徐超 孫浩石 秦亮亮 閆志銘 郭超飛 楊港

摘 要：水力機械擴孔增透技術(shù)是提高煤層瓦斯抽采效果、預(yù)防煤層瓦斯突出的重要方法之一。目前水力機械擴孔裝置多采用直角式刀臂結(jié)構(gòu)，但直角式刀臂在應(yīng)用過程中存在著塌孔嚴重、排渣不暢、擴孔初期刀臂遇阻展開不暢以及水壓動力分配不均等缺陷，嚴重影響著煤層擴孔的施工效果。基于此，研發(fā)一種瓦斯抽采鉆孔螺旋式水力機械擴孔裝置，將刀臂結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的直角式改變?yōu)槁菪?，設(shè)計內(nèi)部動力驅(qū)動裝置，并提供一種高低壓水切換裝置以控制各管路開閉，進而完善煤層擴孔工藝流程。所設(shè)計的螺旋式水力機械擴孔裝置在陽煤集團平舒煤礦15211工作面進行試點應(yīng)用，結(jié)果表明：螺旋式刀臂較直角式刀臂擁有更好的切削煤體能力，擴孔裝置卡刀次數(shù)明顯減少，擴孔總長度提升10.59%，成孔率提高12.5%，并將擴孔總施工周期縮短1 d。證明螺旋式水力機械擴孔裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與優(yōu)越性，為煤礦井下擴孔設(shè)備的優(yōu)化改進提供了方向。

關(guān)鍵詞：松軟煤層;瓦斯抽采;螺旋式刀臂;擴孔裝置;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：X 936

文獻標志碼：A

文章編號：1672-9315（2021）04-0640-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2021.0409開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Gas extraction drilling spiral-type hydraulic mechanical

reaming device and its application

XU Chao，SUN Haoshi1，QIN Liangliang1，YAN Zhiming2，GUO Chaofei1，YANG Gang1

（1.School of Risk Management and Safety Engineering，China University of Mining and Technology（Beijing），Beijing 100083，China;

2.Yangquan Coal Industry（Group）Co.，Ltd.，Yangquan 045000，China）

Abstract：Hydraulic hole enlargement and permeability enhancement technology is one of the important methods to improve gas extraction effect and prevent gas outburst in coal seam.At present，the right-angle type cutter arm structure is mostly used in the hydraulic machinical reaming device.However，there are some defects in the application，such as serious hole collapse，poor slag discharge，poor deployment of the cutter arm at the beginning of reaming and uneven distribution of hydraulic power，which seriously impact the construction? of coal seam reaming.For this，a spiral-type hydraulic mechanical reaming device for drilling holes and gas extraction has been developed in this paper.The structure of cutter arm has been changed from traditional right-angle type to spiral-type.An internal power-driven device has been designed and a high and low pressure water switching device has been provided to control the opening and closing of pipelines，thus improving the coal seam reaming process.The designed spiral-type hydraulic mechanical reaming device has been applied in the 15211 working face of Pingshu Coal Mine，Yangshan Coal Group as a pilot.The results show that the spiral-type reaming arm has better cutting ability than the right-angle one.Stuck number of cutters in the reaming device is significantly reduced，the total length of reaming is increased by 10.59%，the hole-forming rate is increased by 12.5%，and the total construction period of reaming is shortened by 1 day，indicating that the structural design of spiral-type hydraulic mechanical reaming device is reasonable and advantageous，which provides aduidance for optimization and improvement of reaming equipment in underground coal mine.

Key words：soft coal seam;gas extraction;spiral arm;reaming device;structural design

