煤礦井下水力噴射樹狀鉆孔導(dǎo)向裝置及導(dǎo)向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦井下鉆孔導(dǎo)向技術(shù)，具體涉及在低透氣煤層瓦斯抽采過程中自進(jìn)式鉆進(jìn)樹狀鉆孔時使用的導(dǎo)向技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國很多煤層具有低滲透率等特點，常規(guī)方法難以對低滲透率的煤層進(jìn)行有效的瓦斯抽采，如何增加煤層透氣性是解決低透氣性煤層瓦斯抽采難題的關(guān)鍵。
[0003]水力化技術(shù)作為一種有效的儲層增透技術(shù)，為解決煤層低滲問題提供了可行的方法，是增加煤層滲透率的有效途徑。水力化技術(shù)是以高壓水作為動力，使儲層內(nèi)原生裂隙擴(kuò)大延伸或者人為形成新的孔洞、槽縫、裂隙等，促使巖體產(chǎn)生位移，達(dá)到儲層卸壓增滲的目的，如水射流割縫(或擴(kuò)孔、鉆孔)、水力壓裂等。水力噴射樹狀鉆孔煤層增透技術(shù)作為一種新型的水力化增透技術(shù)，以高壓水為動力，使自進(jìn)式鉆頭先在巖層母孔中鉆進(jìn)，在到達(dá)煤層預(yù)定位置后，通過鉆鑿垂直的樹狀子孔，從而達(dá)到使煤層增透的效果。水力噴射樹狀鉆孔煤層增透技術(shù)是高效、安全的瓦斯預(yù)抽方式，具有縮短鉆孔總長度，進(jìn)而節(jié)約鉆孔成本縮短鉆孔時間；實現(xiàn)低滲透率煤層的均勻增透；鉆孔不會產(chǎn)生火花與煤塵，增加工作的安全性，改善工作環(huán)境等優(yōu)點。
[0004]水力噴射樹狀鉆孔導(dǎo)向裝置是整個煤礦井下水力噴射樹狀鉆孔系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向器主要作用主要是使高壓軟管在一定的曲率半徑內(nèi)實現(xiàn)自進(jìn)式鉆頭沿著導(dǎo)向孔進(jìn)行垂直方向轉(zhuǎn)向，以保證鉆頭在煤層中水平鉆進(jìn)，在工作過程中，要保證鉆頭受轉(zhuǎn)向器阻力盡可能小，轉(zhuǎn)向與回收方便，安全可靠。中國專利文獻(xiàn)CN 203285334U公告的《徑向水平井轉(zhuǎn)向裝置》結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)彎半徑?。籆N 103375140A公告的《徑向水平井定向裝置及其操作方法》和CN 102704840A公告的《自推式徑向水平井轉(zhuǎn)向裝》定向準(zhǔn)確。但現(xiàn)有導(dǎo)向器都存在很多問題:
[0005]①CN 203285334U公告的《徑向水平井轉(zhuǎn)向裝置》只有一個曲率，高壓軟管轉(zhuǎn)彎時較為困難；
[0006]②以上技術(shù)均未對轉(zhuǎn)向?qū)蜍壍缹挾茸鞒鲅芯亢投x，導(dǎo)致在導(dǎo)向孔過小不能使高壓軟管鉆頭卡住，過大則不能起到實際約束作用；
[0007]③以上技術(shù)所述導(dǎo)向器環(huán)空面積小，排渣不便，從而影響鉆頭的順利前進(jìn)；
[0008]④以上技術(shù)的導(dǎo)向裝置都是獨立的，轉(zhuǎn)向裝置前端沒有可以鉆孔或者擴(kuò)孔的工具，在母孔孔小或者塌孔的情況下，在母孔中下放存在困難，難以將轉(zhuǎn)向裝置下放到預(yù)定位置；
[0009]⑤導(dǎo)向裝置要實現(xiàn)精確轉(zhuǎn)向的操作復(fù)雜或者并未考慮如何轉(zhuǎn)向的問題。
[0010]由于導(dǎo)向裝置存在以上諸多問題，不利于自進(jìn)式徑向鉆孔的發(fā)展，也限制了徑向水平井在煤礦瓦斯抽采中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種煤礦井下水力噴射樹狀鉆孔導(dǎo)向裝置，使高壓軟管鉆頭靠噴嘴自身的推力順利通過鉆桿和導(dǎo)向器主體并帶動高壓軟管前進(jìn)，實現(xiàn)高壓軟管由垂直到水平的順利導(dǎo)向，從而進(jìn)行高壓軟管的自進(jìn)式破巖鉆進(jìn)。該裝置盡量減少了導(dǎo)向器軌道內(nèi)壁與高壓軟管之間的摩擦阻力，考慮了鉆進(jìn)時的排渣問題，同時方便轉(zhuǎn)向與收回，安全可
