1.本发明涉及煤矿井下钻探及瓦斯治理技术领域，具体涉及一种可控脱开式导引头、裸孔下筛管装置及方法，用于煤层钻孔成孔后的裸孔快速下筛管护孔。
背景技术：2.煤矿井下钻孔抽采瓦斯是防治煤炭开采瓦斯超限的有效措施，实践表明钻进成孔后下筛管护孔是保障钻孔瓦斯抽采效果的有效方式。对于本煤层普通回转钻孔，一般采用可开闭钻头配套大通径钻杆钻进成孔后通过钻杆内通径下入筛管护孔；对于定向钻孔，受限于定向钻具结构，无法在成孔后通过钻具内通径下入筛管，提出定向钻具后，若采用裸眼下筛管方式，会出现随深度增加下入阻力增大或筛管由于柔性变形造成无法继续推送的情况，下管深度难以超过200m，尤其是对于碎软煤层钻孔，往往仅能下入几十米；若再重入一次大通孔钻具至孔底，然后通过钻具内下入筛管，则需要二次起下钻操作，对于深孔，大大增加劳动强度，增加工序同时，还需要钻机在原孔位起下钻杆，难以保证工序有效衔接，造成效率低下。因此，有必要开发裸孔下筛管技术，解决定向钻孔筛管完孔深度及效率难题，对于普通回转钻孔也可解决下筛管时的设备占用问题，有效提高钻孔工序衔接效率。
3.现有本煤层普通回转钻孔护孔，一般采用钻具内下筛管方式，在施工过程中需要占用钻机等设备，无法实现下一个钻孔工序的有效衔接，影响钻探效率；对于定向钻孔，则需要重入一遍大通径钻具用来下筛管，增加劳动强度，降低施工效率；对于现有技术直接采用裸眼下筛管方式，会面临筛管柔性大，推送力难以有效传递，下管深度很难超过200m，尤其对于碎软煤层，钻孔易塌孔下管深度难以超过100m。
技术实现要素：4.本发明提供了一种可控脱开式导引头、裸孔下筛管装置及方法，通过开发可控脱开式裸孔下筛管装置及工艺方法，实现裸孔推送筛管过程中推送力的有效传递及遇有塌孔可通风扫孔排渣，解决现有技术中裸孔下筛管深度受限的难题。
5.为解决上述问题，本发明采取的技术方案包括：
6.一种可控脱开式导引头，设置腔管式导引体，所述的导引体沿轴向依次接设导引段、限位段和第一螺纹连接段；所述的导引段为端部封闭的管腔，管腔上至少嵌设多个通风孔；所述的限位段设置由内到外套设的第二接头和第一接头，第二接头和第一接头于轴向和径向限位，同时第一接头的一端于第一螺纹连接段与导引体连接。
7.可选的，在所述的第一接头另一端套设接头套体；所述的接头套体为管式构件，接头套体的一端设置径向收口式的通风限位口，通风限位口内设置多个限位柱；接头套体的另一端沿周向设置向内凹陷的限位槽。
8.可选的，在所述的第一接头和接头套体间设置第一弹簧；接头套体的轴向移动实现第一弹簧的收缩。
9.可选的，所述的第一接头为管式构件，第一接头的一端沿轴向设置限位台，与限位
台接设缓冲管段，缓冲管段上嵌设多个限位孔；与所述的缓冲管段接设螺纹安装段。
10.可选的，所述的限位孔内设置限位球；所述的螺纹安装段的内壁为棱角形卡接位。
11.可选的，所述的第二接头为管式构件，第二接头的一端外设置凸环，第二接头的中间段设置卡接体，第二接头的另一端设置第二螺纹连接段。
12.可选的，在所述的限位段上沿径向嵌设多个孔道；孔道内由上到下依次设置螺钉、第二弹簧和销钉。
