松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法技术

松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法，包括以下步骤：在煤层巷道的钻孔处安装所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具；钻头前部受力从而顶压内部的压缩弹簧，使伸缩柱向外滑动，达到预定行程后，使空心内排渣可变径钻头的钻孔直径变大并最终保持定值，PVC护孔管渐渐的跟进。水流通过PVC护孔管和空心光面钻杆之间空隙到达钻孔底部或者高压风通过空心光面钻杆内部到达钻孔底部。当钻头前端受力消失时，伸缩柱会恢复到初始位置，此时可抽出空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆，将PVC护孔管留在孔内使瓦斯顺利排出。本发明专利技术提高了瓦斯抽采孔施工的速度，保证施工的安全性，是松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的创新。

Drilling hole protection method for drilling hole of gas extraction borehole of soft coal seam

Soft coal seam gas drainage drilling hole with drill hole supporting hole protection method, which comprises the following steps: drilling with drill hole pumping installation of the supporting hole in coal roadway in soft coal seam gas drill; front force to top pressure inside the compression spring, the telescopic column outward sliding, reaches a predetermined distance so, in the hollow drill hole diameter reducing slag becomes larger and eventually kept constant, PVC support pipe gradually follow up. The water passes through the gap between the PVC retaining tube and the hollow smooth drill pipe to the bottom of the borehole or the high pressure air and reaches the bottom of the borehole through the hollow smooth drill rod. When the force on the front of the bit disappears, the expansion column will be restored to its original position. At this time, the hollow inner slag can be extracted, the variable diameter drill bit and the hollow smooth drilling rod can be left in the hole of the PVC retaining hole, so that the gas can be discharged smoothly. The invention improves the speed of the gas drainage hole construction and ensures the safety of the construction, and is an innovation of a drilling tool used for the drilling hole of the gas extraction borehole in the soft coal seam.

