[发明专利]煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔装置及方法

权利要求书

1.一种煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔装置，包括先导定向钻具串和跟管筛管钻具串，所述先导定向钻具串可拆卸的连接于跟管筛管钻具串，其特征在于：

所述先导定向钻具串包括依次采用正丝螺纹连接的定向钻头、螺杆马达、无磁钻杆、定位短节和钻杆，所述跟管筛管钻具串包括依次连接的筛管钻头、旋转短节、固定短节、筛管牵引短节和筛管，筛管钻头与旋转短节采用反丝螺纹连接组成跟管筛管钻具串的旋转部分，所述固定短节、筛管牵引短节和筛管依次采用反丝螺纹连接形成跟管筛管钻具串的固定部分，所述旋转部分与固定部分通过旋转短节后端外缘和固定短节前端内缘之间的圆环形台阶可旋转配合，以保证跟管筛管钻进时筛管不转动，而随着筛管钻头和旋转短节轴向向孔底运动。

2.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔装置，其特征在于：所述先导定向钻具串和跟管筛管钻具串之间的分离和结合通过定位短节和筛管钻头的可拆卸配合实现。

3.如权利要求2所述的煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔装置，其特征在于：所述定位短节外缘的周向均布设置有至少三个定位键，所述筛管钻头内缘的周向均布有与定位键相互配合的至少三组盲槽和三组直通槽。

4.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔装置，其特征在于：所述筛管钻头为圆环状结构，其顶端设置有多个切削齿，侧面设置有多个排水口。

5.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔装置，其特征在于：所述筛管采用环氧玻璃纤维材料制作，具有内平外不平结构，管体上均布有孔眼，两端采用反丝螺纹连接。

6.一种煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔方法，通过如权利要求1-5中任一项所述的跟管复合定向钻进装置施工，包括以下几个步骤：

步骤一，钻孔设计；

步骤二，开孔操作；采用钻头开孔，进入孔内≥10m后，下入套管封固孔口；

步骤三，下入跟管筛管钻具串；下入时确保筛管钻头盲槽处于正上方，并使筛管钻头进入钻孔；

步骤四，下入先导定向钻具串，并将先导定向钻具串连接于跟管筛管钻具串；

步骤五，跟管复合定向钻进，当实钻钻孔轨迹与设计轨迹偏差≤1m时，直接采用回转跟管钻进方法进行跟管施工；当实钻钻孔轨迹与设计轨迹偏差≥1m时，先采用先导定向钻进方法进行施工，再回转跟管钻进方法进行跟管施工，从而确保钻进精度；

步骤六，钻孔达到设计深度或无法继续施工时，回拉先导定向钻具串，将其从筛管中取出，而跟管筛管钻具串留置在钻孔内；

步骤七，更换小一级先导定向钻具串和跟管筛管钻具串，重复步骤三～六而进行下一级定向钻孔钻进；

步骤八，当无法跟管下入筛管时，将最后一级先导定向钻具串从跟管筛管钻具串脱离，然后利用先导定向钻具串进行复合定向钻进，至达到设计深度或无法钻进时，提出孔内先导定向钻具串，安装孔口瓦斯抽采装置进行集中瓦斯抽采。

7.如权利要求6所述的煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔方法，其特征在于：在步骤五的跟管复合定向钻进中，回转跟管钻进方法由钻机带动钻杆和螺杆马达回转的同时，螺杆马达带动钻头回转进行先导孔钻进，且定位短节带动筛管钻头扩孔钻进，筛管跟随钻杆一起进入钻孔而不回转。

8.如权利要求6所述的煤矿井下碎软煤层阶梯跟管复合定向钻进成孔方法，其特征在于：在步骤五中，当实钻钻孔轨迹与设计轨迹偏差≥1m时，先采用先导定向钻进方法进行施工，该方法将先导定向钻具串回拉并顺时针旋转，使定位短节上的定位键与筛管钻头上的直通槽对准，将定位短节从直通槽推出，使跟管筛管钻具串与先导定向钻具串脱离，采用滑动定向钻进进行轨迹调整，将钻孔实际轨迹调整至与设计轨迹相符；然后采用回转跟管钻进方法进行跟管施工，即回拉先导定向钻具串，通过筛管钻头上的直通槽使其进入跟管筛管钻具串，再顺时针旋转并向前推送，使定位短节上的定位键座键在筛管钻头上的盲槽内，将先导定向钻具串与跟管筛管钻具串连接，由定位短节带动筛管钻头扩孔钻进，筛管跟随钻杆一起进入钻孔。