13.一种具体的方案，可控脱开式导引头设置腔管式导引体，所述的导引体沿轴向依次接设导引段、限位段和第一螺纹连接段；所述的导引段为端部封闭的管腔，管腔上嵌设多个通风孔；所述的限位段设置由内到外套设的第二接头和第一接头，在所述的第一接头一端套设接头套体，所述的接头套体为管式构件，接头套体的一端设置径向收口式的通风限位口，通风限位口内设置多个限位柱；接头套体的另一端沿周向设置向内凹陷的限位槽；第一接头为管式构件，第一接头的一端沿轴向设置限位台，与限位台接设缓冲管段，缓冲管段外套设第一弹簧，第一弹簧的一端与限位台顶紧，第一弹簧的另一端与所述的限位槽槽壁顶紧，第一弹簧后的缓冲管段上嵌设多个限位孔，限位孔内设置限位球；与所述的缓冲管段接设螺纹安装段，螺纹安装段于第一螺纹连接段与导引体螺接；螺纹安装段的内壁为棱角形卡接位；所述的第二接头为管式构件，第二接头的一端外设置凸环，凸环与限位球卡贴；第二接头的中间段设置卡接体，卡接体与卡接位对应安装；第二接头的另一端设置第二螺纹连接段。
14.一种裸孔下筛管装置，沿轴向依次接设可控脱开式导引头和筛管，筛管内套设推送杆，推送杆一端与可控脱开式导引头连接，另一端与压风接头连接；所述的可控脱开式导引头为本发明任一所述的可控脱开式导引头。
15.一种可控脱开式裸孔下筛管方法，所述的方法依靠本发明所述的裸孔下筛管装置完成操作；
16.具体包括以下步骤：
17.步骤1：钻孔钻进至设计深度后冲孔排渣退出孔内钻具，然后将可控脱开式导引头的第二接头和转接头分别连接推送杆和筛管，送入孔内；
18.步骤2：在原有的推送杆和筛管上，先连接好一根推送杆，再从推送杆上穿上一根筛管连接好，通过推动孔口的推送杆将推送力传递给可控脱开式导引头带动筛管推入钻孔内；
19.步骤3：当推送有阻力出现时，在孔口将风管通过压风接头与推送杆连接，通过风管供风吹出可控脱开式导引头附近堆积的煤粉，同时逆时针旋转推送杆并前后推拉带动筛管旋转和移动配合压风进行煤粉的清理，当孔内顺畅或阻力降低后，继续向孔内推送；
20.步骤4：待推送至预定深度时，停止推送，固定筛管，从推送杆内放入圆球，接通压风管，利用压风将圆球送到可控脱开式导引头断开第二接头的连接，抽出推送杆2并逐根卸下，将筛管留在孔内，最后封孔并连接抽放管路。
21.本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
22.(1)通过轻质高刚性的中心推送杆将推送力传递至孔内再带动筛管一起向孔内输送，其一是推送力的传递性更好，输送深度更深，其二是改变了柔性筛管的受力方式，由传统推送的孔口推送筛管输送进孔内改变为由孔内的导引头牵引筛管向孔内输送，使筛管不
易因屈曲变形导致摩阻力增大，也更利于输送深度更深。
23.(2)输送过程中可通过推送杆压风，并旋转和推拉推送杆带动筛管旋转和推拉，在遇塌孔堵塞时可将塌孔点煤矿慢慢搅动吹散并排出，具有一定的解堵功能，也可使其推送深度更深。
24.(3)对于普通回转钻孔，成孔后不需要从钻杆内下筛管，其钻机可即时迁移至下一个孔位钻探，节约对钻探设备的占用，利于提高整体钻探效率；对于定向钻孔，不需要二次起下钻杆，劳动强度大大降低，也提高作业效率。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
26.图1为本发明的可控脱开式导引头结构示意图；
27.图2为本发明的钻孔可控脱开式裸孔下筛管装置示意图；
28.图3为图1中的接头外套结构示意图；
29.图4为图1中的外接头结构示意图；
30.图5为图1中的内接头结构示意图；
31.图中各标号表示为：
32.1-可控脱开式导引头、2-推送杆、3-筛管、4-压风接头；
33.11-导引体、111-导引段、112-限位段、113-第一螺纹连接段、114-通风孔；
34.12-接头套体、121-通风限位口、122-限位柱、123-限位槽；
