CN113153147A - 突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，孔内钻具包括双通道筛孔钻头和多根双通道筛孔钻杆，孔外封闭排渣系统包括外封闭组件、刻缝内封闭管和钻尾供流排渣组件，钻具与孔外封闭排渣系统配合使用；双通道筛孔钻杆外径接近钻头直径，具有护孔作用；钻杆外表设置螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋设置卸压筛孔，卸压筛孔可卸除钻杆外表的压力；通过外封闭组件和刻缝内封闭管封闭双通道筛孔钻杆的孔外裸露筛孔，防止排渣风流或水流的泄漏散失；该发明孔内钻具有护孔卸压的作用，内排渣通道为钢铁筛孔结构，能保证内排渣通道的畅通，可防止喷孔瓦斯超限事故，遏制钻孔壁的过度塌孔，提高成孔质量，减少钻孔偏斜度。

Description

突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔钻进技术领域，特别涉及一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统。

背景技术

现行突出煤层本煤层瓦斯抽采钻孔施工所用的钻杆多为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆和三棱钻杆，其中前三种钻杆的专利申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别为ZL200610111830.7，ZL200920088879.4， ZL200910064973.0。这些钻杆的共同特点是采用风流、水流或风水联动排渣，钻杆外表与钻孔壁之间的环状空间为排渣通道，由于排渣通道在钻杆之外，称之为外排渣通道。现行突出煤层钻进所用钻杆存在三个有待解决的问题：一是打钻喷孔，由于突出煤层打钻的过程中普遍发生孔内煤炮等动力现象，钻孔壁极易崩落坍塌，导致外排渣通道间歇性堵塞，外排渣通道的间歇性堵塞和疏通会导致喷孔瓦斯超限，不完全统计，突出矿井打钻喷孔导致的瓦斯超限占总瓦斯超限次数的60%至80%；二是钻孔偏斜严重，由于外排渣通道需要有足够几何空间，钻杆的直径小于钻头的直径20mm至50mm，百米钻孔的偏斜距离高达15m至20m，终孔位置一般在煤层的顶板或底板；三是打钻深度受限，由于钻孔塌孔、外排渣通道堵塞和钻孔偏斜弯曲等因素导致钻孔深度受限。

本申请人2013年之后相继提出了护孔卸压的钻进理念并设计了若干双通道筛孔钻杆，专利号分别为ZL201310568692.5，ZL201810488587.3，ZL201810488034.8，排渣通道均为内排渣通道，未能工程应用的原因有二两个：一是孔外封闭排渣技术方案尚未形成，即内排通道的煤渣怎么从钻杆内部排出，没有形成技术方案；二是实验室试验发现，钻杆外表的筛孔设计不当，会引起内排渣通道的堵塞，筛孔几何尺寸必须与内排渣通道的几何尺寸相匹配，匹配不当，内排渣通道将会发生堵塞，内排渣通道的堵塞无法处理，将会导致压钻、丢钻的事故。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，旨在解决突出煤层本煤层打钻喷孔问题，提高钻孔直度、钻孔深度和成孔质量。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，包括组合安装的双通道筛孔钻头和多根双通道筛孔钻杆；所述双通道筛孔钻杆露出钻孔外部分配套安装有孔外封闭排渣系统；所述孔外封闭排渣系统包括外封闭组件、刻缝内封闭管和钻尾供流排渣组件。

进一步，所述双通道筛孔钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋贯穿设置有卸压筛孔，所述卸压筛孔的中心线指向双通道筛孔钻杆横截面圆心或偏向钻杆旋转方向，所述卸压筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔，所述双通道筛孔钻杆内部通过多组支撑组同轴安装有供流管，所述供流管的外壁与双通道筛孔钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述卸压筛孔的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一。

进一步，所述双通道筛孔钻杆的螺旋槽深度、宽度、条数、形状和螺旋角度以及筛孔布局与密度，根据钻杆尺寸、钢材强度和煤层地质条件进行设计优化，以钻杆螺纹联结丝扣强度为基准，采用等强设计。

进一步，与所述双通道筛孔钻头连接的首根双通道筛孔钻杆的外表面沿着轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽的数量为3-4条，该钻杆为首根钻杆，所受扭矩最小，该钻杆不考虑等强设计。

进一步，所述双通道筛孔钻头的内部同轴安装有内管，所述双通道筛孔钻头的外表面开设有螺旋槽和螺旋凸筋，且沿轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽数量为3-4条；内管的外壁与双通道筛孔钻头的内壁形成环形通道，所述环形通道背向双通道筛孔钻杆一端底部开设有进渣筛孔，所述进渣筛孔为圆孔，所述进渣筛孔的孔径小于环形通道径向最小几何尺寸的三分之一。

