專利名稱：雙動力低螺旋鉆桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于煤礦井下瓦斯抽采鉆孔技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于煤層 鉆孔施工所用的雙動力低螺旋鉆桿。
背景技術(shù)：
在煤礦開采過程中，對高瓦斯煤層和煤與瓦斯突出煤層需要在采煤之前對 煤層中的瓦斯進行抽采，抽采煤層中的瓦斯需要在煤層中施工抽采鉆孔。目前 用于煤層鉆孔施工的鉆桿主要有兩種，即以流體(氣流或水流)為排渣動力的 光面鉆桿和靠鉆機自身動力排渣的螺旋葉片鉆桿。使用光面鉆桿時在"鉆穴"
(打鉆過程因瓦斯壓力、地應(yīng)力、鉆桿擾動力、煤體松軟等因素共同造成的直 徑遠大與鉆孔理論直徑的準充填型洞穴)區(qū)排渣通道易出現(xiàn)堵塞，進而出現(xiàn)夾 鉆、丟鉆等現(xiàn)象，難以實現(xiàn)深孔鉆進；使用螺旋葉片鉆桿時因消耗鉆機的動力 過大，易出現(xiàn)吸鉆、卡鉆等現(xiàn)象，難以實現(xiàn)深孔鉆進。中國專利申請?zhí)枮?200610111830.7中公開了一種突出煤層扒孔降溫鉆具及其鉆進方法，所述的鉆 桿已進行了生產(chǎn)并應(yīng)用于煤層鉆進，在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，該鉆桿的確能夠大幅 度提高鉆進深度，但因其結(jié)構(gòu)是在無縫鋼管表面車制出螺旋輸送槽，此種結(jié)構(gòu) 降低了鉆桿的整體強度，同時浪費材料；另一方面是采用車制螺旋槽的方法并 不能形成理想深度的螺旋輸送槽，從而影響螺旋槽的輸送煤渣功能。目前，常 用鉆桿加工方法有表面焊接成型、表面熱融凃技術(shù)等，這些加工方法簡單易行， 但加工出來的鉆桿在強度上大大降低，在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)損壞的情況，影 響工作效率和生產(chǎn)效益。
實用新型內(nèi)容
本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種以流體動力排渣為主、 以鉆機旋轉(zhuǎn)動力為輔助的雙動力低螺旋鉆桿，該鉆桿兼顧光面鉆桿和螺旋葉片 鉆桿的優(yōu)點，克服光面鉆桿和螺旋葉片鉆桿的缺點，在排渣動力方面實現(xiàn)雙動 力排渣，具有更好的克服"鉆穴"危害的功能。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是雙動力低螺旋鉆桿，包括空心的鉆桿體，所述鉆桿體軸向圓柱面上設(shè)有螺旋狀的凸棱條，螺旋狀的 凸棱條截面形狀為圓形、三角形或四邊形。
所述螺旋狀的凸棱條設(shè)置一條或多條，根據(jù)圓柱面直徑大小的不同，凸棱
條寬度在4mm 25mm之間，高度在1^ 10腿之間，相鄰?fù)估鈼l之間形成螺旋 輸送槽。
所述鉆桿體一端設(shè)有空心的連接桿，另一端設(shè)有可與該連接桿配合的連接孔。
所述空心的連接桿為具有一定錐度或呈圓柱狀，其外表面設(shè)有外螺紋，連 接孔內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)螺紋。
所述空心的連接桿沿截面的一側(cè)設(shè)有內(nèi)外相通的內(nèi)插孔，連接孔空間對應(yīng) 位置設(shè)有與連接桿的內(nèi)插孔配合銷釘插接的外插孔。
采用上述結(jié)構(gòu)，凸棱條可以提高鉆桿的整體強度，其截面為圓形、三角形 或四邊形，凸棱條的結(jié)構(gòu)尺寸有利于鉆機的夾持，改善了煤層的打鉆效果及鉆 桿自身的散熱，凸棱條旋轉(zhuǎn)半徑小于鉆頭旋轉(zhuǎn)半徑10mm以上，易于鉆進；螺 旋輸送槽的形成，給流體提供足夠的排渣通道空間，充分發(fā)揮鉆桿的流體排渣 功能，提高了流體動力排渣空間，更有利于排除"鉆穴"形成的鉆孔堵塞，減 少鉆桿對鉆機旋轉(zhuǎn)動力的消耗，削弱鉆桿的機械排渣功能，防止吸鉆現(xiàn)象產(chǎn)生， 便于煤渣向外順利輸送；將鉆桿體兩端分別設(shè)有相適配空心的連接桿和連接孔， 這樣可以方便地加長鉆桿體；通過一根鉆桿體的連接桿與另一根鉆桿體的連接 孔螺紋連接(直扣連接或管螺紋連接)加長鉆桿長度，可靠方便；根據(jù)鉆桿的 加工工藝不同，也可以通過插接式銷釘插接來加長鉆桿長度，實現(xiàn)鉆桿的反轉(zhuǎn)； 本實用新型設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制作、成本低廉、安全可靠、排渣 性能好、鉆孔深度深，充分增強了鉆桿的強度和剛度，使用該鉆桿進行煤層鉆 孔，可提高工作效率和生產(chǎn)效益。

圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意4圖3是圖1和圖2當中的A—A剖視圖； 圖4是圖2的B—B剖視圖5是本實用新型桿體成型的初始結(jié)構(gòu)示意圖6是圖5的C一C剖視圖7是待擠壓管材與中心鋼軸的裝配圖8是擠壓成型加工方法當中專用模具的軸向剖面圖。
具體實施方式
實施例一如圖1和圖3所示，本實用新型的雙動力低螺旋鉆桿，包括空
心的鉆桿體1，鉆桿體1的內(nèi)孔7可用于通過高壓氣流或水流，鉆桿體1軸向圓 柱面上設(shè)有螺旋狀的凸棱條2，凸棱條2截面形狀為梯形，該截面也可以為矩形、 三角形、四邊形等形狀，螺旋狀的凸棱條2設(shè)置一條或多條，凸棱條2寬度在 3mm 25mm之間，高度在3mm 25mm之間，相鄰?fù)估鈼l2之間形成螺旋輸送槽 3，螺旋輸送槽3可以在打鉆過程中隨鉆機帶動鉆桿的旋轉(zhuǎn)將煤渣向外部輸送， 鉆桿體1 一端設(shè)有具有一定錐度的空心的連接桿4，另一端設(shè)有可與該空心的連 接桿4螺接配合的連接孔5。在加長鉆桿時，可將一根鉆桿的連接桿4與另一根 鉆桿的連接孔5螺接配合。當然，空心的連接桿4和連接孔5也可以為圓柱形 狀，直扣連接，此為公知技術(shù)，不再贅述。
實施例二如圖2、圖3和圖4所示，與實施例一不同的在于，空心的連接 桿4截面形狀可設(shè)計成多邊形，邊數(shù)可根據(jù)就實際應(yīng)用情況設(shè)計，圖4為其中 的一種六邊形截面形狀，沿截面的一側(cè)設(shè)有內(nèi)外相通的內(nèi)插孔10，連接孔5的 安裝對應(yīng)位置設(shè)有與空心的連接桿4上內(nèi)插孔配合銷釘插接的外插孔11。在加 長鉆桿時，可將一根鉆桿的連接桿4與另一根鉆桿的連接孔5插接配合，然后 使用銷釘或螺栓穿入外插孔11與內(nèi)插孔10內(nèi)進行固定連接。
桿體的加工方法實施例一采用熱成型加工方法，包括以下步驟
(1) 、首先將鋼管軋制成圓周表面上軸向上對稱設(shè)有兩條棱條20的桿體21 (如圖5和圖6)。
(2) 、將步驟1形成的管材根據(jù)所要加工鉆桿的長度進行下料定尺，然后
5將其放入足夠長度的高溫加熱管，同時設(shè)計相應(yīng)的夾具，該夾具能夠?qū)崿F(xiàn)對需
要加熱桿體21的兩端進行夾持固定，同時也可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加載一定的扭矩。
(3) 、通過高溫加熱管棱狀桿體21進行加熱，達到一定溫度后，對桿體21 進行旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)，可以采取兩端沿不同方向緩慢旋轉(zhuǎn)，也可采取一端固定，另一 端旋轉(zhuǎn)的方式，直到桿體21的表面沿軸向的棱條形成均勻的螺旋棱條為止。
(4) 、完成上述步驟后，取下桿體21進行緩慢散熱，退除熱應(yīng)力，或進行 熱處理，提高表面硬度。
桿體的加工方法實施例二采用滾壓、擠壓加工方法，參見圖7和圖8，包 括以下步驟
(1) 、首先選擇好一定尺寸的無縫鋼管，通常選擇壁厚較厚的無縫鋼管進 行滾壓、擠壓成型，以彌補桿體變形造成的桿體局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。
(2) 、將所需管材根據(jù)所要加工鉆桿的長度進行下料定尺，設(shè)計硬度及強 度遠大于該管材的中心鋼軸22，且能夠沿需要滾壓成型的管材中心穿過，其配 合間隙要控制在0.1mm 0.3mm之間，防止?jié)L壓過程中，桿體21的變形過大。