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[0012]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0013]—種煤礦井下水力噴射樹狀鉆孔導(dǎo)向裝置，其包括依次連接的鉆桿、導(dǎo)向器和鉆頭，在鉆桿與鉆機(jī)前端連接的卡盤上安裝有轉(zhuǎn)向刻度盤，導(dǎo)向器的轉(zhuǎn)動角度通過刻度盤控制。
[0014]所述鉆桿直徑大小與煤礦井下瓦斯抽采常用鉆桿的直徑大小一致，其外徑為73mm，內(nèi)徑50mm ;鉆桿前后螺紋均按照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，便于連接；鉆桿內(nèi)部為光滑的通孔，高壓軟管能順利通過。
[0015]所述鉆頭大小與煤礦井下瓦斯抽采常用鉆頭大小一致，鉆螺紋為標(biāo)準(zhǔn)螺紋，便于與導(dǎo)向器連接。
[0016]所述導(dǎo)向器的直徑大小為100_150mm。
[0017]所述導(dǎo)向器上端設(shè)有具有內(nèi)螺紋的鉆桿連接部，下端設(shè)有具有外螺紋的鉆頭連接部。鉆桿連接部具有上下貫通的通孔。
[0018]所述導(dǎo)向器內(nèi)有雙曲率轉(zhuǎn)彎導(dǎo)向軌道，其寬度為高壓軟管前端噴嘴寬度的2倍，范圍在20_50mm之間，轉(zhuǎn)彎半徑為75_150mm，屬超短半徑徑向水平井導(dǎo)向器。
[0019]所述導(dǎo)向軌道的入口方向和出口方向的軌道軸線相互垂直，即從軸向進(jìn)、徑向出，整個導(dǎo)向軌道從入口到出口依次包括軸向直管段、第一圓弧段、斜管段和第二圓弧段。
[0020]所述軸向直管段其長度為30-50_，鉆桿連接部的通孔下端通過一斜向的收縮段過渡到該軸向直管段。
[0021]所述第一圓弧段的圓弧弧度α =10° -30°，直徑75_150mm。
[0022]所述斜管段與兩圓弧段相切，連接第一圓弧段和第二圓弧段。
[0023]所述第二圓弧段的圓弧弧度β = α +90°，直徑75_130mm。
[0024]在所述導(dǎo)向軌道的壁上設(shè)有4個滾輪，其特征在于，滾輪半徑大小為4_5mm，突出于軌道壁約2mm ;且在第一圓弧段上布置一個滾輪、在第二圓弧段上布置三個滾輪，具體分布如圖3所示；
[0025]在導(dǎo)向器的導(dǎo)向軌道出口所在的側(cè)面，以及與該側(cè)面相鄰的兩個側(cè)面都被切為平面，形成排渣槽，如圖3、圖4。
[0026]本裝置的導(dǎo)向方法如下:
[0027]在低位巷向煤層預(yù)先鉆進(jìn)先導(dǎo)孔，形成自進(jìn)式水力噴射樹狀鉆孔的母孔，母孔形成后將鉆桿取出，在鉆桿前端裝上導(dǎo)向器與鉆頭。接著將導(dǎo)向裝置送入母孔，到達(dá)預(yù)定位置后，使連接高壓軟管的自進(jìn)式鉆頭依次通過鉆桿、導(dǎo)向器后進(jìn)入煤層自進(jìn)式鉆進(jìn)，形成自進(jìn)式樹狀鉆孔的子孔；刻度盤在導(dǎo)向裝置到達(dá)預(yù)定位置后安裝在鉆桿和鉆機(jī)卡盤上，通過刻度盤的讀數(shù)控制導(dǎo)向裝置旋轉(zhuǎn)角度，改變導(dǎo)向器位置和方向可在煤層中構(gòu)造出樹狀抽采孔網(wǎng)，形成抽采瓦斯網(wǎng)絡(luò)化。
[0028]與現(xiàn)有水力噴射樹狀鉆孔導(dǎo)向裝置相比本發(fā)明的自進(jìn)式水力噴射樹狀鉆孔導(dǎo)向器具有以下優(yōu)點:
[0029]1、將導(dǎo)向器前后端與鉆桿和鉆頭連接為一體，作為一個整體的導(dǎo)向裝置，通過前端鉆頭能夠在母孔成孔不夠規(guī)則和有阻礙的情況下更容易將導(dǎo)向裝置送入母孔，同時能夠完成小幅度的擴(kuò)孔，通過后端的鉆桿有利于準(zhǔn)確將導(dǎo)向器送到指定位置，并帶動導(dǎo)向器轉(zhuǎn)向。并且導(dǎo)向器與鉆桿和鉆頭采用標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接，方便加工與使用。
[0030]2、導(dǎo)向裝置所用鉆桿大小與煤礦常用鉆桿大小一致，從而方便鉆桿使用與加工；鉆桿內(nèi)徑變化過渡處傾斜角度小，方便高壓軟管通過。
[0031]3、在導(dǎo)向軌道上設(shè)有滾輪，能減小高壓軟管通過時的摩擦力，并誘導(dǎo)高壓軟管順利通過導(dǎo)向器.
