CN101280667B - 用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆及其加工工艺，所述钻杆为光面圆钻杆，钻杆中心设有内孔，两端设有联结螺纹，所述光面钻杆的外表面设有螺旋状的合金涂层；所述钻杆的加工工艺按如下步骤操作进行：第一步，按常规方法首先加工成普通的圆钻杆；第二步，在圆钻杆表面涂覆螺旋形合金涂层凸筋；第三步，热处理消除应力并对钻杆进行校直。此用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆一方面提高了钻杆的耐磨性能，延长钻杆的使用寿命；另一方面钻杆中心设有内孔赋予钻杆流体排渣功能，光面钻杆的外表面设有螺旋状的合金涂层又赋予钻杆机械排渣的功能。该钻杆适应于松软煤层钻孔、突出煤层钻孔、岩石钻孔的瓦斯抽采钻孔的施工。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工所用的钻杆及其加工工艺。
背景技术
井下瓦斯抽采钻孔分煤层钻孔和岩石钻孔，普遍采用的钻杆有两种，一种是靠钻机旋转动力排渣的螺旋钻杆(机械排渣钻杆)，一种是靠流体排渣的光面圆钻杆(流体排渣钻杆)。岩石钻孔施工时一般采用光面圆钻杆，配套采用水力排渣；煤层钻孔施工时可采用光面圆钻杆，也可采用螺旋钻杆。上述两种钻杆在上述两种钻孔施工时均存在缺陷，主要表现在：光面圆钻杆在施工岩石钻孔时与岩孔磨擦严重，钻杆寿命很短；光面圆钻杆在煤层钻孔施工时不能适应塌孔堵孔现象，经常出现钻孔流体排渣系统堵塞现象；螺旋钻杆在煤层钻孔中施工效率低，经常出现吸钻、卡钻现象。
已公布的发明“突出煤层扒孔降温钻具及其钻进方法”(专利公开号CN101131069A)采用在光面圆钻杆刻螺旋槽或焊接平置钢板的两种办法，虽然在煤层中打钻具有一定效果，但刻槽法在岩孔施工中存在钻杆磨损严重，钻杆寿命短的弊端，焊接平置钢板法加工工艺复杂，钻杆成本过高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，提供一种新的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆及其加工工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆，所述钻杆为光面圆钻杆，钻杆中心设有内孔，两端设有联结螺纹，所述光面钻杆的外表面设有螺旋状的合金涂层。
为了实现机械排渣功能，所述的合金涂层为螺旋形凸筋，凸筋的螺旋方向与钻机钻进时的旋转方向一致。
所述合金涂层凸筋为多头正螺旋形，该凸筋的厚度为0.5～5.0毫米，凸筋宽度为10.0～20.0毫米。凸筋的厚度和宽度需根据圆钻杆的直径和不同矿区的煤岩条件确定。
所述的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆的加工工艺，按如下步骤操作进行：第一步，按常规方法首先加工成普通的圆钻杆；第二步，在圆钻杆表面涂覆螺旋形合金涂层凸筋；第三步，热处理消除应力并对钻杆进行校直。
所述第二步采用激光熔覆设备，将空心光面钻杆置于该激光熔覆设备的特制附加螺旋推进装置上，激光熔覆设备的激光束对着空心光面钻杆外表面，空心光面钻杆随着螺旋推进装置旋转前行，形成所述螺旋形合金涂层凸筋。
所述第二步也可采用等离子束表面冶金设备，将空心光面钻杆置于该等离子束表面冶金设备的螺旋推进装置上，等离子束表面冶金设备的喷枪口对着空心光面钻杆外表面，空心光面钻杆随着螺旋推进装置旋转前行，形成所述螺旋形合金涂层凸筋。
本发明采用在光面圆钻杆上激光熔覆或等离子束表面冶金技术制成低螺旋合金凸筋的方法，制成一种新的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆，一方面提高了钻杆的耐磨性能，延长钻杆的使用寿命；另一方面钻杆中心设有内孔可通入流体(气流或水流)，赋予钻杆流体排渣功能，光面钻杆的外表面设有螺旋状的合金涂层又赋予钻杆机械排渣的功能。为了实现流体排渣功能，要求配套钻头直径应大于凸筋旋转直径10.0毫米以上。该钻杆属流体与机械协同排渣的具有耐磨特点的钻杆，使其适应于松软煤层钻孔、突出煤层钻孔、岩石钻孔的瓦斯抽采钻孔的施工。
