專利名稱:用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，包括封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿、螺旋導(dǎo)渣鉆頭，螺旋導(dǎo)渣鉆頭安裝在封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿的前端，本實(shí)用新型主要應(yīng)用于軟弱、破碎煤巖層鉆探工程。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎，通過螺旋葉片結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，使其具有護(hù)孔功能，鉆屑在受保護(hù)空間內(nèi)運(yùn)移，免受鉆孔變形、塌孔的影響，同時(shí)，螺旋護(hù)孔葉片固定在鉆桿體上，使螺旋葉片形成的護(hù)孔空間與排渣通道融為一體，克服了常規(guī)套管鉆具鉆進(jìn)工藝復(fù)雜、鉆進(jìn)阻力大、排渣效率低等問題。
【專利說明】用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤礦井下軟弱、破碎煤巖層鉆探工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆孔施工是井下瓦斯抽采的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于松軟、破碎、復(fù)合應(yīng)力耦合的難鉆低滲煤層，受地應(yīng)力、瓦斯壓力、構(gòu)造應(yīng)力及鉆桿擾動(dòng)等因素影響，鉆孔變形量大，鉆孔易失穩(wěn)破壞，鉆孔容易發(fā)生堵塞，鉆孔堵塞段區(qū)域形成的摩擦阻力將影響鉆桿的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，最終導(dǎo)致鉆孔施工無法進(jìn)行。解決松軟、破碎煤巖層的鉆進(jìn)問題，應(yīng)從護(hù)孔和降低鉆進(jìn)阻力兩方面著手，目前，常規(guī)的套管鉆具，配套鉆具分為外管、內(nèi)管、小口徑管，當(dāng)外管被卡死后，內(nèi)管作為外管使用，內(nèi)管中再插入小口徑管繼續(xù)分段鉆進(jìn)，實(shí)踐表明，應(yīng)用該鉆具施工，多數(shù)鉆孔深度僅50?100m，且該鉆機(jī)配套設(shè)備龐大，需要較大鉆場(chǎng)，難以適應(yīng)井下條件，鉆進(jìn)工藝相對(duì)復(fù)雜，鉆進(jìn)效率偏低，未進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，為了解決松軟、破碎煤巖層的鉆進(jìn)難題，應(yīng)開發(fā)一種新型的護(hù)孔鉆具及其施工工藝。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，通過螺旋葉片結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，使其具有護(hù)孔功能，鉆肩在受保護(hù)空間內(nèi)運(yùn)移，免受鉆孔變形、塌孔的影響，克服了常規(guī)套管鉆具鉆進(jìn)阻力大、排渣效率低等問題，提供一種護(hù)孔效果好、有利于改善軟煤巖鉆進(jìn)效果的用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，包括封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿、螺旋導(dǎo)渣鉆頭，所述螺旋導(dǎo)渣鉆頭安裝在封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿的前端。
[0005]所述封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿由封閉式螺旋護(hù)孔葉片、多棱鉆桿體組成。
[0006]所述封閉式螺旋護(hù)孔葉片由螺旋葉頂、螺旋葉柄組成，螺旋葉頂寬度大于螺旋葉柄寬度，螺旋葉頂和螺旋葉柄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為無孔或有孔兩種結(jié)構(gòu)方式，螺旋葉頂連接起來，形成封閉護(hù)孔空間，螺旋葉柄之間形成排渣空間，且螺旋葉柄設(shè)有凹槽。
[0007]所述多棱鉆桿體由鉆桿體、直線凸棱條組成，直線凸棱條固定于鉆桿體表面，并與螺旋葉柄凹槽相配合，鉆桿體由凹接頭、凸接頭、圓桿體組成，凹接頭、凸接頭固定于圓桿體兩端，多棱鉆桿體連接起來，其內(nèi)腔形成流體通道。
[0008]所述螺旋導(dǎo)渣鉆頭由芯桿、導(dǎo)渣螺旋葉片組成。芯桿一端設(shè)有芯桿接頭，另一端設(shè)置錐面結(jié)構(gòu)，芯桿接頭與封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿連接，導(dǎo)渣螺旋葉片固定在芯桿上，其葉片最大外圓直徑大于封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿直徑，葉片最大外圓切線形成弧形過渡趨勢(shì)。
