本发明属于煤矿井下气动定向钻进，涉及一种井下筛管下放方法，具体是一种煤矿井下碎软煤层多分支气动定向孔筛管下放装置及方法。
背景技术：
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，由于碎软煤层中钻进成孔困难使得钻孔抽采高效治理瓦斯成为制约碎软煤层矿井安全高效生产的一大难题，存在瓦斯治理工程钻掘量大、成本高、周期长、效率低等突出问题。近年来，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，平均成孔深度不断提升，典型矿区碎软煤层中深度300m以上定向钻孔的成孔率达到了75％以上，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，利用顺层钻孔抽采治理碎软煤层瓦斯具有特殊性，主要表现为碎软煤层的整体性差、煤体机械强度低，顺层定向孔在裸孔状态下抽采存在易发生孔壁坍塌、堵塞瓦斯流动通道的问题，进而影响抽采效果和钻孔利用率，形成抽采‘盲区’，为此，下护孔筛管是保障碎软煤层中顺层钻孔抽采通道畅通的有效方法。
3、目前，碎软煤层定向孔护孔筛管普遍是在钻进施工结束、退钻终孔后以推送方式在主孔中下入有机材质护孔筛管，分支孔则处于裸孔状态。在气动定向钻进技术成孔率不能达到100％、钻场开孔数量受限的情况下，为实现平面范围内瓦斯“无盲区”抽采往往采取施工长分支孔的方式进行区域全覆盖，进而涉及多分支定向孔护孔问题。此外，随着气动定向钻进成孔能力的提升、最大成孔深度纪录已超过600m，平均成孔深度不断增加，现有针对碎软煤层气动定向钻孔的下筛管方法多采用机械力或流体动力以“推送”方式下放筛管，有机材质的筛管在轴向推力作用下易发生弯曲变形、与下管钻杆内壁形成多支点、多方位、多姿态接触，导致筛管下滑摩阻力大、推送下管困难，且下管能力、效率和成功率等随钻孔深度增加而显著降低，在气动定向长钻孔中推送下放护孔筛管的难度越来越大。碎软煤层定向孔长分支中下放的筛管长度不固定，直接推送困难，目前尚缺少适应碎软煤层多分支气动定向钻孔高效下放护孔筛管的方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下碎软煤层多分支气动定向孔筛管下放装置及方法，以解决现有技术中长分支孔利用率不高和筛管下放过程中易发生弯曲变形以及下放阻力大的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
3、一种碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，包括孔底锚定机构，所述孔底锚定机构包括外管，所述外管的轴向前端插接有一级锚定组件，位于所述外管内的一级锚定组件的轴向后端依次连接有脱卡组件、二级锚定组件、活塞套、柔索和筛管连接头，所述外管的轴向后端设置有限位接头；
4、所述一级锚定组件包括本体，所述本体包括沿轴向依次的锥体、台阶式圆柱台和圆筒，所述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，所述锚爪通槽的一侧设置有固定销，所述固定销的一端可转动套设有锚爪，所述固定销的另一端套设有v形弹性件，所述v形弹性件的一侧与锚爪通槽底部内部贴紧，所述v形弹性件的另一侧固定在所述锚爪的侧壁上；
5、所述圆筒轴向中部的侧壁上设置有一对对称分布的第一条形锁孔，所述圆筒轴向后端的侧壁上设置有一对对称分布的锁孔，所述锁孔内可转动设置有横销，所述横销上套设有v型弹性架，所述v型弹性架的两端分别设置有一个圆柱锁销，两个所述圆柱锁销分别伸入所述第一条形锁孔和设置在所述外管上的外管锁孔中；所述圆筒的轴向后端的内壁上对称设置有一对限位槽；
6、所述脱卡组件包括相连的u型开口件和连接柱，所述u型开口件的两侧分别固定有一个条形孔连接板，所述条形孔连接板的条形孔中设置所述横销；所述u型开口件的顶部和底部对称设置有一对弹簧导杆，所述弹簧导杆上套设有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧设置于所述限位槽中；
7、所述活塞套包括相连且同轴设置的中心连杆与活塞套，所述中心连杆的轴向前端与所述连接柱的轴向后端相连；所述活塞套包括相连的活塞段和储存腔段，所述活塞段的轴向前端设置有端盖，所述端盖上开设有一对对称的圆弧孔，所述铰接滑套穿过所述圆弧孔位于所述存储腔段中，所述端盖上设置有多个第二铰接块，所述第二铰接块通过第二连杆与所述支撑翼板的另一端连接；