采用本发明的钻杆，不仅能够适应煤层钻孔和岩石钻孔的施工，而且钻杆的使用寿命可以得到提高。
附图说明
附图所示为本发明低螺旋耐磨钻杆的结构示意图。
具体实施方式
如图所示，本发明钻杆主体为光面圆钻杆3，钻杆3中心设有内孔2，内孔2两端开有连接螺纹1，光面圆钻杆3的外表面设有低密度正螺旋状的合金涂层凸筋4。
本发明钻杆的加工工艺按如下步骤操作进行：
第一步、按常规方法首先加工成普通的圆钻杆3。
第二步、采用等离子束表面冶金设备，将空心光面圆钻杆3置于该等离子束表面冶金设备的特制附加螺旋推进装置上，等离子束表面冶金设备的喷枪口对着空心光面圆钻杆3外表面，空心光面圆钻杆3随着螺旋推进装置旋转前行，形成螺旋形合金涂层凸筋4，该凸筋4的厚度为0.5～5.0毫米，宽度10.0～20.0毫米。凸筋4的厚度和宽度需根据圆钻杆3的直径和不同矿区的煤岩条件确定，凸筋4的条数可以是1～4条。
第三步、热处理消除应力并对钻杆进行校直。
本发明不局限于上述具体实施方式，第二步为本发明的核心，除了采用上述具体实施例所述等离子束表面冶金设备外，也可以采用其它成熟工艺，如激光熔覆工艺，或堆焊、喷焊、喷涂工艺。
在本发明钻杆一端的内孔2中安装钻头进行钻孔施工，钻头直径大于凸筋旋转直径10.0毫米以上。首先向本发明钻杆一端的内孔2中提供外接的持续的高压气流源或水流源，然后启动钻机带动本发明钻杆及其头部的钻头实现钻进。
在钻孔不堵塞的情况下，本发明钻杆正常钻进，钻头钻落的钻渣被内孔2提供的流体搬运出钻孔，螺旋凸筋4起辅助螺旋排渣作用。
在钻孔堵塞的情况下，流体排渣作用暂时失效，螺旋凸筋4的螺旋排渣功能可将堵塞的钻孔疏通，恢复流体排渣通道的畅通。
在岩石钻孔钻进时，摆动的钻杆与钻孔壁摩擦，但由于合金涂层凸筋4的耐磨性远高于钻杆本体，因此在合金涂层凸筋4的保护作用下，本发明钻杆的寿命会得到延长。
本发明钻杆实现机械排渣和流体排渣的协同排渣，兼顾了光面钻杆和螺旋钻杆的优点，光面圆钻杆3表面的螺旋形合金涂层凸筋4的耐磨性大大高于光面圆钻杆3本体，因此不仅能够适应煤层钻孔施工，还能进行岩石钻孔的施工，而且钻杆的使用寿命可以得到提高。
Claims (6)
1.一种用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆，所述钻杆为光面圆钻杆，钻杆中心设有内孔，两端设有联结螺纹，其特征在于：所述光面钻杆的外表面设有螺旋状的合金涂层凸筋，该凸筋的厚度为0.5～5.0毫米，凸筋宽度为10.0～20.0毫米。
2.如权利要求1所述的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆，其特征在于：所述的合金涂层凸筋的螺旋方向与钻机钻进时的旋转方向一致。
3.如权利要求2所述的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆，其特征在于：所述合金涂层凸筋为多头正螺旋形。
4.如权利要求1或2、3任一所述的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆的加工工艺，其特征是按如下步骤操作进行：第一步，按常规方法首先加工成普通的圆钻杆；第二步，在圆钻杆表面涂覆螺旋形合金涂层凸筋；第三步，热处理消除应力并对钻杆进行校直。
5.如权利要求4所述的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆的加工工艺，其特征是：所述第二步采用激光熔覆设备，将空心光面钻杆置于该激光熔覆设备的特制附加螺旋推进装置上，激光熔覆设备的激光束对着空心光面钻杆外表面，空心光面钻杆随着螺旋推进装置旋转前行，形成所述螺旋形合金涂层凸筋。
6.如权利要求4所述的用于瓦斯抽采钻孔施工的低螺旋耐磨钻杆的加工工艺，其特征是：所述第二步采用等离子束表面冶金设备，将空心光面钻杆置于该等离子束表面冶金设备的螺旋推进装置上，等离子束表面冶金设备的喷枪口对着空心光面钻杆外表面，空心光面钻杆随着螺旋推进装置旋转前行，形成所述螺旋形合金涂层凸筋。
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