[發明專利]煤礦井下空氣定向鉆進用孔口降溫潤滑系統及方法

有效

• 申請號: 201910311336.2
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN109989712B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 方俊;李泉新;褚志偉;劉建林;劉飛;楊偉鋒;楊冬冬
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B7/18;E21B44/00;F04B39/06;F16N7/02
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

本發明涉及一種煤礦井下空氣定向鉆進用孔口降溫潤滑系統及方法，由壓風降溫裝置、壓風監控裝置和主動潤滑裝置組成，采用壓風降溫裝置對高溫空氣進行降溫冷卻，采用壓風監控裝置在定向鉆進過程中實時監測供氣參數，輔助判斷孔內鉆進工況，反饋控制壓風降溫裝置，并進行應急處理和降噪卸載，確?？變仁┕ぐ踩?；采用主動潤滑裝置，向壓風中自動添加潤滑油，降低孔內定向鉆具組合異常磨損，并提高孔內定向鉆具組合冷卻效果；由此，本發明解決了煤礦井下空氣定向鉆進時高溫氣體冷卻、孔內定向鉆具組合潤滑和鉆進異常工況監測處理等難題，降低了孔內著火、塌孔卡鉆、沉渣卡鉆等事故的發生幾率，提高了鉆進安全性，為定向鉆孔施工提供了技術與裝備保障。

技術領域

本發明涉及煤礦井下坑道鉆進技術領域，尤其涉及一種煤礦井下空氣定向鉆進用孔口降溫潤滑系統及方法。

背景技術

我國煤層賦存條件復雜，碎軟煤層分布廣泛，尤其是隨著采煤深度和強度逐漸提高，碎軟煤層的比例越來越大。瓦斯是困擾碎軟煤層礦井安全高效生產的重要因素，瓦斯抽采鉆孔施工是制約碎軟煤層礦井瓦斯高效治理的關鍵技術瓶頸。

近年來，針對碎軟煤層成孔難題，我國開發了空氣復合定向鉆進技術與裝備，即利用煤礦井下移動式礦用空壓機輸出的壓縮空氣作為定向鉆進的動力介質和循環排渣介質，利用隨鉆測量系統進行鉆孔軌跡參數的實時測量，利用壓縮空氣驅動孔底空氣螺桿馬達進行鉆孔軌跡調控，一定程度上解決了碎軟煤層順層鉆孔成孔難題，實現了順煤層瓦斯抽采定向鉆孔的重大突破。

但由于空氣鉆進的自身特性，現有技術與裝備存在以下不足：①采用井下移動式礦用空壓機進行供風時，空氣由自由狀態壓縮至一定壓力時，體積急劇壓縮，并將大幅度升溫，輸出空氣溫度可達到80℃以上，高溫氣體輸入孔內后可能導致孔內定向鉆具組合異常損耗；②空氣的冷卻效果差，碎軟煤層鉆進時煤渣多，鉆頭和鉆桿與巖層或煤渣摩擦生熱，尤其是高溫空氣環境下，可能導致孔內煤炭自燃或鉆具燒鉆等事故，目前缺乏有效的監測和控制設備；③空氣的潤滑效果差，孔內定向鉆具組合易磨損破壞，尤其是孔底空氣螺桿馬達，其使用壽命將大幅度降低。

為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，針對目前煤礦井下碎軟煤層空氣鉆進存在的壓縮空氣溫度過高、潤滑冷卻效果差、缺乏監測監控的不足，研究設計出一種煤礦井下空氣定向鉆進用孔口降溫潤滑系統及方法，以克服上述缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤礦井下空氣定向鉆進用孔口降溫潤滑系統及方法，主要針對目前煤礦井下碎軟煤層定向鉆進時，壓縮空氣溫度高、冷卻效果差、存在潛在鉆進風險等不足進行改進，并取得較好的技術效果。

為解決上述問題，本發明公開了一種煤礦井下空氣定向鉆進用孔口降溫潤滑系統，包含壓風降溫裝置、壓風監控裝置和主動潤滑裝置，其中壓風降溫裝置用于對礦用空壓機提供的高溫空氣進行冷卻；壓風監控裝置用于實時監測供氣參數、反饋控制壓風降溫裝置，并進行壓力空氣高溫應急處理和降噪卸載；主動潤滑裝置用于向壓力空氣中添加潤滑介質，其特征在于：

所述壓風降溫裝置至少包含雙壁降溫管，所述雙壁降溫管由外管和內管總成組成，所述外管的一端設置有母螺紋，另一端設置有公螺紋；所述內管總成由密封母頭A、中心管、密封公頭A依次采用螺紋連接組成，由此，雙壁降溫管通過內管總成形成內部流道，而在內管總成和外管之間形成外部流道，從而實現內外流道的壓風降溫；

所述主動潤滑裝置設置于霧化倉和孔內定向鉆具組合之間，其至少包含儲油罐、主動潤滑組件和混合室，從而對孔內定向鉆具組合提供主動潤滑功能。

其中：所述雙壁降溫管的一端通過進風轉換接頭連接進風膠管和進水管，另一端通過出風轉換接頭連接出風膠管和出水管，所述外部流道的入口端通過進水管連通至礦井供水管路，出口端設置出水管，從而在外部流道中形成冷卻水的流通，并能對內部流道的流體進行快速冷卻，所述內部流道的入口端通過進風膠管連通至礦用空壓機高壓輸風管，出口端通過出風膠管提供冷卻后的高壓氣體。