用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，包括旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置、雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿、中心回流鉆頭，旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置與鉆機上的雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿連接，中心回流鉆頭安裝在雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿的前端。本實用新型設(shè)計新穎，應用雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿，使供風或供水、排渣在鉆桿腔體內(nèi)完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞對鉆孔排渣空間的影響，同時排渣在鉆桿內(nèi)層通道完成，使除塵更為方便有效，實現(xiàn)了鉆進、防塌、除塵一體化作業(yè)。
【專利說明】用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤礦突出煤層瓦斯抽采鉆孔施工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井瓦斯治理依靠瓦斯抽采技術(shù)，受煤層地質(zhì)條件影響，安全可靠的地面井抽采應用受到限制，當前，瓦斯抽采仍然以井工瓦斯抽采為主要措施，而瓦斯抽采以成孔技術(shù)為前提，長期以來，突出煤層打鉆技術(shù)是國內(nèi)外公認的瓦斯治理難題。突出煤層鉆孔施工尤以軟煤層鉆進最為困難，受地應力、瓦斯壓力影響，軟煤鉆孔收縮嚴重，局部易失穩(wěn)破壞形成塌孔，鉆進過程中，卡鉆、斷鉆現(xiàn)象頻發(fā)，鉆孔深度淺，鉆進效率低，成孔率低，直接影響瓦斯的抽采范圍和抽采效率，間接影響煤層的開采效率、安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益。我國絕大多數(shù)突出煤層為透氣性相對較差的軟煤層，煤層鉆進工藝體系研究是瓦斯防治【技術(shù)領(lǐng)域】的研究熱點之一。目前常用的鉆具，排洛動力通常為流體排洛方式和機械排洛方式，由于流體排渣效率高，因此，在軟煤層鉆進中應用較為廣泛，流體排渣通常從鉆桿腔體進入鉆孔孔底，排渣空間為鉆孔孔壁與鉆桿之間的環(huán)狀空間，因此，孔壁變形及破壞情況，對排渣空間大小的變化影響較大，鉆孔易發(fā)生堵塞，對鉆孔的深度和鉆進效率影響較大，這也是軟煤鉆進困難的根本原因。因此，對于軟煤層鉆進，應圍繞孔內(nèi)鉆具及排渣系統(tǒng)兩個技術(shù)層面，開發(fā)一種新的孔內(nèi)鉆具及鉆進工藝系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供了一種用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，該鉆進工藝系統(tǒng)使供風或供水、排渣在鉆桿腔體內(nèi)完成，排渣在鉆桿內(nèi)層通道完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞塌孔對鉆孔排渣空間的影響，同時，使除塵更為方便有效，實現(xiàn)了鉆進、防塌、除塵一體化作業(yè)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，包括雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿、中心回流鉆頭、旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置，所述旋轉(zhuǎn)密封裝置與鉆機上的雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿連接，中心回流鉆頭安裝在雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿的前端。
[0005]所述的雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿由外鉆桿體、內(nèi)連接管和焊接在內(nèi)連接管內(nèi)壁的多孔管組成。
[0006]所述的外鉆桿體由外螺紋接頭、桿體和內(nèi)螺紋接頭組成，外螺紋接頭、內(nèi)螺紋接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣，外鉆桿體外表面設(shè)置為光面、螺旋凹槽或螺旋凸棱。
[0007]所述的內(nèi)連接管結(jié)構(gòu)與外鉆桿體類似，接頭連接可設(shè)計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于外鉆桿體內(nèi)徑，保證內(nèi)連接管外徑與外鉆桿體內(nèi)徑之間形成氣流或水流進入的外層通道，內(nèi)連接管的中空腔體為鉆進系統(tǒng)的內(nèi)層通道，鉆頭破煤形成的鉆屑依靠風流或水流沿內(nèi)層通道排出。[0008]所述的多孔管焊接在內(nèi)連接管的內(nèi)壁，其直徑較小，且每隔一定間距設(shè)置小孔。
[0009]所述的中心回流鉆頭由鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭、通孔芯管內(nèi)螺紋接頭、胎體和合金刀片組成，接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣。鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿外螺紋接頭連接，鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭與鉆頭胎體連接并形成與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿相同的進氣通道。通孔芯管內(nèi)螺紋接頭設(shè)置于鉆頭中心一端內(nèi)連接管連接，另一端沿與鉆頭胎體中心通孔連接，形成中心回流通道。
[0010]所述的旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置由排渣芯管接頭、旋轉(zhuǎn)密封接頭和密封導氣室組成，排渣芯管與內(nèi)連接管連接，工作中排渣芯管不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與外鉆桿體連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，密封導氣室一端連接井下風管或水管，實現(xiàn)氣流或水流沿鉆桿外層通道進入，氣固耦合的鉆屑沿內(nèi)層通道排出。
[0011]用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，包括以下步驟:
[0012]①.完成鉆機、鉆具及其排渣系統(tǒng)安裝與連接，先利用旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置將風流或水流送入雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿外層通道。工作中排渣芯管不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與外鉆桿體連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，密封導氣室一端連接風管或水管，實現(xiàn)氣流或水流沿鉆桿外層通道進入；
[0013]②.帶壓風流或水流通過中心回流鉆頭到達孔底，將鉆頭破煤形成的鉆屑送入雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿內(nèi)層通道，該方式與常規(guī)鉆進的排渣路線相反，排渣在鉆桿腔體內(nèi)完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞對鉆孔排渣空間的影響；
[0014]③.風流或水流將鉆頭破煤形成的鉆屑沿雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿內(nèi)層通道返出進入與鉆桿尾部連接放渣除塵器，完成排渣和除塵，鉆屑在封閉空間運移，避免了漏氣和漏塵通道，由于外接設(shè)置簡單，應用常規(guī)的除塵裝置，便可實現(xiàn)高效除塵。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實用新型雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿實施例一的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0017]圖3是本實用新型實施例一的軸向剖視圖；
[0018]圖4是圖3當中A-A剖視圖；
[0019]圖5是本實用新型中心回流鉆頭結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0020]圖6是本實用新型旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖7是本實用新型實施時排渣原理示意圖；
[0022]圖8是本實用新型實施時預防鉆桿內(nèi)層通道發(fā)生堵塞原理示意圖；
[0023]圖9是本實用新型雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿實施例二的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0024]圖10是本實用新型實施例二的軸向剖視圖；
[0025]圖11是圖10當中B-B剖視圖；
[0026]圖12是本實用新型雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿實施例三的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0027]圖13是本實用新型實施例三的軸向剖視圖；
[0028]圖14是圖13當中C-C剖視圖。
【具體實施方式】[0029]實施例一:如圖1?圖8所示，本實用新型一種用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，包括雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5、中心回流鉆頭6、旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置3，所述旋轉(zhuǎn)密封裝置3與鉆機上的雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5連接，中心回流鉆頭6安裝在雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5的前端。雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5由外鉆桿體9、內(nèi)連接管10和焊接在內(nèi)連接管內(nèi)壁的多孔管11組成。外鉆桿體由內(nèi)螺紋接頭12、桿體13和外螺紋接頭14組成，外螺紋接頭、內(nèi)螺紋接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣。內(nèi)連接管10結(jié)構(gòu)與外鉆桿體9類似，接頭連接可設(shè)計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于外鉆桿體內(nèi)徑，保證內(nèi)連接管10外徑與外鉆桿體9內(nèi)徑之間形成氣流或水流進入的外層通道，內(nèi)連接管10的中空腔體為鉆進系統(tǒng)的內(nèi)層通道，鉆頭破煤形成的鉆屑依靠風流或水流沿內(nèi)層通道排出。多孔管11焊接在內(nèi)連接管10的內(nèi)壁，其直徑較小，且每隔一定間距設(shè)置小孔17。中心回流鉆頭6由鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭21、通孔芯管內(nèi)螺紋接頭22、胎體23和合金刀片24組成，接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣。鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭21與外鉆桿體9外螺紋接頭14連接，鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭21與鉆頭胎體23連接并形成與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿相同的進氣通道
19。通孔芯管內(nèi)螺紋接頭22設(shè)置于鉆頭中心一端內(nèi)連接管10連接，另一端與鉆頭胎體23中心通孔連接，形成中心回渣通道20。旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置3由排渣芯管接頭25、旋轉(zhuǎn)密封接頭26和密封導氣室27組成，排渣芯管接頭25與內(nèi)連接管10連接，工作中排渣芯管不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)密封接頭26與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭12連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，密封導氣室27 —端連接井下風管或水管，實現(xiàn)氣流或水流沿鉆桿外層通道15進入，氣固耦合的鉆屑沿內(nèi)層通道16排出。
[0030]下面介紹一下本實用新型實施例一的具體使用方法:
[0031]參照圖1、圖7，完成鉆機、鉆具及其排渣系統(tǒng)安裝與連接，先利用旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置3將風流或水流送入雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5外層通道15。工作中內(nèi)連接管10不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)密封接頭26與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿5連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，密封導氣室27 —端連接風管或水管，實現(xiàn)氣流或水流沿鉆桿外層通道15進入；