8、所述二级锚定组件包括套设在所述中心连杆上铰接滑套，所述铰接滑套的周向上均匀设置有多个支撑翼板，多个所述支撑翼板的一端均通过第一连杆铰接在铰接滑套上，所述支撑翼板的另一端均通过第二连杆铰接在活塞套上；
9、所述存储腔段的腔中设置所述柔索；所述柔索的一端与铰接滑套连接，所述柔索另一端与所述筛管连接头连接。
10、本发明还包括以下技术特征：
11、所述支撑翼板的内侧的两端分别设置有一个第一铰接块，两个所述第一铰接块中均设置有销轴，两个所述销轴分别与第一连杆和第二连杆相连。
12、两个所述第一铰接块上分别设置有一号弹片和二号弹片，所述一号弹片和二号弹片的末端分别与所述第一连杆和第二连杆相连。
13、所述支撑翼板外壁为圆弧面，其上布设有多个球窝。
14、所述连接板通过螺栓固定在u型开口件的两侧。
15、所述活塞段的外侧壁上布设有螺旋槽。
16、所述铰接滑套包括壳体，所述壳体的轴向前端的侧壁上设置有多个第三铰接块，所述壳体的轴向后端设置有一对对称设置的牵拉臂，所述牵拉臂上设置有一对对称的挂接孔。
17、所述存储腔段的侧壁开设有条形通孔。
18、所述端盖的周向上设置有限位凸环。
19、所述端盖的端面的中心处设置有中心连接孔，所述中心连接孔中设置所述中心连杆的轴向后端。
20、一种煤矿井下碎软煤层多分支定向孔护孔筛管下放方法，基于所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，具体包括以下步骤：
21、步骤1，设定钻孔的数量，在定向钻场内开孔下入封孔管；
22、所述钻孔包括一个主孔和至少一个长分支孔；
23、步骤2，定向钻进；
24、利用随钻测量定向钻具组合采用气动定向钻进工艺和“前进”开分支方式，从封孔管中施工一个长分支孔至预定深度；
25、步骤3，退钻定位；
26、退出该长分支孔内的随钻测量定向钻具组合，通过分析实钻轨变化情况选定实钻轨迹倾角和方位角增大的孔段作为开分支位置，根据所述开分支位置与该长分支孔的孔底之间距离计算得到该长分支孔的下管长度；
27、步骤4，‘定长’下管；
28、在所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置的筛管连接头上连接第一段筛管，通过限位接头在筛管连接头的末端连接第一根下管钻杆，使第一段筛管储放在第一根所述下管钻杆的中心孔内；
29、将所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置下入长分支孔内，在孔内的第一段下管钻杆和第一段筛管上同步加接新的下管钻杆和筛管，并由钻机逐根推入孔内，直至筛管长度达到步骤得到的下管长度，形成‘定长’筛管串，停止加接筛管；
30、步骤5，推送筛管；
31、在孔内的下管钻杆上继续加接下管钻杆，并由钻机逐根推入孔内，直至孔底锚定装机构到达该长分支孔的第一预设位置；
32、所述第一预设位置距离孔底8m～10m。
33、步骤6，孔底锚定；
34、在长分支孔的下管钻杆上连接送风器，通过送风器向下管钻杆的中心孔内注入压缩气体，压缩气体到达孔底后作用在活塞套上，孔口气压达到0.5mpa～0.8mpa后，活塞套推动外管内的所有组件向孔底移动，压缩螺旋弹簧，u型开口件向本体后端的靠近圆筒底部的方向移动，使v形弹性件收拢、圆柱锁销从外管上的外管锁孔内退出，一级锚地组件与外管解卡脱开；
35、压缩气体继续驱动活塞套将外管腔内的组件推入钻孔内，直至活塞套脱离外管，此时该长分支孔的孔口气压将出现骤降，停止注气，卸下送风器；一级锚定组件上的锚爪在v形弹性件作用下张开并嵌入孔壁碎软煤层内，实现初级锚定；二级锚定组件的支撑翼板在一号弹片和二号弹片作用下沿径向展开，在封孔管外回拉下管钻杆，筛管串与下管钻杆之间的摩擦力通过筛管连接头和柔索传递给铰接滑套，使铰接滑套与中心连杆相对运动，进而通过第一连杆将支撑翼板推到孔壁上，实现二次锚定；
36、步骤7，退钻留管；
37、在封孔管外利用钻机连续回拉、逐根卸下下管钻杆，将‘定长’筛管串留置在该长分支孔内；
38、步骤8，侧钻钻进；
39、将随钻测量定向钻具组合下入至步骤3中选定的开分支位置处，执行滑动侧钻分支、继续定向钻进作业，得到分支；
40、步骤9，判断该分支是否是主孔，是则进行步骤10，否则返回步骤2；
41、步骤10，退钻终孔；
42、退出孔内的随钻测量定向钻具组合，结束气动定向钻进施工；
43、步骤11，‘全长’下管；
