【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿井下定向钻进，涉及一种孔底锚定装置，具体是一种煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置及使用方法。
技术介绍
1、碎软煤层在我国各大煤矿区广泛分布，众多高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井的主采煤层多为碎软煤层，长期以来，碎软煤层瓦斯抽采顺层长钻孔定向施工一直是国内外坑道钻探领域未能很好解决的难题。近年来，国内首创的煤矿井下气动定向钻进工艺逐步突破了碎软煤层顺层长钻孔施工技术瓶颈，典型矿区深度300m以上长钻孔的成孔率达到了75％以上，最大成孔深度超过了600m，以顺层长钻孔作为抽采通道为实现碎软煤层瓦斯区域递进式高效抽采治理奠定了基础。
2、然而，利用顺层长钻孔抽采治理碎软煤层瓦斯时由于碎软煤层的整体性差、煤体机械强度低，钻进成孔后在裸孔状态下抽采易发生孔壁坍塌、堵塞瓦斯流动通道，进而影响抽采效果和钻孔利用率，对此，下护孔筛管是保障钻孔抽采通道畅通的有效方法。目前，针对煤层定向孔下放筛管的各种方法普遍通过专用钻杆中心通道以孔口外力推送、带压水冲送的方式将有机材质筛管下入孔内。然而，随着孔深增加、下管长度增大，将筛管留置在孔内所需的孔底锚定力越来越大，现有机械锚爪式装置不能满足‘锚拉’长筛管的要求，原因在于碎软煤层孔壁往往不规则、完整性差、机械强度低，进而导致机械锚爪受力过大时发生“滑移”，存在机械式锚爪的锚固力小、‘锚拉’能力弱、可靠性差等问题。此外，多分支定向孔的长分支孔下筛管工艺以相对‘拉动’方式将筛管留置在孔内需要配套更大能力孔底锚固装置，客观上要求创新孔底锚固装置结构形式。
3、为此，亟需一
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置及使用方法，以解决现有的机械式锚爪的锚固力小、‘锚拉’能力弱、可靠性差的技术问题。
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、一种煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，包括插接的锚定头组件和外管，位于所述的外管内的锚定头组件上连接有膨胀内芯组件，所述的外管的轴向后端连接有限位接头；
4、所述的锚定头组件包括本体，所述的本体包括沿轴向依次的锥体、台阶式圆柱台和圆筒，所述的台阶式圆柱台的轴向前端的外壁上等间距开设有多个锚爪通槽，所述的锚爪通槽的一侧设置有固定销，所述的固定销的一端可转动套设有锚爪，所述的固定销的另一端套设有v形弹性件，所述的v形弹性件的一侧与锚爪通槽底部内部贴紧，所述的v形弹性件的另一侧固定在所述锚爪的侧壁上；
5、所述的圆筒的侧壁上设置有一对对称分布的条形锁孔，所述的圆筒内设置有横销，所述的横销上套设有v型弹性架，所述的v型弹性架的两端分别设置有一个圆柱锁销，两个所述的圆柱锁销分别伸入所述的条形锁孔中；所述的圆筒的轴向后端面上等间距设置有多个弹簧安装孔，所述的弹簧安装孔安装有限位弹簧，所述的限位弹簧的末端与所述的膨胀内芯组件接触；
6、与所述的锚定头组件插接的外管上开设有分别与条形锁孔周向位置对应的两个导向通槽，以及分别设置在两个所述的导向通槽轴向后侧的两个圆孔，两个所述的圆孔中分别设置一个所述的圆柱锁销；
7、所述的膨胀内芯组件包括圆柱杆，所述的圆柱杆上沿轴向由前向后依次套设有相连接的第一储液缸、纤维布袋和第二储液缸；所述的第一储液缸的轴向后端面上开设有一对第一注料孔，所述的第二储液缸的轴向前端面上开设有一对第二注料孔，所述的第一注料孔和第二注料孔中均设置有封堵螺柱；所述的圆柱杆两端的外壁上设置有对称的条形液流槽；
8、所述的第一储液缸的轴向前端和所述的第二储液缸的轴向后端分别设置有第一端盖和第二端盖，所述的圆柱杆的轴向前端和轴向后端分别设置有第一活塞和第二活塞，所述的第一活塞和第二活塞与第一端盖和第二端盖分别对应接触；
9、第一端盖上设置有触发件，所述的触发件包括相连的u型开口件和连接柱，所述的连接柱与所述的第一端盖固连，所述的u型开口件的侧面设置有条形孔连接板，所述的条形孔连接板的条形孔中设置所述的横销；
10、所述的第二端盖上依次设置有柱塞和柔索组件，所述的柔索组件包括柔索筒，所述的柔索筒内设置有与柱塞相连的柔索，所述的柔索筒的轴向后端插接设置有筛管连接头，所述的筛管连接头的轴向后端伸入所述的限位接头中；
11、所述的筛管连接头上开设有径向气流通道和中心气流腔，所述的径向气流通道和中心气流腔连通。
