一體化鉆割鉆桿的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的是為了解決瓦斯抽采坑道工序復(fù)雜、施工工序工期與坑道抽采瓦斯效果不能同時(shí)兼顧的問題，提出了一種一體化鉆割鉆桿。該鉆桿包括鉆桿主體、封孔組件和噴流孔組件；其有益效果在于：同一套設(shè)備同時(shí)可以鉆孔和割裂煤層，只需轉(zhuǎn)換供給鉆桿的工作液體的壓力即可。其原理是不同壓力的工作液體可以使封孔組件的調(diào)壓彈簧產(chǎn)生對(duì)封孔塞的不同壓力，當(dāng)壓力較大是，封孔塞對(duì)鉆桿錐形結(jié)構(gòu)的壓力就更大，此時(shí)大部分的工作液體就從噴流通孔中噴射出來以割裂煤層。
【專利說明】一體化鉆割鉆桿
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤炭開采【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及煤炭正式開采前預(yù)抽采瓦斯施工過程中的高壓水力壓裂煤層裝置，用于解決現(xiàn)有的鉆桿施工過程中頻繁上下導(dǎo)致效率低下的問題。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦瓦斯、是井下的重大災(zāi)害之一，若發(fā)生瓦斯，不僅會(huì)嚴(yán)重破壞生產(chǎn)環(huán)境，而且會(huì)造成人員傷亡，給人民、企業(yè)、國(guó)家造成巨大的損失，因此，消除瓦斯超限和預(yù)防瓦斯、事故的前提條件，也是礦井安全生產(chǎn)的重要保障之一。
[0003]然而，由于地質(zhì)沉積作用，煤層中積壓了大量的瓦斯等有毒有害氣體，為了實(shí)現(xiàn)安全采掘，通常情況下，采掘前首先要布置專用瓦斯抽采坑道，采用坑道鉆機(jī)施工抽采鉆孔提前實(shí)施瓦斯抽采，待抽采達(dá)標(biāo)后，方能開始采掘煤炭。瓦斯抽采坑道的施工通常包括鉆孔和割裂煤層等多道工序。具體方法是使用坑道鉆機(jī)先施鉆一定深度的鉆孔，然后將鉆桿換成用于割裂煤層的專用鉆桿后再進(jìn)鉆孔內(nèi)需要割裂的煤層位置，接著采用高壓水割裂煤層。為了達(dá)到良好的瓦斯預(yù)抽采效果，通常要求鉆孔具有一定的深度，這就需要反復(fù)將鉆桿從鉆孔中退出并反復(fù)更換鉆孔鉆桿在到達(dá)煤層才時(shí)割裂煤層。該鉆桿更換過程會(huì)占用大量的工程時(shí)間，影響工程進(jìn)度。
[0004]目前為保證礦井開采安全需要在先布置瓦斯抽采坑道，通常采用的瓦斯抽采坑道有兩種，一種是抽采孔，另一種是在鉆孔的同通過割裂煤層等方式增煤層裂縫隙，就效果而言，后者的瓦斯抽采量通常可以達(dá)到前者的5到8倍，但是后者由于工序復(fù)雜，因此需要以較長(zhǎng)的工期為代價(jià)，主要是因?yàn)樵阢@孔過程中需要不斷更換鉆桿以進(jìn)行鉆孔和切割工序的轉(zhuǎn)換。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是為了解決瓦斯抽采坑道工序復(fù)雜、施工工序工期與坑道抽采瓦斯效果不能同時(shí)兼顧的問題，提出了一種一體化鉆割鉆桿。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一體化鉆割鉆桿，其特征在于，包括鉆桿主體、封孔組件和嗔流孔組件；
[0007]所述鉆桿主體包括軸向貫穿的通孔以及兩端配對(duì)的連接公頭和連接母頭，所述通孔在鉆桿的一端為錐形結(jié)構(gòu)；封孔組件放置于通孔內(nèi)，包括錐形封孔塞、調(diào)壓彈簧和調(diào)壓塞，錐形封孔塞較大的端面和調(diào)壓彈簧一端面相連接，調(diào)壓彈簧的另一端面連接調(diào)壓塞，所述封孔塞與通孔的錐形結(jié)構(gòu)匹配，用于封堵通孔，調(diào)壓塞用于增加工作液體對(duì)調(diào)壓彈簧的壓力；所述噴流孔組件設(shè)置于鉆桿主體上，包括噴流通孔，噴流通孔與鉆桿主體的通孔垂直并位于封孔塞的后方。所述鉆桿主體的通孔內(nèi)設(shè)置有卡簧，卡簧用于限制封孔組件。
