一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具制造技术

本发明专利技术公开了一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换器和射流喷嘴，位于钻孔开口端安装有孔口封孔泄渣组件。所述双通道碎渣钻杆最终要进入穿层钻孔的煤孔段，所述双通道钻杆仅进入岩孔段；利用钻杆的双通道特性，形成钢铁筛孔结构的内排渣通道，利用双通道碎渣钻杆粉碎钻割冲产出的煤块和煤渣，利用筛孔控制进入内排渣通道的煤渣粒径和煤渣流量，保证内排渣通道的通透性，可防止喷孔瓦斯超限事故的发生，提高突出煤层穿层钻孔钻割冲作业的安全性和可控性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具
本专利技术涉及煤矿开采中的瓦斯抽采装置
，特别涉及一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具。
技术介绍
国内很多省份针对突出煤层瓦斯抽采，要求开挖底板岩巷，在底板岩巷内施工穿层钻孔，对突出煤层的待掘进区域或待开采区域实施抽采消突。为了充分发挥穿层钻孔的抽采消突功效，普遍在穿层钻孔的煤孔段实施“钻割冲”一体化增透措施。现有技术现状是：所采用的钻杆普遍为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆或三棱钻杆等，其中前三种钻杆的专利原始申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别为ZL200610111830.7，ZL200920088879.4，ZL200910064973.0，在钻头处或钻杆上安装高低压转换装置及射流喷嘴，对煤孔段钻孔实施割缝、冲孔，也有学者称之为水力造穴、水力掏槽、水力掏煤等。现有技术所采用的刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆和三棱钻杆，用于穿层钻孔打钻、割缝及冲孔时，普遍采用水流作为钻头降温、射流动力和排渣动力，排渣通道位于钻杆外壁与钻孔内壁之间的环状通道，该排渣通道称之为外排渣通道。穿层钻孔的煤孔段在打钻、割缝及冲孔的过过程中，孔内煤炮频繁发生，煤孔段钻割冲形成的自由面处煤体不断崩落坍塌，有大量煤块和煤渣产生，这些煤块和煤渣本身不具备流动性，需要利用钻割冲作业所用的水流作用和钻杆旋搅碎渣作用，使这些煤渣和煤块转变为可以流动的固液相水煤渣流体，从钻孔的外排渣通道排出孔外。由于在煤孔段钻割冲产出的煤块和煤渣具有突发性和不均衡性，伴随煤炮声产出大量煤块和煤渣，煤块和煤渣依靠自重作用和水流作用涌向空间狭小的岩孔段外排渣通道，水流作用和钻杆旋搅作用不能随时将这些煤块和煤渣转变为可流动的固液相水煤渣流体，时常导致岩孔段外排渣通道的非通透性堵塞，即钻割冲形成的自由空间内产生的大量瓦斯气体不能通过外排渣通道下泄，导致钻割冲形成的自由空间内的瓦斯气体压力远大于孔外的大气压，在水流作用和钻杆旋搅作用下，一旦使非通透性堵塞的外排渣通道疏通，高压瓦斯气体和水煤渣将从孔口瞬间喷出，形成喷孔。因此，现行突出煤层穿层钻孔均在孔口安装有防喷装置，防止喷出的瓦斯向巷道空间扩散，喷孔严重时，防喷装置将会失效，导致钻机周围的巷道瓦斯浓度超限。不完全统计，突出煤层打钻喷孔导致的瓦斯超限占突出矿井总瓦斯超限次数的60%至80%，已构成突出矿井的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，旨在通过孔内钻具的创新设计来解决穿层钻孔钻割冲过程中的喷孔瓦斯超限问题，提高穿层钻孔钻割冲作业的安全性和可控性。为达到上述目的所采取的技术方案是：一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换组件，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆或双通道钻杆配合的孔口封孔泄渣组件。进一步，所述双通道碎渣钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋贯穿布置有泄渣筛孔，所述泄渣筛孔的中心线指向双通道碎渣钻杆横截面圆心或偏向钻杆旋转方向；所述双通道碎渣钻杆内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管，所述供水管的外壁与双通道碎渣钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述泄渣筛孔的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一，所述泄渣筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔。进一步，所述双通道碎渣钻杆的外表面沿着轴向圆周均布有平面或凹形槽或弧形槽，所述平面或凹形槽或弧形槽的数量为3-4条。进一步，所述双通道筛孔钻头的内部同轴安装有内管，内管的外壁与双通道筛孔钻头的内壁形成环形通道，所述环形通道背向双通道碎渣钻杆一端底部开设有进渣筛孔，所述进渣筛孔为圆孔，所述进渣筛孔的孔径小于环形通道径向最小几何尺寸的三分之一。进一步，所述双通道筛孔钻头的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，且沿轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽数量为3-4条。进一步，所述高低压转换组件包括高低压转换器和射流喷嘴，所述高低压转换器安装在首根双通道碎渣钻杆内腔且与双通道碎渣钻杆的供水管连接，所述射流喷嘴安装在首根双通道碎渣钻杆的管壁上，高压状态时高低压转换器向射流喷嘴供水用于割缝或冲孔，低压状态时高低压转换器向钻头供水用于钻进。进一步，所述双通道钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，所述双通道钻杆的内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管。进一步，所述双通道碎渣钻杆和双通道钻杆的外径相等，钻杆的外径与双通道筛孔钻头的直径接近，双通道筛孔钻头的直径大于双通道碎渣钻杆的直径、双通道钻杆的直径0～15mm。进一步，所述孔口封孔泄渣组件包括封孔器和泄渣装置。进一步，所述封孔器包括封孔管和包裹安装在封孔管外表面的注水囊，所述封孔管的内径大于双通道筛孔钻头的直径。进一步，所述泄渣装置包括在封孔管远离钻孔开口端安装的集渣筒，所述集渣筒位于钻孔外，所述集渣筒下侧设有锥形的泄渣口，所述泄渣口通过柔性管排渣，所述集渣筒的两端通过卡箍连接。进一步，所述钻尾供水排渣组件包括旋转供水器和排渣管。进一步，所述旋转供水器包括壳体，所述壳体一端连接排渣管，所述壳体另一端安装有防尘挡圈，所述壳体内部同轴安装有固定轴，所述固定轴上沿着轴心开设有供水通道，所述固定轴靠近排渣管一端向上弯折连接有进水插座，所述进水插座另一端露出壳体外设置并连接水源，所述固定轴靠近防尘挡圈一端的外侧密封且转动插装有连接供水管的内公插头，内公插头与固定轴之间安装有多个轴承；所述内公插头远离固定轴一端外侧同轴套装有连接双通道筛孔钻头或双通道钻杆的外公接头，所述外公接头与内公插头通过多个周向布置的立板连接；所述外公接头的外侧与防尘挡圈密封配合安装。进一步，所述壳体与排渣管连接一端为锥形收口结构，在锥形收口处布置出渣口，出渣口与排渣管连接，水煤渣和瓦斯气体从排渣管排出。本专利技术所具有的有益效果为：1.现有技术的排渣通道为外排渣通道，钻割冲产生的过量煤块和煤渣，极易使岩孔段的外排渣通道失去通透性，阻塞了瓦斯的下泄通道，突然疏通瞬间，则会诱发喷孔瓦斯超限事故；本专利技术的排渣通道属筛孔结构的内排渣通道，利用筛孔控制内排渣通道的进渣煤量和进渣粒径，可确保内排渣通道的通透性，可根除喷孔瓦斯超限事故。2.现行技术的钻割冲作业，钻孔出煤量极不均匀，岩孔段外排渣通道极易堵塞，外排渣通道一旦堵死，则被迫停止钻割冲作业，还要面临提钻时喷孔的危险作业，钻孔出煤量是不可控的；本专利技术的钻割冲作业，钻孔出煤量相对均匀，不会因为外排渣通道堵塞而停止钻割冲作业，钻孔出煤量是可控制的。3.现有技术的完全依靠外排渣通道排渣泄气，外排渣通道需要有较大的几何尺寸，所以钻杆外径与钻头直径相差较大，导致钻孔偏斜严重；本专利技术主要依靠内排渣通道排渣泄气，外排渣通道则可有可无，可使钻杆直径接近或等于钻头直径，可有效限制钻杆的扰动，控制钻孔的过度偏斜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，/n首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换组件，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆或双通道钻杆配合的孔口封孔泄渣组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，
首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换组件，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆或双通道钻杆配合的孔口封孔泄渣组件。


