CN111485826B - 煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置及方法，装置包括回收机构、侧钻本体、卡瓦、轨道壳体和导引摩擦头，所述回收机构为一环形结构以供钻具穿入，所述侧钻本体的后端设有一导引部，中部设有一锥形体，前部设有伸入轨道壳体内的移动部，所述导引部的后端连接至回收机构且在回收机构的内侧设有供固定钻头的固定销钉定位的销孔，所述导引部的前端连接至锥形体的后端，所述导引部上设有一导向斜面，所述锥形体的前端具有锥体，所述卡瓦设置于锥体外缘，所述轨道壳体前端连接至导引摩擦头；本发明能有效解决现有煤矿井下定向钻孔分支孔钻进中开孔难度大、孔眼不规则、工艺技术复杂、效率低的问题。

Description

煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置及方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下定向钻孔的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置及方法。

背景技术

定向钻孔是煤矿井下瓦斯抽采的主要方式。随着煤矿开采深度和采掘强度增加，瓦斯问题日益突出，为高效抽采瓦斯，近年来井下定向钻进技术水平不断发展，煤矿井下分支孔技术得到了迅速推广应用，目前主要依靠弯螺杆滑动钻进进行分支孔开分支，开孔难度大，孔眼轨迹不规则。

一种煤矿井下定向钻进开分支井用水力膨胀可回收式斜向器及其操作方法(CN103306602A)、一种煤矿井下定向钻进开分支井用水力膨胀可回收式斜向器(CN203334957U)和煤矿井下可回收式斜向器(煤矿安全，2015，46(1)：95-97)参照油气田的钻采工具研制了一种煤矿井下定向钻进开分支井用水力膨胀可回收式斜向器，该装置可在在煤矿井下中硬岩层进行造斜开分支孔作业，效果较好，但是该装置工艺技术跟地面油井作业相类似，首先需采用送入钻具组合将装置下入孔内预设位置进行打压锚定，起出送入钻具组合后下入分支孔钻具组合进行分支孔的钻进，分支孔完成后需再下入打捞钻具组合将装置解除锚定、打捞出孔，每个分支孔需要提、送三趟钻具，工艺繁琐，程序复杂，效率低。

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定向钻孔分支孔侧钻装置及方法，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定向钻孔分支孔侧钻装置及方法，能有效解决现有煤矿井下定向钻孔分支孔钻进中开孔难度大、孔眼不规则、工艺技术复杂、效率低的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，包括回收机构、侧钻本体、卡瓦、轨道壳体和导引摩擦头，其特征在于：

所述回收机构为一环形结构以供钻具穿入，所述侧钻本体的后端设有一导引部，中部设有一锥形体，前部设有伸入轨道壳体内的移动部，所述移动部轴向可滑动定位于轨道壳体内，所述导引部的后端连接至回收机构且在回收机构的内侧设有供固定钻头的固定销钉定位的销孔，所述导引部的前端连接至锥形体的后端，所述导引部上设有一导向斜面，所述锥形体的前端具有锥体，所述卡瓦设置于锥体外缘，所述轨道壳体前端连接至导引摩擦头。

其中：所述移动部的外缘设有定位销，所述轨道壳体的内壁上设有供所述轨道定位销在内轴向滑动的定位轨道，以实现轴向定位滑动。

其中：所述锥形体中锥体的外缘轴向为减缩的锯齿面，所述卡瓦的内壁对应锯齿面同样设置为锯齿状的内缘。

其中：所述锯齿面包含多段锯齿状结构，所述多段锯齿状结构均包含相同角度和距离的倾斜前段和倾斜后段，所述倾斜前段向外倾斜一外角度，所述倾斜后段向内倾斜一内角度，所述外角度小于内角度，以形成减缩的锯齿面。

其中：所述卡瓦的内壁设置为锯齿结构，且所述锯齿结构由减缩状的形状不同的多个锯齿组成以形成更有效的锁定力。

其中：所述回收机构的内壁设有定位凸起，以与钻具的定向引鞋槽配合定位。

其中：所述导引摩擦头的后端设有一半圆凸起，所述轨道壳体的前端设有一容置半圆凸起的半圆凹槽，一活动连接结构包含贯穿半圆凸起且两端固定于半圆凹槽内壁的固定销。

其中：所述导向斜面上设有耐磨层或镶嵌有多个滚珠。

还公开了一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：采用定向钻具组合完成水平井分支孔主孔的钻进；