进一步，所述双通道筛孔钻头的切削半径大于双通道筛孔钻杆的外半径，两者的半径差值δ称为让压间隙，让压间隙δ根据具体煤层地质条件调整，范围在0mm-12mm之间。

进一步，所述外封闭组件包括安装在钻孔开口处的封孔器和滑移式外封闭管。

进一步，所述封孔器包括封孔管和注水囊袋，注水囊袋包裹安装在封孔管外表面，所述封孔管的内径大于双通道筛孔钻头的直径。

进一步，所述滑移式外封闭管一端插装在封孔管内，滑移式外封闭管另一端插入前夹持器内，且包裹安装在双通道筛孔钻杆外，所述滑移式外封闭管的外径小于或等于封孔管的内径，滑移式外封闭管的内径等于或大于双通道筛孔钻杆的外径。

进一步，所述滑移式外封闭管插入钻机前夹持器段采用高强度刻缝金属管，所述高强度刻缝金属管的长度大于或等于钻机前夹持器的长度，刻缝长度小于高强度刻缝金属管的长度，刻缝的条数为三条，且120°分布。

进一步，所述刻缝内封闭管贴合安装在双通道筛孔钻杆内壁，所述刻缝内封闭管的长度等于双通道筛孔钻杆的长度减去双通道筛孔钻杆的母扣长度，所述刻缝内封闭管的外径等于或小于双通道筛孔钻杆的内径，所述刻缝内封闭管上开设有小于刻缝内封闭管的长度的刻缝。

进一步，所述钻尾供流排渣组件包括双通道短节钻杆、旋转供流器和排渣管，旋转供流器通过双通道短节钻杆与双通道筛孔钻杆连接。

进一步，所述旋转供流器包括壳体，所述壳体一端连接排渣管，所述壳体另一端安装有防尘挡圈，所述壳体内部同轴安装有固定轴，所述固定轴上沿着轴心开设有供流通道，

所述固定轴靠近排渣管一端向上弯折连接有进流插座，所述进流插座另一端露出壳体外设置并连接水源或者风源，所述固定轴靠近防尘挡圈一端的外侧密封且转动插装有连接供流管的内公插头，内公插头与固定轴之间安装有多个轴承；所述内公插头远离固定轴一端外侧同轴套装有连接双通道筛孔钻杆的外公接头，所述外公接头与内公插头通过多个周向布置的立板连接为一体；所述外公接头的外侧与防尘挡圈密封转动配合安装。

进一步，所述壳体与排渣管连接一端为锥形收口结构，在锥形收口处布置排渣口，排渣口与排渣管连接，水煤渣和瓦斯气体从排渣管排出。

进一步，所述双通道短节钻杆包括同轴设置的外管和内接管，所述外管和内接管之间通过支撑组连接，所述外管两端分别与双通道筛孔钻杆、外公接头连接，所述内接管两端分别与内公插头、供流管连接。

本发明所具有的有益效果为：

1.现有孔内钻具的排渣通道为外排渣通道，外排渣通道极易因塌孔而堵塞，钻孔堵塞与喷孔现象常见，常诱发喷孔瓦斯超限事故；本发明孔内钻具的排渣通道为钢铁结构的内排渣通道，控制进渣粒径之后，内排渣通道不会发生堵塞，可从根本上避免喷孔瓦斯超限事故。

2.现行孔内钻具不具备护孔卸压作用，钻孔塌孔现象普遍，钻孔偏斜严重，成孔质量差；本发明孔内钻具的钻杆直径接近钻头直径，具有护孔卸压作用，一方面可遏制钻孔的崩落坍塌，恢复煤体强度，可提高成孔质量，另一方面减少钻杆的扰动空间，有利于减小钻孔的偏斜度。

3.现行孔内钻具的钻进深度离散度大，钻孔深度浅，被迫停钻的原因有两种，即因为外排渣通道堵塞而停钻和钻机液压压力过高而停钻；本发明孔内钻具的钻进深度离散度小，钻孔深度大，被迫停钻的原因有一种，即因为钻机液压压力过高而停钻。