【技术实现步骤摘要】
松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法
本专利技术属于煤矿瓦斯抽采钻孔施工
，尤其涉及松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法。
技术介绍
瓦斯一直是影响煤矿安全生产的重要问题，目前采取的主要防治措施是钻孔施工后下放筛管从而进行瓦斯抽采。我国的大部分煤层属于松软煤层，用普通钻头进行钻孔施工时，由于松软煤层成孔性差，孔壁极不稳定，极易发生钻孔垮塌，造成钻头无法取出，为后续的机械化采煤增加了安全隐患。即使能成功取出，也会影响后续的筛管下放，不仅耽误生产，而且会造成不必要的经济损失。中国专利（专利号：CN202596582U）公开了一种可变径钻头，可以实现退钻扩孔的功能，有效的防止了卡钻的现象，但是采用此钻头施工后仍然要退钻后下放筛管，不可避免的会造成筛管无法下放或下放深度不够理想。另一个中国专利（专利号：CN102877791A）公开了一种钻头及钻孔装置，通过活动钻芯跨设在钻头主体上，套管可以穿过钻头主体的轴向通孔，利用套管的本身的重力打开钻头主体一端的活动钻芯，从而实现钻头内部下套管，避免了撤出钻头后再下套管的种种弊端，但是由于钻头孔内空间有限，下放的套管直径比较小，影响瓦斯的抽采效率。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法，其可使排渣过程在钻杆腔体内完成，同时护孔管及时的跟进护住孔壁，可有效避免钻孔垮孔、塌孔对卡钻现象、筛管下放问题的影响，也利于瓦斯的抽放。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法，所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具包括支架、动力驱动装置、导向支撑架、空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆、PVC护孔管、第一缓冲箱、第二缓冲箱、供水装置、供风装置和集渣容器；PVC护孔管套在空心光面钻杆外部，PVC护孔管内壁与空心光面钻杆之间形成环形通道，以钻进的方向为由后到前的方向，空心光面钻杆的后端与第一缓冲箱连接，第一缓冲箱下部与集渣容器连接，第一缓冲箱顶部与供风装置的供风口连接，第一缓冲箱、动力驱动装置和导向支撑架由后向前依次固定设置在支架上，动力驱动装置的动力输出端与空心光面钻杆传动连接，空心光面钻杆穿过并设置在导向支撑架上，空心内排渣可变径钻头安装在空心光面钻杆的前端，PVC护孔管的管壁上均布有若干瓦斯排放孔；第二缓冲箱的前端面固定在煤层钻孔的孔口外侧，第二缓冲箱与PVC护孔管后端连接，第二缓冲箱顶部与供水装置的供水口连接，空心光面钻杆穿过第二缓冲箱并与第二缓冲箱之间密封连接；空心内排渣可变径钻头包括具有中心通道的头部和杆部，头部前端固定设置有金刚石刀头，头部前端开设有与中心通道连通的排渣孔，杆部包括内套管和同轴套装在内套管外的外套管，内套管外壁由后向前依次为第一圆柱段、扁平段和第二圆柱段，扁平段包括中心对称的两个平面结构和两个弧面结构，平面结构和弧面结构沿圆周方向交替设置，弧面结构的外径与第二圆柱段的外径相等，第二圆柱段的外径大于第一圆柱段的外径，第二圆柱段后端中心对称开设有两个安装槽，每个安装槽的后端对应与一个平面结构的前侧边衔接贯通；第二圆柱段外壁设置有外花键结构，第二圆柱段前端内壁设置有内螺纹结构，头部的后端伸入并螺纹连接在内螺纹结构内；外套管前端外壁设置有与空心光面钻杆前端同轴向连接的外螺纹结构，外套管内壁由后向前依次为第一圆柱孔、第二圆柱孔和内花键结构，第一圆柱段的外径与第一圆柱孔的内径相等，第二圆柱段的外径与第二圆柱孔的内径相等，第二圆柱孔的后端与第一圆柱孔的前端之间形成环形台阶结构，第一圆柱段后部插设在第一圆柱孔内，外花键结构和内花键结构啮合装配，外套管前端螺纹连接有限位螺母，限位螺母的内壁安装有与第二圆柱段密封并滑动配合的密封圈，限位螺母前端面设置有金刚石固定刀片；外套管与内套管之间设置有作业端径向伸出外套管的弹性变径切割机构；弹性变径切割机构包括压缩弹簧、两个伸缩柱和两个导向孔，压缩弹簧套装在第一圆柱段外，压缩弹簧的前端和后端分别与扁平段后端面和环形台阶结构顶压配合，假定沿内套管的径向方向指向内套管中心的方向为由外向内的方向，导向孔开设在外套管上并与安装槽内外对应，第二圆柱段在安装槽的左侧和右侧对称设置有导向槽，导向槽后端边沿与安装槽内壁前端边沿通透并齐平，导向槽与内套管中心线的距离由前端到后端逐渐减小，伸缩柱内端左侧和右侧分别设置有装配在导向槽内的导柱，伸缩柱沿径向方向穿过导向孔，导向孔和伸缩柱的横断面均为矩形结构，伸缩柱外端侧部设置有刀片槽，刀片槽处设置有与伸缩柱焊接的金刚石伸缩刀片；所述的钻孔护孔方法包括以下步骤：（1）、在煤层巷道的钻孔处安装所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具；（2）、启动动力驱动装置和供水装置，动力驱动装置驱动空心光面钻杆和空心内排渣可变径钻头旋转对指定位置的煤层进行钻孔，供水装置将高压水先送入到第二缓冲箱内，高压水再由第二缓冲箱内沿PVC护孔管内壁与空心光面钻杆之间形成的环形通道进入到头部的金刚石刀头处，金刚石刀头对煤层进行切割后煤粉与高压水混合后水渣混合物通过排渣孔进入到中心通道内；水渣混合物沿着空心光面钻杆的内孔排到第一缓冲箱内，最后进入到集渣容器暂存；（3）、随着空心光面钻杆和空心内排渣可变径钻头由后向前的钻进，第二缓冲箱的后端也向前移动缩入到第二缓冲箱的前部内，与此同时金刚石固定刀片的旋转先进行一定半径的扩孔，金刚石伸缩刀片的旋转进一步扩孔，当金刚石钻头遇到较大阻力时，头部向后顶压内套管，内套管克服压缩弹簧的弹力沿外套管内壁向后移动，由于导向槽也随着向后移动，并且导向槽与内套管中心线的距离由前端到后端逐渐减小，伸缩柱的位置在导向孔的限定下只能径向移动，导向槽驱动位于安装槽内的伸缩柱上的导柱向外移动，伸缩柱就向外伸出外套管一段距离并保持定值进行扩孔钻进作业，PVC护孔管也跟随同步向前移动，实现护孔作用；（4）、钻孔达到预定孔深后，将空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆后撤一小段距离，内套管、伸缩柱在压缩弹簧的作用下恢复到初始位置，将空心光面钻杆以及空心内排渣可变径钻头抽出钻孔外，PVC护孔管留在钻孔内，可有效避免钻孔垮孔、塌孔对瓦斯抽放的影响，PVC护孔管上设置的瓦斯排放孔用于煤层内瓦斯的溢出。所述步骤（2）中的供水装置关闭，启动供风装置，高压风由第一缓冲箱依次通过空心光面钻杆的内孔、空心内排渣可变径钻头的中心通道，由排渣孔吹入到金刚石刀头作业处，煤渣或煤屑沿PVC护孔管内壁与空心光面钻杆之间形成的环形通道向后排入到第二缓冲箱内暂存。采用上述技术方案，本专利技术在钻孔作业过程中时，钻头前部受力从而顶压内部的压缩弹簧，使伸缩柱向外滑动，达到预定行程后，使空心内排渣可变径钻头的钻孔直径变大并最终保持定值，PVC护孔管渐渐的跟进。水流通过PVC护孔管和空心光面钻杆之间空隙到达钻孔底部或者高压风通过空心光面钻杆内部到达钻孔底部。当钻头前端受力消失时，伸缩柱会恢复到初始位置，此时可抽出空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆，将PVC护孔管留在孔内使瓦斯顺利排出。本专利技术提高了瓦斯抽采孔施工的速度，保证施工的安全性，是松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的创新。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是图1中空心内排渣可变径钻头和空心光本文档来自技高网...

