CN114658396B - 煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置及方法，包括矿井供气管路，矿井供气管路与下管动力机构和筛管输送机构相连供气，下管动力机构与筛管输送机构相连供高压气，筛管输送机构与护管导向钻具相连输送连续筛管串和气体进入护管导向钻具内，护管导向钻具预置在定向孔内引导连续筛管串下入定向孔。本发明在筛管下入过程中，既不用频繁连接筛管，又不用频繁拆卸钻具或移动下管动力机具，筛管下入速度快，效率高。本发明利用护管导向钻具对定向孔进行临时防护，通过护管导向钻具内孔下入连续筛管，提高了筛管下入成功率，确保筛管下入到位。

Description

煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿井下坑道钻探技术领域，涉及煤矿井下定向孔护孔筛管，具体涉及一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置及方法。

背景技术

定向孔是煤矿井下瓦斯抽采治理的重要技术手段，其主要为近水平布置，受重力、瓦斯压力等作用，孔壁稳定性差，尤其是复杂破碎地层内，瓦斯抽采过程中，极易出现孔壁坍塌情况，导致抽采通道堵塞，定向孔失效。筛管护孔可以提高孔壁完整性，保障后期瓦斯抽采过程中定向孔通畅。

针对煤矿井下定向孔护孔筛管下入问题，申请公布号为CN 110469297 A的中国发明专利提出了一种煤矿井下瓦斯抽采定向钻孔长距离筛管完孔装备与方法，利用定向钻机上的管路下放装置提供足够下管动力，确保割缝筛管长距离下放；利用偏心导向装置确保割缝筛管沿定向钻孔主孔下放至孔底，避免进入分支孔。但是该方法存在以下问题：①筛管下入过程中需要频繁往复移动管路下放装置，且筛管为单根结构，单根长度短，需要频繁进行筛管连接，下管效率低；②采用裸孔方式下筛管，当钻孔局部失稳坍塌时，不具有孔壁清洁功能，筛管下入过程将会受阻，无法确保下入至孔底；③筛管一般为非金属材质，连接处强度低，抗压能力较差，下入过程中始终受压力作用，易产生弯折变形，导致筛管断裂破坏；④下管动力来自于孔口管路下放装置，随孔深增加，下管动力逐步下降，下入深度无法保障。

此外，申请公布号为CN 109915087 A的中国专利提出了一种煤矿井下定向长钻孔内分段大直径筛管及其下入方法，其具体原理是：发明一种特殊结构的筛管，筛管下入时，先在定向孔内下入套铣钻具，然后将单根筛管放入套铣钻具，利用泥浆泵提供的高压水将筛管推入孔内，重复完成所有筛管下入后，退出套铣钻具。该方法存在以下不足：①筛管结构复杂，加工制造成本高；②筛管为单根结构，每根筛管下入时，均需要安装拆卸水便和启停泥浆泵，以向套铣钻杆提供高压水，下管工序繁琐，效率低；③套铣钻杆下入过程中缺少导向机构，容易进入分支孔；且孔内残余钻渣易进入并堵塞套铣钻杆，导致筛管下入失败；④下管动力由泥浆泵输出的高压水提供，但高压水对复杂地层的冲刷扰动破坏强烈，极易导致钻孔失稳破坏，引发孔内事故，尤其是碎软煤层中应用受限；⑤筛管下入过程汇总需要向钻孔大量注水，筛管下入完成后筛管中的封堵球需采用水进行浸泡降解，定向孔内将会残留大量水体，从而堵塞瓦斯运移通道，严重影响瓦斯抽采效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置及方法，解决现有技术中的方法在确保筛管下入到位的基础上筛管下入效率有待进一步提升的技术问题。

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：

一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，包括矿井供气管路，矿井供气管路与下管动力机构和筛管输送机构相连供气，下管动力机构与筛管输送机构相连供高压气，筛管输送机构与护管导向钻具相连输送连续筛管串和气体进入护管导向钻具内，护管导向钻具预置在定向孔内引导连续筛管串下入定向孔；

所述的筛管输送机构包括正面设置有密闭门的密闭箱，所述的密闭箱的顶部设置有进风口和出风口，所述的进风口与下管动力机构的高压排气口相连进气体，所述的出风口与护管导向钻具相连输送连续筛管串和气体；

