CN112031670B - 一种具有防掉钻功能的矿用钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有防掉钻功能的矿用钻杆，包括杆体、分别设在杆体两端的公接头和母接头、设在公接头内的防掉连杆以及设在母接头内的锁紧机构；钻探施工连接钻杆时，防掉连杆进入锁紧机构的固定环内孔中，当公接头旋入母接头一定深度时，公接头小端面接触锁紧机构的变截面销，随后压迫变截面销沿钻杆轴线运动，并压缩锁紧机构的弹簧，并压迫锁紧机构的卡销径向移动；当公接头台肩和母接头台肩接触时，此时，变截面销压迫卡销进入防掉连杆的卡槽，完成上钻杆作业。本发明实现了公接头螺纹断裂后防掉连杆和锁紧机构之间的轴向连接，可将断裂处以深的钻杆提出，有效解决了现有钻杆断裂后的掉钻问题，保证了钻孔施工的安全性。

Description

一种具有防掉钻功能的矿用钻杆

技术领域

本发明属于煤矿井下钻探机具领域，具体涉及一种具有防掉钻功能的矿用钻杆。

背景技术

钻孔是煤矿治理瓦斯、防治水害以及消减地应力最常用、最有效的技术手段，钻杆是钻孔施工必不可少的机具。在钻探施工过程中，钻杆将钻机输出的动力传递给钻头，实现破岩钻进，期间钻杆承受着给进力、起拔力、扭矩、弯曲、震动、摩擦力等多种复杂交变载荷，会不可避免的发生疲劳断裂。

目前，受限于煤矿井下巷道空间尺寸等实际工况，单根钻杆长度以1m为主，连接次数多，且主要采用螺纹连接方式。据不完全统计，约90％的钻杆疲劳断裂发生在接头螺纹部位，在这其中，又以公接头螺纹根部疲劳断裂为主。钻杆断裂导致掉钻事故发生，需进行打捞作业，浪费人力、物力、增加钻孔生产成本和周期；如果打捞不成功，煤层回采时，采煤机易切割掉落的钻杆，不但会损坏采煤机，而且易产生火花，给采煤作业带来安全隐患。综上所述，减少掉钻事故的关键是解决钻杆断裂问题，特别是接头螺纹断裂问题。

针对接头螺纹断裂问题，国内外学者提出了许多解决思路，比如：研究综合性能更优的新材料；优化钻杆结构和螺纹尺寸；开发螺纹表面处理技术等，但并未从本质上解决因钻杆断裂导致的掉钻问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供一种具有防掉钻功能的矿用钻杆，解决因钻杆接头断裂导致的掉钻问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种具有防掉钻功能的矿用钻杆，包括杆体、分别设在杆体两端的公接头和母接头、设在公接头内的防掉连杆以及设在母接头内的锁紧机构；

所述公接头包括公接头本体和公接头中心通孔，所述公接头本体包括依次设置的公接头焊接端面、公接头柱状外壁、公接头台肩、公接头缩口锥段和公接头小端面；所述公接头中心通孔包括依次设置的：靠近公接头焊接端面且为缩径状第一公接头通孔、第二公接头通孔和靠近公接头小端面的第三公接头通孔；第二公接头通孔的直径大于第三公接头通孔；

所述母接头包括母接头本体和母接头中心通孔，所述母接头本体包括依次设置的母接头台肩、母接头柱状外壁和母接头焊接端面；所述母接头中心通孔包括依次设置的：靠近母接头台肩的母接头缩口锥孔、母接头直孔和靠近母接头焊接端面的母接头扩孔；所述公接头缩口锥段能配合旋入母接头缩口锥孔并固定连接；

所述防掉连杆包括连杆杆体、圆形底座以及位于连杆杆体和底座中心的连杆中心孔，底座的直径大于连杆杆体的直径；在连杆杆体外壁设有环形卡槽；所述连杆杆体能配合置于第三公接头通孔内，所述底座能配合置于第二公接头通孔内并螺纹连接；防掉连杆安装在公接头内后，环形卡槽所在连杆杆体伸出公接头中心通孔；

所述锁紧机构包括固定环和设在固定环一端的挡环；在固定环壁面上设有多个轴向通孔，轴向通孔内设有同轴的变截面销，在变截面销和挡环之间设有弹簧，变截面销和原始状态的弹簧的总长度大于固定环的轴向长度；在变截面销所对的固定环内壁上设有径向的销孔，销孔内设有卡销；固定环和挡环能配合固定安装在母接头直孔内，且固定环靠近母接头缩口锥孔，挡环靠近母接头扩孔；固定环和挡环内径与第三公接头通孔内径相同；

