專利名稱：突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤礦突出煤層鉆進(jìn)的扒孔降溫鉆具以及使用該 鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)的方法。
背景技術(shù)：
在煤礦工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)突出煤層進(jìn)行開采前，需要先對(duì)突出煤層進(jìn)行 鉆孔，以抽排煤層內(nèi)的瓦斯氣體。目前，國(guó)內(nèi)突出煤層抽放鉆孔的施工普遍采用坑道液壓鉆機(jī)，其鉆桿 采用光面鋼管制作，鉆頭處不設(shè)置單項(xiàng)閥，打鉆時(shí)采用風(fēng)力排渣，即高 壓風(fēng)經(jīng)鉆桿內(nèi)孔到達(dá)鉆頭，高壓風(fēng)把鉆渣吹出鉆孔。但是，采用以上方 法在突出煤層鉆進(jìn)的過程中經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、煤炮和鉆孔堵塞等現(xiàn)象，這 些現(xiàn)象造成鉆孔排渣通道堵塞，進(jìn)而出現(xiàn)卡鉆、鉆桿丟失以及鉆桿摩擦 過度生熱等現(xiàn)象(國(guó)內(nèi)多次出現(xiàn)鉆孔燃燒事故)，因此，突出煤層的深孔 鉆進(jìn)十分困難。為解決突出煤層深孔鉆進(jìn)困難的問題，本申請(qǐng)人在另 一份申請(qǐng)?zhí)枮?00510059889.1的專利申請(qǐng)中描述過一種"突出煤層保壓鉆進(jìn)切縫設(shè)備 與方法"，但是其施工工藝復(fù)雜，施工成本高。此外，第01267191. 6號(hào)專利中也描述了一種"軟煤層高瓦斯深孔鉆 機(jī)用鉆桿"，但是，這種鉆桿由于鉆桿和聯(lián)結(jié)絲扣的強(qiáng)度匹配難以實(shí)現(xiàn)， 使用受到很大限制；類似地，第02800916. 9號(hào)專利申請(qǐng)(專利號(hào))描述 了一種"階梯式管狀鉆桿和鉆機(jī)"，然而，由于該設(shè)備龐大，所以在井下 使用受空間的限制，切管狀鉆桿的回收困難。因此，實(shí)有必要設(shè)計(jì)一種新的突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進(jìn)方法， 以克服上述缺陷
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、并且在突出煤層鉆進(jìn)的過程 中出現(xiàn)塌孔、煤炮和鉆孔堵塞等現(xiàn)象時(shí)能較大程度地避免出現(xiàn)卡鉆、鉆 桿丟失以及鉆孔燃燒現(xiàn)象的鉆具以及使用該種鉆具的鉆進(jìn)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進(jìn)方法分別采用如下設(shè)計(jì)一種突出煤層扒孔降溫鉆具，其包括扒孔降溫鉆桿和連在該扒孔鉆 桿一端的防阻塞鉆頭組件，所述扒孔降溫鉆桿設(shè)有用于通過高壓氣流的 內(nèi)孔，所述扒孔降溫鉆桿外表面設(shè)有螺旋輸送槽，而所述防阻塞鉆頭組 件包括鉆頭件和單向閥構(gòu)件，所述單向閥構(gòu)件安裝在鉆頭件內(nèi)部。 一種使用上述鉆具在突出煤層中鉆進(jìn)的方法，包括如下步驟 首先，為所述突出煤層扒孔降溫鉆具提供外接的高壓氣流源； 然后，啟動(dòng)鉆^L帶動(dòng)該突出煤層扒孔降溫鉆具實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)； 隨后，在鉆進(jìn)過程中因部分煤層脫落而塞滯在鉆桿周圍時(shí)，調(diào)整鉆 機(jī)轉(zhuǎn)速，變高轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速速，并在鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下停止鉆桿推進(jìn)， 使得突出煤層扒孔降溫鉆具將在低速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下開始扒孔動(dòng)作，直至 塞滯在鉆桿周圍的煤體煤渣通過所述螺旋輸送槽向鉆孔外部排出，開通 排渣通道，使鉆進(jìn)恢復(fù)正常為止。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述螺旋輸送槽的螺旋方向與正常鉆 進(jìn)時(shí)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向一致，所述鉆頭件與所述扒孔降溫鉆桿通過連螺紋 聯(lián)結(jié)，所述單向閥構(gòu)件包括固定在所述連接管內(nèi)部的閥套以及安裝在所 述閥套內(nèi)的活動(dòng)閥芯，該活動(dòng)閥芯一端設(shè)有帽狀體，該帽狀體卡持在所 述閥套外端。突出煤層打鉆的效果，實(shí)現(xiàn)突出煤層的深孔鉆進(jìn)，同時(shí)鉆桿上的螺旋輸 送槽使鉆渣及時(shí)帶走鉆桿的摩擦熱量，使鉆桿不至于過度發(fā)熱，這對(duì)防 止鉆孔內(nèi)瓦斯燃燒具有重要意義。