4.现行孔内钻具的孔外排渣是在孔口处排渣，需要在孔口安装防喷装置等辅助装置；本发明孔内钻具的孔外排渣是利用孔外封闭排渣系统从钻尾排渣，不需要安装防喷装置。

附图说明

图1为本发明突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统的主视图；

图2为本发明双通道筛孔钻杆的立体图；

图3为本发明双通道筛孔钻杆的剖视图；

图4为本发明双通道筛孔钻头的立体图；

图5为本发明首根双通道筛孔钻杆与双通道筛孔钻头的装配图；

图6为本发明的滑移式外封闭管与钻机前夹持器配合段的高强度刻缝金属管立体图；

图7为本发明的刻缝内封闭管立体图；

图8为本发明的钻尾供流排渣装置立体图；

图9为本发明的钻尾供流排渣装置剖视图；

图10为本发明的内公插头结构示意图；

图11为本发明双通道短节钻杆的剖视图；

图12为本发明多种子母组合孔的扣盖结构示意图；

图13为本发明多种子母组合孔的分隔支撑架结构示意图；

图14为本发明子母组合孔的筛孔板条结构示意图；

图15为本发明安装子母组合孔的双通道筛孔钻杆立体图；

图16为本发明的双通道筛孔钻杆方案二立体图；

图17为本发明的双通道筛孔钻杆方案三立体图；

图18为本发明的双通道筛孔钻杆方案四立体图；

图19为本发明的双通道筛孔钻杆方案五爆炸图；

图20为本发明双通道筛孔钻杆不同形状轴向槽的横截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，在钻机10的驱动作用下对煤层9进行钻孔，包括从前到后依次搭接的双通道筛孔钻头1、多根双通道筛孔钻杆3，所述双通道筛孔钻杆3露出钻孔外部分配套安装有孔外封闭排渣系统；所述孔外封闭排渣系统包括外封闭组件、刻缝内封闭管14和钻尾供流排渣组件。工作时，通过多根连接的双通道筛孔钻杆3与双通道筛孔钻头1在煤层9进行钻孔，由钻尾供流排渣组件提供水或风，使得产生的煤渣和瓦斯气体通过双通道筛孔钻杆3上的内排渣通道排出。

如图1-2所示，为了实现排渣功能，所述双通道筛孔钻杆3包括钻杆杆体和同轴安装的供流管304，所述双通道筛孔钻杆3的外表面设置有螺旋槽302和螺旋凸筋，沿螺旋槽302和螺旋凸筋开设有贯穿双通道筛孔钻杆3外表面的卸压筛孔301，所述卸压筛孔301的中心线指向双通道筛孔钻杆3横截面圆心或偏向钻杆旋转方向，所述双通道筛孔钻杆3内部为中空结构并通过多组支撑组2同轴安装有供流管304，供流管304称之为供流通道，供流通道内通入高压风流或高压水流，为打钻提供排渣动力；所述供流管304的外壁与双通道筛孔钻杆3的内壁围合形成内排渣通道303，用于内部排渣；卸压筛孔301指双通道筛孔钻杆3外表的通孔，来自钻孔壁的煤渣通过双通道筛孔钻杆3外表的卸压筛孔301进入内排渣通道303，实现排出，同时卸压筛孔301通过对钻孔壁泄渣来减轻钻杆所受的压力，而螺旋槽302和螺旋筋具有切削孔壁变形作用、积聚泄渣作用和降温作用，螺旋槽302的形状依据加工工艺不同，可采用多种形状，例如，本实施例中，采用深度3~5mm螺旋槽302。

如图1-2所示，本实施例中，沿着螺旋槽302错落布置卸压筛孔301，卸压筛孔301可以为内锥面结构，锥面最小直径处很薄，确保通过锥面口处的煤颗粒不会卡在卸压筛孔301中。与双通道筛孔钻杆3轴向垂直的任一杆体截面上，卸压筛孔301两个，最多不超过三个，确保布置的卸压筛孔301对钻杆强度影响较小，确保布置的卸压筛孔301对钻杆强度影响较小。

钻杆的内壁直径保持不变，使得钻杆螺纹连接处的强度最低，通过在双通道筛孔钻杆3外表设置螺旋槽302、螺旋凸筋和卸压筛孔301，可以实现钻杆杆体与螺纹的等强设计，根据双通道筛孔钻杆3尺寸、钢材强敌和煤层9地质条件，设计等强钻杆，一方面保持双通道筛孔钻杆3强度的最大化，另一方面实现双通道筛孔钻杆3重量的最轻化。例如，对于突出危险性小的突出煤层9、煤层9硬度较高的突出煤层9以及瓦斯含量较低的突出煤层9，卸压筛孔301的密度则可减少，护孔面积可以减少，亦即螺旋凸筋的总外表面积可以减少，这样就可以加大螺旋槽302的宽度、深度和条数，而螺旋槽302的宽度、深度和条数也就决定了螺旋凸筋的宽度、高度和条数。双通道筛孔钻杆3等强的情况下，根据煤层9条件的需要，使双通道筛孔钻杆3重量最轻化具有重要意义，可以降低打钻工人的劳动强度。 因此，双通道筛孔钻杆3的螺旋槽302深度、宽度、条数、形状和螺旋角度以及筛孔布局与密度，根据钻杆尺寸、钢材强度和煤层9地质条件进行设计优化，以钻杆螺纹联结丝扣强度为基准，采用等强设计。

如图1-2所示，为了延长双通道筛孔钻杆3的使用寿命，可对钻杆的外表面实施等离子熔覆或耐磨喷涂等工艺的耐磨处理，为了提高双通道筛孔钻杆3的碎渣能力，提高卸压筛孔301的泄渣效率，可采用等离子熔覆的方法，在螺旋槽302内形成一系列点状硬质耐磨凸起，对螺旋槽302内移动的煤渣进行揉搓粉碎。或者可在螺旋凸筋表面刻制出细小的凹型槽或弧形槽，凹型槽或弧形槽的宽度和深度小于卸压筛孔301的进渣直径，使槽内所排处的煤渣能够通过卸压筛孔301，一方面可增加钻杆的卸压速度，另一方面可增加钻杆的碎渣能力，但是钻杆受压相等的情况下，钻杆旋转启动时的旋转阻力也会加大，因此该技术措施可酌情采用。

