CN104806176A - 地质水平钻机用低阻滑动式钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，有效解决提高钻进效率，降低能耗和成本，延长钻杆使用寿命的问题，杆体外套装有外直径小于水平钻机钻头的滑筒，滑筒的两端经轴承装在杆体上，两轴承外侧有与杆体固定在一起的挡圈，构成防脱滑筒结构，杆体两端分别有连为一体的水平钻机连接体和钻头连接体，钻头连接体上有用于与钻头相连接外螺纹，水平钻机连接体呈空心状，内壁上有与水平钻机相连的内螺纹，水平钻机连接体与滑筒之间的钻杆外周上有固定卡槽，钻头连接体的直径小于杆体的外直径，水平钻机连接体、杆体、钻头连接体中心有同心连接为一体的通孔，本发明结构简单，新颖独特，易生产，使用方便，寿命长，成本低。

Description

地质水平钻机用低阻滑动式钻杆

技术领域

本发明涉及采煤机械，特别是一种地质水平钻机用低阻滑动式钻杆。

背景技术

近年来，由于煤矿瓦斯重特大恶性事故频发，造成重大人员伤亡和财产损失。从发生的重特大瓦斯事故类型看，主要是瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出。瓦斯灾害仍然是我国煤矿安全生产的最大危害，是威胁矿工生命的“第一杀手”。煤矿瓦斯抽采利用是煤矿安全生产的治本之策，瓦斯对煤矿安全生产时重大威胁，但加以利用又是优质清洁能源。搞好煤矿瓦斯抽采利用，可以化害为利、变废为宝，减少温室气体排放，意义十分重大。

在煤矿生产中抽排瓦斯的主要机械设备是地质水平钻机，现使用的地质水平钻机是钻杆经钻头沿水平方向向前钻进，这种钻进方式在进行长孔钻进时，钻杆由于受到钻机顶进力和钻头水平阻力反作用力的双重作用的影响以及钻杆自身重力的影响，钻杆在工作状态下呈下方弧形状况下旋转时与孔下方形的下壁的摩擦力随着钻孔的延伸和增长呈比例增加，使钻机给钻杆旋转的动力被大部分摩擦力所损耗掉，到达钻头的有效动力就大大减少，严重制约了钻进的效率。另外一个负效应是使钻杆的扭矩阻力明显增大，增加了钻杆断裂的风险，使用寿命短。

中国及国际上煤矿抽排瓦斯普遍采用水平钻机在煤层中打水平钻孔，一般打孔深度都在80—120m左右，由于以上原因，严重制约了钻机的钻进效率，大大增加钻孔的工艺成本，据初步测算，每米平均达100元左右；这样，不但大大增加了瓦斯抽排的成本，而且也制约了煤矿开采的成本，是目前制约我国煤矿瓦斯治理和开采成本的一个主要因素之一。

国家规定，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井必须建立瓦斯抽放系统，且抽采率不低于煤层瓦斯含量30%，抽放后煤层瓦斯压力必须低于0.74MPa，煤层瓦斯含量低于10M3/t。瓦斯抽采是利用钻具打穿层孔或顺层孔，然后利用真空瓦斯抽放泵进行抽采。目前，制约瓦斯抽采的主要矛盾一是煤层的透气性差，抽放效果不理想；二是打钻速度慢，成本高，影响瓦斯抽采进度和煤矿正常的接替。由于煤层透气性较差，决定了在抽采瓦斯时钻孔的密度很高。瓦斯抽采钻孔深度正常要求在几十米到上百米，目前正常使用的钻具需要40小时以上才能完成60—70m钻孔，为提高钻进素，现场多采用大功率钻机。河南高瓦斯和煤与矿突出矿井的产量占全部煤矿产量的60%以上，每年用于瓦斯抽采的钻孔达500万米以上，每米钻孔的成本在100元左右，而成本的70%来自电能的消耗。

因此，如何研制一种水平钻机用钻杆，以降低煤矿的开采成本、促进煤矿瓦斯抽采率的进一步提高，缓解高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的接替局面，实现煤矿安全生产和煤炭行业的可持续发展，是业内所亟待希望解决的技术问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，可有效解决提高钻进效率，降低能耗和成本，延长钻杆使用寿命的问题。

本发明解决的技术方案是，包括杆体，杆体外套装有外直径小于水平钻机钻头的滑筒，滑筒的两端经轴承装在杆体上，两轴承外侧有与杆体固定在一起的挡圈，构成防脱滑筒结构，杆体两端分别有连为一体的水平钻机连接体和钻头连接体，钻头连接体上有用于与钻头相连接外螺纹，水平钻机连接体呈空心状，内壁上有与水平钻机相连的内螺纹，水平钻机连接体与滑筒之间的钻杆外周上有固定卡槽，钻头连接体的直径小于杆体的外直径，构成台阶状结构，水平钻机连接体、杆体、钻头连接体中心有同心连接为一体的通孔，构成一体空心结构。

本发明结构简单，新颖独特，易生产，使用方便，寿命长，成本低，有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的结构剖面主视图（杆体和滑筒部分断开）。