[0009]用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，包括以下步驟:
[0010]①.測(cè)試施工地點(diǎn)煤層鉆肩量指標(biāo)，確定排渣方法，對(duì)施工地點(diǎn)打直徑42mm鉆孔，當(dāng)鉆肩量3 < 6 kg/m時(shí)，不需通風(fēng)輔助排渣，封閉式螺旋護(hù)孔葉片的螺旋葉柄無需設(shè)置孔結(jié)構(gòu)；當(dāng)鉆肩量s ^ 6 kg/m時(shí)，鉆桿尾部需連接供風(fēng)管，實(shí)施通風(fēng)輔助排渣，封閉式螺旋護(hù)孔葉片的螺旋葉柄需設(shè)置孔結(jié)構(gòu)；
[0011]②.完成鉆機(jī)、封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿、螺旋導(dǎo)渣鉆頭、孔口放渣裝置安裝與連接，鉆機(jī)上需安裝I根圓鉆桿，該圓鉆桿前端連接封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿，螺旋導(dǎo)渣鉆頭安裝在封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿的前端；
[0012]③.啟動(dòng)鉆機(jī)，鉆機(jī)夾持圓鉆桿，將動(dòng)力傳遞給封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿，并帶動(dòng)螺旋導(dǎo)渣鉆頭破煤鉆進(jìn)，鉆頭破煤形成的鉆肩由螺旋導(dǎo)渣鉆頭芯桿上的導(dǎo)渣螺旋葉片排入封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿的螺旋排渣空間內(nèi)，依靠螺旋葉片的摩擦力或結(jié)合風(fēng)力輔助將鉆肩向外排出，鉆肩進(jìn)入孔口放渣裝置，實(shí)現(xiàn)降塵；
[0013]④.鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將孔內(nèi)的封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿退出，準(zhǔn)備下一個(gè)鉆孔施工。
[0014]采用上述技術(shù)方案，通過螺旋葉片結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，封閉式螺旋護(hù)孔葉片螺旋葉頂之間相連形成封閉的螺旋排渣空間，使其具有護(hù)孔功能，鉆肩在受保護(hù)空間內(nèi)運(yùn)移，免受鉆孔變形、塌孔的影響，同時(shí)，由于螺旋葉頂、螺旋葉柄相連，且螺旋葉柄固定在多棱鉆桿體上，使護(hù)孔空間與排渣通道融為一體，該鉆具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，克服了常規(guī)套管鉆具裝備龐大、工藝繁瑣、鉆進(jìn)阻力大、排渣效率低等問題。對(duì)于極為軟弱的煤巖體鉆孔施工，鉆孔變形量大，鉆肩量高，鉆進(jìn)阻力大，排渣效率低，該條件下，可在封閉式螺旋護(hù)孔葉片的螺旋葉柄設(shè)置孔結(jié)，實(shí)施通風(fēng)輔助排渣，提高排渣效率，此外，可在封閉式螺旋護(hù)孔葉片螺旋葉頂上設(shè)置孔結(jié)構(gòu)，從而降低鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力?？梢?，本實(shí)用新型用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，針對(duì)煤礦井下軟弱、破碎煤巖層鉆探工程存在的技術(shù)難題，通過鉆具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，針對(duì)不同地質(zhì)條件煤層，形成系列護(hù)孔鉆具，有利于提高軟弱、破碎煤巖鉆孔深度和鉆進(jìn)效率。

【附圖說明】

[0015]圖1是本實(shí)用新型工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型封閉式螺旋護(hù)孔葉片剖視圖；
[0018]圖4是圖3的右視圖；
[0019]圖5是本實(shí)用新型多棱鉆桿體的剖視圖；
[0020]圖6是圖5的右視圖；
[0021]圖7是本實(shí)用新型螺旋導(dǎo)渣鉆頭剖視圖；
[0022]圖8是本實(shí)用新型封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿與螺旋導(dǎo)渣鉆頭連接圖；
[0023]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖10是圖9的右視圖；
[0025]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖12是圖11的右視圖；