12、本专利技术还包括以下技术特征：
13、所述的锥体的外壁上等间距开设有多个导向槽。
14、所述的锚爪通槽的轴向前端设置有导向罩。
15、所述的柱塞与所述的柔索通过螺栓连接。
16、一种煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置的使用方法，具体包括以下步骤：
17、步骤1，将所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置安装在下管钻杆一端，下入钻孔中，在下管钻杆的另一端依次接入多根下管钻杆和多根筛管，直至所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置推入至钻孔内预定的锚定位置；
18、所有所述的下管钻杆组成下管钻杆柱，所有所述的筛管组成筛管串；
19、步骤2，向下管钻杆柱的中心向孔注入高压气体，高压气体经筛管连接头上的中心气流腔和径向气流通道进入外管中，高压气体作用在柱塞上产生轴向推力，推动膨胀内芯组件向孔底移动压缩限位弹簧，触发件上的u型开口件向锚定头组件内移动，使v型弹性架收缩，圆柱锁销沿径向向内移动，直至退出外管上的圆孔，锚定头组件与外管解锁脱开，锚定头组件上的锚爪在v形弹性件的作用下张开；
20、步骤3，高压气体继续推动锚定头组件和膨胀内芯组件向钻孔内移动，直至柱塞伸出外管，锚爪嵌入孔壁实现机械锚定；
21、步骤4，通过钻机回拉孔内下管钻杆柱，孔底的锚定头组件的锚定力通过触发件和第一端盖作用在第一储液缸上；筛管串与下管钻杆柱之间的摩擦阻力通过筛管连接头、柔索、柱塞和第二端盖作用在第二储液缸上；第一储液缸和第二储液缸受力后沿圆柱杆向相反方向移动，圆柱杆上的条形液流槽分别伸出第一储液缸和第二储液缸，第一储液缸和第二储液缸内的两种化学浆料分别通过对应的条形液流槽流出至纤维布袋内，在纤维布袋内混合发生化学反应生成泡状固体，使纤维布袋膨胀形成化学膨胀塞，并支撑在不规则孔壁上；
22、步骤5，化学膨胀塞形成3～4小时后，与锚定头组件实现联合锚定，通过柔索、筛管连接头拉住筛管串，随后逐根退出下管钻杆，最后将限位接头和外管一起退出孔外。
23、本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
24、(ⅰ)本专利技术中通过设置锚定头组件和膨胀内芯组件，集机械锚爪锚定和化学膨胀塞锚定两种不同原理的锚定方法于一体，能够提供更大的锚固力，较单一机械锚爪锚定的承拉能力可提高1至3倍，且该锚定装置在孔内的机械锚定和化学膨胀塞锚定由压缩气体触发驱动，控制简单可靠本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，其特征在于，包括插接的锚定头组件(1)和外管(2)，位于所述的外管(2)内的锚定头组件(1)上连接有膨胀内芯组件(3)，所述的外管(2)的轴向后端连接有限位接头(4)；
2.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，其特征在于，所述的锥体(10101)的外壁上等间距开设有多个导向槽(1012)。
3.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，其特征在于，所述的锚爪通槽(102)的轴向前端设置有导向罩(1013)。
4.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，其特征在于，所述的柱塞(3012)与所述的柔索(3016)通过螺栓(504)连接。
5.一种如权利要求1～5任一项所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置的使用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，其特征在于，包括插接的锚定头组件(1)和外管(2)，位于所述的外管(2)内的锚定头组件(1)上连接有膨胀内芯组件(3)，所述的外管(2)的轴向后端连接有限位接头(4)；
2.如权利要求1所述的煤矿井下碎软煤层定向孔孔底锚定装置，其特征在于，所述的锥体(10101)的外壁上等间距开设有多个导向槽(1012)。
3.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建林，李泉新，方俊，杨伟锋，杨冬冬，
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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