突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具制造技术

本发明专利技术公开突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，所述组合钻具包括盾护卸压扩孔钻具、螺旋叶片钻具和滑移导向套，盾护卸压扩孔钻具由筛孔钻杆和空心扩孔钻头组成，螺旋叶片钻具由螺旋叶片钻杆和普通钻头组成，利用剪切销将滑移导向套安装在空心扩孔钻头的内腔，螺旋凹槽内设置有泄渣筛孔，锥孔板条焊接在螺旋凹槽内；钻进时，螺旋叶片钻具在孔底实施螺旋排渣钻进，盾护卸压扩孔钻具紧随其后实施盾护卸压扩孔钻进；本发明专利技术组合钻具与双动力头钻机配套使用，用于松软突出煤层、高应力煤层等难以成孔的瓦斯抽采钻孔的施工，因采用螺旋机械排渣，打钻作业环境良好。打钻作业环境良好。打钻作业环境良好。

【技术实现步骤摘要】
突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具


[0001]本专利技术涉及煤矿瓦斯抽采钻孔钻进
，主要针对深部突出煤层、松软煤层及难以成孔的煤层瓦斯抽采的施工，特别涉及突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具。

技术介绍

[0002]现行深部突出煤层、软硬复合煤层、碎软煤层的本煤层瓦斯抽采钻孔施工所用的钻杆多为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆、三棱钻杆等异形钻杆，其中前三种钻杆的专利申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别为ZL200610111830.7，ZL200920088879.4，ZL200910064973.0。这些异形钻杆的共同特点是采用流体排渣，钻杆外表与钻孔壁之间的环状空间为排渣通道，由于排渣通道在钻杆外表之外，称之为外排渣通道。
[0003]深部煤层的地应力高、瓦斯含量高、瓦斯压力高，煤孔塌孔、打钻煤炮、孔内煤与瓦斯突出等动力现象均可导致外排渣通道的崩落坍塌和堵塞，排渣困难是突出煤层钻进困难的根本原因。采用外排渣通道，由于外排渣通道需要空间尺度，钻杆直径必须小于钻头直径，钻杆在煤孔内的扰动空间大，扶正装置在煤孔内缺乏稳固的支撑基础而无法正常采用，导致煤层钻孔偏斜严重，钻孔轨迹过早的遇到煤层顶板或煤层底板，钻孔偏斜不仅影响钻进深度，而且使钻杆受到交变应力，增加了断钻的概率。现行螺杆马达定向钻进技术虽然可以解决煤孔的偏斜问题，但在突出煤层中的钻进深度有限，且压钻丢钻的代价太高，不宜在突出煤层中使用，因此螺杆马达定向钻进技术在突出煤层中没有推广应用。
[0004]双管钻进技术在上世纪被用于浅层松散岩土层的钻进，利用双管内循环和外管钻具防护钻孔的冲刷损毁和孔壁坍塌，成孔之后首先将内管钻具退出，然后将埋线管、管道等通过外管钻具插入孔内，最后再将外管钻具拔出孔外，由于浅层岩土的地应力很小，外管钻具的提拔退出容易实现，因此，双管钻具在地面或浅层隧道工程中应用普遍。若将传统的双管钻进用于突出煤层，由于地应力高、煤层松软等因素，外管（外管钻具）被压死是大概率事件，2005年河南能化集团的鹤壁矿区曾经利用日本产的双管钻具，在鹤壁矿区的突出煤层中进行了打钻试验，试验表明外管极易被压死卡阻，试验没有成功。
[0005]为解决突出煤层打钻难题，申请人相继申报了一系列盾护卸压式钻杆，如：一种突出煤层圆周供流护孔卸压筛孔钻杆（ZL 202110726041.9）、一种护孔卸压内排渣钻杆（ZL 201810488034.8）、一种突出煤层护孔卸压组合钻具及其使用方法（ZL 202010648997.7）、一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆（ZL 202111152968.2）等，上述公开的专利技术的钻杆为双层结构，基本思路是：利用钻杆的双层结构，使杆体自身包含内排渣通道、供流通道和径向泄渣筛孔，以可靠的内排渣通道取代不可靠的外排渣通道，因此可使钻杆外径等于或略小于钻头的直径，从而使钻杆对钻孔具有盾护作用和保直作用，泄渣筛孔对钻杆具有卸压作用，以防钻杆被压死。
[0006]上述的钻具，均需要采用风流或水流作为排渣动力，属流体排渣钻具的范畴，流体
排渣钻具的钻进作业地点常常存在水流、风流、水煤渣、粉尘弥漫等恶略环境，工作环境极差。水力排渣情况下，需要配备水煤渣分离设备、压滤设备、污水泵、沉淀箱（池）、防喷孔引流装置等。风力排渣情况下，需要配备除尘装置、负压水射流除尘装置、防尘水帘、防喷孔引流装置，由于除尘用水，也存在处理水的问题。
[0007]传统的螺旋叶片钻具，因为不需要流体排渣动力，所以打钻环境良好，不存在水煤渣处理问题，因为粉尘很少，所以一般不需要除尘装置，因为螺旋叶片钻具自身就具备一定的防喷孔功能，所以一般不需要配备防喷孔装置。但是，由于突出煤层的钻孔极易坍塌，加之煤炮等动力现象频发，螺旋叶片钻具在突出煤层的钻进过程中，螺旋叶片钻具极易发生吸钻、卡钻现象，吸钻和卡钻导致钻进深度很浅，使用效果很差。2008年前后，当刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆和三棱钻杆等异形钻杆被专利技术出来之后，在突出煤层打钻领域，这些以流体作为排渣动力的异形钻杆不仅取代了传统的机械排渣的螺旋叶片钻杆，也取代了传统的流体排渣的圆面钻杆。
