CN111636822B - 一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其包括钻杆、密封管、泄水仓、出液控压组件以及进液控压组件，其中，所述钻杆伸入钻孔中且与钻孔之间构成环空，所述钻孔的入口处固定嵌入有密封管，以便环空中的混合液流经密封管至外部，所述密封管采用法兰与泄水仓相连接，所述泄水仓的底部连接有所述出液控压组件，所述出液控压组件能够调节出液口的封堵面积，从而控制环空中的混合液的出液压力；所述钻杆远离钻孔的一端依次穿过密封管与泄水仓，从而使得钻杆的中心孔与水龙头相连，所述水龙头的另一端与进液控压组件相连，所述进液控压组件能够在持续向钻杆的中心孔送液的同时，以脉冲的形式进行增压控压，从而实现双向控压。

Description

一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统

技术领域

本发明属于垃圾桶消毒技术领域，具体是一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统。

背景技术

在井下采煤的过程中，常常会遇到瓦斯突出的问题，尤其在复杂地层，瓦斯灾害严重威胁着煤矿的安全生产，因此需对其进行治理，目前较为行之有效的便是通过定向钻孔，对其中的瓦斯进行预抽采，从而降低煤层中瓦斯的含量，减少此类事故的发生。

在定向钻孔的过程中，通过钻杆带动钻头转动进行钻进，钻杆中设置有中心孔，中心孔与外部水龙头相连接，通过水龙头向中心孔中注入冲洗液、冲洗液经过中心孔和钻头进入到钻孔中，钻孔与钻杆之间构成环空空间，冲洗液经过环空空间将其中的岩渣等杂质带出，并且冲洗液还能够降低钻头的温度，提高钻进效果，然而由于现有的装置缺乏对于环空中混合液的压力控制，或者压力控制的手段较为简单，导致冲洗液难以在孔壁上形成支护滤膜，大大降低了冲洗液的作用。

因此，本领域技术人员提供了一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其包括钻杆、密封管、泄水仓、出液控压组件以及进液控压组件，其中，所述钻杆伸入钻孔中且与钻孔之间构成环空，所述钻孔的入口处固定嵌入有密封管，以便环空中的混合液流经密封管至外部，

所述密封管采用法兰与泄水仓相连接，所述泄水仓的底部连接有所述出液控压组件，所述出液控压组件能够调节出液口的封堵面积，从而控制环空中的混合液的出液压力；

所述钻杆远离钻孔的一端依次穿过密封管与泄水仓，从而使得钻杆的中心孔与水龙头相连，所述水龙头的另一端与进液控压组件相连，所述进液控压组件能够在持续向钻杆的中心孔送液的同时，以脉冲的形式进行增压控压；

所述钻杆伸入钻孔的一端设置有钻头，所述钻头能够将中心孔中的液体喷出至环空中。

进一步，作为优选，所述泄水仓中固定有同轴套设在钻杆上的导流筒，所述导流筒的开口端与密封管的出液端相对应，从而将混合液分成两股，且其中一股经导流筒的内部进入至出液控压组件中，另一股经由泄水仓和导流筒之间构成的模拟环空空间进入到出液控压组件中。

进一步，作为优选，所述模拟环空空间中固定有套设在导流筒外部的控压环囊，所述控压环囊固定贴附在泄水仓的内表面，所述控压环囊中充有液体，且所述控压环囊由外部充液器进行充液，从而调节所述控压环囊的膨胀程度。

进一步，作为优选，所述出液控压组件包括控压座、出液管、活塞一、固定导座以及转杆，其中，所述控压座的开口端伸入所述泄水仓中，所述控压座中靠近封闭端一侧转动设置有转杆，所述转杆上对称周向收卷有皮带，所述皮带的另一端连接有连接杆，所述连接杆的另一端固定有T形杆，所述T形杆滑动穿过固定在控压座内部的固定导座后与活塞一相连，所述T形杆的外部且位于活塞一与固定导座之间设置有压缩弹簧；

