[發明專利]多級變徑組合鉆具

無效

• 申請號: 201110006233.9
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102071876A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 蔡成功;李坤;郭鵬;敖仕海;周霏;趙東;苗國強
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B10/26
• 分類號: E21B10/26;E21B10/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及多級變徑組合鉆具，用于在松軟突出煤層和高瓦斯煤層中施工順層鉆孔，防止因噴孔、夾鉆導致鉆孔施工深度淺和施工困難的技術難題，保證鉆孔施工深度和質量，提高防突和抽采瓦斯效果。

背景技術

目前，我國煤礦施工煤層鉆孔用鉆頭多為常規鉆頭，一般鉆頭直徑即為鉆孔直徑，直徑有42mm、75mm、89mm和108mm等規格。在常規鉆孔直徑下，未發現多級變徑組合鉆具類似的專利。相關專利有CN96226431.8的實用新型“可變徑卸煤鉆具”、申請號為CN03245809.6的實用新型“自動變徑擴孔鉆具”和申請號為CN200710106673.5的發明“自動變徑擴孔鉆具”。

CN96226431.8“變徑擴孔鉆具”發明(設計)人為王魁軍、蔡成功、辛新平、許昭澤。該實用新型鉆具由前鉆體、后鉆體、刀體、彈簧片、限位環等組成，在鉆進時，定位銷和固定爪將刀體固定在鉆體上；鉆孔打到孔底后，加大鉆機推力，將定位銷剪斷，并由彈簧將刀體彈開，刀體在彈簧力和旋轉離心力作用下，實現擴孔作業。

CN?03245809.6“自動變徑擴孔鉆具”發明(設計)人為辛新平、史有才等，是一種煤礦井下施工瓦斯抽放孔的擴孔鉆具，由前鉆體、刀體、后鉆體、限位環、聯接螺母等組成，前鉆體與后鉆體由限位環和聯接螺母連接，刀體由軸銷固定在前鉆體上，在后鉆體上設置有滑楔。正常鉆進時，滑楔將刀體固定在后鉆體上；起鉆時，滑楔退出，刀體張開，在旋轉離心力作用下實現擴孔作業。

CN200710106673.5“自動變徑擴孔鉆具”的發明(設計)人為蔡成功、馬丕梁，鉆具是一種前鉆體、后鉆體、截割刀架、支撐刀架組成的四連桿機構。正常鉆進時為小直徑鉆進，當鉆進到孔底后，實施起鉆擴孔，一次完成大直徑鉆孔施工成孔作業。

上述三種鉆具均為大直徑擴孔鉆具，未涉及防噴孔、夾鉆問題。

發明內容

本發明提供一種全新原理多級變徑組合鉆具，通過三到四級變徑，實現75mm、89mm、108mm直徑的鉆孔施工。首先，用一級鉆頭施工42mm的小直徑鉆孔，以減少截煤作業對煤體應力和瓦斯動力狀態的擾動，防止噴孔發生；然后，后一級鉆頭在前一級鉆孔的塑性圈內揭煤作業，將前一級鉆孔的塑性變形給截割掉；經過三到四次截割塑性變形，在鉆孔成孔后消除鉆孔的塑性變形，消除鉆孔變形對鉆桿產生夾鉆、抱鉆等行為；另外，二級鉆頭、三級鉆頭、四級鉆頭分別在前級鉆頭施工的鉆孔塑性圈內進行截割作業，對煤體應力、瓦斯動力狀態的擾動減小，也防止施工鉆孔過程中發生噴孔。

本發明解決施工順層鉆孔防止噴孔、夾鉆的技術方案是：將一級鉆頭1、二級鉆頭2、三級鉆頭3、四級鉆頭4通過標準鉆桿螺紋連接，組合成一個多級變徑組合鉆具。一級鉆頭直徑為42mm，末級鉆頭直徑為設計鉆孔終孔直徑，有75mm、89mm或108mm三種規格，中間級按鉆孔終孔直徑合理設計；各級鉆頭直徑、變徑級數和每級長度可根據煤層強度、瓦斯大小、鉆進速度等因素，按需要作設計。

本發明的有益效果是利用小直徑鉆孔開孔和在鉆孔塑性圈內截煤作業，減小截割煤體對煤體應力和瓦斯動力狀態的擾動，防止噴孔；通過分次成孔，截割掉鉆孔塑性變形，防止鉆孔塑性變形對鉆桿的夾鉆、抱鉆行為。兩項技術結合，解決在松軟突出煤層和高瓦斯煤層施工順層發生噴孔、夾鉆導致鉆孔施工困難和鉆孔施工深度淺的技術難題。鉆具施工工藝簡單，適應性強。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是多級變徑組合鉆具工作狀態示意圖。一級鉆頭1、二級鉆頭2、三級鉆頭3、四級鉆頭4通過標準鉆桿螺紋連接，組合成一個多級變徑組合鉆具。

圖2是多級變徑組合鉆具的橫截面示意圖。截齒呈120度三翼分布。

圖中1.一級鉆頭，2.二級鉆頭，3.三級鉆頭，4.四級鉆頭，5.硬質合金片。

具體實施方式

圖1為多級變徑組合鉆具結構和正常鉆進作業狀態示意圖。鉆進時，一級鉆頭1首先打42mm小鉆孔；然后二級鉆頭2在一級鉆孔的塑性圈內截割煤體，并將前一級鉆孔的塑性變形給截割掉；三級鉆頭3在二級鉆孔的塑性圈內截割煤體，并將前二級鉆孔的塑性變形給截割掉；經過三到四次的變徑截割煤體，完成鉆孔施工。