35.13-第一接头、131-限位台、132-缓冲管段、133-限位孔、134-螺纹安装段、135-卡接位；
36.14-第二接头、141-凸环、142-卡接体、143-第二螺纹连接段；
37.15-转接头、16-第一弹簧、17-限位球、18-开口环、a-销钉、b-第二弹簧、c-螺栓。
具体实施方式
38.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他方案，都属于本发明保护的范围。
39.结合图1-5，本发明的可控脱开式导引头1，设置腔管式的导引体11，导引体11沿轴向依次接设导引段111、限位段112和第一螺纹连接段113；导引段111为端部封闭的管腔，管腔上至少嵌设多个通风孔114；限位段112设置由内到外套设的第二接头14和第一接头13，第二接头14和第一接头13于轴向和径向限位，同时第一接头13的一端于第一螺纹连接段113与导引体11连接。导引体11为内通孔的管状体，一端为半圆形，且在管轴线及与轴线呈90
°
以内夹角布置多个通风孔114，孔径根据压风量确定，一般为4～10mm；内部孔径由左到右阶梯扩大，依次为限位段112和第一螺纹连接段113，本发明的导引体11在端部通过通风孔114引导高压风对孔底煤渣及杂物的吹扫，保证筛管3的顺利通过，同时再设置的两个接头分别对推送杆2和筛管3进行连接，不仅操作方便，同时还能保证推送杆2与筛管3的拆分。
40.在本公开的实施例中，在第一接头13另一端套设接头套体12；接头套体12为管式构件，接头套体12的一端设置径向收口式的通风限位口121，通风限位口121内设置多个限位柱122；接头套体12的另一端沿周向设置向内凹陷的限位槽123。接头套体12为管状体，左端留有通孔与第二接头14通孔相当，通孔圆周均布多个突出限位柱122，右端为沿管周向的限位槽123，槽宽与导引体11管身垂直小孔孔径一致，即与销钉a的大小配合，允许销钉a的进入。
41.在本公开的实施例中，在第一接头13和接头套体12间设置第一弹簧16；接头套体12的轴向移动实现第一弹簧16的收缩。接头套体12可以相对于第一接头13的端部实现轴向位移，为第二接头14的接触做准备。为了方便与筛管3的连接，在第一螺纹连接段113上还螺接设置转接头15，转接头15一端为正丝公螺纹与导引体11相连，另一端为正丝母螺纹与筛管3相连，筛管3均采用正丝螺纹。
42.在本公开的实施例中，第一接头13为管式构件，第一接头13的一端沿轴向设置限位台131，与限位台131接设缓冲管段132，缓冲管段132上嵌设多个限位孔133；与缓冲管段132接设螺纹安装段134。第一接头13由限位台131、缓冲段132、限位孔133、螺纹安装段134、六角键槽形的卡接位135组成，将接头外套12套于第一接头13上，限位台131与限位槽123间环向空间内放置第一弹簧16，限位孔133右侧的槽内放置开口环18用于限位接头外套12，限位槽123底端将限位孔133堵住。
43.在本公开的实施例中，限位孔133内设置限位球17；螺纹安装段134的内壁为棱角形卡接位135。比如图中显示的，卡接位135和卡接体142均为六角形的结构，这样不仅可以轴向插接安装，同时还能实现轴向扭矩的传递。