步骤2：将钻头设置在回收机构内侧，钻头通过固定销钉固定，钻头的丝扣连接部分穿过回收机构后与定向钻具相连接，标定定向短节和导向斜面的相对方位，将侧钻本体上的定位销设置在轨道壳体内的短定位轨道一端；

步骤3：推送定向钻具组合至分支孔开孔位置；

步骤4：回拉定向钻具组合100-600mm，调整侧钻本体上导向斜面的方位，推送定向钻具组合至遇阻，逐渐加大推送力，至定向钻具产生震动，遇阻解除；

步骤5：继续推送定向钻具组合至再次遇阻，开启泥浆泵、启动动力头，钻进分支孔；

步骤6：分支孔钻进完毕后回撤定向钻具组合至下一分支孔开孔位置；

步骤7：旋转钻机动力头调整导向斜面方位；

步骤8：缓慢推送定向钻具组合至遇阻，开启泥浆泵、启动动力头，钻进下一分支孔；

步骤9：依次类推完成多个分支孔的钻进；

步骤10：完成后回拉钻具，起出侧钻装置。

通过上述内容可知，本发明的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置及方法具有如下效果：

1、结构简单，操作方便，能够解决现有煤矿井下定向钻孔分支孔钻进中开孔难度大、孔眼不规则、工艺技术复杂、效率低的问题。

2、方法更为高效，程序较为便捷，有效提高施工效率，且控制分支孔方位更为准确，实现分支孔的回转钻进，提高钻进效率。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置的结构示意图。

图2显示了图1中A-A向的剖面示意图。

图3显示了本发明中锚定机构锯齿面示意图；

图中：1.回收机构，2.固定销钉，3.导向斜面，4.锥形体，5.卡瓦，6.定位轨道，7.定位销，8.轨道壳体，9.活动连接部分，10.导引摩擦头，11.锯齿面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图1至图3，显示了本发明的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置。

所述煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置包括回收机构1、侧钻本体、卡瓦5、轨道壳体8和导引摩擦头10，同时参见图2，所述回收机构1为一环形结构以供钻具穿入，所述侧钻本体的后端设有一导引部，中部设有一锥形体4，前部设有伸入轨道壳体8内的移动部，所述移动部轴向可滑动定位的容置于轨道壳体8内，所述导引部的后端连接至回收机构1且在回收机构1的内侧设有一供固定钻头的固定销钉2定位的销孔，所述固定销钉2为一剪切式销钉，以在收到一定震动和剪切力时发生破坏，实现钻头与侧钻装置的分离，所述导引部的前端连接至锥形体4的后端，所述锥形体4的后端设有一导向斜面3，所述导向斜面3为倾斜一定角度的斜面，以提供钻头沿该斜面钻入定向的分支孔，所述锥形体4的前端具有锥体，所述卡瓦5设置于锥体的外缘，所述移动部的外侧设有定位销7，所述轨道壳体8的内壁上设有供所述轨道定位销7在内滑动的定位轨道6，以实现定位滑动，所述轨道壳体8的前端通过活动连接部分9连接至导引摩擦头10。

其中，参见图3，为实现卡瓦5和锥体之间的有效配合，所述锥形体4中锥体的外缘轴向为减缩的锯齿面11，所述卡瓦5的内壁对应锯齿面11同样设置为锯齿状的内缘，优选的是，所述锯齿面11包含多段锯齿状结构，所述多段锯齿状结构均包含相同角度和距离的倾斜前段和倾斜后段，所述倾斜前段向外倾斜一外角度，所述倾斜后段向内倾斜一内角度，所述外角度小于内角度，以形成减缩的锯齿面。