所述的密闭箱内靠近下部安装有能够转动的卷筒，卷筒用于缠绕连续筛管串，卷筒的两端分别通过第一回转支撑轴和第二回转支撑轴可转动式安装在密闭箱上；所述的第一回转支撑轴通过安装在密闭箱外部的气动马达驱动，气动马达与矿井供气管路相连进气，所述的第二回转支撑轴与安装在密闭箱外部的主皮带轮固定相连；

所述的密闭箱内靠近上部安装有能够转动的导轨，导轨导引连续筛管串，导轨的转动中心轴线与卷筒的转动中心轴线平行设置，导轨的一端伸出密闭箱与从皮带轮固定相连，所述的主皮带轮和从皮带轮之间通过皮带传动；

所述的密闭箱内卷筒和导轨之间固定安装有滑轨，滑轨的中心轴线与卷筒的转动中心轴线平行设置，所述的滑轨上安装有能够滑动的导向器，导向器用于导引穿过导向器的连续筛管串。

本发明还具有如下技术特征：

所述的下管动力机构包括壳体，所述的壳体内部设置有活塞腔，活塞腔内安装有活塞，所述的活塞腔包括同轴一体相连通的活塞大腔和活塞小腔，活塞大腔的内径大于活塞小腔的内径，所述的活塞包括同轴一体成型的活塞大端和活塞小端，活塞大端与活塞大腔相配合，活塞小端与活塞小腔相配合；所述的活塞将活塞腔分割为上腔室、中腔室和下腔室，活塞大端和活塞大腔的顶部之间的腔室为上腔室，活塞大端和活塞大腔的底部之间的腔室为中腔室，活塞小端和活塞小腔的底部之间的腔室为下腔室；

所述的上腔室通过过气通道与安装在壳体顶部内的电控换向阀的第一端相连，电控换向阀的第二端与开设在壳体顶部内的驱动进气通道的一端相连，驱动进气通道的另一端与矿井供气管路相连进气，电控换向阀的第三端与开设在壳体顶部内的驱动排气通道的一端相连通，驱动排气通道的另一端排气；

所述的下腔室的两侧还分别与开设在壳体底部内的低压进气口的一端和高压排气口的一端相连通，低压进气口的另一端与矿井供气管路相连进气，高压排气口的另一端排气。

优选的，所述的驱动进气通道的另一端与矿井供气管路之间依次连接有压力控制阀、安全阀、压力表和流量控制阀；所述的驱动排气通道的另一端安装有第一消音器。

优选的，所述的上腔室的顶部还安装有位置传感器；位置传感器采集活塞的位置，使得电控换向阀能够控制过气通道、驱动进气通道和驱动排气通道三者之间的气路通断。

优选的，所述的低压进气口内设置有单向进气阀，所述的低压进气口的另一端与矿井供气管路之间设置有第一截止阀；所述的高压排气口内安装有单向排气阀。

优选的，所述的密闭箱的顶部设置有卸压口，所述的卸压口上安装有卸压阀和第二消音器。

具体的，所述的护管导向钻具包括依次相连的导向钻头、大通孔钻杆、转换接头和连接柔管；连接柔管与筛管输送机构的出风口连接；

所述的导向钻头包括导向体和设置在导向体前端的可推出的导向球头；所述的导向体为中空圆柱形结构，外壁中部设置有梯形支撑翼肋；所述的导向球头的前端为半球形结构，后端为圆柱形结构，圆柱形结构外径与导向体内径相同，导向球头上设置有一组径向弹动销，所述的弹动销将导向球头定位在导向体内。

具体的，所述的连续筛管串包括依次连接的连续筛管、输送引导头和导向定位器；所述的连续筛管上设置有筛眼。

本发明还保护一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔方法，该方法采用如上所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置；

该方法包括以下步骤：

步骤一，施工定向孔：

采用定向钻机驱动定向钻具进行定向孔施工，钻进至预定深度后，退出孔内的定向钻具；

步骤二，下入护管导向钻具：

采用定向钻机将护管导向钻具下入定向孔内，下入过程中，在导向钻头的导向体支撑下避免孔内残留钻渣进入大通孔钻杆，在导向钻头的导向球头引导下沿定向孔的主孔下入至距离孔底1m处为止；

步骤三，连续筛管串准备：

根据定向孔深度截取连续筛管；打开筛管输送机构的密闭门，将连续筛管经过导轨，穿过导向器固定在卷筒上；气动马达在矿井供气管路提供的压力气体作用下，带动卷筒旋转，将连续筛管缠绕在卷筒上，至剩余1m时，停止连续筛管的缠绕；在连续筛管上安装好输送引导头和导向定位器后，穿过出风口放入护管导向钻具的连接柔管内；然后关闭筛管输送机构的密闭门；