44.在本公开的实施例中，第二接头14为管式构件，第二接头14的一端外设置凸环141，第二接头14的中间段设置卡接体142，第二接头14的另一端设置第二螺纹连接段143。第二螺纹连接段143用于与推送杆2螺纹连接；凸环141与限位球17轴向卡贴，实现第二接头14与第一接头13的轴向和径向限位，即在使用过程中保证两个接头与导引体11的动作同步。第二接头14由凸环141、卡接体142和第二螺纹连接段143组成，将第二接头14装入第一接头13中，卡接体142与六角键槽形的卡接位135啮合，可以传递扭矩，限位孔133中放入限位球17将凸环141楔住用以轴向固定第二接头14，第二螺纹连接段143则与后端推送杆2相连，推送杆2的螺纹均采用反丝。
45.在本公开的实施例中，在限位段112上沿径向嵌设多个孔道；孔道内由上到下依次设置螺钉a、第二弹簧b和销钉c。在二级孔径(限位段112)的相应位置管身上均布开有多个垂直管轴线小孔，孔内分别安装销钉a、第二弹簧b，并用螺栓a封住，另一端为正丝螺纹孔，主要作用是在接头套体12移动后，解除对销钉a的顶压，销钉a在第二弹簧b的推动下进入限位槽123，对接头套体12的位置锁紧，方便推送杆2与第二接头14同时移出。
46.本发明的裸孔下筛管装置，具体见图2，沿轴向依次接设可控脱开式导引头1和筛管3，筛管3内套设推送杆2，推送杆2一端与可控脱开式导引头1连接，另一端与压风接头4连接；可控脱开式导引头1为本发明任一的可控脱开式导引头1。
47.本发明的裸孔下筛管装置工作原理为：
48.可控脱开式导引头1的第二接头14连接推送杆2，转接头15连接筛管3，利用推送杆2将推送力传递至可控脱开式导引头1并牵引其后连接的筛管3一起向孔内输送，推送杆2一
般采用轻质高强度的碳纤维或玻璃钢等材质制作，其刚性较筛管3高，极大程度减轻了推送过程中的屈曲效应，更利用推送力传递到孔内导引头处。因推送杆2均采用反丝螺纹连接，在推送过程中可以逆时针旋转推送杆2，其旋转扭矩可经第二接头14的卡接位135传递至可控脱开式导引头1并带动其连接的筛管3一起旋转，因筛管3采用正丝螺纹连接，因此可保障在可控脱开式导引头1逆时针旋转带动下不脱扣。当需要压风排渣时，可由压风接头4连接压风管路，压风可经由推送杆2到可控脱开式导引头1的导引体11前端通风孔吹出。当推送到孔底需要将推送杆和筛管脱开时，从推送杆内投入等径圆球，利用压风将圆球吹入，圆球经可控脱开式导引头1处被接头外套12的限位柱122阻隔，推动接头外套12压缩第一弹簧16，将限位槽123底端堵住的限位孔133释放，同时销钉a在第二弹簧b的推动下嵌入限位槽123内防止其复位，此时将推送杆2向孔外拉可带动凸环141迫使限位球17向外顶出，从而将推送杆2连同第二接头14一同提出，孔内留下筛管和可控脱开式导引头1的其余部分。
49.本发明的裸孔下筛管方法，具体包括以下步骤：
50.步骤1：钻孔钻进至设计深度后冲孔排渣退出孔内钻具，然后将可控脱开式导引头1的第二接头14和转接头15分别连接推送杆2和筛管3，送入孔内；
51.步骤2：在原有的推送杆和筛管上，先连接好一根推送杆2，再从推送杆2上穿上一根筛管3连接好，通过推动孔口的推送杆2将推送力传递给可控脱开式导引头1带动筛管3推入钻孔内；
52.步骤3：当推送有阻力出现时，在孔口将风管通过压风接头4与推送杆2连接，通过风管供风吹出可控脱开式导引头1附近堆积的煤粉，同时逆时针旋转推送杆2并前后推拉带动筛管3旋转和移动配合压风进行煤粉的清理，当孔内顺畅或阻力降低后，继续向孔内推送；