优选的是，所述卡瓦5的外壁设置为锯齿结构，且所述锯齿结构由减缩状的形状不同的多个锯齿组成，以形成更有效的锁定力。

其中，所述回收机构1的内壁设有定位凸起，以与定向钻具组合的定向引鞋槽配合定位。

其中，所述导引摩擦头10的后端设有一半圆凸起，所述轨道壳体8的前端设有一容置半圆凸起的半圆凹槽，所述活动连接结构包含贯穿半圆凸起且两端固定于半圆凹槽内壁的固定销，形成万向连接结构。

其中，所述导向斜面3上设有耐磨层，或者在导向斜面3上镶嵌有多个滚珠，以便于引导钻头后提高耐磨性能。

其中，所述回收机构1的内径大于定向钻具组合的外径，小于钻头的外径，以提供有效的回收功能。

由此，所述钻头设置在回收机构1内侧后，通过可被破坏的固定销钉2进行固定，钻头的丝扣连接部分穿过环状的回收机构1后与定向定向钻具组合相连接，标定定向组合钻具中定向短节和导向斜面3的相对方位，锥形体4上的定位销7设置在轨道壳体8内定位轨道6内。

在后续的入孔操作中，钻头可通过固定销钉2推动侧钻本体前行，进而推动定位销7、轨道壳体8和导引摩擦头10在孔内前行，到达预设位置后，回拉钻具100-600mm，通过定向短节测量数据分析导向斜面3的具体倾斜方位，通过钻头调整导向斜面3方位，调整完毕后推送定向钻具组合至遇阻，此时导引摩擦头10在摩擦力作业下不再前行，侧钻本体继续前行，卡瓦5撑开并在锯齿面11作用下锁定，逐渐加大推送力，当推送力大于固定销钉2的剪切强度时剪断销钉2，遇阻解除，此时，定向钻具组合与侧钻装置分离，继续推送定向钻具组合至再次遇阻，此时钻头已通过侧钻装置导向斜面3接触到井壁，开启泥浆泵、钻机动力头，钻进分支孔。其中可选的是，也可先进行导向斜面3的定方位后再进行侧钻装置坐封。

完成一个分支孔钻进后回撤定向钻具组合，当钻头接触到回收机构1后，回拉力通过钻头施加给回收机构1，从而推动侧钻本体向孔口方向移动，当拉力大于锯齿面11的锁定力时，卡瓦5在弹性力作用下回收，锚定解除，同时回收机构1的定位凸起进入定向钻具组合的定向引鞋槽内，使定向钻具组合与侧钻装置导向斜面3保持一个相对方位。对于钻孔浅、停钻后钻头不受扭矩的状况可不设置定位凸起和定向引鞋槽，导向斜面3方位基本可保持一定。

回撤定向钻具组合至下一个分开孔开孔位置后，通过定向短节观察导向斜面4方位，通过钻机旋转定向钻具组合进行调整，缓慢推送定向钻具组合至遇阻，开启泥浆泵、钻机动力头，钻进第二分支孔，依次类推完成多个分支孔的钻进。

每次回撤定向钻具组合至开孔位置时可开泵对钻头附近装置进行冲洗，便于装置解除锚定和实现随钻动作。

本发明还提供了一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻方法，其包括以下步骤：

步骤1：采用常规定向钻具组合完成水平井分支孔主孔的钻进。

步骤2：将钻头设置在回收机构1内侧，钻头通过固定销钉2固定，钻头的丝扣连接部分穿过回收机构后与定向钻具组合相连接，标定定向短节和导向斜面的相对方位，将侧钻本体上的定位销设置在轨道壳体内的定位轨道一端；

步骤3：用煤矿井下钻机推送定向钻具组合至分支孔开孔位置；

步骤4：回拉定向钻具组合100-600mm，调整侧钻本体上导向斜面的方位，推送定向钻具组合至遇阻，逐渐加大推送力，至定向钻具组合进行震动，破坏固定销钉2后遇阻解除；

