随着我国煤炭高产高效技术的推广和应用,对瓦斯抽放量和抽放效率提出了更高的要求。目前瓦斯抽采一般采用专用巷道和穿层密集钻孔相结合的综合瓦斯抽放技术,虽然能够增加瓦斯的抽放量,提高瓦斯抽放效率,但其钻掘工作量大、工作面准备时间长、采掘成本较高,不能适应高产高效综采技术的要求。如何在顺煤层中进行定向钻孔的施工,保证钻孔按预期的设计轨迹进行钻进,提高成孔深度和成孔率,对强化顺煤层瓦斯抽放,保证煤层的安全开采具有重要的意义。由于我国煤层赋存条件复杂,瓦斯含量大、地应力高、构造破坏严重、厚度变化剧烈,并有大量的突出危险煤层,尤其是地应力高的区域,钻孔施工非常困难,存在垮孔卡钻、成孔率低、成孔深度小等施工难题。因此,研发适合我国煤矿使用的近水平千米定向钻机具有重要意义。　　论文在国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”的子课题“井下孔底马达钻孔钻进技术与装备”(2008ZX05041-002)的资助下,对煤矿井下近水平千米定向钻进全液压钻机关键技术开展研究。论文主要研究内容如下:　　①近水平定向全液压钻机方案研究。近水平千米定向钻机高集成度方案研究及各功能部件方案设计,包括动力源组件、各个执行机构组件、控制机构组件、水路系统组件和油箱组件等附件。　　②钻机液压系统动态性能仿真。根据钻机液压系统和功能,建立负载敏感泵、PVG32负载敏感多路阀控制给进油缸、低压操作控制阀、PVG100负载敏感多路阀控制马达的数学模型,对钻机给进液压回路和旋转液压回路进行动态仿真分析,得出钻机液压系统具有良好的节能、过载保护功能和动态特性。　　③钻机动力头传动系统动态特性研究。开展新型胶套式全液压动力头及胶套液压卡盘的设计,基于弹性力学和接触力学理论,对煤矿瓦斯抽放水平定向长钻孔千米钻机动力头的聚晶金刚石复合片钻头压入切削岩石时的接触特性进行分析,得到钻机在实际运行过程中的负载等外部激励;综合考虑钻机动力头齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、传递误差等引起的内部激励,滚动轴承的支撑刚度以及轴的扭转刚度,采用集中参数法建立钻机动力头齿轮传动系统的耦合动力学模型,得到钻机动力头切削对象时各个齿轮构件和轴承构件的振动速度响应、振动位移响应以及动态啮合力等动态性能参数,对其动态特性进行分析。　　④钻机随钻测量系统的研究。根据随钻测量系统的原理,研制适合我国煤矿井下使用的测量探管,研发具有自主知识产权的测试软件,并对试制样品进行探管耐水压试验、探管标定检验和测量装置性能试验,验证设计的有效性和产品功能的可靠性。　　⑤钻机性能实验和煤矿井下工业性试验。为了验证理论分析及设计的有效性,在煤矿安全技术国家工程研究中心对近水平千米定向钻机进行性能检验,进行地面模拟钻孔试验,验证了钻机各项性能参数达到设计要求,推进力控制系统和推进速度控制系统可靠。为了验证钻机的液压系统、胶套式动力头以及随钻测量系统是否能适应煤矿井下恶劣多变的复杂工况,在山西阳泉煤业集团寺家庄矿进行了煤矿井下工业性试验,验证了定向钻机钻孔施工的稳定性。