[发明专利]一种井下小曲率梳状孔高效成孔装置及方法

说明书

本发明涉及一种井下小曲率梳状孔高效成孔装置及方法，属于煤炭开采及煤矿安全技术领域。该装置包括防爆空压机、钻机、主钻杆、钻头和气动柔性钻进装置。该方法采用钻机动力头施钻主孔，然后采用气动柔性钻进装置施钻梳状孔。主孔由钻机的动力头施工，提高钻进效率；气动柔性钻进装置布置在靠近钻头的钻杆内部；主孔完成施工后，需要施工梳状孔时，由防爆空压机给钻杆供气，气动柔性钻进装置使钻头与主钻杆脱离，钻机动力头不提供旋转动力，只提供轴向推力，气动柔性钻进装置提供钻头旋转破煤动力，完成小曲率拐弯钻进，完成梳状孔施工。本发明通过钻机动力头施工主孔，由气动柔性钻进装置施工梳状孔，提高了井下梳状孔成孔效率。

技术领域

本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，涉及一种井下小曲率梳状孔高效成孔装置及方法。

背景技术

煤炭是我国能源的基石。但我国开采的绝大多数煤层渗透率较低，随着开采深度的增加，瓦斯抽采难度进一步加大。瓦斯抽采成了制约煤矿安全高效生产的关键，低渗、难抽煤层瓦斯抽采难题亟需攻克。

煤岩体结构改造是破解低渗煤层瓦斯抽采难题的关键。井下梳状孔是煤岩体结构改造的有效途径，高效简单的井下梳状孔成孔方法及装备成了近年研究的重点和热点。但现阶段井下梳状孔成孔工艺及方法复杂，施工效率低，严重制约着煤矿井下梳状孔在煤矿井下增透领域内的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种井下小曲率梳状孔高效成孔装置及方法，通过采用钻机动力头施钻的主孔，采用气动柔性钻进装置施钻的梳状孔的方法，提高钻进效率，减小梳状孔转弯半径。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种井下小曲率梳状孔高效成孔装置，包括防爆空压机(1)、钻机(2)、主钻杆(3)、钻头(62)和气动柔性钻进装置(4)；所述气动柔性钻进装置(4)包括高低压转换结构和气动马达(59)；所述高低压转换结构包括活塞(51)和弹簧(52)；

所述防爆空压机(1)与钻机(2)和主钻杆(3)依次连接；所述气动柔性钻进装置(4)布置在靠近钻头(62)的钻杆内部，并与主钻杆(3)连接；所述钻机(2)用于带动主钻杆(3)旋转，所述主钻杆(3)带动钻头(62)旋转破煤，

所述高低压转换结构，用于正常钻进时，低压的空气从气动柔性钻进装置(4)和主钻杆(3)的环形空隙进入钻头部位，高压空气则供给气动马达(59)；所述的气动柔性钻进装置(4)工作时，高压气体由主钻杆进入，推动活塞压缩弹簧，将高压气体通道打开并将钻头与主钻杆脱离，气动马达(59)开始工作。

进一步，所述气动柔性钻进装置(4)还包括进气轴(53)和芯轴(58)；

所述防爆空压机(1)用于提供高压空气，高压空气通过主钻杆(3)到达气动柔性钻进装置(4)的活塞(51)处，活塞(51)压缩弹簧(52)，并推动芯轴(58)前移，芯轴(58)推动进气轴(53)移动，进气轴(53)上开有进气通道，当进气轴(53)推高到一定距离后，高压气体经过所述进气通道进入气动马达(59)，气动马达(59)给钻头(62)提供轴向推力；当进气轴(53)移动的同时，钻头(62)与主钻杆(3)脱开，此时，钻机停转，只负责给钻头(62)提供轴向推力。

进一步，所述气动柔性钻进装置(4)还包括气动马达壳体凸台(54)、主钻杆凸台(55)和气动马达排气孔(56)；所述气动马达壳体凸台(54)设置在气动马达(59)壳体的外侧，所述主钻杆凸台(55)设置在主钻杆(3)的内侧；所述气动马达排气孔(56)设置在气动马达(59)侧面，排气通过主钻杆与气动柔性钻进装置的环形空隙流入钻头，用于冷却钻头和排渣；高压通道打开时，气动马达壳体凸台(55)压紧在主钻杆凸台(55)上，封闭低压气体通道。