【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿井下坑道钻探，涉及瓦斯预抽机具，具体涉及一种煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具及方法。
技术介绍
1、煤矿井下定向长钻孔具有孔深长、轨迹控制精度高、覆盖范围广、可集中和超前进行瓦斯抽采等优点，是进行煤矿井下瓦斯灾害防治的重要技术手段。
2、目前煤矿井下定向长钻孔钻进能力已有1000m提升至3000m以上，但仍主要采用裸孔或筛管护孔方式进行完孔，利用矿井负压抽采管路进行瓦斯预抽，抽采时间短则半年，长则数年，在实际应用中存在以下不足，导致定向长钻孔未能充分发挥效果：
3、(a)钻孔易坍塌失效，抽采时间短。煤矿井下定向长钻孔延伸距离远、覆盖范围广，需要长时间抽采才可将覆盖范围内的煤层瓦斯下降至安全范围内；但煤矿井下定向长钻孔为近水平延伸，钻孔延伸方向与重力方向垂直，尤其是当地层复杂破碎时，瓦斯抽采过程中极易孔壁失稳坍塌，导致钻孔失效。
4、(b)护孔筛管直径小，抽采衰减大、效率低。定向钻孔连续造斜，孔壁弯曲，筛管直径越大，抵抗弯曲变形能力越弱，下入越困难；目前煤矿井下瓦斯预抽定向长钻孔直径已达到120mm，但护孔筛管直径一般仅为32mm，筛管直径远小于钻孔直径，既加速了抽采负压衰减速度，又节流限制了瓦斯气体流动，制约了定向长钻孔的抽采效率。
5、(c)抽采负压存在极限，有效深度浅。随孔深增加，抽采负压逐步衰减，至一定深度后抽采负压下降至零；此深度之后的定向长钻孔将无法发挥作用，有效抽采深度浅，制约了超长定向钻孔推广应用。
技术实现思
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具及方法，解决现有技术中的瓦斯预抽机使得定向长钻孔未能充分发挥效果的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，包括多根依次连接的可变径双层护孔管，所述的可变径双层护孔管包括内层的正压气管和外层的负压筛管，负压筛管包括轴截面为圆弧状的主动筛板和轴截面为圆弧状的从动筛板，所述的主动筛板与从动筛板数量相同且均不少于两个，主动筛板与从动筛板沿正压气管周向均匀交替间隔布置。
4、所述的主动筛板沿正压气管轴向布置，所述的主动筛板通过两个及以上的主动支撑机构与正压气管连接；所述的从动筛板沿正压气管轴向布置，所述的从动筛板通过两个及以上的从动支撑机构与正压气管连接。
5、所述的主动筛板和从动筛板处于收缩状态下，相邻两个从动筛板的一个内壁轴向搭接在同一个主动筛板的两侧外壁上，主动筛板的内壁紧贴在正压气管的外壁上；所述的主动筛板和从动筛板处于撑开状态下，主动筛板的侧壁和相邻的从动筛板的侧壁拼接在一起形成周向连续的负压筛管。
6、本专利技术还具有如下技术特征：
7、所述的正压气管的外壁沿轴向设置有安装仓；所述的安装仓的数量与主动支撑机构的数量相同，安装仓内沿正压气管径向设置有一个支撑孔，支撑孔将正压气管内部与外部导通；所述的安装仓内沿轴向设置有一个滑块槽和一个第一定位孔，滑块槽和第一定位孔与支撑孔导通。
8、所述的主动支撑机构包括支撑轴，支撑轴安装在正压气管的支撑孔内，所述的支撑轴的顶部可转动式安装有第一铰轴的中间位置；所述的第一铰轴的一端可转动式安装有限位滑块，所述的限位滑块安装在正压气管的滑块槽内；所述的第一铰轴的另一端可转动式安装有第一铰轴座，所述的第一铰轴座固定安装在主动筛板上。
9、所述的支撑轴包括支撑轴体，所述的支撑轴体的侧面上设置有第二定位孔，所述的第二定位孔配套有定位销，所述的定位销安装在正压气管的第一定位孔内。
10、所述的支撑轴体的下端面为导推斜面。
11、所述的支撑轴体的上部设置有两个第一销轴耳座，所述的两个第一销轴耳座上贯通设置有同轴的一对第一销轴孔；一对第一销轴孔上通过第二销轴可转动式安装有第一铰轴的中间位置。
12、所述的限位滑块包括滑块体；所述的滑块体上部设置有两个限位肩和两个第二销轴耳座；所述的第二销轴耳座上贯通设置有同轴的一对第二销轴孔；所述的一对第二销轴孔通过第一销轴与所述的第一铰轴的一端可转动式连接，所述的第一铰轴的另一端通过第三销轴与第一铰轴座可转动式连接。
13、所述的定位销的远离支撑轴的一端和第一定位孔的盲端之间设置有压缩弹簧。