如图1-2所示，为了实现钻杆杆体同轴安装供流管304，本实施例中，支撑组2包括支腿和安装在支腿一端的支撑筒，所述支腿另一端与钻杆杆体连接，可以采用焊接或者插接的连接方式，支撑筒内插装有供流管304，通过螺钉将支撑筒与供流管304紧固。为了方便安装，在双通道筛孔钻杆3表面同一侧位置布置两组单侧支撑孔，支腿伸入支撑孔内，并进行焊接密封处理。在钻杆上与单侧支撑孔对称的另一侧，布置有螺钉安装孔。在两组支撑孔所在平行于轴线的表面区域，不能布置卸压筛孔301，该区域宽度略大于单侧支撑孔，长度贯穿整个钻杆；否则，在与孔口刻缝内封闭管14接触的两节双通道筛孔钻杆3会有煤渣跑漏。

如图1-2所示，为了实现更好的排渣效果，保证煤渣通过卸压筛孔301进入内排渣通道303，避免搭桥堵塞，本申请中双通道筛孔钻杆3上的卸压筛孔301的孔径为D，双通道筛孔钻杆3内壁与供流管304外壁之间的距离为L，L与D满足3D < L，即双通道筛孔钻杆3内排渣通道303的单侧最小宽度大于进入其内部的三个煤颗粒排列最大宽度，确保煤渣颗粒失稳不至于搭桥堵塞，影响排渣效果，因此，所述卸压筛孔301的孔径小于内排渣通道303径向最小几何尺寸的三分之一。

为了防止卸压筛孔301阻塞影响进渣效率，所述卸压筛孔301为圆孔或锥孔或变径圆孔或子母组合孔，优选地，采用变径孔或锥孔，使进渣口尺寸小于出渣口尺寸，也可以采用子母组合孔的方式，如图12、13、15所示，子母组合孔是指在钻杆杆体上加工大直径的母孔，在母孔外口安装扣盖15或分隔支撑架16，扣盖15或分隔支撑架16将母孔分隔成若干小尺寸子孔1501，子孔1501为进渣口，母孔为出渣口，出渣口大于进渣口，煤渣更易进入内排渣通道303，扣盖15或分隔支撑架16外表面可为平面、圆弧面。如图14所示，方案中的子母组合孔，也可以在双通道筛孔钻杆3的螺旋槽302内加工大直径母孔，将设有小直径子孔的筛孔板条17焊接包覆于螺旋槽302表面，形成新方案。

突出煤层9打钻的过程中，钻孔壁和钻头处的煤体自由面，均会发生煤炮，导致自由面处的煤体崩落坍塌，崩落煤渣的块度及崩落的概率与煤体力学性能、煤体结构、瓦斯压力、瓦斯含量和地应力有关，卸压筛孔301要具有控制进渣粒径的功能，当进渣粒径大于内排渣通道303最小几何尺寸的三分之一时，渣粒容易形成三角拱，出现搭桥堵塞，并最终导致内排渣通道303的堵塞。因此，突出煤层9打钻时要利用卸压筛孔301控制进渣粒径，进渣粒径越小越有利于排渣，卸压筛孔301所控制的进渣粒径小于内排渣通道303最小几何尺寸的三分之一，只要内排渣通道303畅通，即可消除排渣通道堵塞引发的喷孔瓦斯超限事故。本发明也可用于非突出煤层9的瓦斯抽采钻孔的施工，非突出煤层9一般不会发生孔内煤炮等动力现象，钻孔壁不会发生突然崩落坍塌，钻头切削和钻杆旋转切削所产生的煤渣一般为细碎颗粒，钻头处的进渣筛孔101可以取消，钻杆外表的卸压筛孔301直径可以不受内排渣通道303几何尺寸的限制。

如图20所示，为了提高排渣速度，降低风流或水流的阻力，与双通道筛孔钻头1连接的第一根双通道筛孔钻杆3的外表面沿着轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽305，所述凹形槽或弧形槽305的数量为3-4条，由于在工作过程中，首根钻杆及钻头处煤渣产出量大，需要采取与其它双通道筛孔钻杆3不一样的外表结构，布设凹形槽或弧形槽305，提高排渣速度，降低风流或水流的阻力，该钻杆不采用等强设计。

如图4-5所示，为了实现双通道筛孔钻头1与双通道筛孔钻杆3的连接，形成用于内部排渣和外部排渣的通道，本实施例中，所述双通道筛孔钻头1的内部同轴安装有内管103，所述双通道筛孔钻头1的外表面开设有螺旋槽102和螺旋凸筋，且沿轴向圆周均布有平面或凹形槽或弧形槽，所述平面或凹形槽或弧形槽数量为3-4条；内管103的外壁与双通道筛孔钻头1的内壁形成环形通道，所述环形通道背向双通道筛孔钻杆3一端底部开设有进渣筛孔101，进渣筛孔101不具备卸压功能，其目的是控制进入内排渣通道303的进渣粒径，所述进渣筛孔101为圆孔，所述进渣筛孔101的孔径小于环形通道径向最小几何尺寸的三分之一；供流管304与内管103密封连接，用于供水或供风或者二者的结合。