0

引 言在中國深部煤層開采過程中，大多煤層具有地應(yīng)力高、瓦斯壓力大、透氣性低、煤層頂板壓力情況復(fù)雜、煤與瓦斯突出災(zāi)害頻發(fā)等特征，嚴重威脅著煤礦的安全高效生產(chǎn)[1-4]，這決定了本領(lǐng)域采用煤層卸壓增透、瓦斯預(yù)抽為今后主要防突措施的發(fā)展趨勢[5]。其中煤層增透是高瓦斯礦井瓦斯預(yù)抽的關(guān)鍵步驟[6]，而煤層增透一般通過改造煤巖體物理結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)造瓦斯導(dǎo)流通道以便后續(xù)抽采瓦斯，從而消除目標煤層范圍內(nèi)突出危險性來達到預(yù)防煤與瓦斯突出事故的目的。國內(nèi)外對于增加煤層透氣性的常用方法有高壓水射流卸壓增透技術(shù)[7-9]、水力沖孔卸壓技術(shù)[10-12]、水力壓裂強化增透技術(shù)[13-17]、清潔液壓裂技術(shù)[18]以及爆破增透技術(shù)[19-21]等。近年來，愈加成熟的鉆擴一體化技術(shù)[22]因地質(zhì)條件適應(yīng)性較強等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于井下煤層增透作業(yè)，其原理為通過鉆機和擴孔等相關(guān)設(shè)備在目標煤層鉆進形成孔洞，改變孔洞周圍煤體的原始應(yīng)力分布創(chuàng)造裂隙通道，以此提高煤層瓦斯透氣性。擴孔成套設(shè)備中的擴孔裝置或者鉆擴一體鉆頭作為切割煤體的主要部件，其擴孔效果質(zhì)量直接決定煤層增透效果的優(yōu)劣。目前對于鉆具設(shè)備方面，前人研制了擴孔直徑216 mm型反向回拉式擴孔器[23]、弧形連接方式擴孔鉆頭[24]、新型PDC定向擴孔鉆頭[25]，但鉆頭擴孔類設(shè)計存在著鉆頭端擴孔易引起鉆頭旋動中心過于前置，導(dǎo)致偏離鉆進路線隨之卡鉆等問題?，F(xiàn)階段為避免鉆頭處擴孔引起的諸多難點，行業(yè)內(nèi)設(shè)計了可伸展出機械刀臂的水力機械擴孔裝置[26-28]以增加鉆進穩(wěn)定性和擴孔效果，如施工錨桿可變徑鉆孔鉆頭、自動變徑擴孔鉆具、高壓水射流鉆擴一體化裝備等，都有效提高了煤層透氣性。但上述涉及的擴孔裝置或者擴孔鉆頭的刀臂結(jié)構(gòu)多為矩形結(jié)構(gòu)，其一般在施工初始階段會發(fā)生擴刀不成功或者效率低下等情況，對于松軟低透高突煤層，其多為可鉆性差的軟煤或者破碎煤體。因直角式刀臂擴孔裝置本身初期具有出水壓力小、刀臂啟動阻力大以及鉆進輸出扭矩小等困難，遇阻經(jīng)常會出現(xiàn)直角式刀臂開啟不暢、裝置憋停、抱鉆及卡刀情況，導(dǎo)致退鉆清洗裝置和處理鉆孔等非有效工作時間延長，而且頻繁的循環(huán)通井徒增了無效施工時間，耗時費力延緩施工進度，最終影響擴孔成孔效率。為解決以上問題，本文主要從刀臂結(jié)構(gòu)、動力驅(qū)動裝置和高低壓水切換裝置對現(xiàn)有裝置進行改進，設(shè)計了一種擁有全新切削煤體形式的瓦斯抽采鉆孔螺旋式水力機械擴孔裝置，優(yōu)化了井下鉆擴孔工藝流程，并在陽煤集團平舒煤礦15211工作面進行試用，以檢驗裝置的使用效果。

1 螺旋式水力機械擴孔裝置結(jié)構(gòu)

1.1 裝置改進結(jié)構(gòu)煤礦井下水力機械擴孔裝置通常搭載于擴孔成套設(shè)備進行作業(yè)，擴孔成套設(shè)備包括履帶式液壓鉆機、高壓清水泵站、大流量泥漿泵站、密封連接鉆桿、下向孔施工復(fù)合鉆頭、供水設(shè)施、高壓旋轉(zhuǎn)接頭、鉆孔三防裝置、煤水氣分離器、高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置以及水力機械擴孔裝置，擴孔成套設(shè)備如圖1所示。其中，位于鉆頭后的擴孔裝置是整個施工過程中擴大孔徑的核心部件，用作鉆頭鉆進孔洞以及后續(xù)擴孔作業(yè)，而擴孔裝置內(nèi)部延展出的刀臂更承擔(dān)著切削煤體的關(guān)鍵作用，所以刀臂設(shè)計的合理與否直接決定著擴孔效果的優(yōu)劣程度。

傳統(tǒng)擴孔裝置的刀臂結(jié)構(gòu)多為直角式（圖2），其優(yōu)勢為方便收納于擴孔裝置中和擴孔直徑大等，動力傳遞方面多為齒輪配合內(nèi)部滑套傳輸動力給外部刀臂，但是也隨之暴露諸多缺陷：如擴刀初期煤層情況復(fù)雜使得刀臂無法正常開啟、

