[发明专利]一种定向长钻孔钻、冲一体化装置及其方法

说明书

本发明属于煤矿井下定向钻进工艺领域，涉及一种定向长钻孔钻、冲一体化装置及其方法，包括高压定向钻具以及与该高压定向钻具内部相连通的压力泵；高压定向钻具前端靠近钻头位置还设置有水力冲孔器，该水力冲孔器包括水力冲孔器壳体，设置在水力冲孔器壳体上的喷嘴，以及设置在水力冲孔器壳体内的水压转换活塞与弹簧。本发明定向钻进时采用高压定向钻具组合，低泵压小泵量实现定向钻孔施工，钻孔完成后不退钻，通过调大泵压泵量开启冲孔装置进行水力冲孔，通过一套专用高压定向钻具，融合定向钻孔技术和水力冲孔技术，一次性完成定向钻孔及冲孔施工，实现定点消突防突作业。

技术领域

本发明属于煤矿井下定向钻进工艺领域，涉及一种定向长钻孔钻、冲一体化装置及其方法。

背景技术

水力冲孔是利用岩石巷道作为安全屏障，在完成煤矿瓦斯抽放钻孔后，采用高压水射流破碎煤体，冲出部分煤体和瓦斯气体，引起钻孔周边煤岩体应力降低、卸压增透，强化抽放效果，达到提高抽采量、消除掘进期间瓦斯突出危险性的目的，现在已成为突出矿井消除瓦斯突出的一种重要技术手段。目前比较成熟的两种水力冲孔增透技术为常规回转钻进+水力冲孔、定向钻孔+水力冲孔(轨迹可控，但需退钻更换钻具)。常规回转钻进+水力冲孔工艺施工时，到预定孔深后即可冲孔，但是无法控制钻孔轨迹，超过50米后钻孔轨迹偏差较大，特别是在起伏较大的煤层，钻孔无法保证在煤层中延续，无法满足中深顺层钻孔水力冲孔的施工要求。现有的定向钻孔+水力冲孔的工艺技术需要两套钻具交替作业，定向钻具退钻后再下入水力冲孔钻具，退钻过程费时费力，同时无法保证水力冲孔钻具沿着已有钻孔轨迹下到预定深度，在煤层硬度低、易塌孔地层再次送入水力冲孔钻具时容易造成抱钻、窜孔等孔内事故，从而无法完成水力冲孔作业，进而产生瓦斯消突防突的盲区，造成安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种定向长钻孔钻、冲一体化装置及其方法，融合定向钻孔技术和水力冲孔技术，一次性完成定向钻孔及冲孔施工，实现定点消突防突作业。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种定向长钻孔钻、冲一体化装置，包括高压定向钻具以及与该高压定向钻具内部相连通的压力泵；

高压定向钻具前端靠近钻头位置还设置有水力冲孔器，该水力冲孔器包括水力冲孔器壳体，设置在水力冲孔器壳体上的喷嘴，以及设置在水力冲孔器壳体内的水压转换活塞与弹簧。

可选的，水力冲孔器在出口处还设置有前接头壳体，喷嘴设置在水压转换活塞与水力冲孔器入口之间。

可选的，高压定向钻具为无线随钻钻具或者有线随钻钻具。

可选的，有线随钻钻具包括依次连通的水辫、高压螺旋通缆定向钻杆、单向阀、螺旋上无磁、探管、螺旋下无磁、耐高压螺杆钻具、水力冲孔器以及钻头；

高压螺旋通缆定向钻杆连通有钻机计算机。

可选的，无线随钻钻具包括依次连通的水辫、高压螺旋钻杆、螺旋上无磁、泥浆脉冲探管、螺旋下无磁、耐高压螺杆钻具、水力冲孔器以及钻头；

泥浆脉冲探管连通有钻机计算机。

可选的，高压定向钻具耐压大于15MPa。

可选的，高压定向钻具的外表面均采用螺旋槽辅助排渣。

一种定向长钻孔钻、冲一体化方法，应用如上述的一种定向长钻孔钻、冲一体化装置，还包括以下步骤：

S1，高压定向钻具在常规泵流量160～220L/min、泵压＜15MPa下钻进施工定向孔至目标煤层，保持整套钻具在孔底；

S2，更换高压泵，使限定压力为15～20MPa，采用冲孔流量≥280L/min，此时水力冲孔器内水压转换活塞压缩弹簧，堵塞与钻头之间的连接通道，高压水回流并从喷嘴位置射出开始煤层冲孔增透。

本发明的有益效果在于：