弹簧原始状态下，变截面销的截面积最小处与卡销相对，当公接头旋入母接头，带有环形卡槽的连杆杆体伸入固定环内，公接头小端面轴向挤压变截面销至弹簧压缩时，变截面销的截面积最大处能压迫卡销径向移动进入环形卡槽。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述公接头柱状外壁、杆体外壁和母接头柱状外壁的外径均相同；

所述第一公接头通孔的大口端与杆体的内径相同，第一公接头通孔的小口端与第二公接头通孔的内径相同；

所述母接头缩口锥孔的小口端与母接头直孔的内径相同，母接头扩孔的小口端与母接头直孔的内径相同，母接头扩孔的大口端与杆体的内径相同。

具体的，所述公接头缩口锥段与母接头缩口锥孔螺纹连接；

所述固定环和挡环与母接头直孔内壁螺纹连接。

具体的，所述公接头焊接端面与杆体摩擦焊接为一体，所述母接头焊接端面与杆体焊接为一体；公接头、杆体和母接头同轴连接为一个钻杆。

具体的，所述轴向通孔沿固定环周向均布；每个轴向通孔内对应一个销孔，轴向通孔的轴线和与其对应的销孔的轴线在同一平面内。

具体的，所述轴向通孔有3-5个，对应的变截面销、销孔、卡销均与轴向通孔数量相同。

具体的，所述变截面销的能伸出轴向通孔的一端为柱状且能紧贴轴向通孔内壁，变截面销的另一端设有凹槽，且凹槽开口与固定环的最内层内壁相对；凹槽和弹簧之间为变截面销的圆形端面。

具体的，所述弹簧原始状态下，变截面销的凹槽与卡销相对，当公接头旋入母接头，带有环形卡槽的连杆杆体伸入固定环内，公接头小端面轴向挤压变截面销至弹簧压缩时，变截面销的柱状端能压迫卡销径向移动进入环形卡槽。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

1、本发明通过分别在公接头和母接头内设置防掉连杆和锁紧机构，实现了公接头螺纹断裂后防掉连杆和锁紧机构之间的轴向连接，可将断裂处以深的钻杆提出，有效解决了现有钻杆断裂后的掉钻问题，保证了钻孔施工的安全性；

2、本发明结构简单，可靠性高，钻杆的加接、拧卸等使用方式与现有钻杆一致，不会增加操作流程；

3、本发明的防掉连杆和锁紧机构的工作无需人工干预，易于实现加接和拧卸钻杆的自动化。

附图说明

图1本发明具有防掉钻功能的矿用钻杆剖面示意图；

图2本发明公接头剖面示意图；

图3本发明防掉连杆剖面示意图；

图4本发明母接头剖面示意图；

图5本发明锁紧机构剖面示意图；

图6本发明公接头和母接头配合剖面示意图。

附图标号含义：

1.杆体，2.公接头，3.母接头，4.防掉连杆，5.锁紧机构；

21.公接头本体，22.公接头中心通孔；

211.公接头焊接端面，212.公接头柱状外壁，213.公接头台肩，214.公接头缩口锥段，215.公接头小端面；

221.第一公接头通孔，222.第二公接头通孔，223.第三公接头通孔；

31.母接头本体，32.母接头中心通孔；

311.母接头台肩，312.母接头柱状外壁，313.母接头焊接端面；

321.母接头缩口锥孔，322.母接头直孔，323.母接头扩孔；

41.连杆杆体，42.底座，43.连杆中心孔，44.环形卡槽；

51.固定环，52.挡环，53.变截面销，54.弹簧，55.卡销；

511.轴向通孔，512.销孔。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种具有防掉钻功能的矿用钻杆，如图1所示，包括杆体1、分别设在杆体1两端的公接头2和母接头3、设在公接头2内的防掉连杆4以及设在母接头3内的锁紧机构5。

如图2所示，公接头2包括公接头本体21和公接头中心通孔22，公接头本体21包括依次设置的公接头焊接端面211、公接头柱状外壁212、公接头台肩213、公接头缩口锥段214和公接头小端面215；公接头中心通孔22包括依次设置的：靠近公接头焊接端面211且为缩径状第一公接头通孔221、第二公接头通孔222和靠近公接头小端面215的第三公接头通孔223；第二公接头通孔222的直径大于第三公接头通孔223。

如图4所示，母接头3包括母接头本体31和母接头中心通孔32，母接头本体31包括依次设置的母接头台肩311、母接头柱状外壁312和母接头焊接端面313；母接头中心通孔32包括依次设置的：靠近母接头台肩311的母接头缩口锥孔321、母接头直孔322和靠近母接头焊接端面313的母接头扩孔323；公接头缩口锥段214能配合旋入母接头缩口锥孔321并固定连接。

