CN103643899A - 一体化钻割钻杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了解决瓦斯抽采坑道工序复杂、施工工序工期与坑道抽采瓦斯效果不能同时兼顾的问题，提出了一种一体化钻割钻杆装置。包括钻杆主体、封孔组件和喷流孔组件。其有益效果在于：同一套设备同时可以钻孔和割裂煤层，只需转换供给钻杆的工作液体的压力即可。其原理是不同压力的工作液体可以使封孔组件的调压弹簧产生对封孔塞的不同压力，当压力较大是，封孔塞对钻杆锥形结构的压力就更大，此时大部分的工作液体就从喷流通孔中喷射出来以割裂煤层。

Description

一体化钻割钻杆装置

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，涉及煤炭正式开采前预抽采瓦斯通道施工过程中的设备，特别涉及一种预抽采瓦斯通道的钻割装置用钻杆，用于解决现有的钻杆施工过程中频繁上下导致效率低下的问题。

背景技术

煤矿瓦斯、粉尘事故是井下的重大灾害之一，若发生瓦斯、粉尘事故，不仅会严重破坏生产环境，而且会造成人员伤亡，给人民、企业、国家造成巨大的损失，因此，消除瓦斯超限和粉尘是预防瓦斯、粉尘事故的前提条件，也是矿井安全生产的重要保障之一。

然而，由于地质沉积作用，煤层中积压了大量的瓦斯等有毒有害气体，为了实现安全采掘，通常情况下，采掘前首先要布置专用瓦斯抽采坑道，采用坑道钻机施工抽采钻孔提前实施瓦斯抽采，待抽采达标后，方能开始采掘煤炭。瓦斯抽采坑道的施工通常包括钻孔和割裂煤层等多道工序。具体方法是使用坑道钻机先施钻一定深度的钻孔，然后将钻杆换成用于割裂煤层的专用钻杆后再伸进钻孔内需要割裂的煤层位置，接着采用高压水割裂煤层。为了达到良好的瓦斯预抽采效果，通常要求钻孔具有一定的深度，并且钻孔的不同深度位置需要割裂煤层，这就需要反复将钻杆从钻孔中退出并反复更换钻孔钻杆和割裂煤层的专用钻杆。该钻杆更换过程会占用大量的工程时间，影响工程进度。

在现有技术中，由于有些工程工期紧张或者其他原因，也可以采用紧钻孔而不切割的施工方式，但是采用这种方式所布置的抽采坑道其瓦斯抽采率很低。目前还没有既能保证工期又能使抽采坑道效果明显的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决瓦斯抽采坑道工序复杂、施工工序工期与坑道抽采瓦斯效果不能同时兼顾的问题，提出了一种一体化钻割装置用钻杆。

本发明的技术方案是：一体化钻割钻杆装置，其特征在于，包括钻杆主体和封孔组件；

所述钻杆主体包括轴向贯穿的通孔以及两端配对的连接公头和连接母头，所述通孔在钻杆的一端为锥形结构；封孔组件放置于通孔内，包括锥形封孔塞和调压弹簧，锥形封孔塞较大的端面和调压弹簧一端面相连接，所述封孔塞与通孔的锥形结构匹配，用于封堵通孔；所述钻杆主体位于封孔塞的后方的位置包括喷流通孔，所述喷流通孔与钻杆主体的通孔垂直。

优选的，所述钻杆主体的通孔内设置有卡簧，卡簧用于限制封孔组件。

进一步的，所述钻杆装置包括多个喷流通孔。

优选的，所述喷流通孔为两个，位于钻杆主体上相对的位置。

进一步的，上述的喷流孔为进口大出口小的喇叭口形状，以进一步提高割裂射流的效果。

本发明的有益效果是：目前为保证矿井开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两种，一种是直接有钻机钻孔得到抽采孔，另一种是在钻孔的同时适当得通过割裂煤层等方式增加割裂缝隙，就效果而言，后者的瓦斯抽采量通常可以达到前者的5到8倍，但是后者由于工序复杂，因此需要以较长的工期为代价，主要是因为在钻孔过程中需要不断更换钻杆以进行钻孔和切割工序的转换。本发明提出的一体化钻割装置用钻杆通过在钻杆上设置喷流通孔及封孔塞组件，使同一套设备同时可以钻孔和割裂煤层，只需转换供给钻杆的工作液体的压力即可，即使用钻孔压力供给工作液体可以实施正常的钻孔工序，使用切割压力供给工作液体可以实施切割工序。其原理是不同压力的工作液体可以使封孔组件的调压弹簧产生对封孔塞的不同压力，当压力较大是，封孔塞对钻杆锥形结构的压力就更大，此时大部分的工作液体就从喷流通孔中喷射出来以割裂煤层。实现了钻割一体化，省去了钻孔和切割工序转换时更换专用钻杆的时间，节约工期的同时保证了布置的抽采坑道具有更好的效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明封孔组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一体化钻割装置用钻杆，其特征在于，包括钻杆1和封孔组件2；其中钻杆主体包括轴向贯穿的通孔以及两端配对的连接公头11和连接母头12，所述通孔在钻杆的一端为锥形结构；封孔组件放置于通孔内，包括锥形封孔塞和调压弹簧，锥形封孔塞较大的端面和调压弹簧一端面相连接，所述封孔塞与通孔的锥形结构匹配，用于封堵通孔；所述钻杆主体位于封孔塞的后方的位置包括喷流通孔3，所述喷流通孔3与钻杆主体的通孔垂直。