14、所述的从动支撑机构包括第二铰轴座和第三铰轴座，第二铰轴座和第三铰轴座之间通过第二铰轴铰接；所述的第二铰轴座固定安装在正压气管上；所述的第三铰轴座固定安装在从动筛板上。
15、所述的第二铰轴的一端通过第四销轴可转动式安装在第二铰轴座上，所述的第二铰轴的另一端通过第五销轴可转动式安装在第三铰轴座上。
16、本专利技术还保护一种瓦斯预抽方法，该方法采用如上所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具。
17、该方法将正压气管与矿井供气管路通过高压胶管连接，并向正压气管中投入一个橡胶球；开启供气管路向正压气管中输送高压气体，高压气体推动橡胶球向孔底运行，依次将每根可变径双层护孔管的主动筛板和从动筛板都撑开，形成周向和轴向连续的负压筛管，对全部钻孔孔壁进行保护。
18、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
19、(ⅰ)本专利技术利用可变径双层护孔管，采用筛板收缩小直径长距离下入、筛板撑开大直径护孔、孔口负压与孔底正压双向耦合高效抽采等方式，解决了定向长钻孔易堵塞失效、护孔筛管直径小、有效抽采深度浅等不足，具有筛管护孔深度大、抽采截面积大、有效抽采深度大等优势，提高了定向长钻孔的瓦斯预抽时间和预抽效率，为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井瓦斯高效治理提供了技术装备保障。
20、(ⅱ)钻孔孔壁稳定，有效抽采时间长。采用可变径双层护孔管形成的轴向、周向连续护孔管体对定向长钻孔全孔孔壁进行保护，避免了瓦斯抽采过程中钻孔失稳坍塌导致的钻孔失效，钻孔有效抽采时间长。
21、(ⅲ)护孔筛管直径大，抽采负压衰减小。采用可变径双层护孔管，具有小直径筛管易下入和大直径筛管护孔范围大的优点，提高了钻孔瓦斯抽采截面积，减少了抽采负压衰减，提供了瓦斯抽采效率。
22、(ⅳ)正负压双向耦合，抽采深度大、效率高。在利用矿井负压抽采管路进行负压抽采的同时，利用矿井供气管路向孔底注入高压气体，推动孔底瓦斯向孔口流动，实现孔口负压、孔底正压耦合抽采，提高了定向长钻孔的有效抽采深度，实现全孔段高效抽采。
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1.一种煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，包括多根依次连接的可变径双层护孔管(1)，所述的可变径双层护孔管(1)包括内层的正压气管(2)和外层的负压筛管(3)，负压筛管(3)包括轴截面为圆弧状的主动筛板(4)和轴截面为圆弧状的从动筛板(5)，所述的主动筛板(4)与从动筛板(5)数量相同且均不少于两个，主动筛板(4)与从动筛板(5)沿正压气管(2)周向均匀交替间隔布置；
2.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的正压气管(2)的外壁沿轴向设置有安装仓(201)；所述的安装仓(201)的数量与主动支撑机构(6)的数量相同，安装仓(201)内沿正压气管(2)径向设置有一个支撑孔(202)，支撑孔(202)将正压气管(2)内部与外部导通；所述的安装仓(201)内沿轴向设置有一个滑块槽(203)和一个第一定位孔(204)，滑块槽(203)和第一定位孔(204)与支撑孔(202)导通。
3.如权利要求2所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的主动支撑机构(6)包括支撑轴(
4.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的支撑轴体(60101)的下端面为导推斜面(60104)。
5.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的支撑轴体(60101)的上部设置有两个第一销轴耳座(60102)，所述的两个第一销轴耳座(60102)上贯通设置有同轴的一对第一销轴孔(60105)；一对第一销轴孔(60105)上通过第二销轴(608)可转动式安装有第一铰轴(604)的中间位置。