2.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道碎渣钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋贯穿布置有泄渣筛孔，所述泄渣筛孔的中心线指向双通道碎渣钻杆横截面圆心或偏向双通道碎渣钻杆的旋转方向，所述双通道碎渣钻杆内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管，所述供水管的外壁与双通道碎渣钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述泄渣筛孔的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一，所述泄渣筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔。


3.根据权利要求2所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道碎渣钻杆的外表面沿着轴向圆周均布有平面或凹形槽或弧形槽，所述平面或凹形槽或弧形槽的数量为3-4条。


4.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻头的内部同轴安装有内管，内管的外壁与双通道筛孔钻头的内壁形成环形通道，所述环形通道背向双通道碎渣钻杆一端底部开设有进渣筛孔，所述进渣筛孔为圆孔，所述进渣筛孔的孔径小于环形通道径向最小几何尺寸的三分之一。


5.根据权利要求4所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻头的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，且沿轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽数量为3-4条。


6.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述高低压转换组件包括高低压转换器和射流喷嘴，所述高低压转换器安装在首根双通道碎渣钻杆内腔且与双通道碎渣钻杆的供水管连接，所述射流喷嘴安装在首根双通道碎渣钻杆的管壁上，高压状态时高低压转换器向射流喷嘴供水用于割缝或冲孔，低压状态时高低压转换器向钻头供水用于钻进。


7.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉宁，杜波，马耕，李延河，丁立培，孙志东，宋维宾，王永龙，黄小明，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41