[实用新型]一种煤矿井下水力喷射树状钻孔导向装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下钻孔导向技术，具体涉及在低透气煤层瓦斯抽采过程中自进式钻进树状钻孔时使用的导向技术。

背景技术

我国很多煤层具有低渗透率等特点，常规方法难以对低渗透率的煤层进行有效的瓦斯抽采，如何增加煤层透气性是解决低透气性煤层瓦斯抽采难题的关键。

水力化技术作为一种有效的储层增透技术，为解决煤层低渗问题提供了可行的方法，是增加煤层渗透率的有效途径。水力化技术是以高压水作为动力，使储层内原生裂隙扩大延伸或者人为形成新的孔洞、槽缝、裂隙等，促使岩体产生位移，达到储层卸压增渗的目的，如水射流割缝(或扩孔、钻孔)、水力压裂等。水力喷射树状钻孔煤层增透技术作为一种新型的水力化增透技术，以高压水为动力，使自进式钻头先在岩层母孔中钻进，在到达煤层预定位置后，通过钻凿垂直的树状子孔，从而达到使煤层增透的效果。水力喷射树状钻孔煤层增透技术是高效、安全的瓦斯预抽方式，具有缩短钻孔总长度，进而节约钻孔成本缩短钻孔时间；实现低渗透率煤层的均匀增透；钻孔不会产生火花与煤尘，增加工作的安全性，改善工作环境等优点。

水力喷射树状钻孔导向装置是整个煤矿井下水力喷射树状钻孔系统中的一个关键机构，导向器主要作用主要是使高压软管在一定的曲率半径内实现自进式钻头沿着导向孔进行垂直方向转向，以保证钻头在煤层中水平钻进，在工作过程中，要保证钻头受转向器阻力尽可能小，转向与回收方便，安全可靠。中国专利文献CN203285334U公告的《径向水平井转向装置》结构简单，转弯半径小；CNIO3375140A公告的《径向水平井定向装置及其操作方法》和CN102704840A公告的《自推式径向水平井转向装》定向准确。但现有导向器都存在很多问题：

①CN203285334U公告的《径向水平井转向装置》只有一个曲率，高压软管转弯时较为困难；

②以上技术均未对转向导向轨道宽度作出研究和定义，导致在导向孔过小不能使高压软管钻头卡住，过大则不能起到实际约束作用；

③以上技术所述导向器环空面积小，排渣不便，从而影响钻头的顺利前进；

④以上技术的导向装置都是独立的，转向装置前端没有可以钻孔或者扩孔的工具，在母孔孔小或者塌孔的情况下，在母孔中下放存在困难，难以将转向装置下放到预定位置；

⑤导向装置要实现精确转向的操作复杂或者并未考虑如何转向的问题。

由于导向装置存在以上诸多问题，不利于自进式径向钻孔的发展，也限制了径向水平井在煤矿瓦斯抽采中的应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种煤矿井下水力喷射树状钻孔导向装置，使高压软管钻头靠喷嘴自身的推力顺利通过钻杆和导向器主体并带动高压软管前进，实现高压软管由垂直到水平的顺利导向，从而进行高压软管的自进式破岩钻进。该装置尽量减少了导向器轨道内壁与高压软管之间的摩擦阻力，考虑了钻进时的排渣问题，同时方便转向与收回，安全可靠。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种煤矿井下水力喷射树状钻孔导向装置，其包括依次连接的钻杆、导向器和钻头，在钻杆与钻机前端连接的卡盘上安装有转向刻度盘，导向器的转动角度通过刻度盘控制。

所述钻杆直径大小与煤矿井下瓦斯抽采常用钻杆的直径大小一致，其外径为73mm，内径50mm；钻杆前后螺纹均按照国家标准设计，便于连接；钻杆内部为光滑的通孔，高压软管能顺利通过。

所述钻头大小与煤矿井下瓦斯抽采常用钻头大小一致，钻螺纹为标准螺纹，便于与导向器连接。

所述导向器的直径大小为100-150mm。

所述导向器上端设有具有内螺纹的钻杆连接部，下端设有具有外螺纹的钻头连接部。钻杆连接部具有上下贯通的通孔。

所述导向器内有双曲率转弯导向轨道，其宽度为高压软管前端喷嘴宽度的2倍，范围在20-50mm之间，转弯半径为75-150mm，属超短半径径向水平井导向器。

所述导向轨道的入口方向和出口方向的轨道轴线相互垂直，即从轴向进、径向出，整个导向轨道从入口到出口依次包括轴向直管段、第一圆弧段、斜管段和第二圆弧段。

所述轴向直管段其长度为30-50mm，钻杆连接部的通孔下端通过一斜向的收缩段过渡到该轴向直管段。

所述第一圆弧段的圆弧弧度α＝10°-30°，直径75-150mm。

所述斜管段与两圆弧段相切，连接第一圆弧段和第二圆弧段。

所述第二圆弧段的圆弧弧度β＝α+90°，直径75-130mm。