步骤四，连续筛管串下入：

打开下管动力机构，向筛管输送机构提供高压气体，高压气体从筛管输送机构的出风口流向护管导向钻具，推动连续筛管串沿护管导向钻具下入；同时卷筒和导轨反转，进行连续筛管串放管；当连续筛管串到达导向钻头时，将导向球头从导向体推出；连续筛管串穿出导向钻头，由导向定位器支撑定位在定向孔中，连续筛管串下入完成后关闭下管动力机构；

步骤五，退钻抽采：

采用定向钻机将护管导向钻具退出定向孔，连续筛管连接孔口管路进行瓦斯抽采。

进一步的，步骤四中，连续筛管串下入过程中，下管动力机构使用过程包括以下分步骤：

分步骤401，初始状态：

活塞在重力作用下处于最下端，电控换向阀朝向驱动排气通道，将驱动排气通道与过气通道连通；

分步骤402，低压进气：

低压气体通过单向进气阀自低压进气口进入下腔室，推动活塞上移；

分步骤403，气体压缩：

当活塞到达上腔室顶部时，电控换向阀换向，将驱动进气通道与过气通道连通，驱动气体经由驱动进气通道和过气通道进入上腔室，推动活塞下移，压缩下腔室中的低压气体，单向进气阀关闭，单向排气阀开启，经加压后的高压气体从高压排气口排出；

分步骤404，上腔排气：

当活塞到达下腔室底部时，电控换向阀换向，将驱动排气通道与过气通道连通，上腔室内的气体自驱动排气通道排出；

分步骤405，连续供气：

重复分步骤402至分步骤404，下管动力机构连续供气；

分步骤406，停止供气：

当连续筛管串下入到位后，下管动力机构切断矿井供气管路提供的气源，使活塞复位。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

（Ⅰ）本发明在筛管下入过程中，既不用频繁连接筛管，又不用频繁拆卸钻具或移动下管动力机具，筛管下入速度快，效率高。

（Ⅱ）本发明利用护管导向钻具对定向孔进行临时防护，通过护管导向钻具内孔下入连续筛管，提高了筛管下入成功率，确保筛管下入到位。

（Ⅲ）本发明在护管导向钻具下入时，利用导向钻头在最前方进行导向防护，既可引导护管导向钻具沿主孔下入到孔底，又可避免孔内残留钻渣进入护管导向钻具，还能对孔内异常坍塌堵塞进行清理，确保护管导向钻具顺利下入至孔底。

（Ⅳ）本发明的筛管不需要多根连接，无强度薄弱点，且下入过程中，高压气体主要作用在连续筛管串前端的输送引导头上，连续筛管持续承受拉力作用，稳定性强，不易损坏。

（Ⅴ）本发明采用高压空气作为下管动力，减少了对孔壁的扰动破碎，提高了孔壁稳定性，保障了下管安全；孔内无水体残余，不影响后续抽采。

（Ⅵ）本发明采用下管动力机构对矿井提供的低压气体进行加压，提升了下管动力，提高了筛管下入深度。

（Ⅶ）本发明的筛管整体结构简单，不用考虑转换连接问题，加工方便，成本低。

附图说明

图1是煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装的连接示意图。

图2是下管动力机构的剖视结构示意图。

图3是筛管输送机构的剖视结构示意图。

图4是护管导向钻具的剖视结构示意图。

图5是连续筛管串的结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-矿井供气管路，2-下管动力机构，3-筛管输送机构，4-护管导向钻具，5-连续筛管串，6-定向孔，7-定向钻机，8-耐高压胶管；

201-壳体。202-活塞腔。203-活塞，204-上腔室，205-中腔室，206-下腔室，207-过气通道，208-电控换向阀，209-驱动进气通道，210-驱动排气通道，211-低压进气口，212-高压排气口，213-压力控制阀，214-安全阀，215-压力表，216-流量控制阀，217-第一消音器，218-位置传感器，219-外界连通孔，220-单向进气阀，221-第一截止阀，222-单向排气阀；

