4、高壓水管 5、導(dǎo)水尾接 6、第二閥門(mén) 7、鉆頭 8、本體 81、擴(kuò)孔部 82、割縫部 83、鉆齒 84、研磨顆粒 85、擴(kuò)孔刀 86、閥芯 87、擋圈 88、彈簧 89、墊圈 810、沖孔噴嘴 811、割縫噴嘴 812、大圓柱孔 8a、大圓錐孔 8b、大安裝孔 8c、小安裝孔 8d、小圓柱孔 8e、氣水分離器 9、前段 91、橡膠圈 92、后段 93、密封套 94、抽放管路 10、第三閥門(mén) 11、第二壓力表 12、鉆桿 13、鉆機(jī) 14、第二水倉(cāng) 15、第二水泵 16、出水管路 17。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述的實(shí)施例示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述實(shí)施例是示例性的，旨在解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的描述，使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果更加清楚、明確。

實(shí)施例一：

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明包括鉆機(jī)14、鉆桿13和鉆頭8，所述鉆桿13呈中空結(jié)構(gòu)。所述鉆頭8包括圓柱狀的本體81，所述本體81的前端向前延伸形成同軸的圓錐臺(tái)狀擴(kuò)孔部82，所述擴(kuò)孔部82前小后大，在擴(kuò)孔部82的錐面上周向均勻固定有至少兩個(gè)擴(kuò)孔刀86，所述擴(kuò)孔刀86的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整，本實(shí)施例優(yōu)選所述擴(kuò)孔部82錐面上的擴(kuò)孔刀86周向均布有三個(gè)，并且擴(kuò)孔刀86兩兩之間的夾角為120°。所述擴(kuò)孔刀86為金剛石刀片，每一所述擴(kuò)孔刀86的頂部均呈圓弧形。所述擴(kuò)孔部82的小頭端端面向前延伸形成周向均布的至少三個(gè)鉆齒84，所述鉆齒84的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置、不做限定。本實(shí)施例優(yōu)選所述鉆齒84周向均布有三個(gè)，并且擴(kuò)孔刀86正對(duì)相鄰鉆齒84間距的正中間。在每一所述鉆齒84的前端均固定有研磨顆粒85，研磨顆粒85的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，不做限定；本實(shí)施例優(yōu)選在每一所述鉆齒84的前端面均鑲嵌有三個(gè)研磨顆粒85。所述研磨顆粒85由金剛石顆粒構(gòu)成，所述鉆齒84呈扇形柱狀。

如圖1、圖2和圖3所示，所述本體81的后端向后延伸形成同軸的圓柱狀割縫部83，所述割縫部83的半徑比本體81圓柱段的半徑小。在所述擴(kuò)孔部82、本體81和割縫部83內(nèi)開(kāi)有供液體通過(guò)的孔道，所述孔道的前端貫通擴(kuò)孔部82的前端、孔道的后端貫通割縫部83的后端。在所述孔道的前孔口安裝有沖孔噴嘴811，在所述割縫部83內(nèi)安裝有至少一個(gè)橫向的割縫噴嘴812，所述割縫噴嘴812的外端貫通割縫部83的周側(cè)壁，割縫噴嘴812的內(nèi)端與孔道連通。本實(shí)施例優(yōu)選所述割縫噴嘴812相對(duì)布置有兩個(gè)。在所述孔道內(nèi)還安裝有閥芯87，當(dāng)水壓小時(shí)，閥芯87將割縫噴嘴812的內(nèi)端封閉，所述孔道前后貫通；當(dāng)水壓大時(shí)，閥芯87向前堵住孔道的前部，同時(shí)割縫噴嘴812內(nèi)端與孔道后部連通。所述割縫部83的后端與鉆桿13固定相連，并且孔道的后端與鉆桿13中心孔連通。

如圖2和圖3所示，所述閥芯87自后向前包括同軸的大圓柱段、中圓柱段、小圓柱段和錐形頭，所述大圓柱段、中圓柱段和小圓柱段的半徑依次減小，所述錐形頭前小后大，并且錐形頭的大頭端半徑與小圓柱段的半徑相同。在所述大圓柱段和中圓柱段內(nèi)開(kāi)有相互貫通的過(guò)孔，在所述小圓柱段內(nèi)開(kāi)有至少兩個(gè)周向均布的徑向出水孔，所述出水孔的內(nèi)端與中圓柱段的過(guò)孔前端連通。