6.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的限位滑块(602)包括滑块体(60201)；所述的滑块体(60201)上部设置有两个限位肩(60202)和两个第二销轴耳座(60203)；所述的第二销轴耳座(60203)上贯通设置有同轴的一对第二销轴孔(60204)；所述的一对第二销轴孔(60204)通过第一销轴(607)与所述的第一铰轴(604)的一端可转动式连接，所述的第一铰轴(604)的另一端通过第三销轴(609)与第一铰轴座(606)可转动式连接。
7.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的定位销(603)的远离支撑轴(601)的一端和第一定位孔(204)的盲端之间设置有压缩弹簧(605)。
8.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的从动支撑机构(7)包括第二铰轴座(701)和第三铰轴座(702)，第二铰轴座(701)和第三铰轴座(702)之间通过第二铰轴(703)铰接；所述的第二铰轴座(701)固定安装在正压气管(2)上；所述的第三铰轴座(702)固定安装在从动筛板(5)上。
9.如权利要求8所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的第二铰轴(703)的一端通过第四销轴(704)可转动式安装在第二铰轴座(701)上，所述的第二铰轴(703)的另一端通过第五销轴(705)可转动式安装在第三铰轴座(702)上。
10.一种瓦斯预抽方法，该方法采用如权利要求1至9任一项所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具；
...【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，包括多根依次连接的可变径双层护孔管(1)，所述的可变径双层护孔管(1)包括内层的正压气管(2)和外层的负压筛管(3)，负压筛管(3)包括轴截面为圆弧状的主动筛板(4)和轴截面为圆弧状的从动筛板(5)，所述的主动筛板(4)与从动筛板(5)数量相同且均不少于两个，主动筛板(4)与从动筛板(5)沿正压气管(2)周向均匀交替间隔布置；
2.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的正压气管(2)的外壁沿轴向设置有安装仓(201)；所述的安装仓(201)的数量与主动支撑机构(6)的数量相同，安装仓(201)内沿正压气管(2)径向设置有一个支撑孔(202)，支撑孔(202)将正压气管(2)内部与外部导通；所述的安装仓(201)内沿轴向设置有一个滑块槽(203)和一个第一定位孔(204)，滑块槽(203)和第一定位孔(204)与支撑孔(202)导通。
3.如权利要求2所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的主动支撑机构(6)包括支撑轴(601)，支撑轴(601)安装在正压气管(2)的支撑孔(202)内，所述的支撑轴(601)的顶部可转动式安装有第一铰轴(604)的中间位置；所述的第一铰轴(604)的一端可转动式安装有限位滑块(602)，所述的限位滑块(602)安装在正压气管(2)的滑块槽(203)内；所述的第一铰轴(604)的另一端可转动式安装有第一铰轴座(606)，所述的第一铰轴座(606)固定安装在主动筛板(4)上；
4.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的支撑轴体(60101)的下端面为导推斜面(60104)。
5.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔正负压耦合双向瓦斯预抽机具，其特征在于，所述的支撑轴体(60101)的上部设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：方俊，李泉新，刘飞，牟全斌，董昌乐，邵国杰，刘智，王四一，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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