用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，包括鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置、雙通道多孔紊流卸壓鉆桿、雙通道鉆頭，鉆尾旋轉(zhuǎn)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，本實用新型主要用于易收縮、破碎軟煤巖鉆進。本實用新型設(shè)計新穎，排渣在鉆桿內(nèi)的環(huán)狀空間完成，可有效避免鉆孔收縮、破壞對鉆孔排渣空間的影響；鉆桿表面的多孔特征，能夠有效釋放鉆孔堵塞區(qū)桿體與煤渣之間的應(yīng)力、疏散堆積的鉆屑和預(yù)防鉆桿表面熱量聚集。
【專利說明】用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型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(shù)領(lǐng)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。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，井工瓦斯抽采是礦井瓦斯治理的主要技術(shù)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(zhì)條件復(fù)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(xiàn)象頻發(fā)，鉆孔內(nèi)易形成堵塞段，使排渣空間喪失，卡鉆、斷鉆現(xiàn)象頻繁，致使鉆孔深度淺、鉆進效率低和孔內(nèi)事故頻發(fā)，其結(jié)果嚴重影響瓦斯抽采施工進度和煤礦的安全生產(chǎn)，給礦方帶來了一定的經(jīng)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(huán)狀空間，對于地質(zhì)條件復(fù)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(yīng)改變傳統(tǒng)的鉆進工藝方式，開發(fā)一種新的孔內(nèi)鉆具及鉆進工藝系統(tǒng)，其核心指導(dǎo)思想是通過鉆具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，保護排渣通道不受鉆孔變形、破壞的影響。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)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，該鉆進工藝系統(tǒng)排渣在雙通道多孔紊流卸壓鉆具內(nèi)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(qū)域桿體與煤渣之間的應(yīng)力、疏散堆積的鉆屑和預(yù)防鉆桿表面熱量聚集，有利于軟煤巖的安全鉆進。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)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(zhuǎn)放渣裝置，所述鉆尾旋轉(zhuǎn)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。
[0005]所述的雙通道多孔紊流卸壓鉆桿由多孔外鉆桿體、內(nèi)管組成。
[0006]所述的多孔外鉆桿體由外螺紋接頭、多孔桿體和內(nèi)螺紋接頭組成，桿體上設(shè)置多個小孔，小孔的形狀可設(shè)計為圓形、方形或其它形式的多邊形，外螺紋接頭、內(nèi)螺紋接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣，外鉆桿體外表面設(shè)置為光面、螺旋凹槽或螺旋凸棱。
[0007]所述的內(nèi)管接頭連接可設(shè)計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于外鉆桿體內(nèi)徑，保證內(nèi)管外徑與多孔外鉆桿體內(nèi)徑之間形成鉆屑排出的外通道，內(nèi)管的中空腔體用于進風(fēng)，為鉆進系統(tǒng)的內(nèi)通道。
[0008]所述的雙通道鉆頭由外鉆頭內(nèi)螺紋接頭、進氣芯管內(nèi)螺紋接頭、胎體和合金刀片組成，接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣。進氣芯管設(shè)置于鉆頭中心一端連接鉆桿內(nèi)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(shè)置多個進渣孔，鉆頭內(nèi)螺紋接頭與進氣芯管之間形成回流環(huán)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。
[0009]所述的鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置由進氣接頭、旋轉(zhuǎn)放渣接頭、放渣箱體組成，旋轉(zhuǎn)放渣接頭與多孔外鉆桿體連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，進氣接頭與內(nèi)管連接，工作中氣流由進氣接頭進入內(nèi)管到達鉆孔孔底，風(fēng)流攜帶鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿與內(nèi)管之間形成的環(huán)狀空間形成的外通道返出進入與鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置，旋轉(zhuǎn)放渣接頭上設(shè)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。
[0010]用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，施工方法包括以下步驟:
[0011]①.完成鉆機、鉆具及其供風(fēng)系統(tǒng)安裝與連接，利用供風(fēng)裝置將風(fēng)流送入雙通道多孔紊流卸壓鉆桿內(nèi)通道。工作中進風(fēng)內(nèi)管不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)放渣接頭與多孔外鉆桿體連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進；