如圖2和圖3所示，所述孔道自后向前包括大圓柱孔8a、大圓錐孔8b、大安裝孔8c、小安裝孔8d和小圓柱孔8e，所述大圓柱孔8a、大安裝孔8c、小安裝孔8d和小圓柱孔8e均呈與本體81同軸且半徑依次減小的圓柱孔，所述大圓錐孔8b呈與本體81同軸且前小后大的圓錐孔。所述大圓柱孔8a的后端貫通割縫部83的后端面，割縫部83對(duì)應(yīng)大圓柱孔8a的部位與鉆桿13螺紋連接。所述小圓柱孔8e的前端貫通擴(kuò)孔部82的前端面，所述沖孔噴嘴811安裝在孔道小圓柱孔8e的前端。所述大安裝孔8c、小安裝孔8d和小圓柱孔8e之間均呈臺(tái)階過(guò)渡，并且在小安裝孔8d內(nèi)的臺(tái)階面上固定有墊圈810。所述大安裝孔8c位于割縫部83內(nèi)，所述割縫噴嘴812的內(nèi)端與大安裝孔8c的后部連通，在所述大安裝孔8c的后端卡裝有環(huán)形擋圈88，所述閥芯87的大圓柱段和中圓柱段分別與大安裝孔8c和小安裝孔8d滑動(dòng)配合。在閥芯87大圓柱段前端與孔道大安裝孔8c內(nèi)底之間墊裝有彈簧89，在彈簧89的作用下，所述閥芯87向后與擋圈88抵緊，所述閥芯87的大圓柱段將割縫噴嘴812的內(nèi)端封閉。當(dāng)水壓加大，水壓克服彈簧89的彈力推動(dòng)閥芯87向前移動(dòng)時(shí)，所述閥芯87的錐形頭前端伸入小圓柱孔8e，并且錐形頭的錐面與墊圈810抵緊，孔道前部封閉，所述割縫噴嘴812的內(nèi)端與大安裝孔8c連通。

如圖1所示，在所述鉆桿13遠(yuǎn)離鉆頭8的一端連接有高壓水路，所述高壓水路包括由高壓水管5依次連接的導(dǎo)水尾接6、第一水泵3、第一閥門(mén)2和第一水倉(cāng)1，所述導(dǎo)水尾接6固定連接在鉆桿13遠(yuǎn)離鉆頭8的一端，在導(dǎo)水尾接6上安裝有第二閥門(mén)7，在所述第一水泵3上安裝有第一壓力表4。

如圖1和圖4所示，在所述鉆桿13上還安裝有氣水分離裝置，所述氣水分離裝置包括通過(guò)法蘭盤(pán)對(duì)接的管狀前段91和后段93，所述鉆桿13自氣水分離器9的中心孔穿過(guò)。在所述前段91外套裝有橡膠套，橡膠套的兩端密封固定在前段91上，在橡膠套的后端設(shè)有充氣孔。在所述后段93中部開(kāi)有兩個(gè)相對(duì)的過(guò)孔，在后段93的其中一個(gè)過(guò)孔上安裝有抽放管路10，在所述抽放管路10上安裝有第三閥門(mén)11和第二壓力表12。在后段93的另一過(guò)孔上連接有出水管路17，所述出水管路17的另一端與第一水倉(cāng)1連通；在所述后段93的后端連接有密封環(huán)94，所述密封環(huán)94套裝在鉆桿13上。在所述出水管路17上還布置有第二水倉(cāng)15和第二水泵16，所述第二水泵16位于第二水倉(cāng)15和第一水倉(cāng)1之間。

實(shí)施例二：

如圖5所示，一種煤層高壓水射流沖-鉆-擴(kuò)-割一體化增透方法，包括以下步驟：

(1)準(zhǔn)備階段，在井下鉆孔位置安裝鉆機(jī)、鉆桿和鉆頭，并用料石堆砌第一水倉(cāng)和第二水倉(cāng)，將第一水倉(cāng)注滿(mǎn)水，調(diào)整鉆機(jī)位置布置高壓水路，并將導(dǎo)水尾接與鉆桿固定連接。

(2)試壓鉆進(jìn)，鉆進(jìn)1m。

(3)安裝氣水分離器，將氣水分離器的前段和后段套在鉆桿上，并將前段安裝至鉆孔內(nèi)，對(duì)前段外套裝的橡膠套充氣使橡膠套膨脹與鉆孔孔壁貼合，將后段的兩個(gè)孔調(diào)整至一上一下布置。在朝上的過(guò)孔處安裝抽放管路，在朝下的過(guò)孔處連接出水管路，然后將前段與后段通過(guò)法蘭盤(pán)固定連接。

(4)鉆進(jìn)，依次打開(kāi)第一水泵和鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中重復(fù)進(jìn)行鉆桿加送推進(jìn)，直至鉆孔長(zhǎng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)打開(kāi)抽放管路上的抽放閥門(mén)和出水管路上的第二水泵。

(5)水力割縫，鉆進(jìn)施工完成后關(guān)閉第一水泵和第二閥門(mén)，根據(jù)設(shè)計(jì)割縫方案進(jìn)行退鉆，退鉆過(guò)程中，當(dāng)鉆頭退至所需割縫位置時(shí)，再次打開(kāi)第一水泵和鉆機(jī)，調(diào)節(jié)第一水泵壓力和第二閥門(mén)，使高壓水流壓力大于鉆進(jìn)時(shí)的水力沖擊壓力，使高壓水從割縫噴嘴噴出，隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)形成高壓環(huán)形水流對(duì)煤體切割1-2min，然后退鉆到下一指定位置重復(fù)進(jìn)行割縫。

在鉆進(jìn)和水力割縫過(guò)程中，當(dāng)?shù)诙畟}(cāng)內(nèi)水煤漿量達(dá)到設(shè)定程度，關(guān)閉第二水泵，在第二水倉(cāng)內(nèi)加入適量混凝劑以加速水與煤粉混合物的沉降速度。