[發明專利]用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具及其施工方法

有效

• 申請號: 201310568692.5
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103556940A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王永龍;孫玉寧;宋維賓
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B3/00
• 分類號: E21B3/00;E21B17/00;E21B11/00;E21B21/06
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技術領域

本發明屬于煤礦突出煤層瓦斯抽采鉆孔施工、軟巖鉆孔施工等技術領域，具體涉及一種用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具及其施工方法。

背景技術

當前，井工瓦斯抽采是礦井瓦斯治理的主要技術手段，井工瓦斯抽采以鉆孔施工為前提，其中主要包括本煤層瓦斯抽采鉆孔、穿層瓦斯抽采鉆孔，對于地質條件復雜的軟弱煤巖體，鉆孔施工時，孔壁收縮、破壞嚴重，加之含瓦斯煤體噴孔現象頻發，鉆孔內易形成堵塞段，使排渣空間喪失，卡鉆、斷鉆現象頻繁，致使鉆孔深度淺、鉆進效率低和孔內事故頻發，其結果嚴重影響瓦斯抽采施工進度和煤礦的安全生產，給礦方帶來了一定的經濟損失。目前常用的鉆具，排渣通道為鉆孔孔壁與鉆桿之間的環狀空間，對于地質條件復雜的軟弱煤巖體施工鉆孔，孔壁變形及破壞對鉆孔排渣空間的影響較大，鉆孔易堵塞，使鉆進無法進行。因此，為了改善軟煤巖鉆進存在的諸多問題，應改變傳統的鉆進工藝方式，開發一種新的孔內鉆具及鉆進工藝系統，其核心指導思想是通過鉆具結構創新，保護排渣通道不受鉆孔變形、破壞的影響。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供了一種用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具及其施工方法，該鉆進工藝系統排渣在雙通道多孔紊流卸壓鉆具內完成，排渣通道受到鉆桿保護，同時，鉆桿表面的多孔特征，能夠有效釋放鉆孔堵塞區域桿體與煤渣之間的應力、疏散堆積的鉆屑和預防鉆桿表面熱量聚集，有利于軟煤巖的安全鉆進。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，包括雙通道多孔紊流卸壓鉆桿、雙通道鉆頭、鉆尾旋轉放渣裝置，所述鉆尾旋轉放渣裝置與鉆機上的雙通道多孔紊流卸壓鉆桿連接，雙通道鉆頭安裝在雙通道多孔紊流卸壓鉆桿的前端。

所述的雙通道多孔紊流卸壓鉆桿由多孔外鉆桿體、內管組成。

所述的多孔外鉆桿體由外螺紋接頭、多孔桿體和內螺紋接頭組成，桿體上設置多個小孔，小孔的形狀可設計為圓形、方形或其它形式的多邊形，外螺紋接頭、內螺紋接頭可設計為錐形絲扣或平扣，外鉆桿體外表面設置為光面、螺旋凹槽或螺旋凸棱。

所述的內管接頭連接可設計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于外鉆桿體內徑，保證內管外徑與多孔外鉆桿體內徑之間形成鉆屑排出的外通道，內管的中空腔體用于進風，為鉆進系統的內通道。

所述的雙通道鉆頭由外鉆頭內螺紋接頭、進氣芯管內螺紋接頭、胎體和合金刀片組成，接頭可設計為錐形絲扣或平扣。進氣芯管設置于鉆頭中心一端連接鉆桿內管，另一端與鉆頭胎體中心通孔連接，形成中心進氣通道；鉆頭冠部周邊設置多個進渣孔，鉆頭內螺紋接頭與進氣芯管之間形成回流環形空間，形成與雙通道多孔紊流卸壓鉆桿相通的排渣外通道。

所述的鉆尾旋轉放渣裝置由進氣接頭、旋轉放渣接頭、放渣箱體組成，旋轉放渣接頭與多孔外鉆桿體連接并保持同步旋轉，實現回轉鉆進，進氣接頭與內管連接，工作中氣流由進氣接頭進入內管到達鉆孔孔底，風流攜帶鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿與內管之間形成的環狀空間形成的外通道返出進入與鉆尾旋轉放渣裝置，旋轉放渣接頭上設置放渣口，鉆屑沿放渣口進入放渣箱，沿排渣口進入除塵裝置。

用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具及其施工方法，施工方法包括以下步驟：

①.?完成鉆機、鉆具及其供風系統安裝與連接，利用供風裝置將風流送入雙通道多孔紊流卸壓鉆桿內通道。工作中進風內管不旋轉，旋轉放渣接頭與多孔外鉆桿體連接并保持同步旋轉，實現回轉鉆進；

②.?帶壓風流通過內管經由雙通道鉆頭內通道到達孔底，將鉆頭破煤形成的鉆屑送入雙通道多孔紊流卸壓鉆桿外通道，排渣在多孔外鉆桿體與內管之間的環狀空間內完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩破壞對鉆孔排渣空間的影響，鉆桿表面的多孔特征，使風流沿鉆桿表面的孔間內外穿梭，鉆桿表面的鉆屑顆粒與氣流形成強紊流狀態，不僅利于疏散堆積的鉆屑，同時有利于鉆桿表面散熱；

③.?風流將鉆頭破煤形成的鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿外通道返出進入與鉆桿尾部連接放渣裝置，最后渣體進入除塵器，完成排渣和除塵。

附圖說明

圖1是本發明工作狀態的結構示意圖；

圖2是本發明雙通道多孔紊流卸壓鉆桿實施例一的三維結構剖視圖；

圖3是本發明實施例一的軸向剖視圖；

圖4是圖3當中A-A剖視圖；

圖5是本發明圖3局部放大圖Ⅰ；

圖6是本發明雙通道鉆頭結構剖視圖；

圖7是本發明鉆尾旋轉放渣裝置結構圖；

圖8是本發明實施時排渣原理示意圖；