一種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。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)生對封孔塞的不同壓力，當(dāng)壓力較大是，封孔塞對鉆桿錐形結(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】一種一體化鉆割鉆桿
【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)抽采瓦斯通道施工過程中的設(shè)備，特別涉及一種預(yù)抽采瓦斯通道的鉆割用鉆桿，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、粉塵事故是井下的重大災(zāi)害之一，若發(fā)生瓦斯、粉塵事故，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)、國家造成巨大的損失，因此，消除瓦斯超限和粉塵是預(yù)防瓦斯、粉塵事故的前提條件，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伸進(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，并且鉆孔的不同深度位置需要割裂煤層，這就需要反復(fù)將鉆桿從鉆孔中退出并反復(fù)更換鉆孔鉆桿和割裂煤層的專用鉆桿。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]在現(xiàn)有技術(shù)中，由于有些工程工期緊張或者其他原因，也可以采用緊鉆孔而不切割的施工方式，但是采用這種方式所布置的抽采坑道其瓦斯抽采率很低。目前還沒有既能保證工期又能使抽采坑道效果明顯的方法。
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，提出了一種一種一體化鉆割鉆桿。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種一體化鉆割鉆桿，其特征在于，包括鉆桿主體、封孔組件和噴流孔組件；
[0007]所述鉆桿主體包括軸向貫穿的通孔以及兩端配對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。噴流孔組件采用可更換的結(jié)構(gòu)，具體為下沉螺栓，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。
[0008]進(jìn)一步的，上述的噴流孔為進(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。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是: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，一種是直接有鉆機(jī)鉆孔得到抽采孔，另一種是在鉆孔的同時(shí)適當(dāng)?shù)猛ㄟ^割裂煤層等方式增加割裂縫隙，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。本實(shí)用新型提出的一體化鉆割通過在鉆桿上設(shè)置噴流孔組件及封孔塞組件，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)生對封孔塞的不同壓力，當(dāng)壓力較大是，封孔塞對鉆桿錐形結(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】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型封孔組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3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】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
[0014]如圖1所示，一種一體化鉆割鉆桿，其特征在于，包括鉆桿1、封孔組件2和噴流孔組件3 ;其中鉆桿主體包括軸向貫穿的通孔以及兩端配對的連接公頭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。
[0015]具體的，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，形成更長的鉆桿。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。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。噴流孔組件采用可更換的結(jié)構(gòu)，具體為下沉螺栓，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。
[0016]如圖2所示，所述封孔組件2包括錐形的封孔塞21和調(diào)壓彈簧22，所述錐形封孔塞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；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)，其對調(diào)壓彈簧及封孔塞的壓力亦較小，封孔塞對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。
[0017]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?，故是容易損壞的部件之一，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。
[0018]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)。
[0019]下面以一具體工程為例分析本實(shí)施例的效果:
[0020]采用本實(shí)施例的一體化鉆割用鉆桿由于無需重復(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單孔長度(m)，L2鉆桿長度(m)，tl上、下桿時(shí)間(每根)(min)，SI每個(gè)鉆場鉆孔個(gè)數(shù)(個(gè))，S2需水力切割的鉆場個(gè)數(shù)(個(gè))，V推進(jìn)速度(推空的速度)(m/min)。
[0021]對于某一工程，假定其鉆孔深度要求Ll=36m，鉆桿長度L2=0.8m,上下桿時(shí)間tl=lmin，每個(gè)鉆場鉆孔個(gè)數(shù)Sl=IO,需要水里切割的鉆場個(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，對于類似于上述鉆場參數(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。
[0022]另外，通過對切割后的鉆孔進(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。
[0023]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】
1.一種一體化鉆割鉆桿，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所述的一種一體化鉆割鉆桿，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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化鉆割鉆桿，其特征在于，所述噴流通孔為喇叭口形。
【文檔編號(hào)】E21B17/00GK203640618SQ201320694718
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】趙林, 高正強(qiáng) 申請人:成都晟鑫機(jī)電設(shè)備有限公司