[0008]進(jìn)一步的，所述調(diào)壓塞包括柱形塞體和錐形連接部，柱形塞體和錐形連接部的端面相互接觸并連接在一起，其中錐形連接部外徑與調(diào)壓彈簧內(nèi)徑相匹配，用于與調(diào)壓彈簧相連接，柱形塞體通過阻擋工作液體使調(diào)壓彈簧產(chǎn)生對(duì)封孔塞的壓力。
[0009]進(jìn)一步的，所述柱形塞體與錐形連接部為一體成型結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步的，所述柱形塞體的另一端面上包含凹槽，所述凹槽用于增大對(duì)工作液體的阻力。
[0011]進(jìn)一步的，上述的噴流通孔設(shè)計(jì)為進(jìn)口大出口小的喇叭口形狀。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提出的一體化鉆割鉆桿通過在鉆桿上設(shè)置噴流孔組件及封孔組件，使同一套設(shè)備同時(shí)可以鉆孔和割裂煤層，只需轉(zhuǎn)換供給鉆桿的工作液體的壓力即可，即使用鉆孔壓力供給工作液體可以實(shí)施正常的鉆孔工序，使用切割壓力供給工作液體可以實(shí)施切割工序。其原理是不同壓力的工作液體可以使封孔組件的調(diào)壓彈簧產(chǎn)生對(duì)封孔塞的不同壓力，當(dāng)壓力較大是，封孔塞對(duì)鉆桿錐形結(jié)構(gòu)的壓力就更大，此時(shí)大部分的工作液體就從噴流通孔中噴射出來以割裂煤層。實(shí)現(xiàn)了鉆割一體化，省去了鉆孔和切割工序轉(zhuǎn)換時(shí)更換專用鉆桿的時(shí)間，節(jié)約工期的同時(shí)保證了布置的抽采坑道具有更好的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型封孔組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是圖2所示的封孔組件中調(diào)壓塞的右視圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型噴流孔組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
[0018]如圖1?圖4所示所示，本實(shí)施例的一體化鉆割鉆桿,包括鉆桿主體1、封孔組件2和噴流孔組件3 ;所述鉆桿主體I包括軸向貫穿的通孔以及兩端配對(duì)的連接公頭11和連接母頭12，所述通孔在鉆桿的一端為錐形結(jié)構(gòu)；封孔組件放置于通孔內(nèi)，包括錐形封孔塞21、調(diào)壓彈簧22和調(diào)壓塞23，錐形封孔塞21較大的端面和調(diào)壓彈簧22 —端面相連接，調(diào)壓彈簧的另一端面連接調(diào)壓塞23，所述封孔塞與通孔的錐形結(jié)構(gòu)匹配，用于封堵通孔，調(diào)壓塞用于增加工作液體對(duì)調(diào)壓彈簧的壓力；所述噴流孔組件3設(shè)置于鉆桿主體上，包括噴流通孔311，噴流通孔與鉆桿主體的通孔垂直并位于封孔塞的后方。優(yōu)選的，所述鉆桿主體的通孔內(nèi)設(shè)置有卡簧，卡簧用于限制封孔組件。
[0019]具體的，上述封孔組件的調(diào)壓塞包括柱形塞體232和錐形連接部231，柱形塞體和錐形連接部的端面相互接觸并連接在一起，其中錐形連接部用于與調(diào)壓彈簧相連接，柱形塞體通過阻擋工作液體使調(diào)壓彈簧產(chǎn)生對(duì)封孔塞的壓力。柱形塞體與錐形連接部?jī)?yōu)選為一體成型結(jié)構(gòu)。為了增加工作液體對(duì)彈簧的壓力，所述柱形塞體的另一端面上包含凹槽233，所述凹槽用于增大對(duì)工作液體的阻力。