向外排渣阻力大形成渣煤滯留孔洞妨礙設(shè)備運行等。

本文的螺旋式水力機械擴孔裝置則在上述裝置基礎(chǔ)上全方位改進了擴孔刀臂的結(jié)構(gòu)、水壓動力輸出方式以及裝置內(nèi)水壓轉(zhuǎn)換裝置，即研發(fā)設(shè)計了螺旋式刀臂、動力驅(qū)動裝置和高低壓水切換裝置3個主要部件。各裝置分配于鉆頭腔體、刀臂腔體、水閥腔體3個空間腔體中，3個腔體之間的分界線分別為出水端限位體和進水端限位體，裝置具體剖面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

其中，水閥腔體中內(nèi)置高低壓冷卻水切換裝置，其所含零件包括水閥腔體里的閥芯底座、閥芯及以下端的可活動閥槽，閥芯底座進水口可將水通入到低壓水進水口，閥芯上設(shè)置有一號彈簧，一號彈簧兩端固定于閥芯底座進水端與閥槽出水端，閥槽出水端中心設(shè)置有閥槽進水口。低壓水供給時，低壓水進入螺旋式水力機械擴孔裝置的鉆桿連接頭，作用到閥槽底座，因水壓未達到預(yù)設(shè)擴孔水壓（即滿足擴刀的高水壓），只滿足鉆孔排渣需要，未能克服一號彈簧的極限最大反作用力，使得閥槽運動受限并持續(xù)封堵高壓水管路。低壓水繼續(xù)流經(jīng)閥槽進水口進入水閥腔體，再經(jīng)閥芯底座的閥芯底座進水口流至低壓水進水口，低壓水沿低壓水管路直接越過刀臂腔體和鉆頭腔體輸送至鉆頭端鉆桿，供給鉆進所需冷卻水向孔外排渣和冷卻復(fù)合鉆頭。高壓水供給時（水壓可完全克服一號彈簧作用力），高壓水由鉆桿連接頭處涌入裝置進水端，并作用于閥槽底座，此時一號彈簧極限最大反作用力不足以抵抗高壓水流水壓，閥槽被迫擠壓運動至閥芯底座，同時閥芯封堵閥槽進水口，阻隔低壓水管路的水流供給。由于閥槽擠壓向裝置出水端運動，使得原本被閥槽外壁封堵的高壓水通路進水口打開，高壓水流經(jīng)高壓水通路迅速充滿整個刀臂腔體，滿足開啟刀臂的條件。刀臂腔體是擴孔裝置的關(guān)鍵部分，其內(nèi)置動力驅(qū)動裝置、螺旋式刀臂裝置，通過高壓水管路與上文的水閥腔體連通。腔體內(nèi)部的活塞滑套由二號彈簧連接與出水端限位體進水側(cè)，活塞滑套安裝在滑套導(dǎo)軌上沿固定軸向軌跡活動。刀臂腔體體側(cè)安裝一對用于擴孔的螺旋式刀臂，刀臂腔體開設(shè)刀臂儲槽連通腔體內(nèi)外，螺旋式刀臂處于閉合狀態(tài)時收納于刀臂儲槽內(nèi)，整使得個裝置形成一個整體便于打鉆收鉆。螺旋式刀臂根部為加工有斜齒的刀臂齒輪體，兩側(cè)刀臂齒輪體依靠斜齒與側(cè)平面同樣加工有斜齒的活塞滑套緊密嚙合，活塞滑套、二號彈簧、刀臂齒輪體及兩部分的加工斜齒組合成為驅(qū)動裝置?；钊變蓚?cè)平面在活塞滑套斜齒的嚙合下作用于螺旋式刀臂根部刀臂齒輪體的斜齒，給裝置供給高壓水時，高壓水推動活塞滑套進水端面并配合刀臂齒輪體旋轉(zhuǎn)控制螺旋式刀臂的擴張與閉合，同時高壓水噴出刀臂儲槽作用于刀臂輔助其展開。刀臂閉合狀態(tài)（a）與刀臂展開狀態(tài)（b）如圖4所示，圖5為其內(nèi)部動力驅(qū)動裝置因高壓水作用于活塞滑套前后狀態(tài)對比圖。鉆頭腔體起到連接前端鉆頭與提供低壓冷卻水的作用，出水端限位體上的刀臂腔體出水口通過水流旁側(cè)支路連通鉆頭腔體與刀臂腔體，鉆頭腔體和刀臂腔體中心還設(shè)有低壓水管路，并一直貫穿至水閥腔體的低壓水進水口，高低壓兩種方式均會給鉆頭端供水排渣及冷卻鉆頭。

