[發明專利]一種煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角方法及裝置

在審

• 申請號: 202110360586.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113107456A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 許超;郝世俊;李泉新;王鮮;劉智;劉建林;陳盼;姜磊
• 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: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B7/04;E21B45/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

1.一種煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：獲取鉆桿轉速及鉆桿鉆進速度，通過鉆孔軌跡要求判定當前工作狀態需要進行增傾角鉆進工序、降傾角鉆進工序或穩傾角鉆進工序；

S2：控制鉆桿轉速及鉆桿的鉆進速度以匹配增傾角鉆進工序、降傾角鉆進工序或穩傾角鉆進工序，進行增傾角鉆進工序時，至少使鉆桿具有向上遠離作業面0.15°/m的角度變化；進行降傾角鉆進工序時，至少使鉆桿具有向下遠離作業面0.15°/m的角度變化；進行穩傾角鉆進工序時，至多使鉆桿具有相對于作業面±0.05°/m的角度變化。

2.根據權利要求1所述的煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角方法，其特征在于，進行增傾角鉆進工序時，以低鉆桿轉速和高鉆桿鉆進速度實施復合鉆進，低鉆桿轉速為30r/min以下，高鉆桿鉆進速度為0.8m/min以上；

進行降傾角鉆進工序時，以高鉆桿轉速和低鉆桿鉆進速度實施復合鉆進，高鉆桿轉速為90r/min以上，低鉆桿鉆進速度為0.3m/min以下；

進行穩傾角鉆進工序時，以50～70r/min的鉆桿轉速及0.5～0.6m/min的鉆桿鉆進速度實施復合鉆進。

3.一種煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、增傾角鉆進工序：針對鉆進地層，以低鉆桿轉速和高鉆桿鉆進速度實施復合鉆進，低鉆桿轉速為30r/min以下，高鉆桿鉆進速度為0.8m/min以上；獲取鉆桿轉速及鉆桿鉆進速度數值，待鉆進6m后，測量鉆孔傾角，鉆孔傾角上升0.15°/m以上定義當前鉆進參數具有增傾角效果；

步驟二、降傾角鉆進工序：針對鉆進地層，進行降傾角鉆進工序時，以高鉆桿轉速和低鉆桿鉆進速度實施復合鉆進，高鉆桿轉速為90r/min以上，低鉆桿鉆進速度為0.3m/min以下；獲取鉆桿轉速及鉆桿鉆進速度數值，待鉆進6m后，測量鉆孔傾角，鉆孔傾角降低0.15°/m以上定義當前鉆進參數具有降傾角效果；

步驟三、穩傾角鉆進工序：針對鉆進地層，以50～70r/min的鉆桿轉速及0.5～0.6m/min的鉆桿鉆進速度實施復合鉆進；獲取鉆桿轉速及鉆桿鉆進速度數值，待鉆進6m后，測量鉆孔傾角，至多使鉆桿具有相對于作業面±0.05°/m的角度變化定義當前鉆進參數具有穩傾角鉆進效果；

步驟四、通過步驟一到步驟三的實施，分別得到在當前地層條件下可以增傾角、降傾角和穩傾角的鉆桿轉速及鉆桿鉆進速度范圍；根據定向鉆孔的軌跡控制需要，選擇增傾角、降傾角和穩傾角對應的鉆進速度值和鉆桿旋轉速度值，使鉆孔軌跡按預定方向延伸。

4.一種煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角裝置，其特征在于，設置：

依次連接的鉆機組件、馬達組件及鉆頭；

所述的鉆機組件上設置回轉速度測量裝置(4)及鉆進速度測量裝置(3)，回轉速度測量裝置(4)用于測量鉆桿轉速，鉆進速度測量裝置(3)用于測量鉆桿鉆進速度；

所述的鉆機組件設置機身(1)，機身(1)上滑動設置托板(2)，托板(2)上安裝動力頭(5)、卡盤(6)和鉆桿(7)；

所述的回轉速度測量裝置(4)設置在動力頭(5)上并與卡盤(6)同步回轉；

所述的鉆進速度測量裝置(3)設置在機身(1)側邊并與托板(2)同步滑動。

5.根據權利要求4所述的煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角裝置，其特征在于，所述的回轉速度測量裝置(4)由支架(41)、光柵傳感器(42)和光柵盤(43)組成，所述的支架(41)一端固設在動力頭(5)上，支架(41)的另一端放置光柵傳感器(42)；

光柵盤(43)一端與卡盤(6)連接，光柵盤(43)的另一端與光柵傳感器(42)耦合對接。

6.根據權利要求5所述的煤礦井下復合鉆進控制鉆孔傾角裝置，其特征在于，所述的光柵盤(43)為管式構件，管式構件一端設置與卡盤(6)連接的螺紋，管式構件的另一端設置徑向延伸的環盤式結構，在環盤式結構上設置空缺的測量口(431)；

光柵傳感器(42)設置有信號發射端和信號接收端，環盤式結構插設在信號發射端和信號接收端之間。