高压水密封圆弧形三棱钻杆制造技术

本实用新型专利技术涉及一种应用在矿业煤层瓦斯抽采钻孔作业的高压水密封圆弧形三棱钻杆。钻杆主体由公接头、圆弧形三棱杆体、母接头三部分依次焊接而成。该钻杆是在一根光面圆钻杆削三个面而成，钻杆与钻孔壁之间形成三个半圆形的间隙，扩大了排出煤粉和瓦斯的通道，使煤粉和瓦斯顺利排出，避免卡钻事故发生。此外三棱钻杆在钻进中，可起到二次破碎煤的作用，煤粉在运动状态下被水冲出，使钻孔始终保持畅通状态。置于公接头直轴段的密封圈与下一钻杆母接头直轴孔段的轴面紧密接触实现径向密封，与旋紧的锥螺纹共同作用下可以承受50MPa的高压水而不发生泄漏。本实用新型专利技术具有设计合理、安全可靠、排渣效果好、钻孔深度深、成孔效果好等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

高压水密封圆弧形三棱钻杆
本技术涉及一种应用在矿业煤层瓦斯抽采钻孔作业的钻杆，尤其是一种高压 水密封圆弧形三棱钻杆。
技术介绍
矿山开采有大量的钻孔作业，尤其是煤矿。在煤矿生产过程中，为了防止发生瓦斯 突发事故，在掘进之前需要在煤层中打抽放孔将煤层中的瓦斯释放出来，消除煤层应力。利用高压水力割缝在低透气性煤层钻深孔、割缝，能增大瓦斯涌出自由面，促使煤 体大范围快速卸，提高煤层透气性压。现有的高压水密封光面圆钻杆或螺旋钻杆大多采用 锥螺纹的过盈配合或公接头顶部和母接头连接的端面进行密封。目前，一般仅靠锥螺纹密 封的钻杆能承受0.5-3MPa的水压，但由于锥螺纹在不断地拆卸钻杆过程中有磨损，所以其 密封能力会逐渐降低；而在公接头顶部和母接头连接的端面放入密封圈进行密封，会使密 封能力得到提高，但密封圈在两端面的挤压下容易变形失效，频繁更换密封圈会使钻孔效 率降低，并增加钻孔成本。对于特殊加工的密封方式由于对精度要求比较高，且施工过程中 磨损严重，使得工业推广性差。普通钻杆内外螺纹与钻杆主体是一体的，它们的内径相同， 由于钻杆质量过大，外螺纹厚度过薄，容易造成断钻杆。此外，传统的高压水密封光面圆钻杆在松软煤层进行高压水力割缝时，钻孔内都 会差生大量的煤渣，由于钻杆与孔壁空间小，容易造成过量煤渣堵塞钻孔，排渣不畅；为了 解决这个问题，获得较大的排渣空间，在进行水力割缝时，一般都用小钻头钻孔，然后用大 钻头扩孔，工序繁杂。在用光面圆钻杆打钻过程中，若果钻孔深度过长，容易造成钻杆弯曲 变性，使得孔内排渣不畅，最终导致钻杆夹死。虽然高压水密封螺旋钻杆能有效解决钻孔排 渣不畅问题，但是由于其在松软煤层钻进时，对孔壁扰动大，造成孔壁稳定性差，钻杆拔出 后，钻孔容易塌孔，成孔率低。而且采用螺旋钻杆的钻机必须要用光面圆钻杆做主动钻杆， 工序复杂。
技术实现思路
本技术目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有较大排渣通道和高 稳定性高压水密封圆弧形三棱钻杆。为实现上述专利技术目的，本技术的技术方案为:一种高压水密封圆弧形三棱钻杆，由公接头、杆体和母接头三部分依次连接而成， 使用摩擦焊将其焊接成一体；所述公接头与下一钻杆母接头的连接端依次由直轴段和外锥螺纹连接组成，在所 述直轴段上设有环形沟槽，槽内设置有O型密封圈。所述母接头与上一钻杆的公接头连接 的连接端依次由直轴段和内锥螺纹连接组成。