20201-活塞大腔，20202-活塞小腔；

20301-活塞大端，20302-活塞小端；

301-密闭箱，302-进风口，303-出风口，304-卷筒，305-第一回转支撑轴，306-第二回转支撑轴，307-气动马达，308-主皮带轮，309-导轨，310-从皮带轮，311-皮带，312-滑轨，313-导向器，314-卸压口，315-卸压阀，316-第二消音器，317-密封轴承，318-第二截止阀；

401-导向钻头，402-大通孔钻杆，403-转换接头，404-连接柔管；

40101-导向体，40102-导向球头，40103-弹动销；

501-连续筛管，502-输送引导头，503-导向定位器。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有部件、设备、传感器和模块，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件、设备、传感器和模块。例如用定向钻机、定向钻具和导向定位器均采用现有技术中已知的设备。

基于背景技术中介绍的现有技术的情况，本发明针对目前煤矿井下复杂地层定向孔筛管下入效率低、下入深度浅、成本高、成功率有待提高、影响后期瓦斯抽采等问题，研究设计出一种煤矿井下复杂地层定向孔连续筛管气体输送护孔装备与方法，以克服上述缺陷。

本发明给出了一种煤矿井下复杂地层定向孔连续筛管气体输送护孔装备与方法。本发明的装备由矿井供气管路、下管动力机构、筛管输送机构、护管导向钻具和连续筛管串组成，筛管下入时先在定向孔内下入护管导向钻具，然后采用连续筛管作为护孔筛管，并利用筛管输送机构进行缠绕排列，再将连续筛管串前端放入护管导向钻具内孔，利用下管动力机构将矿井供气管路提供的低压气体加压为高压气体，推动连续筛管串沿护管导向钻具下入并定位在定向孔内，最后退出护管导向钻具。本发明中：

矿井供气管路1用于提供低压气体。

下管动力机构2用于将低压气体加压成高压气体，给连续筛管串5的下入提供充足动力。

筛管输送机构3用于连续筛管串5的缠绕摆放，在高压气体作用下将连续筛管串5下入至孔底。

护管导向钻具4用于预置在定向孔6内，引导连续筛管串5下入，避免下管受阻或进入分支孔中。

连续筛管串5用于下入定向孔6内，对定向孔6进行保护，确保定向孔6通畅。

本发明采用连续筛管免连接下入、高压气体孔底动力推送、前置护管导向钻具引导等技术手段，提高了筛管下入速度、下入安全性和下入深度，降低了工程成本，实现了复杂地层定向孔“钻到位、管到底”，为定向孔后续瓦斯抽采提供了保障。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，如图1所示，包括矿井供气管路1，矿井供气管路1与下管动力机构2和筛管输送机构3相连供气，下管动力机构2与筛管输送机构3相连供高压气，筛管输送机构3与护管导向钻具4相连输送连续筛管串5和气体进入护管导向钻具4内，护管导向钻具4预置在定向孔6内引导连续筛管串5下入定向孔6。

作为本实施例的一种具体方案，如图2所示，下管动力机构2包括壳体201，壳体201内部设置有活塞腔202，活塞腔202内安装有活塞203，活塞腔202包括同轴一体相连通的活塞大腔20201和活塞小腔20202，活塞大腔20201的内径大于活塞小腔20202的内径，活塞203包括同轴一体成型的活塞大端20301和活塞小端20302，活塞大端20301与活塞大腔20201相配合，活塞小端20302与活塞小腔20202相配合；活塞203将活塞腔202分割为上腔室204、中腔室205和下腔室206，活塞大端20301和活塞大腔20201的顶部之间的腔室为上腔室204，活塞大端20301和活塞大腔20201的底部之间的腔室为中腔室205，活塞小端20302和活塞小腔20202的底部之间的腔室为下腔室206。

上腔室204通过过气通道207与安装在壳体201顶部内的电控换向阀208的第一端相连，电控换向阀208的第二端与开设在壳体201顶部内的驱动进气通道209的一端相连，驱动进气通道209的另一端与矿井供气管路1相连进气，电控换向阀208的第三端与开设在壳体201顶部内的驱动排气通道210的一端相连通，驱动排气通道210的另一端排气。

下腔室206的两侧还分别与开设在壳体201底部内的低压进气口211的一端和高压排气口212的一端相连通，低压进气口211的另一端与矿井供气管路1相连进气，高压排气口212的另一端排气。

作为本实施例的一种优选方案，驱动进气通道209的另一端与矿井供气管路1之间依次连接有压力控制阀213、安全阀214、压力表215和流量控制阀216；驱动排气通道210的另一端安装有第一消音器217。