53.步骤4：待推送至预定深度时，停止推送，固定筛管2，从推送杆2内放入圆球，接通压风管，利用压风将圆球送到接头外套12的限位柱122阻隔，推动接头外套12压缩第一弹簧16，将限位槽123堵住的限位孔133释放，同时销钉a在第二弹簧b的推动下嵌入限位槽123内防止其复位，此时将推送杆2向孔外拉可带动凸环141迫使限位球17向外顶出，从而将推送杆2连同第二接头14一同提出，孔内留下筛管3和可控脱开式导引头1的其余部分；断开第二接头14的连接，抽出推送杆2并逐根卸下，将筛管3留在孔内，最后封孔并连接抽放管路。
54.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
技术特征：1.一种可控脱开式导引头，其特征在于，设置腔管式的导引体(11)，所述的导引体(11)沿轴向依次接设导引段(111)、限位段(112)和第一螺纹连接段(113)；所述的导引段(111)为端部封闭的管腔，管腔上至少嵌设多个通风孔(114)；所述的限位段(112)设置由内到外套设的第二接头(14)和第一接头(13)，第二接头(14)和第一接头(13)于轴向和径向限位，同时第一接头(13)的一端于第一螺纹连接段(113)与导引体(11)连接。2.根据权利要求1所述的可控脱开式导引头，其特征在于，在所述的第一接头(13)另一端套设接头套体(12)；所述的接头套体(12)为管式构件，接头套体(12)的一端设置径向收口式的通风限位口(121)，通风限位口(121)内设置多个限位柱(122)；接头套体(12)的另一端沿周向设置向内凹陷的限位槽(123)。3.根据权利要求1所述的可控脱开式导引头，其特征在于，在所述的第一接头(13)和接头套体(12)间设置第一弹簧(16)；接头套体(12)的轴向移动实现第一弹簧(16)的收缩。4.根据权利要求1所述的可控脱开式导引头，其特征在于，所述的第一接头(13)为管式构件，第一接头(13)的一端沿轴向设置限位台(131)，与限位台(131)接设缓冲管段(132)，缓冲管段(132)上嵌设多个限位孔(133)；与所述的缓冲管段(132)接设螺纹安装段(134)。5.根据权利要求4所述的可控脱开式导引头，其特征在于，所述的限位孔(133)内设置限位球(17)；所述的螺纹安装段(134)的内壁为棱角形卡接位(135)。6.根据权利要求4所述的可控脱开式导引头，其特征在于，所述的第二接头(14)为管式构件，第二接头(14)的一端外设置凸环(141)，第二接头(14)的中间段设置卡接体(142)，第二接头(14)的另一端设置第二螺纹连接段(143)。7.根据权利要求4所述的可控脱开式导引头，其特征在于，在所述的限位段(112)上沿径向嵌设多个孔道；孔道内由上到下依次设置螺钉(a)、第二弹簧(b)和销钉(c)。8.一种可控脱开式导引头，其特征在于，设置腔管式导引体，所述的导引体(11)沿轴向依次接设导引段(111)、限位段(112)和第一螺纹连接段(113)；所述的导引段(111)为端部封闭的管腔，管腔上嵌设多个通风孔(114)；所述的限位段(112)设置由内到外套设的第二接头(14)和第一接头(13)，在所述的第一接头(13)一端套设接头套体(12)，所述的接头套体(12)为管式构件，接头套体(12)的一端设置径向收口式的通风限位口(121)，通风限位口(121)内设置多个限位柱(122)；接头套体(12)的另一端沿周向设置向内凹陷的限位槽(123)；第一接头(13)为管式构件，第一接头(13)的一端沿轴向设置限位台(131)，与限位台(131)接设缓冲管段(132)，缓冲管段(132)外套设第一弹簧(16)，第一