下面，將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)的說明，其中 圖1是本發(fā)明的突出煤層扒孔降溫鉆具的側(cè)面局部剖視圖； 圖2是沿圖1的A-A線的剖視圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖1,本發(fā)明的突出煤層扒孔降溫鉆具1包括扒孔降溫鉆桿 10和設(shè)于扒孔降溫鉆桿10 —端的防阻塞鉆頭組件12。請(qǐng)結(jié)合參閱圖1和圖2，所述扒孔降溫鉆桿IO具有內(nèi)孔，以通過高 壓氣流，而其外表面設(shè)有螺旋輸送槽100，以向外部輸送煤渣。所述螺旋 旋輸送槽100的成型方法有兩種 一是在扒孔鉆桿10外圓切削出螺旋輸 送槽100; 二是在扒孔鉆桿10外圓焊接螺旋鋼帶，形成螺旋輸送槽100。 該扒孔降溫鉆桿IO上的螺旋輸送槽100可以是單條或多條，并且其條數(shù)、 寬度、深度和螺旋角等參數(shù)，可根據(jù)煤層條件、鉆桿強(qiáng)度匹配等因素進(jìn) 行調(diào)整。在本實(shí)施例中，螺旋輸送槽100為右螺旋，與鉆機(jī)的的正旋方 向相對(duì)應(yīng)，這樣鉆孔堵塞時(shí)，扒孔降溫鉆桿10上的螺旋輸送槽100將對(duì) 堵塞段鉆孔內(nèi)的煤渣向鉆孔口方向外扒，達(dá)到開通排渣通道的作用，并 使與鉆桿接觸的煤渣處于流動(dòng)狀態(tài)及時(shí)帶走鉆桿摩擦所產(chǎn)生的熱量。該 扒孔降溫鉆桿IO可以是焊接接頭，也可以是螺紋聯(lián)結(jié)接頭，鉆桿之間可 通過螺紋實(shí)現(xiàn)多根聯(lián)接。所述防阻塞鉆頭組件12包括用于鉆進(jìn)的鉆頭120以及"^殳于該鉆頭組 件12內(nèi)部的單向閥構(gòu)件122。請(qǐng)參閱圖1，所述鉆頭120內(nèi)部設(shè)有與扒孔降溫鉆桿10的內(nèi)孔連通 的中孔120a。此外，該鉆頭120優(yōu)選通過一連接管121與所述扒孔降溫 鉆桿10連接，并保證所述中孔120a與扒孔降溫鉆桿10的內(nèi)腔保持連通， 所述單向閥構(gòu)件122即安裝在所述連接管121內(nèi)，以確保所述中孔120a 與凈八孔降溫鉆4干IO之間只能單向?qū)?，即只在朝向鉆頭120的方向?qū)?。所述單向閥構(gòu)件122包括套設(shè)在所述連接管121內(nèi)部的閥套1220以 及安裝在所述閥套1220內(nèi)的活動(dòng)閥芯1222,該活動(dòng)閥芯1222 —端設(shè)有 帽狀體1222a,該帽狀體1222a卡持在所述閥套1220外端，以防止煤渣
進(jìn)入扒孔鉆桿10的內(nèi)孔。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，除采用上述結(jié)構(gòu) 外，單向閥構(gòu)件122還可以采用其所屬領(lǐng)域常用的其他結(jié)構(gòu)。下面，將具體闡述應(yīng)用本發(fā)明的突出煤層扒孔降溫鉆具1在突出煤 層中進(jìn)行深孔鉆進(jìn)的方法首先，為所述突出煤層扒孔降溫鉆具1提供外接的持續(xù)的高壓氣流源；然后，啟動(dòng)鉆機(jī)帶動(dòng)該突出煤層扒孔降溫鉆具1實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)； 在鉆孔不堵塞的情況下，本發(fā)明的突出煤層扒孔降溫鉆具1正常鉆 進(jìn)，由鉆頭120鉆落的煤渣由所述扒孔降溫鉆桿10的內(nèi)孔噴出的高壓氣 流向外吹，然后在扒孔降溫鉆桿的旋轉(zhuǎn)作用下沿著所述螺旋輸送槽100 向鉆孔外部排出；在繼續(xù)鉆進(jìn)的過程中，常會(huì)發(fā)生鉆孔堵塞，在鉆孔堵塞之前，鉆孔 內(nèi)會(huì)發(fā)出較大的響聲(煤炮)，而后鉆孔內(nèi)的部分煤層脫落并且塞滯在鉆 桿10周圍，此外，煤炮的高壓瓦斯的作用會(huì)產(chǎn)生高壓氣流并攜帶煤渣 沖擊鉆桿10的內(nèi)孔，但是借助單向閥構(gòu)件122的止擋作用，避免了所述 扒孔降溫鉆桿10的內(nèi)孔被堵塞。此時(shí)，調(diào)整鉆機(jī)轉(zhuǎn)速，變高轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn) 速速，并在鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下停止鉆桿IO推進(jìn)，所述突出煤層扒孔降溫 鉆具1將在低速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下開始扒孔動(dòng)作，使得塞滯在鉆桿10周圍的 煤體通過所述螺旋輸送槽100向鉆孔外部排出，同時(shí)，繼續(xù)為所述扒孔 鉆桿10的內(nèi)孔供應(yīng)高壓氣流，以幫助排出煤渣。待鉆孔口看到排渣順暢后，即可繼續(xù)正常的向前鉆進(jìn)，并在鉆進(jìn)一 定深度后增加另一^^艮鉆桿10;再遇到因煤炮產(chǎn)生鉆孔堵塞時(shí)，可以重復(fù) 實(shí)施前面所述的操作過程。通過使用本發(fā)明的突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進(jìn)方法，可以改善 突出煤層打鉆的效果，實(shí)現(xiàn)突出煤層的深孔鉆進(jìn)。同時(shí)鉆桿上的螺旋輸 送槽使鉆渣及時(shí)帶走鉆桿的摩擦熱量，使鉆桿不至于過度發(fā)熱，這對(duì)防 止鉆孔內(nèi)瓦斯燃燒具有重要意義。