作为本实施例的一种优选方案，上腔室204的顶部还安装有位置传感器218；位置传感器218采集活塞203的位置，使得电控换向阀208能够控制过气通道207、驱动进气通道209和驱动排气通道210三者之间的气路通断。

作为本实施例的一种优选方案，中腔室205的底部还开设有外界连通孔219，使得中腔室205中的压力始终与外界压力保持一致。

作为本实施例的一种优选方案，低压进气口211内设置有单向进气阀220，低压进气口211的另一端与矿井供气管路1之间设置有第一截止阀221；高压排气口212内安装有单向排气阀222。

作为本实施例的一种优选方案，流量控制阀216和第一截止阀221均通过耐高压胶管8与矿井供气管路1连接。

作为本实施例的一种具体方案，如图3所示，筛管输送机构3包括正面设置有密闭门的密闭箱301，密闭箱301的顶部设置有进风口302和出风口303，进风口302与下管动力机构2的高压排气口212相连进气体，出风口303与护管导向钻具4相连输送连续筛管串5和气体。

密闭箱301内靠近下部安装有能够转动的卷筒304，卷筒304用于缠绕连续筛管串5，卷筒304的两端分别通过第一回转支撑轴305和第二回转支撑轴306可转动式安装在密闭箱301上；第一回转支撑轴305通过安装在密闭箱301外部的气动马达307驱动，气动马达307与矿井供气管路1相连进气，第二回转支撑轴306与安装在密闭箱301外部的主皮带轮308固定相连。

密闭箱301内靠近上部安装有能够转动的导轨309，导轨309导引连续筛管串5，导轨309的转动中心轴线与卷筒304的转动中心轴线平行设置，导轨309的一端伸出密闭箱301与从皮带轮310固定相连，主皮带轮308和从皮带轮310之间通过皮带311传动。

密闭箱301内卷筒304和导轨309之间固定安装有滑轨312，滑轨312的中心轴线与卷筒304的转动中心轴线平行设置，滑轨312上安装有能够滑动的导向器313，导向器313用于导引穿过导向器313的连续筛管串5。

作为本实施例的一种优选方案，优选的，密闭箱301的顶部设置有卸压口314，卸压口314上安装有卸压阀315和第二消音器316。

作为本实施例的一种优选方案，密闭箱301为长方形结构。

作为本实施例的一种优选方案，卷筒304为“工”字形结构，内部中空。

作为本实施例的一种优选方案，第一回转支撑轴305和第二回转支撑轴306与密闭箱301之间分别设置有密封轴承317；导轨309的两端与密闭箱301之间也分别设置有密封轴承317。

作为本实施例的一种优选方案，气动马达307与矿井供气管路1之间设置有第二截止阀318。

作为本实施例的一种优选方案，导轨309表面设置有螺旋引导槽。导向器313的上端设置有导向轴，导向轴伸入导轨309的螺旋引导槽中，导向器313的下端设置有筛管引导环。

作为本实施例的一种优选方案，第二截止阀318通过耐高压胶管8与矿井供气管路1连接，进风口302通过耐高压胶管8与下管动力机构2的高压排气口212连接。

作为本实施例的一种具体方案，如图4所示，护管导向钻具4包括依次相连的导向钻头401、大通孔钻杆402、转换接头403和连接柔管404；连接柔管404与筛管输送机构3的出风口303连接。

导向钻头401包括导向体40101和设置在导向体40101前端的可推出的导向球头40102；导向体40101为中空圆柱形结构，外壁中部设置有梯形支撑翼肋；导向球头40102的前端为半球形结构，后端为圆柱形结构，圆柱形结构外径与导向体40101内径相同，导向球头40102上设置有一组径向弹动销40103，弹动销40103将导向球头40102定位在导向体40101内。

作为本实施例的一种优选方案，大通孔钻杆402外壁铣削有正向螺旋槽；导向钻头401、大通孔钻杆402、转换接头403和连接柔管404的内孔直径相同。

作为本实施例的一种具体方案，如图5所示，连续筛管串5包括依次连接的连续筛管501、输送引导头502和导向定位器503；连续筛管501上设置有筛眼。

作为本实施例的一种优选方案，连续筛管501的长度根据定向孔6长度选取。

作为本实施例的一种优选方案，输送引导头502为实心圆柱形结构，中间外壁处设置有梯形密封台阶，台阶外径与护管导向钻具4的内径相同。

作为本实施例的一种优选方案，导向定位器503包括导向座，导向座前端设置有圆台形导向头，导向座中设计有固定轴和活动轴，活动轴上设置有张簧，固定轴上设置有2个弹卡，弹卡两端与张簧连接，并由张簧和活动销轴撑开或关闭。

