[发明专利]煤矿井下空气螺杆马达定向成孔钻具组合与施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下施工的技术领域，尤其涉及一种应用于煤矿井下松软煤层顺层长钻孔施工的煤矿井下空气螺杆马达定向成孔钻具组合与施工方法。

背景技术

随着煤炭开采深度的增加和开采范围的扩大，以钻孔抽采为主要技术手段的煤层瓦斯治理难度越来越大。在松软破碎煤层中施工瓦斯抽采钻孔容易出现塌孔、卡钻，存在成孔难度大的问题；而采用回转钻进则出现钻孔轨迹控制难，易钻进至煤层顶(底)板岩石，无法实现煤层顺层长钻孔施工，瓦斯抽采不均匀，导致产生抽采盲区，造成安全隐患。因此，目前在松软破碎煤层瓦斯抽采钻孔施工的关键问题是以深度和精度为主的成孔问题。

目前煤矿井下定向钻进技术是以液动螺杆马达作为孔底动力，驱动钻头回转碎岩的钻进技术方法；对于松软煤层、破碎的、泥岩水敏性地层，为保证钻孔稳定性，则主要采用空气钻进和螺旋钻进作为成孔方法，无法采用水力作为冲洗介质。

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，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下空气螺杆马达定向成孔钻具组合与施工方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下空气螺杆马达定向成孔钻具组合与施工方法，能够增加钻孔深度和煤层钻遇率，提高钻孔瓦斯抽采效果。

为解决上述问题，本发明公开了1.一种煤矿井下空气螺杆马达定向成孔钻具组合，其特征在于包括依次连接的定向钻头、空气螺杆马达、下无磁钻杆、无线电磁波随钻测量短节、上无磁钻杆、中间钻杆和送风器，该钻具组合可以进行复合钻进和滑动定向钻进两种方法进行施工：复合钻进时，定向钻头在空气螺杆马达驱动下回转碎岩，同时中间钻杆回转带动空气螺杆马达回转，孔底钻渣由压缩空气从孔底沿着环空间隙排到孔外，中间钻杆能起到辅助排渣作用；滑动定向钻进时，中间钻杆不回转，压缩空气驱动空气螺杆马达回转带动定向钻头回转破碎，通过改变空气螺杆马达的弯头朝向来控制钻孔轨迹，其中，所述无线电磁波随钻测量短节将测量数据发送至孔口接收装置，由孔口接收装置显示施工钻孔轨迹，大大增加钻孔深度和煤层钻遇率，提高钻孔瓦斯抽采效果。

其中：所述空气螺杆马达由压缩空气驱动内部的转子回转，该空气螺杆马达的前端设有弯外管，所述转子通过弯外管以及万向节连接至定向钻头以带动定向钻头回转来实现切削碎岩。

其中：所述空气螺杆马达的外部壳体从上部接头至所述弯外管的衬垫处设置有连续右旋螺旋槽，从而能当螺杆马达整体回转时螺旋叶片能够对沉积钻渣起到搅动作用，提高排渣能力。

其中：所述下无磁钻杆与上无磁钻杆采用无磁钢材料加工，两者内部均设有大通孔结构，外部设计螺旋槽结构。

其中：所述中间钻杆采用大通孔螺旋钻杆或三棱钻杆，大通孔结构能够减小气体压力损失，保证所需风压和风量；大通孔螺旋钻杆螺旋结构或三棱钻杆的三棱结构在钻杆回转时起到搅动和辅助排渣的作用，提高软煤钻进的排粉效果。

其中：所述无限电磁波随钻测量短节由无线电磁波测量探管、电池筒、无磁外管和绝缘短节组成，无线电磁波测量探管与电池筒连接后安装在无磁外管内，电池筒为无线电磁波测量探管提供电源，而无线测量探管将测得的钻孔数据通过发射装置以电磁波形式传输到孔口接收装置。

如上所述的煤矿井下空气螺杆马达定向成孔钻具组合的施工方法，其特征在于包含：

(一)回转钻进开孔并扩孔，安装孔口装置；

通过钻具并调整好倾角和方位角后回转钻进开孔，采用风力排渣，钻进9～12m，后提钻；连接扩孔钻头和钻杆进行扩孔钻进，完成后安装好孔口装置；

(二)连接钻具进行复合钻进；

连接钻具组合，开始旋转复合钻进施工，此时通过中间钻杆回转带动空气螺杆马达回转，空气螺杆马达在压缩空气驱动下回转带动钻头回转切削破碎；压缩空气通过送风器、沿着中间钻杆中心输送到孔底，由于空气螺杆马达的弯外管随着中间钻杆回转不断变换，不起造斜作用，提高软煤排粉效果；

(三)采用滑动定向钻进纠偏；