本發(fā)明屬于煤礦瓦斯抽采技術領域的改進型鉆具，具體涉及一種通過改變鉆具軌跡的方式形成支鉆孔的方法及裝置。

背景技術：

一些煤層的瓦斯含量大，煤層的透氣性差，給瓦斯防治工作帶來困難，存在煤與瓦斯突出的危險，危險礦工的安全。瓦斯預抽是瓦斯防治的重要措施，但是松軟的煤層，透氣性差，預抽效果差。目前，我國關于突出煤層鉆孔的外孔直徑要求不超過120mm，鉆孔內部可以進行擴孔，鉆孔外小內大的結構有利于形成一層煤墻，如果鉆孔內部因瓦斯壓力大發(fā)生突出事件，煤墻起到保護作用。

有多種關于擴孔的技術手段，例如公開號為CN 101315021 A的發(fā)明專利“自動變徑擴孔鉆具”，記載了一種固定鉆頭與活動鉆頭相結合的鉆具，其中活動鉆頭包含內外套裝的鉆桿和可以徑向擴展的刀架，該技術方案依靠活動鉆頭在旋轉過程中產生的離心力而自動展開，達到擴展活動鉆頭直徑進而達到擴孔的目的。眾所周知，離心力公式F=m×ω²×r，物體的離心力大小與物體的質量m、角速度ω和旋轉半徑r有關，鉆具在原始鉆孔內幾乎沒有被展開，所以旋轉半徑r接近于零，活動鉆頭的質量m為定值，無論角速度ω怎樣提高，所形成的離心力都較小，在鉆孔內的活動鉆頭很難依靠自身的離心力而展開。另一方面，由于煤層內部壓力較大，煤層被長期高壓作用下硬度較高，即使活動鉆頭被小角度展開后，有限的離心力很難提供足夠的鉆進壓力，需要長時間保持原地高速旋轉才能逐漸達到擴孔效果，而且鉆桿不能被快速推進，否則活動鉆頭會自動收縮，所以該方案不具有快速打碎煤孔的效果，效率很低。

在利用鉆具對煤層鉆孔的過程中，需要在鉆桿內注入高壓水對煤層內部打壓擴孔。公開號為CN 202596582 U的實用新型專利“可變徑鉆頭”雖然對活動鉆頭設置了定位結構，該專利文獻所記載的結構復雜，鉆頭內部無法實現(xiàn)輸水通道，難以達到理想的擴孔效果。而且，該定位結構是采樣類似傘狀的定位原理，但鎖緊件不能完全將活動鉆頭鎖死，否則需要有一個深入鉆體內部的開鎖動作。所以該方案并不能達到對活動鉆頭穩(wěn)定定位的功能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有煤礦瓦斯抽放領域中鉆孔形式單一，造成瓦斯抽放不徹底問題，提供一種變軌跡鉆進方法及裝置，通過改變鉆具軌跡的方式形成支鉆孔，從而改善瓦斯抽采效果。

本發(fā)明解決其技術問題的技術方案是：一種變軌跡鉆進方法，包括如下步驟：第一步，利用鉆具向煤層內鉆孔后取出鉆具，形成一個直徑為D0深度為L0的主鉆孔；第二步，向主鉆孔內插入直徑為D1的變軌鉆管，D1＜D0，該變軌鉆管的前方設置有傾斜導向機構；第三步，在變軌鉆管內套裝有鉆桿能夠彎曲的錨索鉆，所述能夠彎曲的錨索鉆至少在最前端設置有能夠擺動的鉆頭，且能沿所述傾斜導向機構而改變鉆進軌跡；第四步，依據(jù)變軌鉆管深入主鉆孔內的深度L₁、L₂、……、L_n-1、L _n，n為大于或等于1的自然數(shù)，L₁＜L₂＜……＜L_n-1＜L0；分別啟動所述錨索鉆工作，對主鉆孔側壁再根據(jù)不同深度進行傾斜鉆孔；在任一支鉆孔作業(yè)時，進行傾斜鉆孔形成支鉆孔后，向外拉出錨索鉆使錨索鉆的鉆頭隱藏于變軌鉆管內，再進行下一個支鉆孔作業(yè)，最終形成多層支鉆孔。每層支鉆孔的數(shù)量為3～4個，相鄰支鉆孔層間距為0.5～2m。

一種變軌跡鉆進裝置，包括鉆具，鉆具包括變軌鉆管和錨索鉆，所述變軌鉆管的前方設置有傾斜導向機構，所述錨索鉆套裝于變軌鉆管內，所述錨索鉆的鉆桿至少在最前端設置有能夠擺動的鉆頭，且能夠擺動的鉆頭能沿所述傾斜導向機構而改變鉆進軌跡。

所述傾斜導向機構是在變軌鉆管的最前端一側設置有傾斜側口，傾斜側口中心線與變軌鉆管的軸心線存在夾角α。所述夾角α的范圍內為25°～60°。

所述傾斜導向機構是在變軌鉆管的最前端固定有導向架，導向架包括一個傾斜導向板，該傾斜導向板與變軌鉆管的軸心線存在夾角β。所述傾斜導向板的傾角能夠調節(jié)。所述夾角β的范圍內為25°～60°。