实施例2：

本发明给出一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔方法，该方法采用如实施例1中给出的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置。

该方法包括以下步骤：

步骤一，施工定向孔6：

采用定向钻机7驱动定向钻具进行定向孔6施工，钻进至预定深度后，退出孔内的定向钻具。

步骤二，下入护管导向钻具4：

采用定向钻机7将护管导向钻具4下入定向孔6内，下入过程中，在导向钻头401的导向体40101支撑下避免孔内残留钻渣进入大通孔钻杆402，在导向钻头401的导向球头40102引导下沿定向孔6的主孔下入至距离孔底1m处为止。

步骤三，连续筛管串5准备：

根据定向孔6深度截取连续筛管501；打开筛管输送机构3的密闭门，将连续筛管501经过导轨309，穿过导向器313固定在卷筒304上；气动马达307在矿井供气管路1提供的压力气体作用下，带动卷筒304旋转，将连续筛管501缠绕在卷筒304上，至剩余1m时，停止连续筛管501的缠绕；在连续筛管501上安装好输送引导头502和导向定位器503后，穿过出风口303放入护管导向钻具4的连接柔管404内；然后关闭筛管输送机构3的密闭门。

具体的，步骤三中，连续筛管501缠绕时，卷筒304通过皮带311的传动带动导轨309转动，引导导向器313在滑轨312上来回移动，将连续筛管501摆放整齐。

步骤四，连续筛管串5下入：

打开下管动力机构2，向筛管输送机构3提供高压气体，高压气体从筛管输送机构3的出风口303流向护管导向钻具4，推动连续筛管串5沿护管导向钻具4下入；同时卷筒304和导轨309反转，进行连续筛管串5放管；当连续筛管串5到达导向钻头401时，将导向球头40102从导向体40101推出；连续筛管串5穿出导向钻头401，由导向定位器503支撑定位在定向孔6中，连续筛管串5下入完成后关闭下管动力机构2。

步骤五，退钻抽采：

采用定向钻机7将护管导向钻具4退出定向孔6，连续筛管501连接孔口管路进行瓦斯抽采。

具体的，步骤四中，连续筛管串5下入过程中，下管动力机构2使用过程包括以下分步骤：

分步骤401，初始状态：

活塞203在重力作用下处于最下端，电控换向阀208朝向驱动排气通道210，将驱动排气通道210与过气通道207连通。

分步骤402，低压进气：

低压气体通过单向进气阀220自低压进气口211进入下腔室206，推动活塞203上移。

分步骤403，气体压缩：

当位置传感器218检测到活塞203到达上腔室204顶部时，电控换向阀208换向，将驱动进气通道209与过气通道207连通，驱动气体经由驱动进气通道209和过气通道207进入上腔室204，推动活塞203下移，压缩下腔室206中的低压气体，单向进气阀220关闭，单向排气阀222开启，经加压后的高压气体（一般情况下压力可高达4MPa）从高压排气口212排出。

分步骤404，上腔排气：

当位置传感器218检测到活塞203到达下腔室206底部时，电控换向阀208换向，将驱动排气通道210与过气通道207连通，上腔室204内的气体自驱动排气通道210排出。

作为本实施例的一种进一步方案，分步骤404中，在气体压缩过程中，通过流量控制阀216调整下管动力机构2的供气量，进而控制下管速度；通过压力控制阀213调整下管动力机构2的供气压力，提供充足的下管动力。

分步骤405，连续供气：

重复分步骤402至分步骤404，下管动力机构2连续供气。

分步骤406，停止供气：

当连续筛管串5下入到位后，下管动力机构2切断矿井供气管路1提供的气源，使活塞203复位。

Claims (10)

1.一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，包括矿井供气管路（1），其特征在于，矿井供气管路（1）与下管动力机构（2）和筛管输送机构（3）相连供气，下管动力机构（2）与筛管输送机构（3）相连供高压气，筛管输送机构（3）与护管导向钻具（4）相连输送连续筛管串（5）和气体进入护管导向钻具（4）内，护管导向钻具（4）预置预置在定向孔（6）内引导连续筛管串（5）下入定向孔（6）；