如图4-5所示，工作时，双通道筛孔钻头1钻进所产生的煤渣，大部分煤渣经进渣筛孔101进入环形通道，经内排渣通道303排出，少部分煤渣经螺旋槽302形成的螺旋通道、轴向槽运送至双通道筛孔钻杆3的外表面，再经卸压筛孔301进入双通道筛孔钻杆3的内排渣通道303。

如图4所示，本实施例中，双通道筛孔钻头1包括钻柄部和多个切削刃，本申请中，切削刃设置为三个，螺旋槽102设置为对称双螺旋结构；优选地，双通道筛孔钻头1上加工有内螺纹与双通道筛孔钻杆3的外螺纹连接，内管103与双通道筛孔钻杆3的供流管304采用插接式密封连接，实现内管103向双通道筛孔钻头1的底部提供水或风。

为了更好的实现护孔作用，所述双通道筛孔钻头1的切削半径大于双通道筛孔钻杆3的外半径，两者的半径差值δ称为让压间隙，让压间隙δ根据具体煤层9地质条件调整，范围在0mm-10mm之间。由于突出煤层9的钻孔极易崩落坍塌，钻孔变形量很大，实际打钻过程中，让压间隙δ将自动消失，δ消失之后，双通道筛孔钻杆3开始支护钻孔，双通道筛孔钻杆3将起到护孔作用。双通道筛孔钻杆3的护孔作用将带来两个有利效果：第一，护孔作用可防止钻孔过度塌孔，也可使钻孔周围煤体强度得到恢复和提高，因为煤体瓦斯解吸释放后，煤体强度将得到恢复和提高，有利于提高成孔质量；第二，护孔作用下限制了钻杆的扰动空间，可限制钻头的跑偏，有利于提高钻孔的直度。

双通道筛孔钻杆3在钻孔内部时，由于钻孔壁对双通道筛孔钻杆3具有外封闭作用，煤渣在风流或水流携带下形成风渣流或水渣流，风渣流或水渣流通过内排渣通道303向孔口方向流动，风渣流或水渣流一旦进入孔外裸露的双通道筛孔钻杆3时，风流、水流以及钻孔释放的瓦斯将率先从卸压筛孔301中流散，一方面会导致打钻过程中的瓦斯无法收集处理，诱发瓦斯超限；另一方面风流水流将从卸压筛孔301中流散，内排渣通道303内的煤渣将失去风水排渣动力，在孔外的双通道筛孔钻杆3的将会自动堵塞，内排渣通道303内的煤渣无法排出，尤其对于近水平孔或下行孔。由此可见，若不解决孔外封闭排渣问题，将无法工程应用。

为了防止风流、水流和瓦斯从筛孔向外泄漏，保持孔外双通道筛孔钻杆3的排渣动力，最终使风渣流或水渣流从双通道筛孔钻杆3的尾部集中排出，本实施例中，所述孔外封闭排渣系统包括外封闭组件、刻缝内封闭管14和钻尾供流排渣组件。

所述外封闭组件包括安装在钻孔开口处并实现密封开口的封孔器4和滑移式外封闭管5。

所述封孔器4包括封孔管和包裹安装在封孔管外表面的注水囊袋，所述封孔管的内径大于双通道筛孔钻头1的直径，方便打钻时双通道筛孔钻头1从封孔管内穿过；使用时先用常规钻杆配合大直径钻头在开孔位置钻进、扩孔，将孔管和注水囊插入扩孔段，然后向注水囊袋充入压力水时注水囊袋膨胀接触扩孔段钻孔内壁，达到封堵钻孔口的目的。

所述滑移式外封闭管5包裹安装在双通道筛孔钻杆3外，且滑移式外封闭管5一端插装在封孔器4内，滑移式外封闭管5另一端插装在前夹持器12内，所述滑移式外封闭管5的外径小于或等于封孔管的内径，滑移式外封闭管5的内径等于或大于双通道筛孔钻杆3的外径；滑移式外封闭管5能在封孔管内滑移，也能沿双通道筛孔钻杆3的外表面滑移，以便根据钻机前夹持器12长度及其距离封孔器4之间的距离，调整滑移式外封闭管5的伸出长度。钻机前夹持器12及其距离封孔器4之间的这段裸露双通道筛孔钻杆3，利用滑移式外封闭管5对裸露的卸压筛孔301实施外封闭。