權(quán)利要求
1.一種突出煤層扒孔降溫鉆具，其包括扒孔降溫鉆桿和連在該扒孔鉆桿一端的防阻塞鉆頭組件，所述扒孔降溫鉆桿設(shè)有用于通過高壓氣流的內(nèi)孔，其特征在于，所述扒孔降溫鉆桿外表面設(shè)有螺旋輸送槽，而所述防阻塞鉆頭組件包括鉆頭件和單向閥構(gòu)件，所述單向閥構(gòu)件安裝在鉆頭件內(nèi)部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的突出煤層扒孔降溫鉆具，其特征在于，所 述螺旋輸送槽的螺旋方向與正常鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 一致。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的突出煤層扒孔降溫鉆具，其特征在于，所 述鉆頭件與所述扒孔降溫鉆桿通過連接管螺紋聯(lián)結(jié)，所述單向閥構(gòu)件包 括固定在所述連4妄管內(nèi)部的閥套以及安裝在所述閥套內(nèi)的活動(dòng)閥芯，該 活動(dòng)閥芯一端設(shè)有帽狀體，該帽狀體卡持在所述閥套外端。
4. 一種使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的突出煤層扒孔降溫鉆具的鉆進(jìn)方 法，包括以下步驟首先，為所述突出煤層扒孔降溫鉆具提供外接的高壓氣流源； 然后，啟動(dòng)鉆機(jī)帶動(dòng)該突出煤層扒孔降溫鉆具實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)； 隨后，在鉆進(jìn)過程中因部分煤層脫落而塞滯在鉆桿周圍時(shí)，調(diào)整鉆 機(jī)轉(zhuǎn)速，變高轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速速，并在鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下停止鉆桿推進(jìn)，塞滯在鉆桿周圍的煤體煤渣通過所述螺旋輸送槽向鉆孔外部排出，開通 排渣通道使鉆進(jìn)恢復(fù)正常為止。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的突出煤層扒孔降溫鉆具，其特征在于，所 述螺旋輸送槽的螺旋方向與正常鉆進(jìn)時(shí)鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 一致。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的突出煤層扒孔降溫鉆具，其特征在于，所 述鉆頭件與所述扒孔降溫鉆桿通過連接管螺紋聯(lián)結(jié)，所述單向閥構(gòu)件包 括固定在所述連接管內(nèi)部的閥套以及安裝在所述閥套內(nèi)的活動(dòng)閥芯，該 活動(dòng)閥芯一端設(shè)有帽狀體，該帽狀體卡持在所述閥套外端。
全文摘要
一種突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進(jìn)方法，其中鉆具包括扒孔降溫鉆桿和連在該扒孔降溫鉆桿一端的防阻塞鉆頭組件，其外表面設(shè)有螺旋輸送槽，使鉆桿具有扒通鉆孔的功能和帶走鉆桿摩擦熱量，防阻塞鉆頭組件包括鉆頭件和單向閥構(gòu)件，單向閥構(gòu)件具有防止鉆桿內(nèi)孔被煤渣堵塞的功能。鉆進(jìn)方法包括以下步驟首先為鉆具提供外接高壓氣流源并啟動(dòng)鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)；隨后在因部分煤渣脫落并塞滯鉆桿周圍時(shí)變高轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速速，并在鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)停止鉆桿推進(jìn)，使扒孔降溫鉆具實(shí)現(xiàn)扒孔動(dòng)作，開通鉆孔的排渣通道，且扒孔降溫鉆桿螺旋輸送能及時(shí)帶走鉆桿摩擦熱量。借此，可以改善突出煤層打鉆的效果，同時(shí)鉆桿上的螺旋輸送槽使鉆渣及時(shí)帶走鉆桿的摩擦熱量。
文檔編號(hào)E21B17/00GK101131069SQ200610111830
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者孫玉寧 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)