所述錨索鉆的鉆桿是有多段短鉆桿通過萬向節(jié)連接在一起。鉆頭與最前端的一個短鉆桿固定連接。或者，所述錨索鉆的鉆桿是有剛性軟管組成。

所述錨索鉆的鉆桿是有剛性軟管組成。傾斜導向板與變軌鉆管末端之間連接有彈簧；彈簧套裝在導向桿上，導向桿與變軌鉆管能夠伸縮滑動。

有益效果：本發(fā)明在主鉆孔的基礎上，又通過合理的變軌跡裝置進行再鉆孔，最終形成以主鉆孔為中心，側鉆孔為半徑的鉆孔區(qū)域，可以松動煤體，引流瓦斯，增加鉆孔內瓦斯抽采量，從而提高煤層中瓦斯抽采效果。

本發(fā)明通過對變軌鉆管前端設置導向機構，利用能夠轉向的錨桿鉆與變軌鉆管及導向機構配合，實現(xiàn)導向鉆進工作。變軌鉆管能夠引導錨桿鉆在主鉆孔內不同深度停留和導向，形成多層具有發(fā)散狀的許多支鉆孔，各支鉆孔匯聚于主鉆孔，形成大范圍的鉆孔區(qū)域。本發(fā)明可以明顯提高瓦斯抽采效果，非常適合推廣實施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是第一種變軌跡鉆進裝置剖面示意圖

圖3是第二種變軌跡鉆進裝置剖面示意圖

圖4是作業(yè)后形成鉆孔示意圖

圖中，標號1為變軌鉆管，2為鉆管端部，3為傾斜側口，4為傾斜導向板，5為導向桿，6為壓力彈簧，7為錨索鉆，8為鉆頭，9為萬向節(jié)，10為主鉆孔，11為支鉆孔。

具體實施方式

實施例1：一種變軌跡鉆進方法，包括如下步驟：第一步，用鉆具向煤層內鉆入直徑為113mm的100m深孔，取出鉆具，形成主鉆孔10。第二步，向該主鉆孔10內插入直徑為89mm的變軌鉆管1，該變軌鉆管1的前方設置有傾斜側口3，傾斜側口3的中心線與變軌鉆管1的軸心線存在夾角α，夾角α取45°。第三步，在變軌鉆管1內套裝有能夠彎曲的錨索鉆7，所述錨索鉆7最前端設置有能夠擺動的鉆頭且能沿所述傾斜導向機構而改變鉆進軌跡；第四步，依據(jù)變軌鉆管1深入主鉆孔10的不同深度，分別啟動所述錨索鉆7工作，對主鉆孔10側壁再進行傾斜鉆孔，形成支鉆孔11。側方鉆孔長0.5m，在主鉆孔10周圍分布，同一平面內，對稱三個側方鉆孔，平面間距0.5m。最終形成以主鉆孔10為中心，側鉆孔為半徑的鉆孔區(qū)域，可以松動煤體，引流瓦斯，增加鉆孔內瓦斯抽采量，從而提高煤層中瓦斯抽采效果。

在任一支鉆孔11作業(yè)時，進行傾斜鉆孔形成支鉆孔11后，向外拉出錨索鉆7使錨索鉆7的鉆頭隱藏于變軌鉆管1內，再進行下一個支鉆孔11作業(yè)，最終形成多層支鉆孔11。

實施例2：一種變軌跡鉆進裝置，參見圖1和圖2，包括變軌鉆管1和錨索鉆7，變軌鉆管1的前方設置有傾斜導向機構，所述錨索鉆7套裝于變軌鉆管1內。錨索鉆7的鉆桿是有多段短鉆桿通過萬向節(jié)連接在一起，錨索鉆7的鉆桿設置有能夠擺動的鉆頭，且能夠擺動的鉆頭能沿所述傾斜導向機構而改變鉆進軌跡。

傾斜導向機構是在變軌鉆管1的最前端一側設置有傾斜側口3，傾斜側口3中心線與變軌鉆管1的軸心線存在夾角α。夾角α的范圍內為25°～60°。

實施例3：在實施例2基礎上，將錨索鉆7的鉆桿是有剛性軟管組成。

實施例4：傾斜導向機構做出改變。傾斜導向機構是在變軌鉆管1的最前端固定有導向架，導向架包括一個傾斜導向板4，該傾斜導向板4與變軌鉆管1的軸心線存在夾角β。

實施例5：在實施例2基礎上，傾斜導向機構做出改變。傾斜導向機構是在變軌鉆管1的最前端固定有導向架，導向架包括一個傾斜導向板4，該傾斜導向板4與變軌鉆管1的軸心線存在夾角β。

所述傾斜導向板4的傾角能夠調節(jié)。錨索鉆7的鉆桿在最前端設置有能夠擺動的鉆頭，且能夠擺動的鉆頭能沿所述傾斜導向機構而改變鉆進軌跡。

參見圖3，傾斜導向板4與變軌鉆管1末端之間連接有壓力彈簧6；壓力彈簧6套裝在導向桿5上，導向桿5與變軌鉆管1能夠伸縮滑動。