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申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

摘要：本发明提供一种煤层激光定向钻进双气循环供气装置，包括气体供应装置：空气压缩机、制氮机；气体传输装置：气体输送立管、钻杆、防喷器、钻头和环空；气体回收处理装置：降尘排屑管道、取样器、过滤装置和自动点火装置；检测装置：原位监测模块和温度传感器；控制装置：光纤、各气路阀门和状态接收及远程控制台；本发明的有益效果是：实现了对钻进过程的监测，并通过阀门闭合来切换循环气体，控制过程简单；在保障安全的同时，也大大降低激光钻进成本；通过对返出气体的处理和回收，达到绿色经济环保的效果。

主权项：1.一种煤层激光定向钻进双气循环供气装置的使用方法，其中装置包括：地面气体供应装置、气体传输装置、气体回收处理装置、检测装置和控制装置；所述气体供应装置包括地面空气压缩机（1）、制氮机（2）；所述气体传输装置包括气体输送立管（8）、钻杆（10）、防喷器（11）、钻头（12）和环空，用于提供气体循环回路；所述气体回收处理装置包括降尘排屑管道（14）、取样器（15）、过滤装置（16）和自动点火装置（17）；所述检测装置包括原位监测模块（13）和温度传感器；所述控制装置包括光纤（9）、各气路阀门和状态接收及远程控制台（18），通过控制各气路阀门的开关来改变输入气体达到气体切换的目的；所述气路阀门，包括：第一空气阀门（101）和第二空气阀门（102），第一氮气阀门（201）和第二氮气阀门（202）、氮气回收阀门（203）和第一排气阀门（204），第一增压机阀门（401），第一卸压阀门（601）、第二卸压阀门（602）和第二排气阀门（1701）；所述地面空气压缩机（1）和所述制氮机（2）的进气口之间通过第一气路管道（24）连接；所述第一气路管道（24）上设置有第一氮气阀门（201），以控制所述地面空气压缩机（1）和所述制氮机（2）之间的气体通断；第二气路管道（19）的一端连接至所述第一气路管道（24）的第一氮气阀门（201）和地面空气压缩机（1）之间，另一端连接至所述气体输送立管（8）的一端；所述制氮机（2）的出气口通过第三气路管道（20）连接至所述第二气路管道（19），所述第三气路管道（20）上设有第二氮气阀门（202）；所述第二气路管道（19）上设有第二空气阀门（102）、第一增压机阀门（401）、第一卸压阀门（601）和第二卸压阀门（602）；所述气体输送立管（8）的另一端连接至吊装设备（5），吊装设备（5）的另一端通过所述光纤（9）连接至所述防喷器（11），所述防喷器（11）通过光纤连接至钻头（12）；所述原位监测模块（13）安装于钻头（12）上；所述降尘排屑管道（14）的两端分别连接至所述防喷器（11）和所述过滤装置（16），且所述降尘排屑管道（14）的中间连接有所述取样器（15）；所述过滤装置（16）和所述自动点火装置（17）通过所述降尘排屑管道（14）相连，且所述过滤装置（16）和所述自动点火装置（17）之间设有第二排气阀门（1701）；所述过滤装置（16）和所述制氮机（2）之间通过第四气路管道（23）相连，所述第四气路管道（23）上设有氮气回收阀门（203）和第一排气阀门（204）；所述状态接收及远程控制台（18）通过无线传输的方式分别与所述原位监测模块（13）、所述温度传感器相连和各气路阀门连接；所述地面空气压缩机（1）有两台，且通过第一空气阀门（101）进行控制；当第一空气阀门（101）处于开启状态时，两台地面空气压缩机（1）均进行工作；当第一空气阀门（101）处于关闭状态时，仅一台地面空气压缩机（1）进行工作；所述气路阀门还包