[发明专利]煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确导向对接装备及方法

权利要求书

1.一种煤矿区地面井与井下巷道内靶点精确导向对接方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：确定靶区范围，对井下巷道内靶点进行定位；

步骤二：确定地面孔的开孔点、孔身结构和钻孔轨迹，所述地面孔分为套管孔段、定向孔段、纠斜孔段和对接孔段四部分；

步骤三：开孔钻进并完成地面孔的套管孔段和定向孔段的施工；

步骤四：导向对接装备安装，在定向孔段施工完成后，提出孔内钻具并安装导向对接装备，所述导向对接装备至少包含地面设备和地下设备，所述地面设备至少包含导向测量探管和孔口信号处理器，地下设备至少包含强磁短节、连接杆、旋转给进机构和导轨，

所述导向测量探管内包含探测范围≥40m的交变磁场传感器，以检测所述强磁短节的交变磁场参数，所述导向测量探管内还包含加速度传感器和磁通门传感器，以检测导向测量探管的位置状态参数，所述导向测量探管连接至孔口信号处理器，从而将数据传递给孔口信号处理器并计算出地面孔和井下巷道内靶点之间的相对位置参量；

所述强磁短节在旋转速度为200～400r/min时会产生磁场半径≥40m的动态磁场，所述连接杆的一端与强磁短节连接，另一端与旋转给进机构连接，所述旋转给进机构的旋转速度为200～400r/min，并可在高速旋转的同时在导轨上匀速运动，旋转速度和运动速度均可调；所述导轨平铺在井下巷道内平面上距靶点1～2m的空地处；

步骤五：导向定位测量，将导向测量探管分别下入到距井下巷道内靶点40m、35m和30m处进行导向定位测量，并得到三个位置中导向测量探管的位置状态参数及其所在位置与靶点的相对位置参量和三维坐标值；

步骤六：修正数据，根据三次导向定位测量结果对定向孔段获得的随钻测斜数据进行修正；

步骤七：纠斜孔段钻进，根据修正后的数据进行纠斜孔段施工；

步骤八：对接孔段钻进并对接中靶。

2.如权利要求1所述的导向对接方法，其特征在于：所述地面设备还包含通缆钢丝绳、绞车和信号电缆，所述通缆钢丝绳的一端与导向测量探管连接，另一端固定在绞车上，其内可设有与绞车的通讯接口相连的双股通信电缆，所述信号电缆的一端与孔口信号处理器连接，另一端与绞车上的通讯接口相连，以有效传递数据。

3.如权利要求2所述的导向对接方法，其特征在于：所述通缆钢丝绳的双股通信电缆周缘设置多股钢丝以进行保护。

4.如权利要求1-3中任一所述的导向对接方法，其特征在于，所述的井下巷道内靶点包括煤矿井下已掘巷道、硐室和采空区井下技术人员能进入的空间内设置的靶点。

5.如权利要求1所述的导向对接方法，其特征在于：在步骤二中，根据地面孔与井下巷道内靶点对接后的用途和地面地形情况选择地面孔的开孔点，根据地面孔的开孔点和井下巷道内目标靶点的坐标值确定地面孔的孔身结构和钻孔轨迹。

6.如权利要求1所述的导向对接方法，其特征在于：在步骤二中，从开孔点至套管下入深度为套管孔段，套管下入深度至距靶点30m时的钻孔为定向孔段；距靶点10～30m间的钻孔为纠斜孔段；距井下巷道内靶点10m至靶点的钻孔为对接孔段。

7.如权利要求1所述的导向对接方法，其特征在于：在步骤五中，将导向测量探管先下入到距井下巷道内靶点40m处，强磁短节定位在井下巷道内剖面上与靶点重合处，在煤矿井下启动旋转给进机构带动强磁短节高速旋转并沿导轨行走，每行走0.2～0.5m进行孔深标记，直至一个测量区段结束，导向测量探管将测量到的数据发送给孔口信号处理器，得到导向测量探管位置状态参数及其所在位置与靶点的相对位置参量，每个测量区段测量6～10次完成40m的导向定位测量，再分别将导向测量探管下入到距井下巷道内靶点35m和30m处通过相同方法进行导向定位测量。

8.如权利要求1所述的导向对接方法，其特征在于：在步骤八中，若允许地面孔钻进用泥浆进入煤矿井下巷道，则利用随钻测斜定向钻具采用复合钻进工艺钻进至井下巷道内靶点，实现对接中靶；若不允许地面孔钻进用泥浆进入煤矿井下巷道，则将地面孔内随钻测斜定向钻具组合取出，下入钎头、气动潜孔锤和双壁钻杆组成的对接钻进钻具组合，采用空气反循环顶替技术将地面孔内泥浆排出孔外，然后采用空气反循环冲击钻进至井下巷道内靶点，实现对接中靶。