步骤5：继续推送定向钻具组合至再次遇阻，开启泥浆泵，钻进分支孔；

步骤6：分支孔钻进完毕后回撤定向钻具组合，钻头在开孔位置附近有遇卡情况，继续回拉定向钻具组合，加大回拉力，解除遇卡，回撤定向钻具组合至下一分支孔开孔位置；

步骤7：旋转动力头调整导向斜面方位；

步骤8：缓慢推送定向钻具组合至遇阻，开启泥浆泵、动力头，钻进下一分支孔；

步骤9：依次类推完成多个分支孔的钻进；

步骤10：完成后回拉定向钻具组合，起出侧钻装置。

通过上述内容可知，本发明具有如下优点：

1、结构简单，操作方便，能够解决现有煤矿井下定向钻孔分支孔钻进中开孔难度大、孔眼不规则、工艺技术复杂、效率低的问题。

2、方法更为高效，程序较为便捷，有效提高施工效率，且控制分支孔方位更为准确，实现分支孔的回转钻进，提高钻进效率。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (9)

1.一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，包括回收机构、侧钻本体、卡瓦、轨道壳体和导引摩擦头，其特征在于：

所述回收机构为一环形结构以供钻具穿入，所述侧钻本体的后端设有一导引部，中部设有一锥形体，前部设有伸入轨道壳体内的移动部，所述移动部轴向可滑动定位于轨道壳体内，所述导引部的后端连接至回收机构且在回收机构的内侧设有供固定钻头的固定销钉定位的销孔，所述导引部的前端连接至锥形体的后端，所述导引部上设有一导向斜面，所述锥形体的前端具有锥体，所述卡瓦设置于锥体外缘，所述轨道壳体前端连接至导引摩擦头。

2.如权利要求1所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述移动部的外缘设有定位销，所述轨道壳体的内壁上设有供所述轨道定位销在内轴向滑动的定位轨道，以实现轴向定位滑动。

3.如权利要求1所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述锥形体中锥体的外缘轴向为减缩的锯齿面，所述卡瓦的内壁对应锯齿面同样设置为锯齿状的内缘。

4.如权利要求3所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述锯齿面包含多段锯齿状结构，所述多段锯齿状结构均包含相同角度和距离的倾斜前段和倾斜后段，所述倾斜前段向外倾斜一外角度，所述倾斜后段向内倾斜一内角度，所述外角度小于内角度，以形成减缩的锯齿面。

5.如权利要求3所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述卡瓦的内壁设置为锯齿结构，且所述锯齿结构由减缩状的形状不同的多个锯齿组成以形成更有效的锁定力。

6.如权利要求1所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述回收机构的内壁设有定位凸起，以与钻具的定向引鞋槽配合定位。

7.如权利要求1所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述导引摩擦头的后端设有一半圆凸起，所述轨道壳体的前端设有一容置半圆凸起的半圆凹槽，一活动连接结构包含贯穿半圆凸起且两端固定于半圆凹槽内壁的固定销。

8.如权利要求1所述的煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻装置，其特征在于：所述导向斜面上设有耐磨层或镶嵌有多个滚珠。

9.一种煤矿井下定向钻孔分支孔侧钻方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：采用定向钻具组合完成水平井分支孔主孔的钻进；

步骤2：将钻头设置在回收机构内侧，钻头通过固定销钉固定，钻头的丝扣连接部分穿过回收机构后与定向钻具相连接，标定定向短节和导向斜面的相对方位，将侧钻本体上的定位销设置在轨道壳体内的短定位轨道一端；

步骤3：推送定向钻具组合至分支孔开孔位置；

步骤4：回拉定向钻具组合100-600mm，调整侧钻本体上导向斜面的方位，推送定向钻具组合至遇阻，逐渐加大推送力，至定向钻具产生震动，遇阻解除；

步骤5：继续推送定向钻具组合至再次遇阻，开启泥浆泵、启动动力头，钻进分支孔；

步骤6：分支孔钻进完毕后回撤定向钻具组合至下一分支孔开孔位置；

步骤7：旋转钻机动力头调整导向斜面方位；

步骤8：缓慢推送定向钻具组合至遇阻，开启泥浆泵、启动动力头，钻进下一分支孔；

步骤9：依次类推完成多个分支孔的钻进；

步骤10：完成后回拉钻具，起出侧钻装置。

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