[发明专利]一种煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管系统和方法

说明书

本发明公开一种煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管系统，包括设置在定向孔孔口的推动装置，还包括筛管，筛管内设置有同轴连接的高压气体输送管和孔底动力装置，孔底动力装置的头端还连接有导向装置；孔底动力装置内设置有与高压气体输送管连通的气体流道，经高压气体输送管输入的高压气体流经孔底动力装置后驱动导向装置向定向孔孔底移动，进而带动筛管向定向孔孔底移动。本发明还公开一种煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管方法，利用孔口、孔底双动力下管，能增加碎软煤层裸孔下大直径筛管的长度，大幅提升筛管柱克服摩阻的能力，相同工况下，与单纯的孔口推送动力下管方法相比，采用本发明方法的有效下管长度可增加0.8～1.5倍。

技术领域

本发明涉及属于煤矿钻探技术领域，具体涉及一种煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管系统和方法。

背景技术

我国各聚煤盆地在形成过程中受到一期或多期构造运动叠加改造作用，经历了复杂的沉积、抬升剥蚀及构造变形过程，使得我国主要煤田的地质构造复杂，其中，碎软煤层在我国各大煤矿区广泛分布，其产量在我国煤炭总产量中所占比重为三分之一左右。据不完全统计，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井中约60％的开采煤层属于碎软、低渗煤层。长期以来，碎软煤层瓦斯高效治理是制约我国煤炭资源安全高效开采的难题之一，存在治理工程量大、成本高、周期长、效率低等突出问题。

由于碎软煤层整体结构性差、机械强度低，目前所采用的顺煤层定向长钻孔工艺所得的钻孔在裸孔状态下抽采易发生孔壁坍塌、堵塞瓦斯流动通道的情况，严重影响抽采效果和钻孔利用率，需通过下放筛管的方式保证碎软煤层顺层定向孔抽采通道畅通。

目前，煤矿井下近水平孔下筛管主要采用裸孔推送下管和钻杆中心孔推送下管方法，煤矿井下筛管下放几乎全部依靠推送力下放，无法满足碎软煤层带分支定向长钻孔下放大直径护孔筛管的需要；缺陷在于：有机材质的筛管整体刚度较低，在定向孔内易发生屈曲、摩阻大、推送力传递距离受限、下管效率低、下管深度浅、下管难度大；水力冲送筛管循环过程中易引起孔壁垮塌，不适用碎软煤层下筛管；大直径筛管下放难题严重影响了碎软煤层顺层定向长钻孔的利用率，在一定程度上限制了气动螺杆马达随钻测量定向钻进技术的推广应用。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合多年从事相关工作的经验和成果，研究设计出一种煤矿煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管系统和方法，以克服上述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管系统和方法，采用“推送”和“拉引”联合的作业方式，解决现有技术中碎软煤层中定向孔下放大直径筛管动力单一、推送力传递距离受限的问题，从而减小在定向孔中下放筛管的难度，节省施工时间，提高下入深度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矿井下碎软煤层定向长钻孔快速下筛管系统，包括设置在定向孔孔口的推动装置，还包括筛管，所述筛管内设置有同轴连接的高压气体输送管和孔底动力装置，所述孔底动力装置的头端还连接有导向装置；

所述孔底动力装置内设置有与高压气体输送管连通的气体流道，经高压气体输送管输入的高压气体流经孔底动力装置后产生高频冲击力驱动导向装置向定向孔孔底移动，进而拉动筛管向定向孔孔底移动。

本发明还具有以下技术特征：

具体的，所述孔底动力装置包括由内向外依次同轴套装的芯管、内管和外管；所述外管的两端分别设置有上接头和下接头；

所述上接头的头端伸入所述外管，并与头端插入内管的配气锁定套轴向相接，所述下接头的尾端伸入所述外管；所述下接头的头端连接弹卡固定组件，所述弹卡固定组件连接导向装置；

所述芯管与内管之间设置有活塞，所述活塞与所述外管之间还设置有下排气套。