CN103726791A - 松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置 - Google Patents

松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置 Download PDF

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本发明涉及松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，可有效解决松软破碎煤层中瓦斯抽采孔深孔钻进困难及成孔效果差的问题，解决的技术方案是，钻头与钻头连接件连接在一起，钻头连接件置于套管内，套管上端有顶帽，钻头连接件上套装有弹簧，弹簧上、下端分别由垫圈和顶帽固定，扩孔刀具开闭构件置于套管内，由一对刮刀、心轴和刀具管构成，刮刀装在套管内的刮刀槽中，一端通过心轴与刀具管连接，构成固定旋转结构，沿刮刀外边界由上至下镶嵌有金刚石复合片，刀具管下端、套管下端分别与钻杆连接件连接，钻杆连接件下端与钻杆连接，本发明有效提高了瓦斯抽采孔施工的速度，是松软破碎煤层瓦斯抽采孔钻进装置上的创新。

Description

松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采领域，特别是一种松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置。
背景技术
一直以来，高瓦斯矿井瓦斯抽采是煤矿安全高效生产的前提，是实现矿井最大经济效益的关键因素。目前，瓦斯抽采孔成孔一般利用钻头和钻杆的接长实施钻进作业，成孔后，对钻孔未进行任何处理便实施抽采工艺。这种成孔工艺比较适用于中硬煤层，而在松软破碎煤层中，常表现出：①钻进过程中，钻孔稳定性差，孔壁常出现前钻后塌的现象，成孔质量差；②由于钻孔孔壁大面积的坍塌，钻渣的排出通道受阻，频繁出现卡钻、抱钻现象，很难实现深孔钻进，钻孔深度达不到设计的要求；③钻具（钻杆、钻头）退出钻孔后，孔壁常出现大面积的坍塌，堵塞了瓦斯的涌出通道，严重影响了瓦斯的抽采效果。传统的做法是钻进至设计位置后取出钻具，然后下套管。但由于松软破碎煤层钻孔的稳定性差，钻具取出后便出现塌孔，导致套管很难下到孔底；现阶段，一些学者和科研单位采用加大钻孔直径，在钻进到预设位置后，在钻具的中心通道内下放套管，这种方式一定程度上解决了套管下放不到位的困难，不仅钻进速度慢，而且很难进行深孔钻进，工作面深部的瓦斯抽采问题依然存在。因此，研制出一种瓦斯抽采孔跟管钻进的扩孔装置实现边钻进边跟进套管的方法是解决松软破碎煤层瓦斯抽采效率的关键难题，故改进和创新势在必行。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，可有效解决松软破碎煤层中瓦斯抽采孔深孔钻进困难及成孔效果差的问题。
本发明解决的技术方案是，包括钻头、钻头连接件、扩孔刀具开闭构件、套管和钻杆连接件，钻头与钻头连接件连接在一起，钻头连接件置于套管内，套管上端有顶帽，钻头连接件上套装有弹簧，弹簧上、下端分别由垫圈和顶帽固定，在弹簧的作用下，钻头连接件上下滑动，扩孔刀具开闭构件置于套管内，由一对刮刀、心轴和刀具管构成，刮刀装在套管内的刮刀槽中，一端通过心轴与刀具管连接，构成固定旋转结构，沿刮刀外边界由上至下镶嵌一排金刚石复合片，刀具管下端、套管下端分别与钻杆连接件连接，钻杆连接件下端与钻杆连接，钻杆不断接长实现深孔钻进，在钻头受外部压力作用下，弹簧压缩，钻头连接件向刮刀传递压力，迫使刮刀沿心轴旋转张开，并从套管中的刮刀槽扩展，达到扩孔直径的要求，在钻杆传递给钻头和套管扭矩的情况下，套管和刀具管带动刮刀旋转扩孔，实现瓦斯孔边钻进边扩孔的功能，撤掉钻头的压力，在弹簧弹力的作用下，钻头与钻头连接件向上滑动，刮刀回到闭合状态。
本发明有效提高了瓦斯抽采孔施工的速度，节约成本，瓦斯抽采效率高，操作方便，钻孔稳定性好，是松软破碎煤层瓦斯抽采孔钻进装置上的创新。
附图说明
图1为本发明刮刀张开时的结构主视图。
图2为本发明刮刀闭合时的结构主视图。