所述的筛管输送机构（3）包括正面设置有密闭门的密闭箱（301），所述的密闭箱（301）的顶部设置有进风口（302）和出风口（303），所述的进风口（302）与下管动力机构（2）的高压排气口（212）相连进气体，所述的出风口（303）与护管导向钻具（4）相连输送连续筛管串（5）和气体；

所述的密闭箱（301）内靠近下部安装有能够转动的卷筒（304），卷筒（304）用于缠绕连续筛管串（5），卷筒（304）的两端分别通过第一回转支撑轴（305）和第二回转支撑轴（306）可转动式安装在密闭箱（301）上；所述的第一回转支撑轴（305）通过安装在密闭箱（301）外部的气动马达（307）驱动，气动马达（307）与矿井供气管路（1）相连进气，所述的第二回转支撑轴（306）与安装在密闭箱（301）外部的主皮带轮（308）固定相连；

所述的密闭箱（301）内靠近上部安装有能够转动的导轨（309），导轨（309）导引连续筛管串（5），导轨（309）的转动中心轴线与卷筒（304）的转动中心轴线平行设置，导轨（309）的一端伸出密闭箱（301）与从皮带轮（310）固定相连，所述的主皮带轮（308）和从皮带轮（310）之间通过皮带（311）传动；

所述的密闭箱（301）内卷筒（304）和导轨（309）之间固定安装有滑轨（312），滑轨（312）的中心轴线与卷筒（304）的转动中心轴线平行设置，所述的滑轨（312）上安装有能够滑动的导向器（313），导向器（313）用于导引穿过导向器（313）的连续筛管串（5）。

2.如权利要求1所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的下管动力机构（2）包括壳体（201），所述的壳体（201）内部设置有活塞腔（202），活塞腔（202）内安装有活塞（203），所述的活塞腔（202）包括同轴一体相连通的活塞大腔（20201）和活塞小腔（20202），活塞大腔（20201）的内径大于活塞小腔（20202）的内径，所述的活塞（203）包括同轴一体成型的活塞大端（20301）和活塞小端（20302），活塞大端（20301）与活塞大腔（20201）相配合，活塞小端（20302）与活塞小腔（20202）相配合；所述的活塞（203）将活塞腔（202）分割为上腔室（204）、中腔室（205）和下腔室（206），活塞大端（20301）和活塞大腔（20201）的顶部之间的腔室为上腔室（204），活塞大端（20301）和活塞大腔（20201）的底部之间的腔室为中腔室（205），活塞小端（20302）和活塞小腔（20202）的底部之间的腔室为下腔室（206）；

所述的上腔室（204）通过过气通道（207）与安装在壳体（201）顶部内的电控换向阀（208）的第一端相连，电控换向阀（208）的第二端与开设在壳体（201）顶部内的驱动进气通道（209）的一端相连，驱动进气通道（209）的另一端与矿井供气管路（1）相连进气，电控换向阀（208）的第三端与开设在壳体（201）顶部内的驱动排气通道（210）的一端相连通，驱动排气通道（210）的另一端排气；

所述的下腔室（206）的两侧还分别与开设在壳体（201）底部内的低压进气口（211）的一端和高压排气口（212）的一端相连通，低压进气口（211）的另一端与矿井供气管路（1）相连进气，高压排气口（212）的另一端排气。

3.如权利要求2所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的驱动进气通道（209）的另一端与矿井供气管路（1）之间依次连接有压力控制阀（213）、安全阀（214）、压力表（215）和流量控制阀（216）；所述的驱动排气通道（210）的另一端安装有第一消音器（217）。

4.如权利要求2所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的上腔室（204）的顶部还安装有位置传感器（218）；位置传感器（218）采集活塞（203）的位置，使得电控换向阀（208）能够控制过气通道（207）、驱动进气通道（209）和驱动排气通道（210）三者之间的气路通断。

5.如权利要求2所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的低压进气口（211）内设置有单向进气阀（220），所述的低压进气口（211）的另一端与矿井供气管路（1）之间设置有第一截止阀（221）；所述的高压排气口（212）内安装有单向排气阀（222）。

6.如权利要求1所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的密闭箱（301）的顶部设置有卸压口（314），所述的卸压口（314）上安装有卸压阀（315）和第二消音器（316）。

7.如权利要求1所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的护管导向钻具（4）包括依次相连的导向钻头（401）、大通孔钻杆（402）、转换接头（403）和连接柔管（404）；连接柔管（404）与筛管输送机构（3）的出风口（303）连接；