所述控压座的侧面还连通有出液管，通过活塞一的上下移动能够改变出液管出液口的封堵面积，从而进行控压。

进一步，作为优选，所述转杆由固定在控压座外部的正反转电机进行驱动转动；

所述转杆上位于两组皮带之间还同轴固定有转动轮，所述转动轮与稳定轮相啮合，所述稳定轮同轴固定在稳定杆上，所述稳定杆转动设置在控压座中，且所述稳定杆的转动存在一定的阻尼。

进一步，作为优选，所述导流筒采用支管与控压座相连。

进一步，作为优选，所述进液控压组件包括汇集仓、连接仓、活塞二以及供液仓，其中，所述汇集仓为球形仓，其一端采用进水管与水龙头相连，其另一端与连接仓相连通，所述汇集仓还由多个供液管进行持续供液。

进一步，作为优选，所述供液管的远离汇集仓的一端与供液仓相连通，所述供液仓的中部为通孔结构，用于滑动通过气缸的输出端，所述气缸的输出端还固定有密封滑动设置在连接仓中的滑杆，所述滑杆的另一端固定有活塞二，所述活塞二的来回移动能够以脉冲的形式对汇集仓中的注液压力进行增压控压。

进一步，作为优选，所述出液管的另一端与处理仓相连通，所述处理仓的内部固定有能够过滤岩渣的过滤网格，所述处理仓的顶部设置有出气管，所述处理仓的底部采用泥浆泵将处理仓中的液体通过连接管二抽至补液罐中，所述补液罐采用连接管一与供液仓相连通。

进一步，作为优选，所述连接管二上设置有阀门，所述连接管二还采用连接管三直接与连接管一相连通，所述连接管三上设置有阀门。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本装置能够对环空空间中的混合液进行双向控压，其中，在泄水仓的底部连接有出液控压组件，出液控压组件能够调节出液口的封堵面积，从而控制环空中的混合液的出液压力，另外，钻杆远离钻孔的一端依次穿过密封管与泄水仓，从而使得钻杆的中心孔与水龙头相连，水龙头的另一端与进液控压组件相连，进液控压组件能够在持续向钻杆的中心孔送液的同时，以脉冲的形式进行增压控压，从而使得汇集仓中液体的压力变化会反应至环空中，提高增压效果，从而使得环空中的混合液会适量滤失从而在孔壁上从而滤膜，提高孔壁的稳定性，减少在复杂地层定向钻孔孔壁坍塌的可能性。

附图说明

图1为一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统的平面结构示意图；

图2为一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统的部分放大结构示意图；

图3为一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统中进液控压组件的结构示意图；

图中：1、钻孔；2、钻杆；3、钻头；4、环空；5、密封管；6、泄水仓；7、导流筒；8、控压环囊；9、控压座；10、出液管；11、水龙头；12、进水管；13、进液控压组件；14、处理仓；15、过滤网格；16、连接管一；17、出气管；18、连接管二；19、补液罐；20、连接管三；21、支管；22、活塞一；23、T形杆；24、连接杆；25、皮带；26、稳定杆；27、固定导座；28、稳定轮；29、转动轮；30、转杆；31、正反转电机；32、汇集仓；33、连接仓；34、活塞二；35、滑杆；36、气缸；37、供液管；38、供液仓。

具体实施方式

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其包括钻杆2、密封管5、泄水仓6、出液控压组件以及进液控压组件13，其中，所述钻杆2伸入钻孔1中且与钻孔1之间构成环空4，所述钻孔1的入口处固定嵌入有密封管5，以便环空4中的混合液流经密封管5至外部，

其中，所述密封管5采用法兰与泄水仓6相连接，所述泄水仓6的底部连接有所述出液控压组件，所述出液控压组件能够调节出液口的封堵面积，从而控制环空4中的混合液的出液压力，从而使得，环空中的混合液会适量滤失从而在孔壁上从而滤膜，提高孔壁的稳定性，减少其坍塌的可能性；