所述高压水密封三棱钻杆连接后公接头的直 轴段轴面与下一钻杆的母接头直孔段轴面适度挤压O型密封圈形成径向密封，公接头外锥 螺纹和下一钻杆的母接头内锥螺纹旋紧连接，两者共同作用下可以承受3(T50MPa的高压水而不发生泄漏。所述杆体为圆弧形三棱杆，是在一根光面圆钻杆外周等角度削三个面而成，形成 圆弧形三棱状的横截面，钻杆与钻孔壁之间形成三个半圆形空间，扩大了排出煤粉和瓦斯 的通道，使煤粉和瓦斯顺利排出，避免卡钻事故发生。进一步，所述公接头和母接头螺纹型式为正旋圆锥螺纹，锥度为1:8，螺距为5.08mm (每英寸5牙)。本技术的有益效果是:1.与一般的高压水密封钻杆相比，利用高压水密封圆弧形三棱钻杆既可以减少复 杂的扩孔工序，又扩大了煤粉和瓦斯的排出通道，使煤粉和瓦斯顺利排出，避免卡钻事故发生。2.与螺旋钻杆相比，高压水密封圆弧形三棱钻杆钻孔变形量不大，尤其是在高瓦 斯压力煤层不易因钻孔太大而发生瓦斯突出，且孔型较好，其瓦斯浓度高出在同样钻场中 相同方位、相同倾角的螺旋钻杆钻孔，并且能保持较长的瓦斯抽放时间。3.与光面圆钻杆在排渣颗粒度相比，三棱钻杆的颗粒度明显小于光面圆钻杆。在 转动过程中，三棱钻杆的三个棱能将颗粒进行再次粉碎，从而保证使颗粒小，然后极易从在 钻杆与钻孔壁之间形成的3个半圆形空间排出。由于水力排渣速度快，致使孔内瓦斯不易 聚集，从而消除了钻进时瓦斯喷孔、垮孔、卡钻、顶钻的现象。4.与螺旋钻杆相比，圆弧形三棱钻杆便于夹持器夹持，拧卸方便。5.与一般的光面圆钻杆相比，深钻孔时高压水密封圆弧形三棱钻杆不易发生弹性 扭曲,产生抱钻现象。6.与一般的仅靠锥螺纹密封的钻杆相比，其承受水的压力由原来的0.5 3MPa提 高到现在的50MPa。7.与其他采用端面密封的钻杆相比，O型密封圈寿命提高约20倍，节约了成本。8.普通钻杆内外螺纹与钻杆主体是一体的，它们的内径相同，由于钻杆质量过大， 外螺纹厚度过薄，容易造成断钻杆。使内外螺纹、钻杆主体分开，使用摩擦焊将其焊接成一 体，这样可以使钻杆主体、内外螺纹的内径根据各自的需要来设计，若内外螺纹受力较大， 要增加其强度，可以减少其内径，增加其壁厚，这样可以实现优劣互补。9.本高压水密封钻杆适应性强，适用于水力排渣和风力排渣钻孔作业。10.相比于水力冲孔、密集钻孔等煤层瓦斯抽采技术，高压水力割缝技术能有效增 加煤体的暴露面积，且扁平的缝槽相当于局部范围内开采了保护层，使抽采钻孔附近煤体 局部卸压，改善了瓦斯流动条件，改变煤体原始结构，增大煤层透气性，从而达到煤层增透 的目的。附图说明图1为闻压水密封圆弧形二棱钻杆结构不意图；图1A为图1的A-A剖面图；图2为公接头轴向剖面图；图3为母接头轴向剖面图；图4为高压水力割缝图；图中:1.公接头2.母接头3.杆体1-1.外锥螺纹1-2.直轴段1_3.环形沟槽2_1.内锥螺纹2-2.直孔段。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。参见图1，该圆弧形三棱钻杆长度L为800mm，由公接头1、杆体3、母接头2依次焊接而成，使用摩擦焊将其焊接成一体。参见图1A，杆体3为圆弧形三棱杆，是在一根光面圆钻杆上等角度削三个面而成， 形成圆弧形三棱状的横截面，钻杆的三个面与钻孔壁之间形成了三个半圆形空间。杆体 3外径Φ !