[发明专利]煤矿井下空气定向钻进用孔口降温润滑系统及方法

说明书

本发明涉及一种煤矿井下空气定向钻进用孔口降温润滑系统及方法，由压风降温装置、压风监控装置和主动润滑装置组成，采用压风降温装置对高温空气进行降温冷却，采用压风监控装置在定向钻进过程中实时监测供气参数，辅助判断孔内钻进工况，反馈控制压风降温装置，并进行应急处理和降噪卸载，确保孔内施工安全；采用主动润滑装置，向压风中自动添加润滑油，降低孔内定向钻具组合异常磨损，并提高孔内定向钻具组合冷却效果；由此，本发明解决了煤矿井下空气定向钻进时高温气体冷却、孔内定向钻具组合润滑和钻进异常工况监测处理等难题，降低了孔内着火、塌孔卡钻、沉渣卡钻等事故的发生几率，提高了钻进安全性，为定向钻孔施工提供了技术与装备保障。

技术领域

本发明涉及煤矿井下坑道钻进技术领域，尤其涉及一种煤矿井下空气定向钻进用孔口降温润滑系统及方法。

背景技术

我国煤层赋存条件复杂，碎软煤层分布广泛，尤其是随着采煤深度和强度逐渐提高，碎软煤层的比例越来越大。瓦斯是困扰碎软煤层矿井安全高效生产的重要因素，瓦斯抽采钻孔施工是制约碎软煤层矿井瓦斯高效治理的关键技术瓶颈。

近年来，针对碎软煤层成孔难题，我国开发了空气复合定向钻进技术与装备，即利用煤矿井下移动式矿用空压机输出的压缩空气作为定向钻进的动力介质和循环排渣介质，利用随钻测量系统进行钻孔轨迹参数的实时测量，利用压缩空气驱动孔底空气螺杆马达进行钻孔轨迹调控，一定程度上解决了碎软煤层顺层钻孔成孔难题，实现了顺煤层瓦斯抽采定向钻孔的重大突破。

但由于空气钻进的自身特性，现有技术与装备存在以下不足：①采用井下移动式矿用空压机进行供风时，空气由自由状态压缩至一定压力时，体积急剧压缩，并将大幅度升温，输出空气温度可达到80℃以上，高温气体输入孔内后可能导致孔内定向钻具组合异常损耗；②空气的冷却效果差，碎软煤层钻进时煤渣多，钻头和钻杆与岩层或煤渣摩擦生热，尤其是高温空气环境下，可能导致孔内煤炭自燃或钻具烧钻等事故，目前缺乏有效的监测和控制设备；③空气的润滑效果差，孔内定向钻具组合易磨损破坏，尤其是孔底空气螺杆马达，其使用寿命将大幅度降低。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，针对目前煤矿井下碎软煤层空气钻进存在的压缩空气温度过高、润滑冷却效果差、缺乏监测监控的不足，研究设计出一种煤矿井下空气定向钻进用孔口降温润滑系统及方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下空气定向钻进用孔口降温润滑系统及方法，主要针对目前煤矿井下碎软煤层定向钻进时，压缩空气温度高、冷却效果差、存在潜在钻进风险等不足进行改进，并取得较好的技术效果。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿井下空气定向钻进用孔口降温润滑系统，包含压风降温装置、压风监控装置和主动润滑装置，其中压风降温装置用于对矿用空压机提供的高温空气进行冷却；压风监控装置用于实时监测供气参数、反馈控制压风降温装置，并进行压力空气高温应急处理和降噪卸载；主动润滑装置用于向压力空气中添加润滑介质，其特征在于：

所述压风降温装置至少包含双壁降温管，所述双壁降温管由外管和内管总成组成，所述外管的一端设置有母螺纹，另一端设置有公螺纹；所述内管总成由密封母头A、中心管、密封公头A依次采用螺纹连接组成，由此，双壁降温管通过内管总成形成内部流道，而在内管总成和外管之间形成外部流道，从而实现内外流道的压风降温；

所述主动润滑装置设置于雾化仓和孔内定向钻具组合之间，其至少包含储油罐、主动润滑组件和混合室，从而对孔内定向钻具组合提供主动润滑功能。

其中：所述双壁降温管的一端通过进风转换接头连接进风胶管和进水管，另一端通过出风转换接头连接出风胶管和出水管，所述外部流道的入口端通过进水管连通至矿井供水管路，出口端设置出水管，从而在外部流道中形成冷却水的流通，并能对内部流道的流体进行快速冷却，所述内部流道的入口端通过进风胶管连通至矿用空压机高压输风管，出口端通过出风胶管提供冷却后的高压气体。