1.2 裝置改進的優(yōu)勢本文的螺旋式水力機械擴孔裝置的螺旋式刀臂擴展后相較于以往直角式結(jié)構(gòu)，有著更好的切削和排渣效果，詳細優(yōu)勢如下所述。

1）螺旋式刀臂在切削方向上并非如直角式刀臂直接沿徑向切割煤體，而是刀臂切削斜面沿軸向螺旋式延伸，對周圍煤體進行順螺紋切割，增加了受力面。依據(jù)以上開刀過程，鉆擴孔前期創(chuàng)造一段排渣導(dǎo)向通道，使得開刀和擴孔階段效率更高，擴孔過程中也不易被煤渣卡死，如圖4裝置軸向透視圖（b）所示。同時相較于刀臂前端直接受力和磨損的直角式刀臂結(jié)構(gòu)，螺旋式刀臂在通過旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動擴臂時不會集中磨損刀臂根部，轉(zhuǎn)而將所受阻力由內(nèi)而外沿螺紋分散到刀臂其他部位，實現(xiàn)分壓螺旋式鉆進排渣擴孔，延長刀臂壽命。另外以俯視視角來看，兩側(cè)刀刃受力以環(huán)狀圍繞在中軸外圈，可以保持受力平衡，避免產(chǎn)生不必要的震動而導(dǎo)致鉆進時偏離預(yù)定路線。

2）裝置鉆擴孔形成的單個孔洞在煤層中擾動后破壞原煤體應(yīng)力穩(wěn)定性，煤體向孔洞方向產(chǎn)生膨脹變形，并以孔洞為圓心在煤體中發(fā)育形成裂隙區(qū)域。裂隙創(chuàng)造的瓦斯運移通道，促進瓦斯外排至孔洞隨回流水轉(zhuǎn)移至高低抽巷，達到卸壓和增加煤體透氣性的目的。

3）本裝置驅(qū)動裝置的動力輸出方式也做了重新分配，在高壓冷卻水單一模式供給水壓條件下，將更多的水壓分配到活塞滑套和螺旋式刀臂上，增加了擴刀動力，避免了擴孔過程中刀臂無法正常打開以及擴孔過程中壓力不足造成卡刀和憋停等情況。

4）高低壓冷卻水切換裝置的水壓切換也較容易實現(xiàn)，僅需合理控制配置在巷道內(nèi)的高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置和供水設(shè)施水流量即可實現(xiàn)鉆孔、擴孔過程以及最后退鉆的功能轉(zhuǎn)換。

2 鉆擴工藝流程鉆擴工藝流程主要包括螺旋式水力機械擴孔裝置的安裝與調(diào)試、低壓水供給鉆頭巖層鉆進、高壓水供給下刀臂展開、高壓水供給下持續(xù)擴孔、低壓水刀臂收回以及退鉆回收鉆桿和封孔處理六個步驟。以鉆擴孔對煤層進行增透預(yù)抽瓦斯為例，鉆擴孔工藝流程圖如圖6所示。

2.1 裝置的安裝與調(diào)試巷道內(nèi)運送并組裝水力機械擴孔成套設(shè)備，包括履帶式液壓鉆機、高壓清水泵站、大流量泥漿泵站、密封連接鉆桿、下向孔施工復(fù)合鉆頭、供水設(shè)施、高壓旋轉(zhuǎn)接頭、鉆孔三防裝置、煤水氣分離器、高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置以及初始直徑140～160 mm、擴孔直徑350～400 mm螺旋式水力機械擴孔裝置。按照預(yù)定位置和預(yù)測深度配置螺旋式水力機械擴孔裝置于鉆頭后二號鉆桿處，調(diào)整參數(shù)和位置以及其他電力輔助設(shè)施，組裝調(diào)試結(jié)束后準備普通穿層鉆孔工作。