所述钻杆2远离钻孔的一端依次穿过密封管5与泄水仓6，从而使得钻杆2的中心孔与水龙头11相连，所述水龙头的另一端与进液控压组件13相连，所述进液控压组件13能够在持续向钻杆2的中心孔送液的同时，以脉冲的形式进行增压控压；

所述钻杆2伸入钻孔1的一端设置有钻头3，所述钻头3能够将中心孔中的液体喷出至环空4中。

本实施例中，如图2，所述泄水仓6中固定有同轴套设在钻杆2上的导流筒7，所述导流筒7的开口端与密封管5的出液端相对应，从而将混合液分成两股，且其中一股经导流筒7的内部进入至出液控压组件中，另一股经由泄水仓6和导流筒7之间构成的模拟环空空间进入到出液控压组件中，设置的导流筒7能够保证即使在模拟环空空间被完全封堵的情况下，依旧能够将环空中的混合液放出，防止环空中压力过大，影响钻进的进行或者破坏孔壁，需要注意的是，所述混合液中掺杂有由钻杆2中心孔进入到环空中的冲洗液、钻孔产生的岩渣以及从岩壁中渗出的瓦斯。

在上述实施例的基础上，所述模拟环空空间中固定有套设在导流筒7外部的控压环囊8，所述控压环囊8固定贴附在泄水仓6的内表面，所述控压环囊8中充有液体，且所述控压环囊8由外部充液器进行充液，从而调节所述控压环囊的膨胀程度。

本实施例中，如图2，所述出液控压组件包括控压座9、出液管10、活塞一22、固定导座27以及转杆30，其中，所述控压座9的开口端伸入所述泄水仓6中，所述控压座9中靠近封闭端一侧转动设置有转杆30，所述转杆30上对称周向收卷有皮带25，所述皮带25的另一端连接有连接杆24，所述连接杆24的另一端固定有T形杆23，所述T形杆23滑动穿过固定在控压座9内部的固定导座27后与活塞一22相连，所述T形杆23的外部且位于活塞一22与固定导座27之间设置有压缩弹簧，当皮带25被收卷时，其会通过连接杆24带动T形杆23向下移动，从而使得活塞一22向下移动，减少对出液管10出液口的封堵面积，且活塞一22向下移动至极限位置时出液管10的出液口完全没有被封堵，当皮带25被放长时，压缩弹簧会驱动活塞一22向上移动，活塞一22向上移动至极限位置时出液管10的出液口没有被完全封堵，保证了在极限情况下环空中的混合液依旧可以被放出，防止环空中压力过大，导致钻进困难或是其他情况的发生；该极限位置的限制由T形杆和固定导座27来完成；

所述控压座9的侧面还连通有出液管10，通过活塞一22的上下移动能够改变出液管10出液口的封堵面积，从而进行控压。

作为较佳的实施例，所述转杆30由固定在控压座9外部的正反转电机31进行驱动转动；

所述转杆30上位于两组皮带25之间还同轴固定有转动轮29，所述转动轮29与稳定轮28相啮合，所述稳定轮28同轴固定在稳定杆26上，所述稳定杆26转动设置在控压座9中，且所述稳定杆26的转动存在一定的阻尼。

作为较佳的实施例，所述导流筒7采用支管21与控压座29相连。

本实施例中，如图3，所述进液控压组件包括汇集仓32、连接仓33、活塞二34以及供液仓38，其中，所述汇集仓32为球形仓，其一端采用进水管12与水龙头11相连，其另一端与连接仓33相连通，所述汇集仓32还由多个供液管37进行持续供液。