图3为本发明的结构俯视图。
图4为本发明的结构侧视图。
图5为本发明的结构剖视图。
图6为本发明图4中A-A的剖面图。
图7为本发明的扩孔刀具开闭构件结构图。
图8为本发明的扩孔刀具开闭构件侧视图。
图9为本发明的钻头连接件剖面图。
图10为本发明的钻头连接件俯视图。
图11为本发明的顶帽剖面图。
图12为本发明的顶帽俯视图。
图13为本发明的套管主视图。
图14为本发明的套管剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
由图1-14给出，本发明包括钻头、钻头连接件、扩孔刀具开闭构件、套管和钻杆连接件，钻头1与钻头连接件9连接在一起，钻头连接件9置于套管5内，套管5上端有顶帽4，钻头连接件9上套装有弹簧3，弹簧3上、下端分别由垫圈2和顶帽4固定，在弹簧3的作用下，钻头连接件9上下滑动，扩孔刀具开闭构件置于套管5内，由一对刮刀6、心轴10和刀具管11构成，刮刀6装在套管5内的刮刀槽16中，一端通过心轴10与刀具管11连接，构成固定旋转结构，沿刮刀6外边界由上至下镶嵌一排金刚石复合片7，刀具管11下端、套管5下端分别与钻杆连接件8连接，钻杆连接件8下端与钻杆连接，钻杆不断接长实现深孔钻进，在钻头1受外部压力作用下，弹簧3压缩，钻头连接件9向刮刀6传递压力，迫使刮刀6沿心轴10旋转张开，并从套管5中的刮刀槽16扩展，达到扩孔直径的要求，在钻杆传递给钻头1和套管5扭矩的情况下，套管5和刀具管11带动刮刀6旋转扩孔，实现瓦斯孔边钻进边扩孔的功能，撤掉钻头1的压力，在弹簧3弹力的作用下，钻头1与钻头连接件9向上滑动，刮刀6回到闭合状态。
为了保证使用效果，所述的钻头连接件9中心有空腔14，上端有与钻头1相匹配的外螺纹，与钻头1旋装在一起，空腔14下端为圆锥形，内部嵌入橡胶垫，当钻头1受压力作用时，钻头连接件9向下滑移，刀具管11上端锥形部分正好插入内部使之密封，钻孔冲洗液通过钻杆内部依次进入刀具管11、空腔14、钻头1，由钻头1出水孔进入孔底冷却钻头、冲洗钻孔，钻头连接件9中部外表面形成对称相间开的台体，与顶帽4的中顶盖15形状相匹配，顶帽4一方面保持钻头连接件9在套管5内滑动，另一方面为钻头连接件9传递扭矩，带动钻头1旋转钻进。
所述的刮刀6为同心半圆环状，上部开有与心轴10相配的圆孔，刮刀6能自由绕心轴10旋转，上部边线向外呈尖角，在钻头连接件9压向该尖角时，绕心轴10旋转，下部边线向内呈圆角，尖角方便刮刀9绕心轴10开闭时，通过套管5中的刮刀槽16，圆角在刮刀槽16内壁的作用下，阻止刮刀6展开过大，退出钻具时，在跟管的内壁的作用下，刮刀6顺利恢复闭合状态。
所述的心轴10为实心的轴承钢制成的圆形，硬度大，耐磨性强，组装扩孔刀具开闭构件时，心轴10两端各安装一个卡子，固定刮刀6的轴向移动。
所述的刀具管11为中空结构，内部有腔体13，下端有与钻杆连接件8相匹配的外螺纹，上端为与钻头连接件9下端相匹配的台体，增强冲洗液流通效果，上部为扁平管状，为刮刀6在套管5内提供空间，增大刮刀6与刀具管11的接触面积，在刮刀6工作时增强其稳定性，沿扁平方向设有与心轴10相匹配的圆孔，部分冲洗液在心轴10周围流出，通过刮刀槽16进入孔内，有利于扩孔装置内的冲洗排渣。
 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
 本发明的使用情况是，1）将本发明的扩孔装置通过钻杆连接件8与钻杆连接，实施瓦斯孔扩孔钻进开孔；2）开孔后，退出钻具，刮刀6处于闭合状态，装入钻孔护壁套管装置；3）进行边钻孔边扩孔，护壁套管即时跟进，钻渣从钻杆和套管内壁之间的通道排出孔外；4）接长钻杆和套管，进行深孔钻进护孔；5）达到设计位置后，停止钻机推进，刮刀回复到闭合状态，钻机带动钻具旋转退出，套管留在孔内护孔。
 本发明结构简单，在松软破碎煤层中实现瓦斯孔边钻进边扩孔，护壁套管即时跟进，防止孔壁的坍塌，同时在套管内壁与钻杆之间提供钻渣排出通道，提高了钻进速度和钻孔所能达到的深度，成孔后拆卸钻具时，刮刀处于闭合状态，简单方便拔出钻具，有效提高了瓦斯抽采孔施工的速度，节约成本，瓦斯抽采效率高，是松软破碎煤层瓦斯抽采孔钻进装置上的创新，具有良好的经济和社会效益。