[0032]4、導(dǎo)向器充分考慮了在鉆進(jìn)樹狀鉆孔時的排渣問題，導(dǎo)向器導(dǎo)向孔出口上方和導(dǎo)向器兩側(cè)面切去了不起作用的部分，形成排渣槽，使鉆進(jìn)樹狀鉆孔時順利排渣以及導(dǎo)向器送入時更加方便，同時減小了導(dǎo)向器自身體積、增大了導(dǎo)向器的環(huán)空面積。
[0033]5、導(dǎo)向器裝置體積小，其直徑大小為100_150mm，導(dǎo)向軌道轉(zhuǎn)彎半徑75_150mm，屬超短半徑徑向水平井導(dǎo)向器，適合在低透氣煤層瓦斯抽采過程中鉆樹狀鉆孔時使用。
[0034]6、設(shè)置刻度盤方便控制轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向監(jiān)督，結(jié)構(gòu)簡單，方便安裝與讀數(shù)。
[0035]7、采用本裝置，能減少鉆孔數(shù)量，增加單個鉆孔卸壓范圍，減小施工工程量，增大煤層透氣性和單孔瓦斯抽采量。
[0036]可見，采用本裝置可以使高壓軟管自進(jìn)式鉆頭靠噴嘴自身的推力順利通過鉆桿和導(dǎo)向器并帶動高壓軟管前進(jìn)，實現(xiàn)高壓軟管由垂直到水平的順利導(dǎo)向，從而進(jìn)行自進(jìn)式破巖鉆進(jìn)。該裝置減少了導(dǎo)向器軌道內(nèi)壁與高壓軟管之間的摩擦阻力，考慮了鉆進(jìn)時的排渣問題，同時方便高壓軟管的收回。
【附圖說明】
[0037]圖1所示是本發(fā)明的導(dǎo)向裝置示意圖；
[0038]圖2所示是本發(fā)明的鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3所示是本發(fā)明的導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4所示是本發(fā)明的導(dǎo)向器的橫截面的俯視圖
[0041]圖5所示是本發(fā)明的導(dǎo)向器的左視圖；
[0042]圖6所示是本發(fā)明的鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖7所示是本發(fā)明的刻度盤主視圖；
[0044]圖8是圖7所示的刻度盤剖面圖。
【具體實施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0046]如圖1所示，導(dǎo)向裝置包括依次連接的鉆桿(I)、導(dǎo)向器(2)和鉆頭(3)。
[0047]如圖2所示，鉆桿(I)的直徑大小與煤礦井下瓦斯抽采常用鉆桿的直徑大小一致，其外徑為73mm，內(nèi)徑50mm。鉆桿前后螺紋均按照國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，便于連接；鉆桿內(nèi)部為光滑的通孔，高壓軟管能順利通過。該鉆桿有利于準(zhǔn)確將導(dǎo)向器送到指定位置，并帶動導(dǎo)向器轉(zhuǎn)向。
[0048]結(jié)合圖1和圖3，導(dǎo)向器(2)上端為鉆桿連接部(2.1)，下端為鉆頭連接部(2.9)，它們的螺紋為標(biāo)準(zhǔn)螺紋，大小與所連接的鉆桿和鉆頭螺紋相符。鉆桿連接部(2.1)具有上下貫通的通孔。
[0049]導(dǎo)向器(2)內(nèi)設(shè)有對高壓軟管導(dǎo)向的雙曲率轉(zhuǎn)彎導(dǎo)向軌道，導(dǎo)向軌道的入口方向和出口方向的軌道軸線相互垂直，即從軸向進(jìn)、