导向器出口处时，自进式钻头将圆形水泥块破碎，进行树状 钻孔的钻进。
[0077] ⑤通过刻度盘（6)的读数控制导向器出口方向，在同一平面多次且均匀的钻孔。 完成后在同一母孔其他平面进行相同钻孔，最终形成树状钻孔。
[0078] 以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以定本发明的范围，在本发 明公开的技术及方案的基础上，本领域的技术人员能根据本专利公开的技术内容，不需要 创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些修改和变化，这些修改和变化均在本 发明的保护范围内。
【主权项】
1. 煤矿井下水力喷射树状钻孔组合钻具，包括钻杆（1)、导向器（2)、钻头（3)、高压软 管（4)、自进式钻头（5)和转向刻度盘（6);其特征在于：钻杆（1)、导向器⑵和钻头（3) 依次连接，在扩孔时配合使用；高压软管（4)、自进式钻头（5)和转向刻度盘（6)在钻进树 状钻孔时使用，在钻杆与钻机前端连接的卡盘上安装有转向刻度盘（6)，导向器（2)的转动 角度通过转向刻度盘（6)控制，自进式钻头（5)连接在高压软管（4)前端，钻进树状钻孔时 经由钻杆（1)并通过导向器（2)导向，依靠喷嘴射流产生自进力钻出树状孔； 所述钻杆（1)直径大小与煤矿井下瓦斯抽采常用钻杆的直径大小一致，其外径为 73mm，内径50mm;钻杆前后螺纹均按照国家标准设计，便于连接；钻杆内部为光滑的通孔， 高压软管能顺利通过； 所述导向器⑵的直径大小为100-150mm; 所述导向器（2)上端为具有内螺纹的钻杆连接部（2. 1)，下端为具有外螺纹的钻头连 接部（2. 10)，两个连接部中都有上下贯通的通孔； 所述导向器（2)内有双曲率转弯导向轨道，其宽度为高压软管前端喷嘴宽度的2倍，范 围在20-50mm之间，转弯半径为75-150mm，属超短半径径向水平井导向器； 所述导向轨道的入口方向和出口方向的轨道轴线相互垂直，即从轴向进、径向出，整个 导向轨道从入口到出口依次包括轴向直管段（2. 2)、第一圆弧段（2. 3)、斜管段（2. 4)和第 二圆弧段（2. 5); 所述轴向直管段（2. 2)其长度为30-50_，钻杆连接部（2. 1)的通孔通过一斜向的收缩 段过渡到该轴向直管段（2. 2); 所述第一圆弧段（2. 3)的圆弧弧度a= 10° -30°，直径75-150mm; 所述斜管段（2.4)与两圆弧段相切，连接第一圆弧段（2.3)和第二圆弧段（2.5); 所述第二圆弧段（2. 5)的圆弧弧度b=a+90°，直径75-130mm;在第二圆弧段（2. 5) 的底部分布有细孔（2. 7)，使导向器轨道的高压水流能够通过细孔经连接部分（2. 10)的通 孔到达钻头（3);第二圆弧段（2.5)的末端是导向轨道出口位置，安装有空心螺环（2.8)， 在使用组合钻具进行扩孔时，圆形水泥块（2. 9)固定在空心螺环（2. 8)上，封住导向轨道出 P; 所述导向轨道的壁上设有四个滚轮（2. 6)，滚轮半径大小为4-5mm，突出于轨道壁约 2mm;且在第一圆弧段（2. 3)上布置一个滚轮、在第二圆弧段（2. 5)上布置三个滚轮； 所述钻头（3)大小与煤矿井下瓦斯抽采常用钻头大小一致，钻螺纹为标准螺纹，便于 与导向器连接；钻头内部有与导向器连接部分（2. 10)连通的流道（3. 1)，使水流能够通过 导向器后再通过钻头进行排渣，钻头内流道由上向下逐渐缩小，并在中间位置有一段增大 的空间，形成空化结构（3. 2)，使用于排渣的水流兼具辅助破岩的效果，提升破岩效率；钻 孔产生的煤渣从钻头环空排出。2. 根据权利要求1所述的煤矿井下水力喷射树状钻孔组合钻具，其特征在于，所述 自进式钻头包括钻头体和钻头体上的中心自激振荡喷嘴（5. 