(3) 、根據(jù)所要滾壓的管材尺寸，設(shè)計專用的圓柱狀模具23，且內(nèi)表面布 有根據(jù)設(shè)計的一條或多條螺旋凸棱，該模具23采用耐高溫且強度和硬度較大的 模具鋼進行制造。
(4) 、將穿有中心鋼軸22的待加工管材在機床上進行固定，然后將其放 入足夠長度的高溫加熱管進行加熱，與此同時，使上述專用模具23—端固定， 并能夠做旋轉(zhuǎn)運動，且與待加工管材的中心軸線操持重合，可沿軸線方向穩(wěn)定 的移動，并能夠做旋轉(zhuǎn)運動，同時在模具23的一端保證能夠加載一定大小的軸 向力，高溫加熱管對待擠壓管材加熱到一定時間后，撤除高溫加熱管，使該專 用模具23沿加工管材的一端旋轉(zhuǎn)擠壓通過，這樣通過擠壓的方式在光面管材表 面形成了螺旋凸棱，最后將插入管材的中心鋼軸22抽出。
另外，在加工制作鉆桿時，要保證螺旋狀的凸棱條的螺旋方向與鉆機正常 鉆孔時旋轉(zhuǎn)方向一致。
采用雙動力低螺旋鉆桿在使用時，"鉆穴"內(nèi)易形成兩條排渣通道在"鉆穴"上部形成流體(氣流或水流)排渣通道，圍繞鉆桿形成來自鉆機旋轉(zhuǎn)動力 的機械排渣通道，兩條排渣通道相互作用，有助于克服或較少"鉆穴"對打鉆 的危害。在正常排渣情況下，因為采用了雙動力排渣方式，使得鉆桿的排渣速
度和效率得到提高，可以提高打鉆效率；在"鉆穴"區(qū)，當流體排渣通道不暢 通時，低螺旋結(jié)構(gòu)在消耗鉆機動力較小的情況下可將流體排渣通道疏通，進而 克服或減少"鉆穴"的危害。
權(quán)利要求1、雙動力低螺旋鉆桿，包括空心的鉆桿體，其特征在于所述鉆桿體軸向圓柱面上設(shè)有螺旋狀的凸棱條，螺旋狀的凸棱條截面形狀為圓形、三角形或四邊形。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙動力低螺旋鉆桿，其特征在于所述螺旋狀的 凸棱條設(shè)置一條或多條，根據(jù)圓柱面直徑大小的不同，凸棱條寬度在4mm 25mm 之間，高度在lmm 10mm之間，相鄰?fù)估鈼l之間形成螺旋輸送槽。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙動力低螺旋鉆桿，其特征在于所述鉆桿 體一端設(shè)有空心的連接桿，另一端設(shè)有可與該連接桿配合的連接孔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙動力低螺旋鉆桿，其特征在于所述空心的連 接桿為具有一定錐度或呈圓柱狀，其外表面設(shè)有外螺紋，連接孔內(nèi)表面設(shè)有內(nèi) 螺紋。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙動力低螺旋鉆桿，其特征在于所述空心的連接桿沿截面的一側(cè)設(shè)有內(nèi)外相通的內(nèi)插孔，連接孔空間對應(yīng)位置設(shè)有與連接桿 的內(nèi)插孔配合銷釘插接的外插孔。
專利摘要本實用新型公開了一種雙動力低螺旋鉆桿，其結(jié)構(gòu)包括空心的鉆桿體，所述鉆桿體軸向圓柱面上設(shè)有螺旋狀的凸棱條，螺旋狀的凸棱條截面形狀為圓形、三角形或四邊形，螺旋狀的凸棱條設(shè)置一條或多條，凸棱條寬度在3mm～25mm之間，高度在3mm～25mm之間，相鄰?fù)估鈼l之間形成螺旋輸送槽，鉆桿體一端設(shè)有空心的連接桿，另一端設(shè)有可與該連接桿配合的連接孔；其加工方法采用熱成型法或滾壓、擠壓的方法。本實用新型設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制作、成本低廉、安全可靠、排渣性能好、鉆孔深度深，充分增強了鉆桿的強度和剛度，使用該鉆桿進行煤層鉆孔，可提高工作效率和生產(chǎn)效益。
文檔編號E21B17/22GK201391249SQ200920088879
公開日2010年1月27日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者孫玉寧, 王永龍 申請人:河南理工大學