[0012]②.帶壓風(fēng)流通過內(nèi)管經(jīng)由雙通道鉆頭內(nèi)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(nèi)管之間的環(huán)狀空間內(nèi)完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞對鉆孔排渣空間的影響，鉆桿表面的多孔特征，使風(fēng)流沿鉆桿表面的孔間內(nèi)外穿梭，鉆桿表面的鉆屑顆粒與氣流形成強紊流狀態(tài)，不僅利于疏散堆積的鉆屑，同時有利于鉆桿表面散熱；
[0013]③.風(fēng)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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實用新型雙通道多孔紊流卸壓鉆桿實施例一的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0016]圖3是本實用新型實施例一的軸向剖視圖；
[0017]圖4是圖3當中A-A剖視圖；
[0018]圖5是本實用新型圖3局部放大圖1 ;
[0019]圖6是本實用新型雙通道鉆頭結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0020]圖7是本實用新型鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖8是本實用新型實施時排渣原理示意圖；
[0022]圖9是本實用新型實施時孔壁卸壓和強紊流防堵塞原理示意圖；
[0023]圖10是本實用新型雙通道多孔紊流卸壓鉆桿實施例二的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0024]圖11是本實用新型實施例二的軸向剖視圖；
[0025]圖12是圖10當中B-B剖視圖；
[0026]圖13是本實用新型圖11局部放大圖1I ；
[0027]圖14是本實用新型雙通道多孔紊流卸壓鉆桿實施例三的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0028]圖15是本實用新型實施例三的軸向剖視圖；
[0029]圖16是圖15當中C-C剖視圖；
[0030]圖17是本實用新型圖15局部放大圖1II。
【具體實施方式】
[0031]實施例一:如圖1?圖9所示，本實用新型一種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4、雙通道鉆頭5、鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置3，所述鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置3與鉆機上的雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4連接，雙通道鉆頭5安裝在雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4的前端。雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4由多孔外鉆桿體9、內(nèi)管10組成。多孔外鉆桿體9由內(nèi)螺紋接頭13、多孔桿體12和外螺紋接頭11組成，桿體上設(shè)置多個小孔16，小孔的形狀可設(shè)計為圓形、方形或其它形式的多邊形，外螺紋接頭13、內(nèi)螺紋接頭11可設(shè)計為錐形絲扣或平扣。內(nèi)管10接頭連接可設(shè)計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于多孔外鉆桿體9內(nèi)徑，保證內(nèi)管10外徑與多孔外鉆桿體9內(nèi)徑之間形成鉆屑排出的外通道15，內(nèi)管的中空腔體用于進風(fēng)，為鉆進系統(tǒng)的內(nèi)通道14。雙通道鉆頭由外鉆頭內(nèi)螺紋接頭
17、進氣芯管內(nèi)螺紋接頭18、胎體19和合金刀片20組成，接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣。進氣芯管內(nèi)螺紋接頭18設(shè)置于鉆頭中心一端連接鉆桿內(nèi)管10，另一端與鉆頭胎體中心通孔連接，形成中心進氣通道22 ;鉆頭冠部周邊設(shè)置多個進渣孔，外鉆頭內(nèi)螺紋接頭17與進氣芯管18之間形成回流環(huán)形通道21，形成與雙通道多孔紊流卸壓鉆桿相通的排渣外通道15。鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置3由進氣接頭23、旋轉(zhuǎn)放渣接頭25、放渣箱體24組成，旋轉(zhuǎn)放渣接頭與多孔外鉆桿體9連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，進氣接頭23與內(nèi)管10連接，工作中氣流由進氣接頭23進入內(nèi)管10到達鉆孔孔底，風(fēng)流攜帶鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4與內(nèi)管10之間形成的環(huán)狀空間形成的外通道15返出進入與鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置3，旋轉(zhuǎn)放渣接頭25上設(shè)置放渣口 26，鉆屑沿放渣口 26進入放渣箱24，沿排渣口 27進入除塵裝置I。
[0032]用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，施工方法包括以下步驟:
[0033]完成鉆機6、雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4、雙通道鉆頭5、孔口除塵裝置7及其供風(fēng)系統(tǒng)安裝與連接，利用鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置3將風(fēng)流送入雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4內(nèi)通道14。施工時，要求雙通道鉆頭5旋轉(zhuǎn)外徑與雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4外徑接近，進風(fēng)內(nèi)管10不旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)放渣接頭25與多孔外鉆桿體9連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，在施工初期，會有部分鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4外部空間排出，粉塵較大，通過在孔口安裝孔口除塵裝置7，實現(xiàn)排渣降塵，伴隨鉆進深度的增長，受鉆孔收縮的影響，鉆屑主要通過雙通道多孔紊流卸壓鉆桿外通道15排出；