2.2 低壓水供給下鉆頭巖層鉆進鉆孔工作開始，由液壓鉆機帶動復(fù)合鉆頭及連接鉆桿向煤層位置按規(guī)定角度鉆進，巷道內(nèi)的清水泵站向連接鉆桿管路中經(jīng)由高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置提供低壓冷卻水，此時高壓清水泵站大流量泥漿泵站提供小流量低壓水，供給鉆進所需冷卻水向孔外排渣和冷卻復(fù)合鉆頭，鉆頭按預(yù)定角度沿指定路線在巖層中完成初期鉆孔過程。

2.3 高壓水供給下刀臂展開過程中通過記錄鉆桿數(shù)量來控制鉆頭深度，當(dāng)鉆孔施工至煤層頂板位置設(shè)計鉆孔深度時，高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置將水壓調(diào)高至擴孔所需的預(yù)設(shè)水壓，即滿足開刀擴孔需要的高壓水，同時供水設(shè)施提高供水流量。由大流量高壓水作用于內(nèi)部動力驅(qū)動裝置，同時高壓水通過刀臂儲槽（連通刀臂腔體內(nèi)外）噴出裝置外持續(xù)作用于刀臂，完成輔助擴刀，并切削煤壁進行旋轉(zhuǎn)鉆進擴孔。

2.4 高壓水供給下持續(xù)擴孔螺旋式刀臂逆時針（鉆頭端俯視方向觀察）擴展至最大延展角度90°后，裝置持續(xù)保持擴刀狀態(tài)，達到一邊鉆孔一邊擴孔的目的。鉆頭處繼續(xù)提供排渣冷卻鉆頭所需冷卻水，鉆擴孔過程中周圍煤體因機械刀臂旋轉(zhuǎn)切削、高壓水沖刷以及圍巖應(yīng)力等聯(lián)合作用使得煤壁切割擠壓破碎為煤渣，與孔內(nèi)卸壓瓦斯隨回水外排，最終在原孔基礎(chǔ)上形成更大的孔洞，擴大卸壓范圍。擴孔期間低抽巷底板孔口位置可以觀察到排出的石渣變?yōu)槊涸?，返水逐漸變?yōu)闇啙幔殡S有粒徑不一的煤塊返出孔口。鉆進過程要合理控制供水量和水壓，并掌握好給進速率，適時控制給進量減少返渣，防止返渣過量造成堵孔。

2.5 低壓水刀臂收回待鉆頭后方的螺旋式水力機械擴孔裝置完全穿過煤層進入煤層下部巖層后，控制高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置使高壓水轉(zhuǎn)換為低壓水。鉆具進入下部巖層，可觀察到孔口出水由渾濁偏黑逐漸變?yōu)榍宄浩?，表明已無煤體排出，裝置已鉆進至巖層。高低壓水射流轉(zhuǎn)換裝置將水壓調(diào)節(jié)至初始低水壓，清水泵站降低供水量，鉆頭噴出低壓冷卻水繼續(xù)延伸鉆進一段距離，期間通過周圍巖體擠壓以及裝置內(nèi)部的彈性復(fù)位運動，將螺旋式刀臂順時針（鉆頭端俯視方向觀察）收回刀臂儲槽，完成收刀階段。

2.6 退鉆回收鉆桿及封孔處理刀臂收入刀槽，此時鉆頭持續(xù)輸出低壓水返渣，履帶式液壓鉆機反向起鉆，緩慢提升鉆具，計算好鉆具懸掛重量與鉆桿數(shù)量，避免超載掉鉆，待回收所有鉆桿后停泵。鉆頭完全退出后再經(jīng)過風(fēng)排處理孔洞內(nèi)殘渣，并及時封孔。在整個鉆擴孔施工過程中收集記錄鉆孔施工初始時刻、鉆孔深度、施工總工程量、單孔施工周期、鉆孔角度、煤層施工長度、初次見煤時刻及擴孔開始和結(jié)束時間等數(shù)據(jù)。瓦斯粉塵防治方面，嚴格按照規(guī)定設(shè)置鉆孔三防裝置防止瓦斯超限，一旦孔口瓦斯?jié)舛冗_到1.0%報警裝置響起時，應(yīng)當(dāng)立即停止所有設(shè)備的運行，加強局部通風(fēng)，使得瓦斯?jié)舛认陆档皆试S濃度后再重啟設(shè)備繼續(xù)擴孔工作。以上六個步驟即為一個孔的整體施工過程，具體鉆孔布置方案根據(jù)各地質(zhì)施工條件而定。