如图3所示，防掉连杆4包括连杆杆体41、圆形底座42以及位于连杆杆体41和底座42中心的连杆中心孔43，底座42的直径大于连杆杆体41的直径；在连杆杆体41外壁设有环形卡槽44；连杆杆体41能配合置于第三公接头通孔223内，底座42能配合置于第二公接头通孔222内并螺纹连接；防掉连杆4安装在公接头2内后，环形卡槽44所在连杆杆体41伸出公接头中心通孔22。

如图5所示，锁紧机构5包括固定环51和设在固定环51一端的挡环52；在固定环51壁面上设有多个轴向通孔511，轴向通孔511内设有同轴的变截面销53，在变截面销53和挡环52之间设有弹簧54，变截面销53和原始状态的弹簧54的总长度大于固定环51的轴向长度；在变截面销53所对的固定环51内壁上设有径向的销孔512，销孔512内设有卡销55；固定环51和挡环52能配合固定安装在母接头直孔322内，且固定环51靠近母接头缩口锥孔321，挡环52靠近母接头扩孔323；固定环51和挡环52内径与第三公接头通孔223内径相同。

弹簧54原始状态下，变截面销53的截面积最小处与卡销55相对，当公接头2旋入母接头3，带有环形卡槽44的连杆杆体41伸入固定环51内，公接头小端面215轴向挤压变截面销53至弹簧54压缩时，变截面销53的截面积最大处能压迫卡销55径向移动进入环形卡槽44。

具体的，公接头柱状外壁44、杆体1外壁和母接头柱状外壁312的外径均相同。

第一公接头通孔221的大口端与杆体1的内径相同，第一公接头通孔221的小口端与第二公接头通孔222的内径相同。

母接头缩口锥孔321的小口端与母接头直孔322的内径相同，母接头扩孔323的小口端与母接头直孔322的内径相同，母接头扩孔323的大口端与杆体1的内径相同。

公接头缩口锥段214与母接头缩口锥孔321螺纹连接，具体的，在公接头缩口锥段214外壁设有外螺纹，在母接头缩口锥孔321内壁设有内螺纹，公接头缩口锥段214外螺纹与母接头缩口锥孔321内螺纹配合实现公接头缩口锥段214与母接头缩口锥孔321螺纹连接；固定环51和挡环52与母接头直孔322内壁螺纹连接。

公接头焊接端面211与杆体1摩擦焊接为一体，母接头焊接端面313与杆体1焊接为一体；公接头2、杆体1和母接头3同轴连接为一个钻杆。

轴向通孔511沿固定环51周向均布；每个轴向通孔511内对应一个销孔512，轴向通孔511的轴线和与其对应的销孔512的轴线在同一平面内。

本实施例中，具体的，轴向通孔511有三个，对应的变截面销53、销孔512、卡销55均为三个；在其他实施方式中，可以根据实际需要，设定其他数量的轴向通孔511。

变截面销53的能伸出轴向通孔511的一端为柱状且能紧贴轴向通孔511内壁，变截面销53的另一端设有凹槽，且凹槽开口与固定环51的最内层内壁相对；凹槽和弹簧54之间为变截面销53的圆形端面。

弹簧54原始状态下，变截面销53的凹槽与卡销55相对，当公接头2旋入母接头3，带有环形卡槽44的连杆杆体41伸入固定环51内，公接头小端面215轴向挤压变截面销53至弹簧54压缩时，变截面销53的柱状端能压迫卡销55径向移动进入环形卡槽44。

本发明的工作原理如下：

如图6所示，钻探施工连接钻杆时，防掉连杆进入固定环内孔中，当公接头旋入母接头一定深度时，公接头小端面接触变截面销，随后压迫变截面销沿钻杆轴线运动，并压缩弹簧，并压迫卡销向下运动；当公接头台肩和母接头台肩接触时，此时，变截面销压迫卡销进入卡槽，完成上钻杆作业。

若施工时，发生公接头根部断裂，则断裂后的外螺纹仍然滞留于母接头内，并限制变截面销不产生轴向运动，当提钻时，因防掉连杆和卡销共同作用，两根钻杆仍然连接在一起，从而可顺利提出断裂后的钻杆。

若施工时，未发生公接头根部断裂，则钻孔完成后，提钻作业时，随着公接头从母接头内旋出，小端面远离变截面销，则在弹簧作用下，变截面销恢复原始状态，随后防掉连杆压迫卡销向上运动，从而完成两根钻杆的分离。

Claims (8)

1.一种具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，包括杆体(1)、分别设在杆体(1)两端的公接头(2)和母接头(3)、设在公接头(2)内的防掉连杆(4)以及设在母接头(3)内的锁紧机构(5)；