【技术保护点】
松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法，其特征在于：所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具包括支架、动力驱动装置、导向支撑架、空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆、PVC护孔管、第一缓冲箱、第二缓冲箱、供水装置、供风装置和集渣容器； PVC护孔管套在空心光面钻杆外部，PVC护孔管内壁与空心光面钻杆之间形成环形通道，以钻进的方向为由后到前的方向，空心光面钻杆的后端与第一缓冲箱连接，第一缓冲箱下部与集渣容器连接，第一缓冲箱顶部与供风装置的供风口连接，第一缓冲箱、动力驱动装置和导向支撑架由后向前依次固定设置在支架上，动力驱动装置的动力输出端与空心光面钻杆传动连接，空心光面钻杆穿过并设置在导向支撑架上，空心内排渣可变径钻头安装在空心光面钻杆的前端，PVC护孔管的管壁上均布有若干瓦斯排放孔；第二缓冲箱的前端面固定在煤层钻孔的孔口外侧，第二缓冲箱与PVC护孔管后端连接，第二缓冲箱顶部与供水装置的供水口连接，空心光面钻杆穿过第二缓冲箱并与第二缓冲箱之间密封连接；空心内排渣可变径钻头包括具有中心通道的头部和杆部，头部前端固定设置有金刚石刀头，头部前端开设有与中心通道连通的排渣孔，杆部包括内套管和同轴套装在内套管外的外套管，内套管外壁由后向前依次为第一圆柱段、扁平段和第二圆柱段，扁平段包括中心对称的两个平面结构和两个弧面结构，平面结构和弧面结构沿圆周方向交替设置，弧面结构的外径与第二圆柱段的外径相等，第二圆柱段的外径大于第一圆柱段的外径，第二圆柱段后端中心对称开设有两个安装槽，每个安装槽的后端对应与一个平面结构的前侧边衔接贯通；第二圆柱段外壁设置有外花键结构，第二圆柱段前端内壁设置有内螺纹结构，头部的后端伸入并螺纹连接在内螺纹结构内；外套管前端外壁设置有与空心光面钻杆前端同轴向连接的外螺纹结构，外套管内壁由后向前依次为第一圆柱孔、第二圆柱孔和内花键结构，第一圆柱段的外径与第一圆柱孔的内径相等，第二圆柱段的外径与第二圆柱孔的内径相等，第二圆柱孔的后端与第一圆柱孔的前端之间形成环形台阶结构，第一圆柱段后部插设在第一圆柱孔内，外花键结构和内花键结构啮合装配，外套管前端螺纹连接有限位螺母，限位螺母的内壁安装有与第二圆柱段密封并滑动配合的密封圈，限位螺母前端面设置有金刚石固定刀片；外套管与内套管之间设置有作业端径向伸出外套管的弹性变径切割机构；弹性变径切割机构包括压缩弹簧、两个伸缩柱和两个导向孔，压缩弹簧套装在第一圆柱段外，压缩弹簧的前端和后端分别与扁平段后端面和环形台阶结构顶压配合，假定沿内套管的径向方向指向内套管中心的方向为由外向内的方向，导向孔开设在外套管上并与安装槽内外对应，第二圆柱段在安装槽的左侧和右侧对称设置有导向槽，导向槽后端边沿与安装槽内壁前端边沿通透并齐平，导向槽与内套管中心线的距离由前端到后端逐渐减小，伸缩柱内端左侧和右侧分别设置有装配在导向槽内的导柱，伸缩柱沿径向方向穿过导向孔，导向孔和伸缩柱的横断面均为矩形结构，伸缩柱外端侧部设置有刀片槽，刀片槽处设置有与伸缩柱焊接的金刚石伸缩刀片；所述的钻孔护孔方法包括以下步骤：（1）、在煤层巷道的钻孔处安装所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具；（2）、启动动力驱动装置和供水装置，动力驱动装置驱动空心光面钻杆和空心内排渣可变径钻头旋转对指定位置的煤层进行钻孔，供水装置将高压水先送入到第二缓冲箱内，高压水再由第二缓冲箱内沿PVC护孔管内壁与空心光面钻杆之间形成的环形通道进入到头部的金刚石刀头处，金刚石刀头对煤层进行切割后煤粉与高压水混合后水渣混合物通过排渣孔进入到中心通道内；水渣混合物沿着空心光面钻杆的内孔排到第一缓冲箱内，最后进入到集渣容器暂存；（3）、随着空心光面钻杆和空心内排渣可变径钻头由后向前的钻进，第二缓冲箱的后端也向前移动缩入到第二缓冲箱的前部内，与此同时金刚石固定刀片的旋转先进行一定半径的扩孔，金刚石伸缩刀片的旋转进一步扩孔，当金刚石钻头遇到较大阻力时，头部向后顶压内套管，内套管克服压缩弹簧的弹力沿外套管内壁向后移动，由于导向槽也随着向后移动，并且导向槽与内套管中心线的距离由前端到后端逐渐减小，伸缩柱的位置在导向孔的限定下只能径向移动，导向槽驱动位于安装槽内的伸缩柱上的导柱向外移动，伸缩柱就向外伸出外套管一段距离并保持定值进行扩孔钻进作业，PVC护孔管也跟随同步向前移动，实现护孔作用；（4）、钻孔达到预定孔深后，将空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆后撤一小段距离，内套管、伸缩柱在压缩弹簧的作用下恢复到初始位置，将空心光面钻杆以及空心内排渣可变径钻头抽出钻孔外，PVC护孔管留在钻孔内，可有效避免钻孔垮孔、塌孔对瓦斯抽放的影响，PVC护孔管上设置的瓦斯排放孔用于煤层内瓦斯的溢出。...