[0034]參照圖8，帶壓風(fēng)流通過內(nèi)管經(jīng)由雙通道鉆頭內(nèi)通道22到達孔底，鉆頭破煤形成的鉆屑通過鉆頭冠部周邊進渣孔進入鉆頭內(nèi)螺紋接頭17與進氣芯管18之間形成回流環(huán)形通道21，送入雙通道多孔紊流卸壓鉆桿外通道15，排渣在多孔外鉆桿體9與內(nèi)管10之間的環(huán)狀空間15內(nèi)完成，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞對鉆孔排渣空間的影響，鉆桿表面的多孔特征，使風(fēng)流沿鉆桿表面的孔16內(nèi)外穿梭，鉆桿表面的鉆屑顆粒與氣流形成強紊流狀態(tài)，不僅利于疏散堆積的鉆屑，同時有利于鉆桿表面散熱；
[0035]風(fēng)流將鉆頭破煤形成的鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿4外通道15返出進入與鉆桿尾部連接放渣裝置3，旋轉(zhuǎn)放渣接頭25上設(shè)置放渣口 26，鉆屑沿放渣口 26進入放渣箱24，沿排渣口 27進入除塵裝置I。
[0036]下面介紹一下本實用新型實施例一雙鉆桿多孔紊流卸壓預(yù)防堵塞原理:
[0037]參照圖8，風(fēng)流由雙通道多孔紊流卸壓鉆桿內(nèi)通道14進入，排渣在多孔外鉆桿體9與內(nèi)管10之間的環(huán)狀空間15內(nèi)完成，排渣空間受到多孔外鉆桿體9的保護，可有效避免鉆孔收縮、孔壁失穩(wěn)破壞對鉆孔排渣空間的影響；參照圖9，在易收縮、破碎的軟煤巖鉆進過程中，當孔外鉆桿體9被包裹時，鉆桿表面的多孔特征，使孔壁少量煤渣沿鉆桿表面小孔進入外通道15，能夠有效釋放桿體與煤渣之間形成的應(yīng)力，降低鉆桿旋轉(zhuǎn)的切向摩擦力，且風(fēng)流沿鉆桿表面的多孔16內(nèi)外穿梭，使鉆桿表面的鉆屑顆粒與氣流形成強紊流狀態(tài)，鉆屑顆粒處于松散運動狀態(tài)中，有利于預(yù)防外通道15內(nèi)鉆屑堆積造成的排渣通道堵塞現(xiàn)象，同時鉆屑顆粒與氣流形成強紊流狀態(tài)，有利于鉆桿表面散熱，可輔助預(yù)防鉆桿表面高溫形成的鉆孔瓦斯燃燒、CO中毒及鉆桿燒斷等孔內(nèi)事故。
[0038]實施例二:如圖10?圖13所示，與實施例一不同的在于，外鉆桿體9的外表面設(shè)置了螺旋凸棱28，螺旋凸棱采用焊接螺旋葉片或等離子熔涂工藝，在鉆孔嚴重收縮區(qū)或鉆穴區(qū)，鉆桿旋轉(zhuǎn)時，鉆桿表面螺旋凸棱形成螺旋輸送狀態(tài)，可實現(xiàn)輔助排渣，同時，有利于鉆桿表面散熱，避免熱量聚集形成的鉆具高溫；另一方面，鉆桿表面的螺旋凸棱可有效提高了孔外鉆桿體9的強度，間接延長了鉆桿的使用壽命。實施例二的施工方法與實施例一相同。
[0039]實施例三:如圖14?圖17所示，與實施例一、實施例二不同的在于，外鉆桿體9的外表面設(shè)置了螺旋凹槽29，螺旋凹槽的作用與實例二類似，但其輔助排渣能力較弱，其重要的作用是發(fā)揮其在卡鉆區(qū)域的散熱功能，可有效預(yù)防卡鉆區(qū)域形成的鉆孔瓦斯燃燒、鉆孔CO中毒等孔內(nèi)事故。實施例三的施工方法與實施例一、實施例二相同。
【權(quán)利要求】
1.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(zhuǎn)放渣裝置，其特征在于:所述鉆尾旋轉(zhuǎn)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，其特征在于:所述的雙通道多孔紊流卸壓鉆桿由多孔外鉆桿體、內(nèi)管組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，其特征在于:所述的多孔外鉆桿體由外螺紋接頭、多孔桿體和內(nèi)螺紋接頭組成，桿體上設(shè)置多個小孔，小孔的形狀可設(shè)計為圓形或方形，外螺紋接頭、內(nèi)螺紋接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣，外鉆桿體外表面設(shè)置為光面、螺旋凹槽或螺旋凸棱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，其特征在于:所述的內(nèi)管接頭連接可設(shè)計為絲扣連接或插接式連接，且其外徑小于外鉆桿體內(nèi)徑，保證內(nèi)管外徑與多孔外鉆桿體內(nèi)徑之間形成鉆屑排出的外通道，內(nèi)管的中空腔體用于進風(fēng)，為鉆進系統(tǒng)的內(nèi)通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，其特征在于:所述的雙通道鉆頭由外鉆頭內(nèi)螺紋接頭、進氣芯管內(nèi)螺紋接頭、胎體和合金刀片組成，接頭可設(shè)計為錐形絲扣或平扣；進氣芯管設(shè)置于鉆頭中心一端連接鉆桿內(nèi)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(shè)置多個進渣孔，鉆頭內(nèi)螺紋接頭與進氣芯管之間形成回流環(huán)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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軟煤巖鉆進雙通道多孔紊流卸壓鉆具，其特征在于:所述的鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置由進氣接頭、旋轉(zhuǎn)放渣接頭、放渣箱體組成，旋轉(zhuǎn)放渣接頭與多孔外鉆桿體連接并保持同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進，進氣接頭與內(nèi)管連接，工作中氣流由進氣接頭進入內(nèi)管到達鉆孔孔底，風(fēng)流攜帶鉆屑沿雙通道多孔紊流卸壓鉆桿與內(nèi)管之間形成的環(huán)狀空間形成的外通道返出進入與鉆尾旋轉(zhuǎn)放渣裝置，旋轉(zhuǎn)放渣接頭上設(shè)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。
【文檔編號】E21B11/00GK203584298SQ201320720498
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】王永龍, 孫玉寧, 宋維賓 申請人:河南理工大學(xué)