为了实现钻机前夹持器12与滑移式外封闭管5配合来夹持双通道筛孔钻杆3，所述滑移式外封闭管5插入钻机前夹持器12段采用高强度刻缝金属管13，如图6所示，所述高强度刻缝金属管13的长度大于或等于钻机前夹持器12的长度，刻缝长度小于高强度刻缝金属管13的长度，刻缝1301设置有多条，本实施例中，刻缝1301的条数为三条，且120°分布；装卸钻杆时，钻机前夹持器12夹持高强度刻缝金属管13，高强度刻缝金属管13夹持双通道筛孔钻杆3，实现钻杆的装卸。

如图6所示，高强度刻缝金属管13不在封孔管内滑移，所以高强度刻缝金属管13的外径可以适当减小。钻进安装钻杆时钻机10所需提供的扭矩较小，可以用钻机前夹持器12夹持高强度刻缝金属管13实现双通道筛孔钻杆3的安装，退钻拆卸钻杆时钻机10所需提供的扭矩很高，若高强度刻缝金属管13与钻杆之间滑动，此时用滑移的方式将高强度刻缝金属管13移开，让钻机前夹持器12直接夹持钻杆实现钻杆的拆卸，这要求钻机前夹持器12要有夹持两种直径的特点，为了使前夹持器12能够夹持两种直径，需要两种直径的直径差越小越好，因此高强度刻缝金属管13的壁厚不易太大，一般取3mm左右。

所述刻缝内封闭管14贴合安装在双通道筛孔钻杆3内壁，如图7所示，刻缝内封闭管14是个壁厚超薄的碳纤维管，所述刻缝内封闭管14贴合安装于搭接好的最后一根双通道筛孔钻杆内壁，刻缝内封闭管14的长度等于双通道筛孔钻杆3的长度减去双通道筛孔钻杆3母扣的长度，所述刻缝内封闭管14的外径等于或略小于双通道筛孔钻杆3的内径，所述刻缝内封闭管14上开设有小于刻缝内封闭管14的长度的刻缝1401，所述刻缝内封闭管14的刻缝与支撑组2配合卡装。刻缝内封闭管14属薄壁管，刻缝内封闭管14刻缝的目的是为了向双通道筛孔钻杆3内部抽插时避开双通道筛孔钻杆3内部的支撑组2的支腿，单根支腿时刻一条缝，两根支腿时刻两条缝，三根支腿时刻三条缝。使用时，将刻缝内封闭管14插入待安装双通道筛孔钻杆3的内部，对裸露的卸压筛孔301实施内封闭，同时将螺纹已进入钻机前夹持器12覆盖区的双通道筛孔钻杆3内部的刻缝内封闭管14抽出，以备其它待安装钻杆使用；刻缝内封闭管14在安装和拆卸钻杆时，需要反复抽出和插入。

钻尾供流排渣组件包括双通道短节钻杆8、旋转供流器6和排渣管7，旋转供流器6通过双通道短节钻杆8与双通道筛孔钻杆3连接。

为了更好的实现双通道筛孔钻杆3与钻尾供流排渣组件的连接，本实施例中，如图11所示，所述双通道筛孔钻杆3与钻尾供流排渣组件之间通过双通道短节钻杆8连接，所述双通道短节钻杆8包括同轴设置的外管801和内接管802，所述外管801和内接管802之间通过支撑组2连接，所述外管801两端分别与双通道筛孔钻杆3、外公接头603连接，所述内接管802两端分别与内公插头604、供流管304连接。双通道短接钻杆长度等于或长于钻机后夹持器11轴向长度。

如图8-10所示，为实现供水、供风和排渣功能，所述旋转供流器6包括壳体601、固定轴608、轴承607、外公接头603、内公插头604、密封圈606、防尘挡圈602、进流插座605。

如图8-10所示，所述壳体601一端连接有排渣管7，所述壳体601另一端安装有防尘挡圈602，所述壳体601内部同轴安装有固定轴608，所述固定轴608上沿着轴心开设有供流通道，所述固定轴608靠近排渣管7一端向上弯折连接有进流插座605，所述进流插座605另一端露出壳体601外设置并连接水源或风源，所述固定轴608靠近防尘挡圈602一端的外侧密封且转动插装有连接供流管30422的内公插头604，内公插头604与固定轴608之间安装有多个轴承607；所述内公插头604远离固定轴608一端外侧同轴套装有连接双通道筛孔钻杆3的外公接头603，所述外公接头603与内公插头604通过多个周向布置的立板609连接；所述外公接头603的外侧与防尘挡圈602密封转动配合安装。工作时，水源通过进流插座605进入供流通道内，然后进入供流管304，并从双通道筛孔钻头1底部喷出，双通道筛孔钻杆3带动外公接头603以及内公插头604相对固定轴608转动，产生的大部分水煤渣和瓦斯气体经进渣筛孔101进入环形通道，经内排渣通道303由排渣管7排出；所述排渣管7均采用柔性材料制作。

如图8-10所示，为了保证内排渣通道303的孔径，避免减小，所述内公插头604与外公接头603连接处设置为锥形面，靠近外公接头603一端为锥形小径端，所述立板609上端与外公接头603内壁连接，所述立板609下端一部分与锥形面连接。