【技术特征摘要】
1.松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具的钻孔护孔方法，其特征在于：所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻具包括支架、动力驱动装置、导向支撑架、空心内排渣可变径钻头、空心光面钻杆、PVC护孔管、第一缓冲箱、第二缓冲箱、供水装置、供风装置和集渣容器；PVC护孔管套在空心光面钻杆外部，PVC护孔管内壁与空心光面钻杆之间形成环形通道，以钻进的方向为由后到前的方向，空心光面钻杆的后端与第一缓冲箱连接，第一缓冲箱下部与集渣容器连接，第一缓冲箱顶部与供风装置的供风口连接，第一缓冲箱、动力驱动装置和导向支撑架由后向前依次固定设置在支架上，动力驱动装置的动力输出端与空心光面钻杆传动连接，空心光面钻杆穿过并设置在导向支撑架上，空心内排渣可变径钻头安装在空心光面钻杆的前端，PVC护孔管的管壁上均布有若干瓦斯排放孔；第二缓冲箱的前端面固定在煤层钻孔的孔口外侧，第二缓冲箱与PVC护孔管后端连接，第二缓冲箱顶部与供水装置的供水口连接，空心光面钻杆穿过第二缓冲箱并与第二缓冲箱之间密封连接；空心内排渣可变径钻头包括具有中心通道的头部和杆部，头部前端固定设置有金刚石刀头，头部前端开设有与中心通道连通的排渣孔，杆部包括内套管和同轴套装在内套管外的外套管，内套管外壁由后向前依次为第一圆柱段、扁平段和第二圆柱段，扁平段包括中心对称的两个平面结构和两个弧面结构，平面结构和弧面结构沿圆周方向交替设置，弧面结构的外径与第二圆柱段的外径相等，第二圆柱段的外径大于第一圆柱段的外径，第二圆柱段后端中心对称开设有两个安装槽，每个安装槽的后端对应与一个平面结构的前侧边衔接贯通；第二圆柱段外壁设置有外花键结构，第二圆柱段前端内壁设置有内螺纹结构，头部的后端伸入并螺纹连接在内螺纹结构内；外套管前端外壁设置有与空心光面钻杆前端同轴向连接的外螺纹结构，外套管内壁由后向前依次为第一圆柱孔、第二圆柱孔和内花键结构，第一圆柱段的外径与第一圆柱孔的内径相等，第二圆柱段的外径与第二圆柱孔的内径相等，第二圆柱孔的后端与第一圆柱孔的前端之间形成环形台阶结构，第一圆柱段后部插设在第一圆柱孔内，外花键结构和内花键结构啮合装配，外套管前端螺纹连接有限位螺母，限位螺母的内壁安装有与第二圆柱段密封并滑动配合的密封圈，限位螺母前端面设置有金刚石固定刀片；外套管与内套管之间设置有作业端径向伸出外套管的弹性变径切割机构；弹性变径切割机构包括压缩弹簧、两个伸缩柱和两个导向孔，压缩弹簧套装在第一圆柱段外，压缩弹簧的前端和后端分别与扁平段后端面和环形台阶结构顶压配...

【专利技术属性】
技术研发人员：向道辉，吴帮福，赵重阳，杨晓红，张晓辉，冯浩人，赵波，高国富，焦锋，童景琳，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41