具体的，通孔用于输送钻割用工作液体，不同钻杆的连接公头11和连接母头12可相互连接在一起，形成更长的钻杆。其中，钻杆结构为管道状，两端有连接公头和母头，连接公头和母头可优选为螺纹连接；通孔在钻杆的一端的锥形结构类似于漏斗结构，用于与封孔组件配合进行工作模式的切换；工作液体在工程应用中通常采用水，也可以采用其他工作液体，其目的主要是为钻杆钻孔过程降温及在高压下割裂煤层，这里工作液体优选为水。优选的，所述钻杆主体的通孔内设置有卡簧，卡簧用于限制封孔组件。

如图2所示，所述封孔组件2包括锥形的封孔塞21和调压弹簧22，所述锥形封孔塞21的较大的端面和调压弹簧22一端面相连接后自由放置于通孔内，所述封孔塞21的较大的端面的直径大于所述通孔锥形结构的最小直径，所述调压弹簧22根据所述工作液体的压力作用于封孔塞21上以使钻杆1在钻孔和切割两项功能之间转换。其工作原理如下：锥形封孔塞和调压弹簧的外径一致，并且小于钻杆的通孔内径，封孔组件放入钻杆通孔内可以自由滑动，当液体压力较小时，其对调压弹簧及封孔塞的压力亦较小，封孔塞对通孔通道的堵塞力度较小，故大部分液体从封孔塞及通孔的间隙流向钻头以保证钻孔正常进行，当液体压力增大到一定程度比如说至8MPa-10MPa时，调压弹簧及封孔塞受到液体巨大的压力而几乎封堵了钻杆的通孔（此时并没有完全堵住钻杆通孔，还有一部分液体从封孔塞及钻杆之间的间隙流过以冷却钻头），大量高压液体从钻杆的喷流通孔喷射而出，喷射出的高压射流即可用于割裂煤层。所以，采用该钻杆后，通过调节供给工作液体的压力即可实现钻孔和切割功能的转换，而不用更换专用钻头，大大节约工期。

进一步的，上述的喷流通孔3设计为进口大出口小的喇叭口形状，以进一步提高割裂射流的效果。由于切割煤层主要依赖于工作液体的高压能量，但高压能量从喷流通孔喷出时因喷流通孔形状不同而损失程度差异较大，通常喇叭口流线型设计能够很好得保证液体喷出时其高压能量损失较小，故在本实施例的优选方案中采用进口大出口小的喇叭口形状的喷流通孔设计。

下面以一具体工程为例分析本实施例的效果：

采用本实施例的一体化钻割装置用钻杆由于无需重复上下钻杆，故减少钻孔施工时间可表示如下：T=（L1/L2）×t1×S1×S2+T1；其中，T1=(L1/V)×2×S1×S2，故T=（L1/L2）×t1×S1×S2+(L1/V)×2×S1×S2，式中各字符含义如下：T节省时间（min），L1单孔长度（m），L2钻杆长度（m），t1上、下杆时间(每根)（min），S1每个钻场钻孔个数（个），S2需水力切割的钻场个数（个），V推进速度（推空的速度）（m/min）。

对于某一工程，假定其钻孔深度要求L1=36m，钻杆长度L2=0.8m，上下杆时间t1=1min，每个钻场钻孔个数S1=10，需要水里切割的钻场个数S2=181，推进速度（推空的速度）V=10m/min，则节约时间T=(36/0.8)×1×10×181+36/10×2×10×181=94482min，即T=大约65.61天。由计算结果得出，对于类似于上述钻场参数的工程，采用本实施例的钻杆后将会使工程工期大约提前65.61天，大大提高工程效率，降低工程成本。

另外，通过对切割后的钻孔进行效果考察，切割后的钻孔瓦斯自排流量是未切割钻孔的5-8倍，单孔抽放浓度平均在50%～80%，很容易看出，本实施例的钻杆应用后取得了积极的效果。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一体化钻割钻杆装置，其特征在于，包括钻杆主体和封孔组件；

所述钻杆主体包括轴向贯穿的通孔以及两端配对的连接公头和连接母头，所述通孔在钻杆的一端为锥形结构；封孔组件放置于通孔内，包括锥形封孔塞和调压弹簧，锥形封孔塞较大的端面和调压弹簧一端面相连接，所述封孔塞与通孔的锥形结构匹配，用于封堵通孔；所述钻杆主体位于封孔塞的后方的位置包括喷流通孔，所述喷流通孔与钻杆主体的通孔垂直。

2.根据权利要求1所述的一体化钻割钻杆装置，其特征在于，所述钻杆主体的通孔内设置有卡簧，卡簧用于限制封孔组件。

3.根据权利要求1所述的一体化钻割钻杆装置，其特征在于，所述钻杆装置包括多个喷流通孔。

4.根据权利要求3所述的一体化钻割钻杆装置，其特征在于，所述喷流通孔为两个，位于钻杆主体上相对的位置。

5.根据权利要求2所述的一体化钻割钻杆装置，其特征在于，所述喷流通孔为喇叭口形。

Images