44、在所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置的筛管连接头上连接第一段筛管，通过限位接头在筛管连接头的末端连接第一根下管钻杆，使第一段筛管储放在第一根所述下管钻杆的中心孔内；
45、将所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置下入主孔内，在孔内的第一段下管钻杆和第一段筛管上同步加接新的下管钻杆和筛管，并由钻机逐根推入孔内，直至孔底锚定装机构到达主孔的第二预设位置，形成‘全长’筛管串，停止加接；
46、所述第二预设位置距离孔底8m～10m；
47、步骤12，孔底锚定；
48、在主孔的下管钻杆上连接送风器，通过送风器向下管钻杆的中心孔内注入压缩气体，压缩气体到达孔底后作用在活塞套上，孔口气压达到0.5mpa～0.8mpa后，活塞套推动外管内的所有组件向孔底移动，压缩螺旋弹簧，u型开口件向本体后端的靠近圆筒底部的方向移动，使v形弹性件收拢、圆柱锁销从外管上的外管锁孔内退出，一级锚地组件与外管解卡脱开；
49、压缩气体继续驱动活塞套将外管腔内的组件推入钻孔内，直至活塞套脱离外管，此时该长分支孔的孔口气压将出现骤降，停止注气，卸下送风器；一级锚定组件上的锚爪在v形弹性件作用下张开并嵌入孔壁碎软煤层内，实现初级锚定；二级锚定组件的支撑翼板在一号弹片和二号弹片作用下沿径向展开，在封孔管外回拉下管钻杆，筛管串与下管钻杆之间的摩擦力通过筛管连接头和柔索传递给铰接滑套，使铰接滑套与中心连杆相对运动，进而通过第一连杆将支撑翼板推到孔壁上，实现二次锚定；
50、步骤13，退钻留管；
51、在封孔管外利用钻机连续回拉、逐根卸下下管钻杆，将‘全长’筛管串留置在主孔内；
52、步骤14，连管抽采；
53、在封孔管上依次连接抽采管和负压管道，开始进行抽采；
54、本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
55、(ⅰ)采用本发明方法能够实现碎软煤层中多分支定向孔的主孔与长分支孔均下筛管护孔、发挥同等作用，通过在孔底构建受力点、锚拉筛管串，将钻杆中心孔内的筛管串以被动“拉出”方式留置在钻孔内，即将‘定长’筛管下入长分支内，终孔后将‘全长’筛管下入主孔内，保证了带长分支定向孔的主抽采通道畅通，实现‘无盲区’高效抽采，解决了现有技术中长分支孔利用率不高的技术问题。
56、(ⅱ)碎软煤层带长分支定向孔的单个分支孔钻进施工完毕后即进行局部下筛管护孔作业，下管成功率可达98％以上；长分支孔内的筛管由钻杆推送至孔底，筛管内衬在孔内钻杆柱前段、与钻杆同步连接，下入筛管长度可根据分支孔长度精确控制，能够实现长分支孔全孔段护孔，通过在孔底构建受力点、锚拉筛管串，将钻杆中心孔内的筛管串以被动“拉出”方式留置在钻孔内，即将‘定长’筛管下入长分支内，终孔后将‘全长’筛管下入主孔内，保证了带长分支定向孔的主抽采通道畅通，实现‘无盲区’高效抽采。
57、(ⅲ)本发明的方法中将筛管随钻杆一起下放至孔底，利用压缩气体触发孔底锚定装置作用实现孔底锚定，随后退出钻杆过程中筛管串被以相对‘拉出’方式留置在孔内，下管效率较机械推送、流体冲送等方式可提高30％以上，利用孔底锚定短接以相对‘拉出’方式将筛管留置在孔内，解决了现有技术中筛管下放过程中易发生弯曲变形以及下放阻力大的技术问题。
58、(iv)本发明中的孔底锚定机构中设置一级锚定组件和二级锚定组件，两级锚定组件使得锚定更加可靠；其中，二级锚定机构可通过调节第一连杆和第二连杆的长度调整结构的张开支撑范围，能够适应不同工况的碎软煤层钻孔锚定，且不需要采用辅助的人力推送或机械推送动力装置，下管系统较简单。
59、图1是本发明带分支定向孔下管方法的步骤流程图。
60、图2是本发明的带分支气动定向钻孔下筛管护孔效果图；
61、图3是本发明下筛管工具的系统组成示意图；
62、图4是一级锚定组件结构示意图；
63、图5是脱卡组件结构示意图；
64、图6是二级锚定组件结构示意图；
65、图7是支撑翼板连接结构示意图；
66、图8是活塞套结构示意图；
67、图9是铰接滑套结构示意图；
68、图10是本发明下筛管工具中孔底锚定装置结构图；
69、图11是本发明带分支定向孔下管方法的原理示意图；
70、图中各个标号的含义为：1-定向钻场，2-封孔管，3-抽采管，4-负压管道，5-‘全长’筛管串，6-主孔，7-长分支孔，8-‘定长’筛管串，9-孔底锚定装置，10-下管钻杆，11-送风器，12-碎软煤层；
71、901-一级锚定组件，902-脱卡组件，903-二级锚定组件，904-外管，905-活塞套，906-柔索，907-筛管连接头，908-限位接头。