本实施例中，所述供液管37的远离汇集仓32的一端与供液仓38相连通，所述供液仓38的中部为通孔结构，用于滑动通过气缸36的输出端，所述气缸36的输出端还固定有密封滑动设置在连接仓33中的滑杆35，所述滑杆35的另一端固定有活塞二34，所述活塞二34的来回移动能够以脉冲的形式对汇集仓32中的注液压力进行增压控压，具体来讲，在活塞二34向左移动时，活塞二会迅速将连接仓33中的液体推送至汇集仓中，瞬间增大汇集仓32中的压力，而活塞二向右移动时，进入至汇集仓32中的液体会向连接仓33中缓存，从而减少了汇集仓32中液体的压力，汇集仓32中液体的压力变化会反应至环空中，在该种作用力下，环空中的混合液会适量滤失从而在孔壁上从而滤膜，提高孔壁的稳定性，减少其坍塌的可能性。

本实施例中，如图1，所述出液管10的另一端与处理仓14相连通，所述处理仓14的内部固定有能够过滤岩渣的过滤网格15，所述处理仓14的顶部设置有出气管17，所述处理仓14的底部采用泥浆泵将处理仓14中的液体通过连接管二18抽至补液罐19中，所述补液罐19采用连接管一16与供液仓38相连通。

本实施例中，所述连接管二18上设置有阀门，所述连接管二18还采用连接管三20直接与连接管一16相连通，所述连接管三20上设置有阀门。

本控压钻进系统的工作原理如下：将密封管5采用法兰与泄水仓6相连接，泄水仓6的底部连接有出液控压组件，出液控压组件与出液管10连接的同时能够调节出液口的封堵面积，从而控制环空4中的混合液的出液压力，从而使得，环空中的混合液会适量滤失从而在孔壁上从而滤膜，提高孔壁的稳定性，减少其坍塌的可能性；混合液经过出液管10进入到处理仓14中，混合液中掺杂有由钻杆2中心孔进入到环空中的冲洗液、钻孔产生的岩渣以及从岩壁中渗出的瓦斯，其中瓦斯经过出气管17排放至外部瓦斯收集装置中，岩渣被过滤网格15所捕捉，并定期清理掉，冲洗液经连接管二18进入到补液罐19中，并通过补液罐19以及连接管一16进入到进液控压组件13中，进液控压组件13能够在持续向钻杆2的中心孔送液的同时，以脉冲的形式进行增压控压；具体的，在活塞二34向左移动时，活塞二会迅速将连接仓33中的液体推送至汇集仓中，瞬间增大汇集仓32中的压力，而活塞二向右移动时，进入至汇集仓32中的液体会向连接仓33中缓存，从而减少了汇集仓32中液体的压力，汇集仓32中液体的压力变化会反应至环空中，在该种作用力下，环空中的混合液会适量滤失从而在孔壁上从而滤膜，提高孔壁的稳定性，减少在复杂地层定向钻孔孔壁坍塌的可能性，而钻杆2伸入钻孔1的一端设置有钻头3，所述钻头3能够将中心孔中的液体喷出至环空4中，构成一个循环。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其包括钻杆(2)、密封管(5)、泄水仓(6)、出液控压组件以及进液控压组件(13)，其中，所述钻杆(2)伸入钻孔(1)中且与钻孔(1)之间构成环空(4)，所述钻孔(1)的入口处固定嵌入有密封管(5)，以便环空(4)中的混合液流经密封管(5)至外部，其特征在于：

所述密封管(5)采用法兰与泄水仓(6)相连接，所述泄水仓(6)的底部连接有所述出液控压组件，所述出液控压组件能够调节出液口的封堵面积，从而控制环空(4)中的混合液的出液压力；

所述钻杆(2)远离钻孔的一端依次穿过密封管(5)与泄水仓(6)，从而使得钻杆(2)的中心孔与水龙头(11)相连，所述水龙头的另一端与进液控压组件(13)相连，所述进液控压组件(13)能够在持续向钻杆(2)的中心孔送液的同时，以脉冲的形式进行增压控压；