括：消音器阀门（301）、第二增压机阀门（402）、第三增压机阀门（403）和第三卸压阀门（603）；所述气体供应装置还包括增压机（4）和卸压机（7）；所述气体传输装置还包括消音器（3）和设备卸压管（6）；所述消音器阀门（301），一端连接至所述消音器（3），另一端连接至所述第二气路管道（19）；所述第二增压机阀门（402），一端连接至所述增压机（4），另一端连接至所述第二气路管道（19）；所述第三增压机阀门（403），一端连接至所述增压机（4），另一端连接至所述第二气路管道（19）；所述第三卸压阀门（603），一端连接至所述卸压机（7），另一端连接至所述第二气路管道（19）;所述气体循环回路，包括氮气循环回路和空气循环回路；所述氮气循环回路，氮气流向具体包括：第一空气阀门（101）、第一氮气阀门（201）、第二氮气阀门（202）、第一增压机阀门（401）、第一排气阀门（204）和氮气回收阀门（203）处于开启状态，其它所有阀门处于关闭状态；所述地面空气压缩机（1）将空气注入所述制氮机（2）中；所述制氮机（2）产生氮气经过所述气体输送立管（8）、所述钻杆（10）、所述防喷器（11）和所述钻头（12）注入钻场，保护钻进过程并最终携带岩屑从所述防喷器（11）返出进入所述降尘排屑管道（14）到达所述过滤装置（16），经所述降尘排屑管道（14）和所述过滤装置（16）之后的氮气经过氮气回收阀门（203）再次进入所述制氮机（2）中循环利用，而其它气体经第一排气阀门（204）排出；所述空气循环回路，包括第二空气阀门（102）、第一增压机阀门（401）和第二排气阀门（1701）开启，其它所有阀门关闭，此时，所述地面空气压缩机（1）直接将空气经过所述气体输送立管（8）、所述钻杆（10）、所述防喷器（11）和所述钻头（12）注入钻场，空气携带岩屑返出依次经过所述降尘排屑管道（14）、所述过滤装置（16）和第二排气阀门（1701）后进入所述自动点火装置（17），燃烧掉可燃气体后排出；所述状态接收及远程控制台（18）接收所述原位监测模块（13）和所述温度传感器分别传回的钻井数据和钻场温度信息；所述气路阀门控制氮气进入和空气进入钻场的气路；所述钻头（12），为专有激光钻进钻头；所述激光钻进钻头开有气体通道，循环气体经由所述气体输送立管（8）、所述钻杆（10）和所述气体通道进入钻场并携带岩屑，然后从环空回到地面进入所述气体回收处理装置中；空气或氮气经所述增压机（4）后成为高压气流；高压气流可通过所述设备卸压管（6）进行卸压，用于防止因气压太高而造成的气路损坏；所述气体供应装置，用于提供氮气和空气；所述气体传输装置，用于提供气体循环回路；所述气体回收处理装置，用于回收处理气体；所述检测装置，用于检测钻井数据及气体浓度；所述控制装置，用于控制所述气体循环回路的切换；双气循环供气原理包括以下步骤：S101：所述控制装置打开氮气循环，关闭地面空气压缩机（1），以关闭空气循环；同时控制所述制氮机工作，产生氮气，通过所述氮气循环注入钻场；S102：所述检测装置实时传回所述钻井数据和所述钻场温度信息数据，判断钻头钻进深度是否小于预设的安全钻进深度且钻场可燃气体浓度小于预设值，若是，则控制装置关闭制氮机以及氮气循环，开启地面空气压缩机（1），以开启空气循环，使空气通过空气循环注入钻井中并携岩返出；并跳转到步骤S103；若否，则所述控制装置关闭空气循环并开启所述制氮机，以开启氮气循环，向钻场中注入非助燃气体氮气保护钻进过程，并再次执行步骤S102；S103：循环气体携带岩屑从环空返出后直接依次进入所述降尘排屑管道、所述过滤装置和所述自动点火装置，并将回收的氮气循环利用。

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