所述的导向钻头（401）包括导向体（40101）和设置在导向体（40101）前端的可推出的导向球头（40102）；所述的导向体（40101）为中空圆柱形结构，外壁中部设置有梯形支撑翼肋；所述的导向球头（40102）的前端为半球形结构，后端为圆柱形结构，圆柱形结构外径与导向体（40101）内径相同，导向球头（40102）上设置有一组径向弹动销（40103），所述的弹动销（40103）将导向球头（40102）定位在导向体（40101）内。

8.如权利要求1所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置，其特征在于，所述的连续筛管串（5）包括依次连接的连续筛管（501）、输送引导头（502）和导向定位器（503）；所述的连续筛管（501）上设置有筛眼。

9.一种煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至8任一项所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔装置；

该方法包括以下步骤：

步骤一，施工定向孔（6）：

采用定向钻机（7）驱动定向钻具进行定向孔（6）施工，钻进至预定深度后，退出孔内的定向钻具；

步骤二，下入护管导向钻具（4）：

采用定向钻机（7）将护管导向钻具（4）下入定向孔（6）内，下入过程中，在导向钻头（401）的导向体（40101）支撑下避免孔内残留钻渣进入大通孔钻杆（402），在导向钻头（401）的导向球头（40102）引导下沿定向孔（6）的主孔下入至距离孔底1m处为止；

步骤三，连续筛管串（5）准备：

根据定向孔（6）深度截取连续筛管（501）；打开筛管输送机构（3）的密闭门，将连续筛管（501）经过导轨（309），穿过导向器（313）固定在卷筒（304）上；气动马达（307）在矿井供气管路（1）提供的压力气体作用下，带动卷筒（304）旋转，将连续筛管（501）缠绕在卷筒（304）上，至剩余1m时，停止连续筛管（501）的缠绕；在连续筛管（501）上安装好输送引导头（502）和导向定位器（503）后，穿过出风口（303）放入护管导向钻具（4）的连接柔管（404）内；然后关闭筛管输送机构（3）的密闭门；

步骤四，连续筛管串（5）下入：

打开下管动力机构（2），向筛管输送机构（3）提供高压气体，高压气体从筛管输送机构（3）的出风口（303）流向护管导向钻具（4），推动连续筛管串（5）沿护管导向钻具（4）下入；同时卷筒（304）和导轨（309）反转，进行连续筛管串（5）放管；当连续筛管串（5）到达导向钻头（401）时，将导向球头（40102）从导向体（40101）推出；连续筛管串（5）穿出导向钻头（401），由导向定位器（503）支撑定位在定向孔（6）中，连续筛管串（5）下入完成后关闭下管动力机构（2）；

步骤五，退钻抽采：

采用定向钻机（7）将护管导向钻具（4）退出定向孔（6），连续筛管（501）连接孔口管路进行瓦斯抽采。

10.如权利要求9所述的煤矿井下近水平定向孔连续筛管气体输送护孔方法，其特征在于，步骤四中，连续筛管串（5）下入过程中，下管动力机构（2）使用过程包括以下分步骤：

分步骤401，初始状态：

活塞（203）在重力作用下处于最下端，电控换向阀（208）朝向驱动排气通道（210），将驱动排气通道（210）与过气通道（207）连通；

分步骤402，低压进气：

低压气体通过单向进气阀（220）自低压进气口（211）进入下腔室（206），推动活塞（203）上移；

分步骤403，气体压缩：

当活塞（203）到达上腔室（204）顶部时，电控换向阀（208）换向，将驱动进气通道（209）与过气通道（207）连通，驱动气体经由驱动进气通道（209）和过气通道（207）进入上腔室（204），推动活塞（203）下移，压缩下腔室（206）中的低压气体，单向进气阀（220）关闭，单向排气阀（222）开启，经加压后的高压气体从高压排气口（212）排出；

分步骤404，上腔排气：

当活塞（203）到达下腔室（206）底部时，电控换向阀（208）换向，将驱动排气通道（210）与过气通道（207）连通，上腔室（204）内的气体自驱动排气通道（210）排出；

分步骤405，连续供气：

重复分步骤402至分步骤404，下管动力机构（2）连续供气；

分步骤406，停止供气：

当连续筛管串（5）下入到位后，下管动力机构（2）切断矿井供气管路（1）提供的气源，使活塞（203）复位。

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