1.一種煤層氣水平開采孔激光定向鉆進鉆具，其特征在于：包括激光發射頭及其偏轉控制
部件、偏轉執行部件和電路部分；
所述的激光發射頭采用HIGHYAG系列產品中的LLK-HP型號；
所述的激光發射頭偏轉控制部件包含鉆桿管接頭、過渡管接頭、控制部分連接件C、軸承蓋
A、光纖環A、軸承連接內環CA、電池盒、電路板支承座、軸承連接內環BB和集流環，
所述的鉆桿管接頭與鉆桿用螺紋連接，鉆桿管接頭與過渡管接頭、外殼連接環E、外殼A、
外殼連接環A、外殼B、外殼連接環B及外殼C采用螺紋順序連接；所述的控制部分連接
件C與軸承連接內環CA、控制部分底盤A、控制部分旋轉環、控制部分底盤B、軸承連接
外環BB、集流環固定連接件、控制部分連接件A和軸承連接內環CB也采用螺紋順序連
接；所述的軸承蓋A固定于控制部分連接件C上，軸承蓋A中安裝有光纖環A，且用O型
圈密封；所述的光纖環A固定住光纖，控制部分連接件C與光纖環A采用軸承BA連接，
孔用軸承擋圈A安裝在控制部分連接件C中，固定住光纖環A；所述的軸承連接內環CA
與外殼連接環A用軸承CA連接；所述的電池盒固定于控制部分底盤A與控制部分底盤B
之間，偏重塊固定于控制部分旋轉環上；所述的電路板支承座固定于控制部分底盤A與控
制部分底盤B之間，電路板支承座固定在電路板上，電路板支柱安裝在電路板支承座與電
路板之間；所述的軸承連接內環BB將光纖固定，軸承連接內環BB與軸承連接外環BB用
軸承BB連接，孔用軸承擋圈B與孔用軸承擋圈C安裝于軸承連接外環BB中，用于固定軸
承BB；所述的集流環安裝于集流環固定連接件中，集流環用圓錐銷固定，軸承連接內環
CB與外殼連接環B用軸承CB連接,密封環A安裝于外殼連接環B與外殼連接環C之間；
所述的激光發射頭偏轉執行部件包含所述外殼連接環C、外殼D、內齒輪、步進電機和光纖
連接頭固定件，所述的外殼連接環C與外殼D、外殼連接環D和鉆頭頂環螺紋順序連接，
所述的內齒輪、內齒輪連接件、軸承連接外環CC、步進電機連接底盤B、激光器部分旋轉
環和軸承連接內環CC也采用螺紋順序連接；所述的步進電機設有步進電機A和步進電機
B，步進電機A用螺釘固定于軸承連接內環CB上，步進電機A與齒輪軸用聯軸器A連
接，齒輪軸與內齒輪嚙合傳動，軸承連接外環CC與外殼連接環C用軸承CC連接，集流環
同步連接件固定于內齒輪連接件上，并與集流環連接，以保證集流環轉子與內齒輪同步轉
動，鉆頭頂部密封環安裝在外殼連接環D與鉆頭頂環之間；步進電機B固定于步進電機連
接底盤B上，步進電機B與凸輪軸用聯軸器B連接；所述的光纖連接頭固定件設有光纖連
接頭固定件A、光纖連接頭固定件B、光纖連接頭固定件C和光纖連接頭固定件D，其中光
纖連接頭固定件A與光纖連接頭固定件B固定于激光發射頭的一端，活動桿固定于光纖連
接頭固定件B上，并插入到凸輪軸的槽中，密封環B安裝于步進電機連接底盤B與外殼連
接環D之間，外殼連接環D與軸承連接內環CC用軸承CD連接；所述的光纖連接頭固定
件D固定在激光發射頭的另一端，光纖連接頭固定件D與旋轉小軸用軸承A連接，旋轉小
軸安裝于光纖連接頭固定件C中，軸端蓋固定于光纖連接頭固定件C上，軸承蓋B固定于
光纖連接頭固定件D上，光纖連接頭固定件C固定于激光器部分旋轉環上；
所述的電路部分安裝在電路板上，包括控制電路、鉆具狀態檢測電路、鉆進深度信號接收電