[0032]帶壓風流或水流通過中心回流鉆頭6到達孔底，將鉆頭破煤形成的鉆屑送入雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿內(nèi)層通道16，該方式與常規(guī)鉆進的排渣路線相反，排渣在鉆桿腔體內(nèi)完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞塌孔對鉆孔排渣空間的影響；
[0033]風流或水流將鉆頭破煤形成的鉆屑沿雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿內(nèi)層通道16返出進入與鉆桿尾部連接放渣除塵器1，完成排渣和除塵，鉆屑在封閉空間運移，避免了漏氣和漏塵通道，由于外接設(shè)置簡單，應用常規(guī)的除塵裝置，便可實現(xiàn)高效除塵。
[0034]下面介紹一下本實用新型實施例一鉆具防鉆孔堵塞原理:
[0035]參照圖7、圖8，對于松軟突出煤層鉆進，鉆孔開挖后，煤巖流變現(xiàn)象嚴重，鉆孔孔壁易失穩(wěn)破壞，短時間內(nèi)鉆孔收縮變形嚴重，鉆屑易在孔內(nèi)形成堆積，孔內(nèi)排渣空間易發(fā)生堵塞，當孔內(nèi)形成堵塞段時，鉆孔將失去排渣通道，鉆進將被迫停止，堵塞段未疏通，強行鉆進或退鉆時，易發(fā)生斷鉆、丟鉆、鉆孔瓦斯燃燒及鉆孔CO中毒等事故。當應用雙層內(nèi)排渣防堵鉆具施工鉆孔時，如圖7所示，帶壓風流或水流通過由外鉆桿體9和內(nèi)連接管10形成的環(huán)狀間隙經(jīng)由中心回流鉆頭6到達孔底，將鉆頭破煤形成的鉆屑送入雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿內(nèi)層通道16，排渣在鉆桿腔體內(nèi)完成，避免了鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞塌孔對鉆孔排渣空間的影響，可有效預防鉆孔發(fā)生堵塞；如圖8所示，受排渣動力不穩(wěn)定或大塊煤渣阻擋，在雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿內(nèi)層通道16形成堵塞時，由于在內(nèi)連接管10的內(nèi)壁焊接了多孔管11，堵塞段內(nèi)部的風流或水流將沿多孔管11的小孔17-1進入多孔管，并從堵塞區(qū)域多孔管11的其它小孔高速流出，例如孔17-2、17-3，這樣在堵塞區(qū)域形成了強紊流，有利于堵塞段的疏通，本實用新型通過在內(nèi)連接管10的內(nèi)壁設(shè)置多孔管11，可有效預防鉆桿內(nèi)層通道16發(fā)
生堵塞。
[0036]實施例二:如圖9?圖11所示，與實施例一不同的在于，外鉆桿體9的外表面設(shè)置了螺旋凹槽28，在鉆孔嚴重收縮區(qū)或鉆穴區(qū)，鉆桿旋轉(zhuǎn)時，鉆桿表面鉆屑形成螺旋輸送狀態(tài)，有利于鉆桿表面散熱，避免熱量聚集形成的鉆具高溫。實施例二的使用方法與實施例一相同。
[0037]實施例三:如圖12?圖14所示，與實施例一、實施例二不同的在于，外鉆桿體9的外表面設(shè)置了螺旋凸棱29，與實例二具有同樣的功能，同時螺旋凸棱采用等離子熔涂工藝，有效提聞了外鉆桿體9的強度，提聞了鉆桿的整體強度，間接延長了鉆桿的使用壽命。實施例三的使用方法與實施例一、實施例二相同。
【權(quán)利要求】
1.用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，包括雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿、中心回流鉆頭、旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)密封裝置與鉆機上的雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿連接，中心回流鉆頭安裝在雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿的前端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，其特征在于:所述的雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿由外鉆桿體、內(nèi)連接管和焊接在內(nèi)連接管內(nèi)壁的多孔管組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，其特征在于:所述的外鉆桿體由外螺紋接頭、桿體和內(nèi)螺紋接頭組成，外螺紋接頭、內(nèi)螺紋接頭設(shè)計為錐形絲扣或平扣，外鉆桿體外表面設(shè)置為光面、螺旋凹槽或螺旋凸棱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，其特征在于:所述的內(nèi)連接管接頭連接設(shè)計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于外鉆桿體內(nèi)徑，保證內(nèi)連接管外徑與外鉆桿體內(nèi)徑之間形成氣流或水流進入的外層通道，內(nèi)連接管的中空腔體為鉆進系統(tǒng)的內(nèi)層通道，鉆頭破煤形成的鉆屑依靠風流或水流沿內(nèi)層通道排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，其特征在于:所述的多孔管焊接在內(nèi)連接管的內(nèi)壁，每隔一定間距設(shè)置小孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，其特征在于:所述的中心回流鉆頭由鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭、通孔芯管內(nèi)螺紋接頭、胎體和合金刀片組成，接頭設(shè)計為錐形絲扣或平扣；鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿外螺紋接頭連接，鉆頭外鉆桿體內(nèi)螺紋接頭與鉆頭胎體連接并形成與雙層內(nèi)排渣防堵鉆桿相同的進氣通道；通孔芯管內(nèi)螺紋接頭與內(nèi)連接管連接，形成中心回流通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于松軟突出煤層鉆進雙層內(nèi)排渣防堵鉆具，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)密封供水裝置或供風裝置由排渣芯管接頭、旋轉(zhuǎn)密封接頭和密封導氣室組成，排渣芯管與內(nèi)連接管連接，工作中排渣芯管不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸與外鉆桿體連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，密封導氣室一端連接井下風管或水管，實現(xiàn)氣流或水流沿鉆桿外層通道進入，氣固耦合的鉆屑沿內(nèi)層通道排出。
【文檔編號】E21B7/00GK203716841SQ201320718032
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】王永龍, 孫玉寧, 王振鋒 申請人:河南理工大學