[发明专利]一种煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角方法及装置

权利要求书

1.一种煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获取钻杆转速及钻杆钻进速度，通过钻孔轨迹要求判定当前工作状态需要进行增倾角钻进工序、降倾角钻进工序或稳倾角钻进工序；

S2：控制钻杆转速及钻杆的钻进速度以匹配增倾角钻进工序、降倾角钻进工序或稳倾角钻进工序，进行增倾角钻进工序时，至少使钻杆具有向上远离作业面0.15°/m的角度变化；进行降倾角钻进工序时，至少使钻杆具有向下远离作业面0.15°/m的角度变化；进行稳倾角钻进工序时，至多使钻杆具有相对于作业面±0.05°/m的角度变化。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角方法，其特征在于，进行增倾角钻进工序时，以低钻杆转速和高钻杆钻进速度实施复合钻进，低钻杆转速为30r/min以下，高钻杆钻进速度为0.8m/min以上；

进行降倾角钻进工序时，以高钻杆转速和低钻杆钻进速度实施复合钻进，高钻杆转速为90r/min以上，低钻杆钻进速度为0.3m/min以下；

进行稳倾角钻进工序时，以50～70r/min的钻杆转速及0.5～0.6m/min的钻杆钻进速度实施复合钻进。

3.一种煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、增倾角钻进工序：针对钻进地层，以低钻杆转速和高钻杆钻进速度实施复合钻进，低钻杆转速为30r/min以下，高钻杆钻进速度为0.8m/min以上；获取钻杆转速及钻杆钻进速度数值，待钻进6m后，测量钻孔倾角，钻孔倾角上升0.15°/m以上定义当前钻进参数具有增倾角效果；

步骤二、降倾角钻进工序：针对钻进地层，进行降倾角钻进工序时，以高钻杆转速和低钻杆钻进速度实施复合钻进，高钻杆转速为90r/min以上，低钻杆钻进速度为0.3m/min以下；获取钻杆转速及钻杆钻进速度数值，待钻进6m后，测量钻孔倾角，钻孔倾角降低0.15°/m以上定义当前钻进参数具有降倾角效果；

步骤三、稳倾角钻进工序：针对钻进地层，以50～70r/min的钻杆转速及0.5～0.6m/min的钻杆钻进速度实施复合钻进；获取钻杆转速及钻杆钻进速度数值，待钻进6m后，测量钻孔倾角，至多使钻杆具有相对于作业面±0.05°/m的角度变化定义当前钻进参数具有稳倾角钻进效果；

步骤四、通过步骤一到步骤三的实施，分别得到在当前地层条件下可以增倾角、降倾角和稳倾角的钻杆转速及钻杆钻进速度范围；根据定向钻孔的轨迹控制需要，选择增倾角、降倾角和稳倾角对应的钻进速度值和钻杆旋转速度值，使钻孔轨迹按预定方向延伸。

4.一种煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角装置，其特征在于，设置：

依次连接的钻机组件、马达组件及钻头；

所述的钻机组件上设置回转速度测量装置(4)及钻进速度测量装置(3)，回转速度测量装置(4)用于测量钻杆转速，钻进速度测量装置(3)用于测量钻杆钻进速度；

所述的钻机组件设置机身(1)，机身(1)上滑动设置托板(2)，托板(2)上安装动力头(5)、卡盘(6)和钻杆(7)；

所述的回转速度测量装置(4)设置在动力头(5)上并与卡盘(6)同步回转；

所述的钻进速度测量装置(3)设置在机身(1)侧边并与托板(2)同步滑动。

5.根据权利要求4所述的煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角装置，其特征在于，所述的回转速度测量装置(4)由支架(41)、光栅传感器(42)和光栅盘(43)组成，所述的支架(41)一端固设在动力头(5)上，支架(41)的另一端放置光栅传感器(42)；

光栅盘(43)一端与卡盘(6)连接，光栅盘(43)的另一端与光栅传感器(42)耦合对接。

6.根据权利要求5所述的煤矿井下复合钻进控制钻孔倾角装置，其特征在于，所述的光栅盘(43)为管式构件，管式构件一端设置与卡盘(6)连接的螺纹，管式构件的另一端设置径向延伸的环盘式结构，在环盘式结构上设置空缺的测量口(431)；

光栅传感器(42)设置有信号发射端和信号接收端，环盘式结构插设在信号发射端和信号接收端之间。