[0027]圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例一:如圖1?圖8所示，本實(shí)用新型的用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，包括封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4、螺旋導(dǎo)渣鉆頭5，螺旋導(dǎo)渣鉆頭5安裝在封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4的前端。封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4由封閉式螺旋護(hù)孔葉片9、多棱鉆桿體10組成。封閉式螺旋護(hù)孔葉片9由螺旋葉頂901、螺旋葉柄902組成，螺旋葉頂901寬度大于螺旋葉柄902寬度，螺旋葉頂901和螺旋葉柄902結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為無孔或有孔兩種結(jié)構(gòu)方式，螺旋葉頂901連接起來，形成封閉護(hù)孔空間，螺旋葉柄之間形成排渣空間，且螺旋葉柄設(shè)有凹槽903。多棱鉆桿體10由鉆桿體11、直線凸棱條12組成，直線凸棱條12固定于鉆桿體11表面，并與螺旋葉柄凹槽903相配合，鉆桿體11由凹接頭1101、凸接頭1103、圓桿體1102組成，凹接頭1101、凸接頭1103固定于圓桿體1102兩端，多棱鉆桿體10連接起來，其內(nèi)腔形成流體通道。螺旋導(dǎo)渣鉆頭5由芯桿13、導(dǎo)渣螺旋葉片14組成。芯桿13 —端設(shè)有芯桿接頭1301，另一端設(shè)置錐面結(jié)構(gòu)1302，芯桿接頭1301與封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4連接，導(dǎo)渣螺旋葉片14固定在芯桿13上，其葉片最大外圓直徑大于封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿直徑，葉片最大外圓切線形成弧形過渡趨勢(shì)。
[0030]用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，包括以下步驟:
[0031]①.測(cè)試施工地點(diǎn)煤層鉆肩量指標(biāo)，確定排渣方法。對(duì)施工地點(diǎn)打直徑42mm鉆孔，當(dāng)鉆肩量S < 6 kg/m時(shí)，不需通風(fēng)輔助排渣，封閉式螺旋護(hù)孔葉片9的螺旋葉柄902無需設(shè)置孔結(jié)構(gòu)；當(dāng)鉆肩量S ^ 6 kg/m時(shí)，鉆桿尾部需連接供風(fēng)管，實(shí)施通風(fēng)輔助排渣，封閉式螺旋護(hù)孔葉片9的螺旋葉柄902需設(shè)置孔結(jié)構(gòu)；
[0032]②.完成鉆機(jī)6、封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4、螺旋導(dǎo)渣鉆頭5、孔口放渣裝置7安裝與連接，鉆機(jī)6上需安裝I根圓鉆桿3，該圓鉆桿3前端連接封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4，螺旋導(dǎo)渣鉆頭5安裝在封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4的前端；
[0033]③.啟動(dòng)鉆機(jī)6，鉆機(jī)6夾持圓鉆桿3，將動(dòng)力傳遞給封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4，并帶動(dòng)螺旋導(dǎo)渣鉆頭5破煤鉆進(jìn)，鉆頭破煤形成的鉆肩由螺旋導(dǎo)渣鉆頭5芯桿13上的導(dǎo)渣螺旋葉片14排入封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4的螺旋排渣空間內(nèi)，依靠螺旋葉片的摩擦力或結(jié)合風(fēng)力輔助將鉆肩向外排出，鉆肩進(jìn)入孔口放渣裝置7，實(shí)現(xiàn)降塵；
[0034]④.鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將孔內(nèi)的封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4退出，準(zhǔn)備下一個(gè)鉆孔施工。
[0035]下面介紹一下本實(shí)用新型實(shí)施例一封閉式螺旋護(hù)孔鉆具應(yīng)用原理:
[0036]通過螺旋葉片結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，封閉式螺旋護(hù)孔葉片9螺旋葉頂901之間相連形成封閉的螺旋排渣空間，使其具有護(hù)孔功能，鉆肩在受保護(hù)空間內(nèi)運(yùn)移，免受鉆孔變形、塌孔的影響，同時(shí)，由于螺旋葉頂901、螺旋葉柄902相連，且螺旋葉柄902固定在多棱鉆桿體10上，使護(hù)孔空間與排渣通道融為一體，該鉆具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，克服了常規(guī)套管鉆具裝備龐大、工藝繁瑣、鉆進(jìn)阻力大、排渣效率低等問題。對(duì)于極為軟弱的煤巖體鉆孔施工，鉆孔變形量大，鉆肩量高，鉆進(jìn)阻力大，排渣效率低，該條件下，可在封閉式螺旋護(hù)孔葉片9的螺旋葉柄902設(shè)置孔結(jié)，實(shí)施通風(fēng)輔助排渣，提高排渣效率，此外，可在封閉式螺旋護(hù)孔葉片9的螺旋葉頂901上設(shè)置孔結(jié)構(gòu)，從而降低鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力。
[0037]實(shí)施例二:如圖9、圖10所示，與實(shí)施例一不同的在于，改變了鉆桿接頭的連接方式，插接式凸接頭1105設(shè)計(jì)為六方結(jié)構(gòu)，插接式凹接頭1104上設(shè)置為與插接式凸接頭1105相對(duì)應(yīng)的內(nèi)六方結(jié)構(gòu)，插接式連接，可實(shí)現(xiàn)鉆桿的反轉(zhuǎn)。
[0038]實(shí)施例三:如圖11、圖12所示，與實(shí)施例一不同的在于，在螺旋葉柄902上設(shè)置圓孔結(jié)構(gòu)15，在封閉式螺旋護(hù)孔葉片9的螺旋葉柄902之間形成排渣通道，應(yīng)用該結(jié)構(gòu)鉆桿，膠管I 一端與巷道供風(fēng)管相連，另一端連接鉆尾供風(fēng)器2，實(shí)施通風(fēng)輔助排渣，提高排渣效率。
[0039]實(shí)施例四:如圖13所示，與實(shí)施例一不同的在于，在螺旋葉頂901上設(shè)置圓孔結(jié)構(gòu)16，減小了鉆孔壁與封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿4之間的接觸面積，從而降低鉆桿的鉆進(jìn)及旋轉(zhuǎn)阻力，有利于充分發(fā)揮鉆機(jī)的最大功效。
[0040]實(shí)施例五:如圖14所示，結(jié)合實(shí)施例三、實(shí)施例四，在螺旋葉柄902上設(shè)置圓孔結(jié)構(gòu)15，同時(shí)在螺旋葉頂901上設(shè)置圓孔結(jié)構(gòu)16，能夠同時(shí)發(fā)揮實(shí)施例三、實(shí)施例四兩種結(jié)構(gòu)鉆桿的優(yōu)勢(shì)。
【權(quán)利要求】
1.用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，包括封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿、螺旋導(dǎo)渣鉆頭，其特征在于:所述螺旋導(dǎo)渣鉆頭安裝在封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿的前端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，其特征在于:所述封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿由封閉式螺旋護(hù)孔葉片、多棱鉆桿體組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，其特征在于:所述封閉式螺旋護(hù)孔葉片由螺旋葉頂、螺旋葉柄組成，螺旋葉頂寬度大于螺旋葉柄寬度，螺旋葉頂和螺旋葉柄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為無孔或有孔兩種結(jié)構(gòu)方式，螺旋葉頂連接起來，形成封閉護(hù)孔空間，螺旋葉柄之間形成排渣空間，且螺旋葉柄設(shè)有凹槽。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，其特征在于:所述多棱鉆桿體由鉆桿體、直線凸棱條組成，直線凸棱條固定于鉆桿體表面，并與螺旋葉柄凹槽相配合，鉆桿體由凹接頭、凸接頭、圓桿體組成，凹接頭、凸接頭固定于圓桿體兩端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于松軟煤層鉆進(jìn)封閉式螺旋護(hù)孔鉆具，其特征在于:所述螺旋導(dǎo)渣鉆頭由芯桿、導(dǎo)渣螺旋葉片組成，芯桿一端設(shè)有芯桿接頭，另一端設(shè)置錐面結(jié)構(gòu)，芯桿接頭與封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿連接，導(dǎo)渣螺旋葉片固定在芯桿上，其葉片最大外圓直徑大于封閉式螺旋護(hù)孔鉆桿直徑，葉片最大外圓切線形成弧形過渡趨勢(shì)。
【文檔編號(hào)】E21B17-22GK204266948SQ201420591782
【發(fā)明者】王永龍, 孫玉寧, 王振鋒, 宋維賓, 韋純福 [申請(qǐng)人]河南理工大學(xué)