图2为本发明图1的A-A向视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1、2所示，本发明包括杆体，其特征在于，杆体1外套装有外直径小于水平钻机钻头的滑筒3，滑筒的两端经轴承5装在杆体上，两轴承外侧有与杆体固定在一起的挡圈4，构成防脱滑筒结构，杆体两端分别有连为一体的水平钻机连接体7和钻头连接体9，钻头连接体上有用于与钻头相连接外螺纹10，水平钻机连接体呈空心状，内壁上有与水平钻机相连的内螺纹8，水平钻机连接体7与滑筒3之间的钻杆外周上有固定卡槽6，钻头连接体的直径小于杆体的外直径，构成台阶状结构，水平钻机连接体、杆体、钻头连接体中心有同心连接为一体的通孔2，构成一体空心结构。

为了保证使用效果，所述的水平钻机连接体7内孔呈台阶状的梯形；所述的通孔的直径为Φ20（mm），杆体的外直径为Φ48（mm），滑筒的外直径为Φ54（mm）；所述的钻头连接体长37.5mm，钻头连接体的外端部与挡圈4之间的长度为130mm，滑筒的长度为545mm；

所述的固定卡槽6的宽度为37mm，槽深6mm；水平钻机连接体7为长51mm，横截面为42mm的空心正方形，周边呈八角状，见图2所示；

所述的挡圈4与钻头连接体9之间的杆体连接部分的外直径大于钻头连接体9的外直径，构成台阶式钻头连接结构。

要指出的是，本发明最大的创新之处在于采用活动滑筒式的钻杆结构，上述给出的仅是实施例，以用于说明本发明的具体实施方式，但并不是用于限制本发明的保护范围，凡是在结构上采用活动滑筒结构，本质上与本发明给出的技术方案相同，如水平钻机连接体7和钻头连接体9实施例中给出是水平钻机连接体7采用内螺纹，钻头连接体9是采用外螺纹，在具体实施时，也可采用水平钻机连接体7是外螺纹，钻头连接体9是内螺纹等，不一一列述，均属于本发明的保护范围。

由上述结构可以看出，钻杆直接与孔壁的接触改变为让钻杆外增加一个滑动的外筒；使钻杆与外围的滑筒的内壁直接接触，形成一个滑动的工作方式，大大减少钻杆在旋转运动中的摩擦力，使钻机的动力减少无效损耗，将动力更有效的提供给钻头，使钻头产生更大的扭矩和动力，从而大大提高钻进的速度，可以根据钻孔的深度改变钻机电机的输出功率状态，提高钻机动力的有效的利用率，也就是说，采用本发明可以达到如下目的：

1、可以有效地提高水平钻机的钻进效率和速度；

2、可以减少钻机的电能消耗，并提高其电力的有效利用率；

3、减少钻杆断损率；

4、提高了工作效率，减少生产成本。

并经实地测试和使用，取得未曾料到的技术效果，以原10根样品钻杆测试，每根长度为80cm，与本发明同样规格的钻杆相比，现有钻杆（传统钻杆）经在细砂包埋下对其起动摩擦力测试，平均为2100g；而本发明静态起动摩擦力平均为260g，摩擦力平均减少8倍以上。这个测试充分说明本发明的钻杆在做轴向旋转时，摩擦力大幅度降低，只相当于传统钻杆摩擦力的12%，这个结果所导致的效应是，钻机的动力原来大都消耗在钻杆与钻孔壁、钻屑的直接摩擦力上，最后能提供给钻头的有效动力将随着钻孔的延长而越来越小。而本发明钻杆正是克服了传统钻杆的这种障碍，从而使钻机的动力尽可能少消耗在钻杆上，而最大程度的将动力传导到钻头上，这样使钻头始终保持较大的扭矩和强劲动力，进而有效的提高了水平钻机钻进的效率。经实地试用，本发明钻杆大大提高了钻头的钻进效率，降低单位钻孔的能耗和成本，能耗降低70%以上，钻进速度提高50%以上，每年可为煤炭企业节约数十亿的打钻费用，而且安装使用非常方便，大大延长了钻杆的使用寿命，可延长钻杆使用寿命3-5倍，经济和社会效益巨大。

Claims (8)

1.一种地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，包括杆体，其特征在于，杆体（1）外套装有外直径小于水平钻机钻头的滑筒（3），滑筒的两端经轴承（5）装在杆体上，两轴承外侧有与杆体固定在一起的挡圈（4），构成防脱滑筒结构，杆体两端分别有连为一体的水平钻机连接体（7）和钻头连接体（9），钻头连接体上有用于与钻头相连接外螺纹（10），水平钻机连接体呈空心状，内壁上有与水平钻机相连的内螺纹（8），水平钻机连接体（7）与滑筒（3）之间的钻杆外周上有固定卡槽（6），钻头连接体的直径小于杆体的外直径，构成台阶状结构，水平钻机连接体、杆体、钻头连接体中心有同心连接为一体的通孔（2），构成一体空心结构。

2.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的水平钻机连接体（7）内孔呈台阶状的梯形。

3.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的通孔的直径为Φ20，杆体的外直径为Φ48，滑筒的外直径为Φ54。

4.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的钻头连接体长37.5mm，钻头连接体的外端部与挡圈（4）之间的长度为130mm。

5.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的滑筒的长度为545mm。

6.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的固定卡槽（6）的宽度为37mm，槽深6mm。

7.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的水平钻机连接体（7）为长51mm，横截面为42mm的空心正方形，周边呈八角状。

8.根据权利要求1所述的地质水平钻机用低阻滑动式钻杆，其特征在于，所述的挡圈（4）与钻头连接体（9）之间的杆体连接部分的外直径大于钻头连接体（9）的外直径，构成台阶式钻头连接结构。