[0008]为了发挥螺旋叶片钻具的优越性，同时克服螺旋叶片钻具的不适应性，本专利技术提出：突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，基本思路是：采用现行的双动力头钻机，利用两个旋转动力头分别驱动盾护卸压扩孔钻具（外管钻具）和传统的螺旋叶片钻具（管内钻具），利用盾护卸压扩孔钻具来保护传统的螺旋叶片钻具，使盾护卸压钻进的优势和机械螺旋钻进的优势有机结合，构成盾护卸压螺旋排渣组合钻具，螺旋叶片钻具在孔底实施螺旋排渣钻进，盾护卸压扩孔钻具紧随其后实施扩孔钻进，使螺旋叶片钻具避免受地压的挤压、避免受煤炮干扰，使螺旋叶片钻具不再发生吸钻和卡钻现象，使两种钻具共用一条螺旋输送的内排渣通道。本专利技术人此前专利技术的所有钻具均为流体排渣钻具，本次专利技术的钻具为螺旋机械排渣钻具。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对现有煤层钻进存在的问题，本专利技术公开突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，主要针对深部突出煤层、松软煤层及难以成孔的瓦斯抽采钻孔的施工，也可用于其它大孔径钻孔施工。
[0010]为达到上述目的所采取的技术方案是：突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，包括穿套配合的盾护卸压扩孔钻具、螺旋叶片钻具和滑移导向套，所述盾护卸压扩孔钻具包括多根筛孔钻杆（2）和空心扩孔钻头（1），所述螺旋叶片钻具包含多根螺旋叶片钻杆（3）和普通钻头（4），利用剪切销（6）将所述滑移导向套（5）安装在空心扩孔钻头（1）的内孔。钻进时，螺旋叶片钻具在孔底实施螺旋排渣钻进，盾护卸压扩孔钻具紧跟螺旋叶片钻具之后实施盾护卸压扩孔钻进，螺旋叶片钻杆（3）在筛孔钻杆（2）的内腔实施螺旋排渣；退钻时，螺旋叶片钻具连同滑移导向套（5）先从盾护卸压扩孔钻具的内腔退出孔外，然后盾护卸压扩孔钻具再从钻孔内退出孔外。
[0011]进一步，所述螺旋叶片钻具与现行的螺旋叶片钻具没有本质区别，其区别在于螺旋叶片钻具的绝大多数螺旋叶片钻杆（3）位于在筛孔钻杆（2）的内腔，普通钻头（4）与空心扩孔钻头（1）之间的距离保持0～1根钻杆的长度，即螺旋叶片钻杆的前出长度为0～1根钻杆的长度，这样可以避免螺旋叶片钻具出现卡钻、压钻或吸钻的情况，克服螺旋叶片钻具单独使用的弊端。
[0012]进一步，所述筛孔钻杆（2）的外径等于或小于所述空心扩孔钻头（1）的外径，打钻的过程中，钻孔壁发生缩颈变形，会使筛孔钻杆（2）接触钻孔壁，筛孔钻杆（2）对钻孔壁有盾护作用，可遏制钻孔壁的崩落坍塌，类似盾构机的作用。
[0013]进一步，所述盾护卸压扩孔钻具的筛孔钻杆（2）上设置反向螺旋凹槽（21），螺旋凹槽（21）内设置多个贯穿筛孔钻杆（2）壁厚的泄渣筛孔（22），在设置有泄渣筛孔（22）的凹槽内焊接螺旋锥孔板条（7），锥孔（71）的小径小于泄渣筛孔（22）的直径，锥孔（71）的大径等于泄渣筛孔（22）的直径，使泄渣筛孔（22）进渣口直径小于出渣口直径，这样做可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，其特征在于，包括穿套配合的盾护卸压扩孔钻具、螺旋叶片钻具和滑移导向套，所述盾护卸压扩孔钻具包含多根筛孔钻杆和空心扩孔钻头，所述螺旋叶片钻具包含多根螺旋叶片钻杆和普通钻头，所述滑移导向套利用剪切销安装在空心扩孔钻头的内孔；钻进时，螺旋叶片钻具在孔底实施螺旋排渣钻进，盾护卸压扩孔钻具紧随其后实施盾护卸压扩孔钻进，螺旋叶片钻杆在筛孔钻杆的内腔实施螺旋排渣；退钻时，螺旋叶片钻具连同滑移导向套从盾护卸压扩孔钻具的内腔退出孔外。2.根据权利要求1所述的突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，其特征在于，所述筛孔钻杆的外径等于或小于所述空心扩孔钻头的外径，所述筛孔钻杆对钻孔壁起盾护作用，遏制钻孔壁的崩落坍塌。3.根据权利要求2所述的突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，其特征在于，所述筛孔钻杆的外表面上设置有反向的螺旋凹槽，所述螺旋凹槽内设置多个贯穿筛孔钻杆壁厚的泄渣筛孔，所述螺旋凹槽内焊接有螺旋锥孔板条，所述螺旋锥孔板条上设有多个锥孔，所述锥孔的小径小于泄渣筛孔的直径，所述锥孔的大径等于泄渣筛孔的直径，使得泄渣...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉宁，王志明，郭金刚，赵同谦，李振华，宋维宾，丁立培，马建宏，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：