Claims (5)

1.一种松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，包括钻头、钻头连接件、扩孔刀具开闭构件、套管和钻杆连接件，其特征在于，钻头(1)与钻头连接件(9)连接在一起，钻头连接件(9)置于套管(5)内，套管(5)上端有顶帽(4)，钻头连接件(9)上套装有弹簧(3)，弹簧(3)上、下端分别由垫圈(2)和顶帽(4)固定，在弹簧(3)的作用下，钻头连接件(9)上下滑动，扩孔刀具开闭构件置于套管(5)内，由一对刮刀(6)、心轴(10)和刀具管(11)构成，刮刀(6)装在套管(5)内的刮刀槽(16)中，一端通过心轴(10)与刀具管(11)连接，构成固定旋转结构，沿刮刀(6)外边界由上至下镶嵌一排金刚石复合片(7)，刀具管(11)下端、套管(5)下端分别与钻杆连接件(8)连接，钻杆连接件(8)下端与钻杆连接，钻杆不断接长实现深孔钻进，在钻头(1)受外部压力作用下，弹簧(3)压缩，钻头连接件(9)向刮刀(6)传递压力，迫使刮刀(6)沿心轴(10)旋转张开，并从套管(5)中的刮刀槽(16)扩展，达到扩孔直径的要求，在钻杆传递给钻头(1)和套管(5)扭矩的情况下，套管(5)和刀具管(11)带动刮刀(6)旋转扩孔，实现瓦斯孔边钻进边扩孔的功能，撤掉钻头(1)的压力，在弹簧(3)弹力的作用下，钻头(1)与钻头连接件(9)向上滑动，刮刀(6)回到闭合状态。
2.根据权利要求1所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，其特征在于，所述的钻头连接件(9)中心有空腔(14)，上端有与钻头(1)相匹配的外螺纹，与钻头(1)旋装在一起，空腔(14)下端为圆锥形，内部嵌入橡胶垫，当钻头(1)受压力作用时，钻头连接件(9)向下滑移，刀具管(11)上端锥形部分正好插入内部使之密封，钻孔冲洗液通过钻杆内部依次进入刀具管(11)、空腔(14)、钻头(1)，由钻头(1)出水孔进入孔底冷却钻头、冲洗钻孔，钻头连接件(9)中部外表面形成对称相间开的台体，与顶帽(4)的中顶盖(15)形状相匹配，顶帽(4)一方面保持钻头连接件(9)在套管(5)内滑动，另一方面为钻头连接件(9)传递扭矩，带动钻头(1)旋转钻进。
3.根据权利要求1所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，其特征在于，所述的刮刀(6)为同心半圆环状，上部开有与心轴(10)相配的圆孔，刮刀(6)能自由绕心轴(10)旋转，上部边线向外呈尖角，在钻头连接件(9)压向该尖角时，绕心轴(10)旋转，下部边线向内呈圆角，尖角方便刮刀(9)绕心轴(10)开闭时，通过套管(5)中的刮刀槽(16)，圆角在刮刀槽(16)内壁的作用下，阻止刮刀(6)展开过大，退出钻具时，在跟管的内壁的作用下，刮刀(6)顺利恢复闭合状态。
4.根据权利要求1所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，其特征在于，所述的心轴(10)为实心的轴承钢制成的圆形，硬度大，耐磨性强，组装扩孔刀具开闭构件时，心轴(10)两端各安装一个卡子，固定刮刀(6)的轴向移动。
5.根据权利要求1所述的松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进扩孔装置，其特征在于，所述的刀具管(11)为中空结构，内部有腔体(13)，下端有与钻杆连接件(8)相匹配的外螺纹，上端为与钻头连接件(9)下端相匹配的台体，增强冲洗液流通效果，上部为扁平管状，为刮刀(6)在套管(5)内提供空间，增大刮刀(6)与刀具管(11)的接触面积，在刮刀(6)工作时增强其稳定性，沿扁平方向设有与心轴(10)相匹配的圆孔，部分冲洗液在心轴(10)周围流出，通过刮刀槽(16)进入孔内，有利于扩孔装置内的冲洗排渣。
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