所述钻杆(2)伸入钻孔(1)的一端设置有钻头(3)，所述钻头(3)能够将中心孔中的液体喷出至环空(4)中；

所述泄水仓(6)中固定有同轴套设在钻杆(2)上的导流筒(7)，所述导流筒(7)的开口端与密封管(5)的出液端相对应，从而将混合液分成两股，且其中一股经导流筒(7)的内部进入至出液控压组件中，另一股经由泄水仓(6)和导流筒(7)之间构成的模拟环空空间进入到出液控压组件中；

所述模拟环空空间中固定有套设在导流筒(7)外部的控压环囊(8)，所述控压环囊(8)固定贴附在泄水仓(6)的内表面，所述控压环囊(8)中充有液体，且所述控压环囊(8)由外部充液器进行充液，从而调节所述控压环囊的膨胀程度。

2.根据权利要求1所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述出液控压组件包括控压座(9)、出液管(10)、活塞一(22)、固定导座(27)以及转杆(30)，其中，所述控压座(9)的开口端伸入所述泄水仓(6)中，所述控压座(9)中靠近封闭端一侧转动设置有转杆(30)，所述转杆(30)上对称周向收卷有皮带(25)，所述皮带(25)的另一端连接有连接杆(24)，所述连接杆(24)的另一端固定有T形杆(23)，所述T形杆(23)滑动穿过固定在控压座(9)内部的固定导座(27)后与活塞一(22)相连，所述T形杆(23)的外部且位于活塞一(22)与固定导座(27)之间设置有压缩弹簧；

所述控压座(9)的侧面还连通有出液管(10)，通过活塞一(22)的上下移动能够改变出液管(10)出液口的封堵面积，从而进行控压。

3.根据权利要求2所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述转杆(30)由固定在控压座(9)外部的正反转电机(31)进行驱动转动；

所述转杆(30)上位于两组皮带(25)之间还同轴固定有转动轮(29)，所述转动轮(29)与稳定轮(28)相啮合，所述稳定轮(28)同轴固定在稳定杆(26)上，所述稳定杆(26)转动设置在控压座(9)中，且所述稳定杆(26)的转动存在一定的阻尼。

4.根据权利要求2所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述导流筒(7)采用支管(21)与控压座(9)相连。

5.根据权利要求1所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述进液控压组件包括汇集仓(32)、连接仓(33)、活塞二(34)以及供液仓(38)，其中，所述汇集仓(32)为球形仓，其一端采用进水管(12)与水龙头(11)相连，其另一端与连接仓(33)相连通，所述汇集仓(32)还由多个供液管(37)进行持续供液。

6.根据权利要求5所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述供液管(37)的远离汇集仓(32)的一端与供液仓(38)相连通，所述供液仓(38)的中部为通孔结构，用于滑动通过气缸(36)的输出端，所述气缸(36)的输出端还固定有密封滑动设置在连接仓(33)中的滑杆(35)，所述滑杆(35)的另一端固定有活塞二(34)，所述活塞二(34)的来回移动能够以脉冲的形式对汇集仓(32)中的注液压力进行增压控压。

7.根据权利要求2所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述出液管(10)的另一端与处理仓(14)相连通，所述处理仓(14)的内部固定有能够过滤岩渣的过滤网格(15)，所述处理仓(14)的顶部设置有出气管(17)，所述处理仓(14)的底部采用泥浆泵将处理仓(14)中的液体通过连接管二(18)抽至补液罐(19)中，所述补液罐(19)采用连接管一(16)与供液仓(38)相连通。

8.根据权利要求7所述一种煤矿井下复杂地层定向钻孔控压钻进系统，其特征在于：所述连接管二(18)上设置有阀门，所述连接管二(18)还采用连接管三(20)直接与连接管一(16)相连通，所述连接管三(20)上设置有阀门。

Images