如图8-10所示，本实施例中，所述壳体601内部设为中空结构，壳体601与排渣管7连接一端设为锥形收口结构，在锥形收口处布置出渣口，出渣口与柔性排渣管7连接，水煤渣和瓦斯气体从柔性排渣管7排出；壳体601安装防尘挡圈602一端设置圆环形凸台，圆环形凸台远离排渣管7一端圆周设置轴向螺纹孔，通过螺栓将防尘挡圈602固定于壳体601的圆环形凸台一端，防尘挡圈602内孔直径等于双通道碎渣钻杆的外径，所述固定轴608为L形，且内部中空，固定轴608水平段上圆周向均布有三个凸台，凸台外表面为圆弧形，圆弧直径与壳体601内径相等，三个凸台与壳体601通过螺钉连接，壳体601上设有安装孔，固定轴608的竖直段穿过壳体601上的安装孔伸出壳体601外，并与水源或风源连接。

如图8-10所示，本实施例中，内公插头604包括旋转轴套和用于连接供流管304的供水公接头，优选地，供水公接头与旋转轴套通过螺纹连接；所述固定轴608、旋转轴套、壳体601同轴布置，固定轴608的水平段上安装两个轴承607，旋转轴套套装在轴承607外，所述旋转轴套内壁的两端开设有安装两个轴承607的卡槽，同时两个轴承607一端通过凸台限位，两个轴承607另一端通过挡圈限位，这样实现两个轴承607不能轴向移动，供水公接头包括与旋转轴套连接的大径部和与供流管304连接的小径部，大径部和小径部之间通过锥部连接，所述供水公接头的锥部与外公接头603通过多个周向布置的立板609连接为一个整体，本实施例中采用焊接；供水公接头大径部外表面设置与旋转轴套上内螺纹适配的外螺纹，大径部内表面设置圆环形沟槽，圆环形沟槽内安装密封圈606，保证供水公插头与固定轴608旋转密封连接。

本发明的安装与工作过程为：

先用常规钻杆配合大直径钻头在开孔位置钻进、扩孔，将封孔管和注水囊袋插入扩孔段，然后向注水囊袋充入压力水时注水囊袋膨胀接触扩孔段钻孔内壁，达到封堵钻孔口的目的；根据钻孔需要实现多根双通道筛孔钻杆3连接，双通道筛孔钻头1末端母螺纹与第一根双通道筛孔钻杆3前端公螺纹连接，双通道筛孔钻杆3末端母螺纹与第二根双通道筛孔钻杆3前端公螺纹连接，双通道筛孔钻杆3末端母螺纹与第三根双通道筛孔钻杆3前端公螺纹连接，依次安装；

第一根双通道筛孔钻杆3从封孔器4上封孔管穿过，在封孔管与钻机前夹持器12之间的双通道筛孔钻杆3上套装滑移式外封闭管5，滑移式外封闭管5长度大于封孔器4长度，滑移式外封闭管5与高强度刻缝金属管13无豁口端同轴对接，滑移式外封闭管5套装在钻孔口的双通道筛孔钻杆3上；滑移式外封闭管5一端插入封孔管内，滑移式外封闭管5另一端的高强度刻缝金属管13插入钻机的前夹持器12内，高强度刻缝金属管13的刻缝一端与钻机的前夹持器12配合夹持双通道筛孔钻杆3。前夹持器12加紧时，高强度刻缝金属管13的刻缝端会随着收缩，并抱紧双通道筛孔钻杆3；前夹持器12松开时，高强度刻缝金属管13的刻缝端会复位，松开双通道筛孔钻杆3，以便于钻杆的安装和更换。

搭接好的最后一根双通道筛孔钻杆3内安装刻缝内封闭管14，刻缝内封闭管14外径与钻杆内径小间隙配合安装，刻缝内封闭管14的刻缝对准双通道筛孔钻杆的内排渣通道303内支撑组2的支腿，从双通道筛孔钻杆3末端插入。

钻进过程中，供水排渣组件的内公插头604、外公接头603与前端钻杆同步旋转，供水排渣组件的壳体601、固定轴608、进流插座605不旋转。向前钻进过程中，风源或者水源从进流插座605进入固定轴608内，经双通道筛孔钻杆3的供流管304送至双通道筛孔钻头1处；钻进过程中，双通道筛孔钻头1钻进所产生的煤渣，大部分煤渣经进渣筛孔101进入环形通道，经内排渣通道303排出，少部分煤渣经螺旋槽302形成的螺旋通道运送至双通道筛孔钻杆3的外表面，再经卸压筛孔301进入双通道筛孔钻杆3的内排渣通道303排出。