[0020]在鉆桿裝置中，通孔用于輸送鉆割用工作液體，不同鉆桿的連接公頭11和連接母頭12可相互連接在一起，可形成更長(zhǎng)的鉆桿。其中，鉆桿結(jié)構(gòu)為管道狀，兩端有連接公頭和母頭，連接公頭和母頭可優(yōu)選為螺紋連接；通孔在鉆桿的一端的錐形結(jié)構(gòu)類似于漏斗結(jié)構(gòu)，用于與封孔組件配合進(jìn)行工作模式的切換；工作液體在工程應(yīng)用中通常采用水，也可以采用其他工作液體，其目的主要是為鉆桿鉆孔過程降溫及在高壓下割裂煤層，這里工作液體優(yōu)選為水。
[0021]如圖2所示，所述封孔組件2包括圓錐形的封孔塞21和調(diào)壓彈簧22，圓錐形封孔塞21的較大的端面和調(diào)壓彈簧22 —端面相連接后自由放置于通孔內(nèi)，所述封孔塞21的較大的端面的直徑大于所述通孔錐形結(jié)構(gòu)的最小直徑，所述調(diào)壓彈簧22用于根據(jù)所述工作液體的壓力作用于封孔塞21上以使鉆桿I在鉆孔和切割兩項(xiàng)功能之間轉(zhuǎn)換；上述的轉(zhuǎn)換過程主要是因?yàn)楫?dāng)工作液體的壓力增大是，調(diào)壓彈簧受到工作液體的沖擊變形，產(chǎn)生對(duì)封孔塞的壓力，使鉆桿的通孔被封堵住，進(jìn)而迫使工作液體從噴流組件噴出割裂煤層。但是由于調(diào)壓彈簧的受理面積較小，容易導(dǎo)致封孔塞在封堵鉆桿通孔時(shí)不易封牢。
[0022]如圖3所示，本實(shí)施例的噴流孔組件3包括設(shè)置于鉆桿I主體上沿鉆桿I徑向聯(lián)通所述通孔和外部空間的噴流通孔311，所述噴流通孔311的位置滿足其到鉆桿錐形結(jié)構(gòu)所在端面的距離大于錐形封孔塞21的高。其工作原理如下:錐形封孔塞和調(diào)壓彈簧的外徑一致，并且小于鉆桿的通孔內(nèi)徑，封孔組件放入鉆桿通孔內(nèi)可以自由滑動(dòng)，當(dāng)液體壓力較小時(shí)，其對(duì)調(diào)壓彈簧及封孔塞的壓力亦較小，封孔塞對(duì)通孔通道的堵塞力度較小，故大部分液體從封孔塞及通孔的間隙流向鉆頭以保證鉆孔正常進(jìn)行，當(dāng)液體壓力增大到一定程度比如說至SMPa-1OMPa時(shí)，調(diào)壓彈簧及封孔塞受到液體巨大的壓力而幾乎封堵了鉆桿的通孔(此時(shí)并沒有完全堵住鉆桿通孔，還有一部分液體從封孔塞及鉆桿之間的間隙流過以冷卻鉆頭)，大量高壓液體從鉆桿的噴流孔組件噴射而出，噴射出的高壓射流即可用于割裂煤層。所以，采用該鉆桿后，通過調(diào)節(jié)供給工作液體的壓力即可實(shí)現(xiàn)鉆孔和切割功能的轉(zhuǎn)換，而不用更換專用鉆頭，大大節(jié)約工期。
[0023]如圖1及圖3所示，噴流孔組件3優(yōu)選為可更換的下沉螺栓結(jié)構(gòu)，具體包括鉆桿I上沿鉆桿I徑向設(shè)置的下沉螺栓螺紋孔32和相應(yīng)的下沉螺栓31，所述下沉螺栓31包括噴流通孔311，所述噴流通孔311軸線與下沉螺栓軸31線重合。上述下沉螺栓結(jié)構(gòu)的噴流孔組件為本實(shí)施例的優(yōu)選方案，因?yàn)閲娏魍淄ǔＰ枰惺芎芨叩膲毫Γ适侨菀讚p壞的部件之一，采用這種下沉螺栓的噴流通孔結(jié)構(gòu)可以使容易損壞的噴流通孔與鉆桿分離開來，當(dāng)噴流通孔壞掉時(shí)可以通過更換噴流孔組件的下沉螺栓彌補(bǔ)，可降低使用成本，節(jié)約資源。
[0024]進(jìn)一步的，上述的噴流通孔311設(shè)計(jì)為進(jìn)口大出口小的喇叭口形狀，以進(jìn)一步提高割裂射流的效果。由于切割煤層主要依賴于工作液體的高壓能量，但高壓能量從噴流通孔噴出時(shí)因噴流通孔形狀不同而損失程度差異較大，通常喇叭口流線型設(shè)計(jì)能夠很好得保證液體噴出時(shí)其高壓能量損失較小，故在本實(shí)施例的優(yōu)選方案中采用進(jìn)口大出口小的喇叭口形狀的噴流通孔設(shè)計(jì)。
[0025]下面以一具體工程為例分析本實(shí)施例的效果:
[0026]采用本實(shí)施例的一體化鉆割鉆桿由于無需重復(fù)上下鉆桿，故減少鉆孔施工時(shí)間可表示如下:T= (L1/L2) XtlXSlXS2+Tl ；其中，T1=(L1/V) X2XS1XS2,故 T= (LI/L2)XtlXSlXS2+(Ll/V) X 2 X SI X S2，式中各字符含義如下:T節(jié)省時(shí)間(min)，LI單孔長(zhǎng)度(m)，L2鉆桿長(zhǎng)度(m)，tl上、下桿時(shí)間(每根)(min)，SI每個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔個(gè)數(shù)(個(gè))，S2需水力切割的鉆場(chǎng)個(gè)數(shù)(個(gè))，V推進(jìn)速度(推空的速度)(m/min)。
[0027]對(duì)于某一工程，假定其鉆孔深度要求Ll=36m，鉆桿長(zhǎng)度L2=0.8m,上下桿時(shí)間tl=lmin，每個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔個(gè)數(shù)Sl=IO,需要水里切割的鉆場(chǎng)個(gè)數(shù)S2=181，推進(jìn)速度(推空的速度)V=10m/min，則節(jié)約時(shí)間 T= (36/0.8) X I X 10 X 181+36/10 X 2 X 10 X 181=94482min，即 T=大約65.61天。由計(jì)算結(jié)果得出，對(duì)于類似于上述鉆場(chǎng)參數(shù)的工程，采用本實(shí)施例的鉆桿后將會(huì)使工程工期大約提前65.61天，大大提高工程效率，降低工程成本。
[0028]另外，通過對(duì)切割后的鉆孔進(jìn)行效果考察，切割后的鉆孔瓦斯自排流量是未切割鉆孔的5-8倍，單孔抽放濃度平均在50%?80%，很容易看出，本實(shí)施例的鉆桿應(yīng)用后取得了積極的效果。
[0029]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一體化鉆割鉆桿，其特征在于，包括鉆桿主體、封孔組件和噴流孔組件； 所述鉆桿主體包括軸向貫穿的通孔以及兩端配對(duì)的連接公頭和連接母頭，所述通孔在鉆桿的一端為錐形結(jié)構(gòu)；封孔組件放置于通孔內(nèi)，包括錐形封孔塞和調(diào)壓彈簧，錐形封孔塞較大的端面和調(diào)壓彈簧一端面相連接，所述封孔塞與通孔的錐形結(jié)構(gòu)匹配，用于封堵通孔；所述噴流孔組件設(shè)置于鉆桿主體上，包括噴流通孔，噴流通孔與鉆桿主體的通孔垂直并位于封孔塞的后方；所述鉆桿主體的通孔內(nèi)設(shè)置有卡簧，卡簧用于限制封孔組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化鉆割鉆桿，其特征在于，所述調(diào)壓塞包括柱形塞體和錐形連接部，柱形塞體和錐形連接部的端面相互接觸并連接在一起，其中錐形連接部外徑與調(diào)壓彈簧內(nèi)徑相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化鉆割鉆桿，其特征在于，所述柱形塞體與錐形連接部為一體成型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一體化鉆割鉆桿，其特征在于，所述柱形塞體的另一端面上包含凹槽，所述凹槽用于增大對(duì)工作液體的阻力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化鉆割鉆桿，其特征在于，所述噴流孔組件為下沉螺栓，所述下沉螺栓與鉆桿螺紋連接，噴流通孔設(shè)置于下沉螺栓上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化鉆割鉆桿，其特征在于，所述噴流通孔為喇叭口形。
【文檔編號(hào)】E21B17/00GK203547562SQ201320674165
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】肖立平, 高正強(qiáng), 王燦華, 趙林, 鄧天華, 石天光, 王小朋, 蔣精華, 茍林坤 申請(qǐng)人:成都晟鑫機(jī)電設(shè)備有限公司