72、90101-本体，90102-锚爪通槽，90103-固定销，90104-锚爪，90105-v形弹性件，90106-第一条形锁孔，90107-横销，90108-v型弹性架，90109)圆柱锁销，901010-限位槽，901011-锁孔；
73、9010101-锥体，9010102-台阶式圆柱台，9010103-圆筒；
74、9021-u型开口件，9022-条形孔连接板，9023-螺旋弹簧，9024-连接柱，9025-螺栓，9026-弹簧导杆，90201-条形槽。
75、9031-支撑翼板，9032-第一连杆，9033-第二连杆，9034-铰接滑套，9035-一号弹片，9036-二号弹片，9037-第一铰接块，9038-销轴，90311-球窝；
76、90341-第三铰接块，90342-牵拉臂，90344-挂接孔；
77、9041-外管锁孔；
78、9051-活塞套，9052-中心连杆，90511-圆弧孔，90512-条形通孔，90513-端盖，90514-第二铰接块，90515-中心连接孔，90516-限位凸台，90517-活塞段，90518-螺旋槽，90519-储存腔段。
79、以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
1.一种碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，包括孔底锚定机构9，所述孔底锚定机构(9)包括外管(904)，所述外管(904)的轴向前端插接有一级锚定组件(901)，位于所述外管(904)内的一级锚定组件(901)的轴向后端依次连接有脱卡组件(902)、二级锚定组件(903)、活塞套(905)、柔索(906)和筛管连接头(907)，所述外管(904)的轴向后端设置有限位接头908；
2.如权利要求1所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述支撑翼板(9031)的内侧的两端分别设置有一个第一铰接块(9037)，两个所述第一铰接块(9037)中均设置有销轴(9038)，两个所述销轴(9038)分别与第一连杆(9032)和第二连杆(9033)相连。
3.如权利要求2所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，两个所述第一铰接块(9037)上分别设置有一号弹片(9035)和二号弹片(9036)，所述一号弹片(9035)和二号弹片(9036)的末端分别与所述第一连杆(9032)和第二连杆(9033)相连。
4.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述支撑翼板(9031)外壁为圆弧面，其上布设有多个球窝(90311)。
5.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述连接板(9022)通过螺栓(9025)固定在u型开口件(9021)的两侧。
6.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述活塞段(90517)的外侧壁上布设有螺旋槽(90518)。
7.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述铰接滑套(9034)包括壳体，所述壳体的轴向前端的侧壁上设置有多个第三铰接块(90341)，所述壳体的轴向后端设置有一对对称设置的牵拉臂(90342)，所述牵拉臂(90342)上设置有一对对称的挂接孔(90344)。
8.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述存储腔段(90519)的侧壁开设有条形通孔(90512)。
9.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述端盖(90513)的周向上设置有限位凸环(90516)。
10.如权利要求3所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，其特征在于，所述端盖(90513)的端面的中心处设置有中心连接孔(90515)，所述中心连接孔(90515)中设置所述中心连杆(9052)的轴向后端。
11.一种煤矿井下碎软煤层多分支定向孔护孔筛管下放方法，其特征在于，基于权利要求3～10任一项所述碎软煤层带分支定向孔的下筛管装置，具体包括以下步骤：