弹簧(16)的一端与限位台(131)顶紧，第一弹簧(16)的另一端与所述的限位槽(123)槽壁顶紧，第一弹簧(16)后的缓冲管段(132)上嵌设多个限位孔(133)，限位孔(133)内设置限位球(17)；与所述的缓冲管段(132)接设螺纹安装段(134)，螺纹安装段(134)于第一螺纹连接段(113)与导引体(11)螺接；螺纹安装段(134)的内壁为棱角形卡接位(135)；所述的第二接头(14)为管式构件，第二接头(14)的一端外设置凸环(141)，凸环(141)
与限位球(17)卡贴；第二接头(14)的中间段设置卡接体(142)，卡接体(142)与卡接位(135)对应安装；第二接头(14)的另一端设置第二螺纹连接段(143)。9.一种裸孔下筛管装置，其特征在于，沿轴向依次接设可控脱开式导引头(1)和筛管(3)，筛管(3)内套设推送杆(2)，推送杆(2)一端与可控脱开式导引头(1)连接，另一端与压风接头(4)连接；所述的可控脱开式导引头(1)为权利要求1-8任一所述的可控脱开式导引头。10.一种可控脱开式裸孔下筛管方法，其特征在于，所述的方法依靠权利要求9所述的裸孔下筛管装置完成操作；具体包括以下步骤：步骤1：钻孔钻进至设计深度后冲孔排渣退出孔内钻具，然后将可控脱开式导引头(1)的第二接头(14)和转接头(15)分别连接推送杆(2)和筛管(3)，送入孔内；步骤2：在原有的推送杆(2)和筛管(3)上，先连接好一根推送杆(2)，再从推送杆(2)上穿上一根筛管(3)连接好，通过推动孔口的推送杆(2)将推送力传递给可控脱开式导引头(1)带动筛管(3)推入钻孔内；步骤3：当推送有阻力出现时，在孔口将风管通过压风接头(4)与推送杆(2)连接，通过风管供风吹出可控脱开式导引头(1)附近堆积的煤粉，同时逆时针旋转推送杆(2)并前后推拉带动筛管(3)旋转和移动配合压风进行煤粉的清理，当孔内顺畅或阻力降低后，继续向孔内推送；步骤4：待推送至预定深度时，停止推送，固定筛管(2)，从推送杆(2)内放入圆球，接通压风管，利用压风将圆球送到接头外套(12)的限位柱(122)阻隔，推动接头外套(12)压缩第一弹簧(16)，将限位槽(123)堵住的限位孔(133)释放，同时销钉(a)在第二弹簧(b)的推动下嵌入限位槽(123)内防止其复位，此时将推送杆(2)向孔外拉可带动凸环(141)迫使限位球(17)向外顶出，从而将推送杆(2)连同第二接头(14)一同提出，孔内留下筛管(3)和可控脱开式导引头(1)的其余部分；断开第二接头(14)的连接，抽出推送杆(2)并逐根卸下，将筛管(3)留在孔内，最后封孔并连接抽放管路。
技术总结本发明公开了一种可控脱开式导引头、裸孔下筛管装置及方法，设置腔管式导引体，所述的导引体沿轴向依次接设导引段、限位段和第一螺纹连接段；所述的导引段为端部封闭的管腔，管腔上至少嵌设多个通风孔；所述的限位段设置由内到外套设的第二接头和第一接头，第二接头和第一接头于轴向和径向限位，同时第一接头的一端于第一螺纹连接段与导引体连接。通过开发可控脱开式裸孔下筛管装置及工艺方法，实现裸孔推送筛管过程中推送力的有效传递及遇有塌孔可通风扫孔排渣，解决现有技术中裸孔下筛管深度受限的难题。度受限的难题。度受限的难题。
技术研发人员：张金宝 魏宏超 田宏亮 叶嗣喧 林阳 张杰 段贺明 洪建俊
受保护的技术使用者：中煤科工集团西安研究院有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