为75mm,杆体内径Φ2为34mm,杆体的圆弧段长S为24.81mm,直线段长度d为 49.25mm。参见图2，公接头I与下一钻杆母接头2连接的连接端依次由直轴段1-2和外锥螺纹1-1连接组成，公接头直轴段1-2设置有一环形沟槽1-3，沟槽内设置有O型密封圈。参见图3，母接头2与上一钻杆的公接头I连接的连接端依次由直轴段2-1和内锥螺纹2-1连接组成。公接头的外锥螺纹1-1和母接头的内锥螺纹2-1旋向为右旋，锥度为1:8，螺距为5.08mm (每英寸5牙)。公接头I的外锥螺纹1_1和下一钻杆的母接头的内锥螺纹旋紧连接，母接头2的内锥螺纹2-1与上一钻杆的公接头的外锥螺纹旋紧连接。公接头直轴段1-2 设置的环形沟槽1-3的宽度为3.8_，深度为2.75mm, O型密封圈置于环形沟槽内，钻杆连接后公接头直轴段轴面和母接头直孔段轴面适度挤压O型密封圈，实现径向密封。上述钻杆在径向密封和锥螺纹的辅助密封联合作用下可以承受50MPa的高压水， 而不发生泄露。两钻杆连接后公接头直轴端面与母接头直轴断面间距相对固定，不会导致 O型密封圈因过度挤压而失效，提高了密封圈的使用寿命，节约了成本。针对低透气性煤层的钻孔作业和高压水力割缝，采用高压水密封圆弧形三棱钻杆进行钻孔和水力排渣。参见图4，高压水力割缝具体工艺流程如下:启动乳化泵一踩下脚踏开关一调节压力至3 5MPa —推进钻机钻进瓦斯预抽孔一预抽孔钻进完毕一升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压水密封圆弧形三棱钻杆，所述高压水密封三棱钻杆由公接头（1）、杆体（3）、母接头(2)三部分依次焊接而成；其特征在于：所述公接头(1)与下一钻杆母接头(2)连接的连接端依次由直轴段(1?2)和外锥螺纹（1?1）连接组成；所述直轴段(1?2)设置有一环形沟槽(1?3)，沟槽内设置有O型密封圈；所述母接头(2)与上一钻杆的公接头(1)连接的连接端依次由直轴段(2?1)和内锥螺纹（2?1）连接组成；所述杆体(3)?为圆弧形三棱杆，是在一根光面圆钻杆上等角度削三个面而成，形成圆弧形三棱状的横截面，钻杆的三个面与钻孔壁之间形成三个半圆形空间。

【技术特征摘要】
1.一种高压水密封圆弧形三棱钻杆，所述高压水密封三棱钻杆由公接头(I)、杆体(3)、母接头(2)三部分依次焊接而成；其特征在于:所述公接头(I)与下一钻杆母接头(2)连接的连接端依次由直轴段(1-2)和外锥螺纹 (1-1)连接组成；所述直轴段(1-2)设置有一环形沟槽(1-3)，沟槽内设置有O型密封圈；所述母接头(2)与上一钻杆的公接头(I)连接的连接端依次由直轴段(2-1)和内锥螺 纹(2-1)连接组成；所述杆体(3)为圆弧形三棱杆，是在一根光面圆钻杆上等角度削三个面而成，形成圆 弧形三棱状的横截面，钻杆的三个面与钻孔壁之间形成三个半圆形空间。2.根据权利要求1所述的高压水密封圆弧形三棱钻杆，其特征在于:公接...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈久福，孙大发，龙建明，李文树，杜鹏，侯吉峰，程亮，丁红，
申请(专利权)人：重庆松藻煤电有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：