3 工程應(yīng)用本文選擇陽煤集團平舒煤礦15211工作面作為試驗工作面，工作面位于15#煤層西采區(qū)，該煤層賦存穩(wěn)定，總厚度2.21 m，傾角2°～10°，平均6°，煤層瓦斯壓力2.48 MPa左右，原始瓦斯含量9.26～14.83 m3/t，為高瓦斯突出煤層，煤層堅固性系數(shù)為0.5，煤層透氣性系數(shù)為0.108 3 m2/MPa2·d，屬于低透氣性煤層。以15211工作面回風(fēng)巷為擴孔增透目標，在其上方施工低位抽采巷，巷內(nèi)設(shè)計布置1號和2號兩個鉆場，每個鉆場包括8個鉆孔，其中1號鉆場使用裝備有最大擴孔直徑400 mm的直角式刀臂擴孔成套設(shè)備進行鉆擴孔，2號鉆場使用裝備有最大擴孔直徑400 mm的螺旋式刀臂擴孔成套設(shè)備進行鉆擴孔。每個鉆場的擴孔煤量按照擴孔段的排煤體積來計算理論擴孔深度，試驗期間記錄鉆桿序號、排出煤量和單孔施工周期以及成孔與否等數(shù)據(jù)，施工周期除去檢修以及設(shè)備維護等無關(guān)因素，避免對比誤差。所設(shè)計卸壓增透范圍為回風(fēng)巷水平左右各15 m，巷道截面擴孔布置設(shè)計方案以及具體層位參數(shù)如圖7所示。

依照上述方案進行兩組擴孔試驗，并及時記錄各項試驗項目數(shù)據(jù)，試驗項目內(nèi)容及數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

由表1所統(tǒng)計的試驗數(shù)據(jù)可知：直角式刀臂擴孔裝置完成擴孔5個，成孔率為62.5%，擴孔總長度為40.6 m，擴孔平均長度為5.075 m，總施工周期為5.5 d，平均單孔工期為0.687 5 d;螺旋式刀臂擴孔裝置完成擴孔6個，成孔率為75%，擴孔總長度為44.9 m，平均擴孔長度為5.612 5 m，總施工周期為4.5 d，平均單孔工期為0.562 5 d。兩組數(shù)據(jù)對比可得：螺旋式刀臂擴孔裝置相較于直角式刀臂擴孔裝置，其成孔率提升12.5%，煤層擴孔總長度增加4.3 m，提升10.59%，平均擴孔長度增加0.537 5 m，總施工周期縮短1 d，平均單孔工期縮短0.125 d。從各組數(shù)據(jù)對比得出，螺旋式水力機械擴孔裝置的應(yīng)用效果要優(yōu)于直角式機械擴孔裝置，鉆進效率也得到明顯改善，有效提高了擴孔整體施工效率，節(jié)約了擴孔成本。

4 結(jié) 論

1）螺旋式水力機械擴孔裝置采用了螺旋式刀臂結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)存技術(shù)中刀臂結(jié)構(gòu)不合理、刀臂展開效果不佳的問題，提高了鉆孔擴孔效率;采用刀槽噴出高壓水配合動力驅(qū)動裝置的動力輸出方式，解決了刀臂開啟動力不足的問題，提高了螺旋刀臂的展開效率;高低壓冷卻水切換裝置能夠更加高效的控制擴孔過程中水壓的變化和各個管路的開閉，配合動力驅(qū)動裝置解決了水壓動力分配不均等問題，提高了水資源的利用率。

2）在擴孔成套設(shè)備中，使用一種新型螺旋式水力機械擴孔裝置代替原來的直角式擴孔裝置進行煤層擴孔，詳細完善了鉆擴孔工藝流程，即：螺旋式水力機械擴孔裝置的安裝與調(diào)試、低壓水供給鉆頭巖層鉆進、高壓水供給下刀臂展開、高壓水供給下持續(xù)擴孔、低壓水刀臂收回、退鉆回收鉆桿及封孔處理六個施工階段。

3）基于螺旋式水力機械擴孔裝置，在陽煤集團平舒煤礦進行鉆擴孔工程試驗，得到了以下增益：其成孔率提升12.5%，煤層擴孔總長度提升10.59%，總施工周期縮短1 d，節(jié)約了經(jīng)濟成本，發(fā)揮了顯著的經(jīng)濟效益。

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