[发明专利]一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置及方法

说明书

本发明公开一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置及方法，装置包括依次插接相连的插接式钻杆、测量短节、柔性钻杆、弹性弯曲导向单元和钻头，弹性弯曲导向单元包括柔性短节，在柔性短节外套有弹性导向弯节且该弹性导向弯节在自然状态下呈弧形弯曲状，受钻孔孔壁限制趋近直线型时其两端对孔壁有侧向力；弹性导向弯节两端连接单向定位摩擦套且两个单向定位摩擦套分别套在柔性短节两端上接头和下接头上，单向定位摩擦套与轴承及方位控制环配合，通过孔口钻机正向旋转实现分支孔钻进，孔口反转调整分支孔钻进方位。本发明能够解决煤矿井下定向长钻孔分支孔曲率半径大、侧钻施工工艺复杂和穿层瓦斯抽采孔抽采范围小、工程量大等问题。

技术领域

本发明属于煤矿井下定向钻进技术领域，具体涉及一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置及方法。

背景技术

井下钻孔实施瓦斯预抽是目前我国治理矿孔瓦斯的根本方法，煤矿井下定向长钻孔钻进技术是成为煤矿井下区域化瓦斯治理的重要手段之一。为进一步提高瓦斯泄流面积，分支孔钻进技术的需求不断增大。目前，煤矿井下分支孔钻进主要采用弯螺杆滑动钻进进行分支孔施工，存在开孔难度大、分支孔曲率半径大、无效孔眼轨迹长、孔眼轨迹不规则、施工工艺复杂、钻进效率低等问题。

此外，基于底抽巷的穿层钻孔瓦斯抽采技术是高瓦斯、低透气性突出煤层瓦斯抽采的主要手段之一，而基于穿层钻孔的水力冲孔技术能够有效降低瓦斯抽采成本、提高抽放效率，保证工作面的安全生产，在松软、低渗煤层发育区取得了广泛的应用，目前主要采用常规钻具结合水力冲孔钻具在穿层钻孔的煤层段进行冲孔造穴，冲孔段受刚性钻具控制，水力喷射有效范围小，只能将孔眼轴线附近的煤掏出，单孔卸压范围有限，亟待一种不限于仅在孔眼轴线附近进行冲孔作业的方法，以增加穿层孔单孔的出煤量，增大卸压范围，提高穿层孔的抽采效益。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置及方法，以解决煤矿井下定向长钻孔分支孔曲率半径大、侧钻施工工艺复杂和穿层瓦斯抽采孔抽采范围小、工程量大、施工效率低等问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置，其特征在于，包括依次插接相连的插接式钻杆、测量短节、柔性钻杆、弹性弯曲导向单元和钻头；

所述弹性弯曲导向单元包括柔性短节，柔性短节两端分别通过上接头连接柔性钻杆以及通过下接头连接钻头；在柔性短节外套有弹性导向弯节且该弹性导向弯节在自然状态下呈弧形弯曲状，受钻孔孔壁限制趋近直线型时其两端对孔壁有侧向力；弹性导向弯节两端连接单向定位摩擦套且两个单向定位摩擦套分别套在上接头和下接头上，单向定位摩擦套能在上接头和下接头及柔性短节正转时保持定位不动从而控制定位弹性导向弯节，单向定位摩擦套能随着上接头和下接头及柔性短节同步反转以带动并调整弹性导向弯节方位。

本发明还包括如下技术特征：

可选的，所述单向定位摩擦套包括筒体，在筒体外壁周向均布多个可径向伸缩的摩擦块；所述摩擦块截面为梯形结构且其斜腰与孔壁相对。

可选的，所述上接头与套在其上的单向定位摩擦套之间的环隙内安装轴承，下接头与套在其上的单向定位摩擦套之间的环隙内安装轴承。

可选的，所述上接头与套在其上的单向定位摩擦套之间的环隙内安装有方位控制环I，下接头与套在其上的单向定位摩擦套之间的环隙内安装有方位控制环II。

可选的，所述方位控制环I包括内环I、套在内环I上的外环I、设在内环I上的挡块I以及设在外环I内壁上的挡槽I；

所述内环I固定套在上接头上，外环I固定在上接头上的单向定位摩擦套内壁；上接头带动内环I正转时，挡块I不会限位在挡槽I内从而内环I转动而外环I不动，上接头带动内环I反转时，挡块I限位在挡槽I中从而内环I能带动外环I同步转动。