所述公接头(2)包括公接头本体(21)和公接头中心通孔(22)，所述公接头本体(21)包括依次设置的公接头焊接端面(211)、公接头柱状外壁(212)、公接头台肩(213)、公接头缩口锥段(214)和公接头小端面(215)；所述公接头中心通孔(22)包括依次设置的：靠近公接头焊接端面(211)且为缩径状第一公接头通孔(221)、第二公接头通孔(222)和靠近公接头小端面(215)的第三公接头通孔(223)；第二公接头通孔(222)的直径大于第三公接头通孔(223)；

所述母接头(3)包括母接头本体(31)和母接头中心通孔(32)，所述母接头本体(31)包括依次设置的母接头台肩(311)、母接头柱状外壁(312)和母接头焊接端面(313)；所述母接头中心通孔(32)包括依次设置的：靠近母接头台肩(311)的母接头缩口锥孔(321)、母接头直孔(322)和靠近母接头焊接端面(313)的母接头扩孔(323)；所述公接头缩口锥段(214)能配合旋入母接头缩口锥孔(321)并固定连接；

所述防掉连杆(4)包括连杆杆体(41)、圆形底座(42)以及位于连杆杆体(41)和底座(42)中心的连杆中心孔(43)，底座(42)的直径大于连杆杆体(41)的直径；在连杆杆体(41)外壁设有环形卡槽(44)；所述连杆杆体(41)能配合置于第三公接头通孔(223)内，所述底座(42)能配合置于第二公接头通孔(222)内并螺纹连接；防掉连杆(4)安装在公接头(2)内后，环形卡槽(44)所在连杆杆体(41)伸出公接头中心通孔(22)；

所述锁紧机构(5)包括固定环(51)和设在固定环(51)一端的挡环(52)；在固定环(51)壁面上设有多个轴向通孔(511)，轴向通孔(511)内设有同轴的变截面销(53)，在变截面销(53)和挡环(52)之间设有弹簧(54)，变截面销(53)和原始状态的弹簧(54)的总长度大于固定环(51)的轴向长度；在变截面销(53)所对的固定环(51)内壁上设有径向的销孔(512)，销孔(512)内设有卡销(55)；固定环(51)和挡环(52)能配合固定安装在母接头直孔(322)内，且固定环(51)靠近母接头缩口锥孔(321)，挡环(52)靠近母接头扩孔(323)；固定环(51)和挡环(52)内径与第三公接头通孔(223)内径相同；

弹簧(54)原始状态下，变截面销(53)的截面积最小处与卡销(55)相对，当公接头(2)旋入母接头(3)，带有环形卡槽(44)的连杆杆体(41)伸入固定环(51)内，公接头小端面(215)轴向挤压变截面销(53)至弹簧(54)压缩时，变截面销(53)的截面积最大处能压迫卡销(55)径向移动进入环形卡槽(44)。

2.如权利要求1所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述公接头柱状外壁、杆体(1)外壁和母接头柱状外壁(312)的外径均相同；

所述第一公接头通孔(221)的大口端与杆体(1)的内径相同，第一公接头通孔(221)的小口端与第二公接头通孔(222)的内径相同；

所述母接头缩口锥孔(321)的小口端与母接头直孔(322)的内径相同，母接头扩孔(323)的小口端与母接头直孔(322)的内径相同，母接头扩孔(323)的大口端与杆体(1)的内径相同。

3.如权利要求1所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述公接头缩口锥段(214)与母接头缩口锥孔(321)螺纹连接；

所述固定环(51)和挡环(52)与母接头直孔(322)内壁螺纹连接。

4.如权利要求1所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述公接头焊接端面(211)与杆体(1)摩擦焊接为一体，所述母接头焊接端面(313)与杆体(1)焊接为一体；公接头(2)、杆体(1)和母接头(3)同轴连接为一个钻杆。

5.如权利要求1所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述轴向通孔(511)沿固定环(51)周向均布；每个轴向通孔(511)内对应一个销孔(512)，轴向通孔(511)的轴线和与其对应的销孔(512)的轴线在同一平面内。

6.如权利要求5所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述轴向通孔(511)有3-5个，对应的变截面销(53)、销孔(512)、卡销(55)均与轴向通孔(511)数量相同。

7.如权利要求1所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述变截面销(53)的能伸出轴向通孔(511)的一端为柱状且能紧贴轴向通孔(511)内壁，变截面销(53)的另一端设有凹槽，且凹槽开口与固定环(51)的最内层内壁相对；凹槽和弹簧(54)之间为变截面销(53)的圆形端面。

8.如权利要求7所述的具有防掉钻功能的矿用钻杆，其特征在于，所述弹簧(54)原始状态下，变截面销(53)的凹槽与卡销(55)相对，当公接头(2)旋入母接头(3)，带有环形卡槽(44)的连杆杆体(41)伸入固定环(51)内，公接头小端面(215)轴向挤压变截面销(53)至弹簧(54)压缩时，变截面销(53)的柱状端能压迫卡销(55)径向移动进入环形卡槽(44)。

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