2)、边喷嘴（5.3)、中部喷嘴 (5.4)和后部喷嘴（5. 5)，钻头体具有前部平台（5. 1)和内部空腔（5.7);所述钻头体前部 为球形，球形前端面为一平台（5. 1)，在平台中心即自进式钻头轴线上设置中心自激振荡喷 嘴（5. 2)，在平台上围绕中心自激振荡喷嘴（5. 2)四周均匀布置具有张角a和偏角0的边 喷嘴（5.3);钻头体中部均匀分布有在横截面中具有偏向角0的中部喷嘴（5. 4)，横截面是 指过中部喷嘴的轴线且与钻头轴线垂直的平面；钻头体后端为开口端，设有内螺纹（5.6) 用于连接高压软管，其侧壁上均匀布置有与钻头体轴线呈锥角〇的后部喷嘴（5. 5)，钻头 体的内部空腔（5.7)为前段圆锥形和后段圆柱形的组合空腔，圆锥形段的锥度为奶 所述平台（5. 1)的半径R2为2. 5mm- 4.Omm，边喷嘴（5. 3)的数目为3- 6个，喷嘴直 径为0? 5mm-1. 2mm，围绕平台中心的分布半径R1为1.Omm-2. 0mm，张角a在15。一30。之 间，偏角0在60° - 90°之间；边喷嘴设定是：在内部空腔（5.7)圆锥形段的前端面上距 钻头轴线一定距离确定一点为边喷嘴起点，将过边喷嘴起点且与钻头轴线平行的直线定义 为直线一，直线一和钻头轴线所确定的平面定义为平面一；以直线一为基线，先在平面一内 向远离钻头轴线的方向偏转一定角度，此角度设定为张角a;此时将喷嘴轴线定义为直线 二；再将直线二以边喷嘴起点为原点，以直线一为旋转轴，旋转一定锥角，所得的喷嘴轴线 定义为直线三，即为边喷嘴的实际轴线，此时将直线二和直线三在自进式钻头横截面上投 影的夹角设定为偏角0 ;所有边喷嘴都按此方法均匀布置，且偏转的角度和方向均一致； 所述中部喷嘴（5. 4)的数目为3-6个，喷嘴直径为0.5mm-1.2mm，偏向角0在30°- 45°之间，偏向角0是指中部喷嘴的轴线与径向半径的夹角； 所述后部喷嘴（5. 5)的数目为6 -8个，喷嘴直径为0. 5mm-1. 5mm，轴向锥角①在 10°-30°之间，轴向锥角〇是指后部喷嘴的轴线与钻头轴线的夹角。 所述钻头的整体长度范围为14mm-18mm，外径范围为10mm-14mm。3.根据权利要求2所述的煤矿井下水力喷射树状钻孔组合钻具，其特征在于：所述自 激振荡喷嘴（5. 2)依次由上游喷嘴（5. 8)、自激振荡腔（5. 9)和下游喷嘴（5. 10)组成；自 激振荡腔长度L为上游喷嘴直径dl的2. 3~3. 3倍，下游喷嘴直径d2为上游喷嘴直径dl 的1. 2~1. 3倍；自激振荡腔（5. 9)的主体为圆柱形腔，其直径为上游喷嘴直径dl的18 倍；腔体的纵剖面为上下对称的平行四边形，腔体上下游喷嘴碰撞壁为锥形面，且上游喷嘴 碰撞壁凸向上游，下游喷嘴碰撞壁凹向下游。
【专利摘要】本发明涉及一种煤矿井下水力喷射树状钻孔组合钻具，该装置包括钻杆、导向器、钻头、高压软管、自进式钻头和刻度盘六部分。钻杆与导向器前端通过螺纹连接，钻头与导向器尾端通过螺纹连接；钻杆、导向器、钻头的配合使用，能够同时完成扩孔和导向器送入两个步骤；扩孔完成后，使用高压软管和自进式钻头在煤层中钻进树状钻孔；树状钻孔的分布的均匀性由刻度盘控制。本发明主要作用是钻进煤层树状钻孔的母孔以及钻进树状钻孔，实现煤层的均匀增透。本发明结构简单，操作方便，适合在低透气煤层瓦斯抽采过程中钻进树状钻孔时使用。
【IPC分类】E21B7/04, E21B7/18
【公开号】CN105089500
【申请号】CN201510579846
【发明人】葛兆龙, 卢义玉, 吴建亭, 夏彬伟, 王玉杰, 邓凯, 杨继东, 程玉刚, 高建成, 吕旭明
【申请人】重庆大学, 平顶山天安煤业股份有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月11日