路、步進電機驅動電路、電量檢測電路和電源穩壓電路。
2.根據權利要求1所述的一種煤層氣水平開采孔激光定向鉆進鉆具，其特征在于：所述的
步進電機A選擇型號35BY48B04四相步進電機；步進電機B選擇型號42BY48HJ75四相減
速步進電機。
3.根據權利要求1所述的一種煤層氣水平開采孔激光定向鉆進鉆具，其特征在于：所述的
控制電路設有一個微處理器電路，并由微處理器電路分別連接鉆具狀態檢測電路、鉆進深度
信號接收電路、步進電機驅動電路、電量檢測電路和電源穩壓電路；
所述的微處理器電路中采用了MSP430F149單片機，還設置了開關S1、振蕩器Y1和振蕩器
Y2，其中開關S1為復位鍵，MSP430F149中的低速時鐘是由LFXT1振蕩器Y1構成，工作
模式是32768Hz低頻模式，Y1通過微處理器XIN和XOUT兩個引腳與微處理器連接，高
速時鐘是由XT2振蕩器Y2構成，工作頻率8MHz，通過XT2IN和XT2OUT引腳與微處理
器連接；
所述的鉆具狀態檢測電路設有ZCC212N-TTL電子羅盤和SCA60C傾角傳感器，鉆具狀態檢
測電路用于檢測鉆頭傾角和方位角；
所述的鉆進深度信號接收電路設有MAX3232芯片，MAX3232芯片的第10引腳T2IN、第9
引腳R2OUT分別與微處理器的第32引腳P3.4、第33引腳P3.5連接，其作為串口接收電
路，將地面上的收集到的鉆進深度信號接收到微處理器中進行處理；
所述的步進電機驅動電路通過兩個相同的驅動電路分別驅動兩個步進電機，電路采用
TLP521-4和L298N芯片；
所述的電量檢測電路設有LM339芯片，用于檢測電源電量；
所述的電源穩壓電路采用芯片7805和芯片1117將電壓穩壓成3.3V，采用芯片7812和芯片
7805將電壓分別穩壓在12V和5V。
4.一種應用權利要求1所述的煤層氣水平開采孔激光定向鉆進鉆具的鉆進方法，其特征在
于：具體操作步驟如下：
⑴準備好所述的煤層氣水平開采孔激光定向鉆進鉆具，同時準備好與鉆具配套的鉆桿，所述
的鉆桿是在鉆桿外殼上每隔5m設有一增厚鐵環；
⑵將鉆具下放到煤巖需要鉆井的位置，開始鉆進時，開啟輔助氣流泵，邊鉆進邊讓輔助氣流
將巖屑帶走；
⑶鉆進時由深度信號接收電路通過HMC1021Z型磁阻傳感器，檢測在鉆桿外殼每隔5m設
有的增厚鐵環的磁阻，判斷是否已鉆進5m，計算鉆進深度，當磁阻信號檢測到之后，通過
連接在地面上硬件電路處理信號，信號由232-485轉換器輸出，經鉆桿內部，再由485-232
轉換器，輸出到鉆頭頂部處鉆具內的硬件電路上；每鉆進5m深度，微處理器接收到鉆具底
部的觸發脈沖信號時，提示鉆進深度增加5m；同時微處理器控制電子羅盤和傾角傳感器收
集方位角、傾斜角信號進行處理，判斷是否與設定的值一致；
⑷當微處理器監測到鉆進實際軌跡與設定軌跡不一致時，微處理器調整步進電機A，內齒輪
旋轉，帶動整個激光發射頭旋轉，到達指定位置，然后，微處理器調整步進電機B，凸輪旋
轉，帶動激光發射頭偏轉，到達指定位置，一直到鉆頭偏轉完成；
⑸完成鉆頭偏轉后，微處理器調整步進電機B，凸輪旋轉到初始位置，然后，微處理器再調
整步進電機A，內齒輪旋轉到初始位置，等待實際軌跡和預定軌跡不一致的信號出現，如此
循環調整，直到鉆進結束。
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