方案中的双通道筛孔钻杆3，也可以替换为如图16所示的结构，在钻杆螺旋刻槽之间的凸起上面，增加布置卸压筛孔301，形成方案二；可替换为如图17所示的结构，在钻杆螺旋刻槽之间的凸起上面，与刻槽同样的螺距，布置弧型螺旋槽，并在弧型螺旋槽内布置卸压筛孔301，形成方案三；可替换为如图18所示的结构，正螺旋刻槽与反螺旋刻槽交错结构，并在螺旋刻槽内错落布置卸压筛孔301，形成方案四；可替换为如图19所示的结构，在光面钻杆上以螺旋形式布置双排卸压筛孔301，在将钢板加工成螺旋筋结构，能够与带螺旋卸压筛孔301的光面钻杆配合装配成一体结构，并焊接成整体，类似与最优方案中的双通道筛孔钻杆3，形成方案五。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.突出煤层护孔卸压孔内钻具，其特征在于，包含多根双通道筛孔钻杆和单个双通道筛孔钻头。

2.根据权利要求1所述的突出煤层护孔卸压孔内钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋贯穿设置有卸压筛孔，所述卸压筛孔的中心线指向双通道筛孔钻杆横截面圆心或偏向双通道筛孔钻杆的旋转方向，所述卸压筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔，所述双通道筛孔钻杆内部通过多组支撑组同轴安装有供流管，所述供流管的外壁与双通道筛孔钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述卸压筛孔的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一。

3.根据权利要求2所述的突出煤层护孔卸压孔内钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻杆的螺旋槽深度、宽度、条数、形状和螺旋角度以及筛孔布局与密度，根据钻杆尺寸、钢材强度和煤层地质条件进行设计优化，以钻杆螺纹联结丝扣强度为基准，采用等强设计。

4.根据权利要求3所述的突出煤层护孔卸压孔内钻具，其特征在于，与所述双通道筛孔钻头连接的首根双通道筛孔钻杆的外表面沿着轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽的数量为3-4条。

5.根据权利要求1所述的突出煤层护孔卸压孔内钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻头的内部同轴安装有内管，所述双通道筛孔钻头的外表面开设有螺旋槽和螺旋凸筋，且沿轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽数量为3-4条；内管的外壁与双通道筛孔钻头的内壁形成环形通道，所述环形通道背向双通道筛孔钻杆一端底部开设有进渣筛孔，所述进渣筛孔为圆孔，所述进渣筛孔的孔径小于环形通道径向最小几何尺寸的三分之一。

6.根据权利要求1-5任一所述的突出煤层护孔卸压孔内钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻头的切削半径大于双通道筛孔钻杆的外半径，两者的半径差值δ称为让压间隙，让压间隙δ根据具体煤层地质条件调整，范围在0mm-12mm之间。

7.与权利要求1-6任一所述的突出煤层护孔卸压孔内钻具配套安装的一种孔外封闭排渣系统，其特征在于，包括外封闭组件、刻缝内封闭管和钻尾供流排渣组件；所述外封闭组件包括安装在钻孔开口处的封孔器和滑移式外封闭管；所述钻尾供流排渣组件包括双通道短节钻杆、旋转供流器和排渣管，旋转供流器通过双通道短节钻杆与双通道筛孔钻杆连接。

8.根据权利要求7所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述封孔器包括封孔管和注水囊袋，所述注水囊袋包裹安装在封孔管外表面，所述封孔管的内径大于双通道筛孔钻头的直径。

9.根据权利要求8所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述滑移式外封闭管一端插装在封孔管内，滑移式外封闭管另一端插入前夹持器内，且包裹安装在双通道筛孔钻杆外，所述滑移式外封闭管的外径小于或等于封孔管的内径，滑移式外封闭管的内径等于或大于双通道筛孔钻杆的外径。

10.根据权利要求9所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述滑移式外封闭管插入钻机前夹持器段采用高强度刻缝金属管，所述高强度刻缝金属管的长度大于或等于钻机前夹持器的长度，刻缝长度小于高强度刻缝金属管的长度，刻缝的条数为三条，且120°分布。

11.根据权利要求7所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述刻缝内封闭管贴合插装在双通道筛孔钻杆内壁，刻缝内封闭管的长度等于双通道筛孔钻杆的长度减去双通道筛孔钻杆的母扣长度，所述刻缝内封闭管的外径等于或小于双通道筛孔钻杆的内径，所述刻缝内封闭管上开设有小于刻缝内封闭管的长度的刻缝。

12.根据权利要求7所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述双通道短节钻杆包括同轴设置的外管和内接管，所述外管和内接管之间通过支撑组连接，所述外管两端分别与双通道筛孔钻杆、外公接头连接，所述内接管两端分别与内公插头、供流管连接。

13.根据权利要求12所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述旋转供流器包括壳体，所述壳体一端连接排渣管，所述壳体另一端安装有防尘挡圈，所述壳体内部同轴安装有固定轴，所述固定轴上沿着轴心开设有供流通道，

所述固定轴靠近排渣管一端向上弯折连接有进流插座，所述进流插座另一端露出壳体外设置并连接水源或者风源，所述固定轴靠近防尘挡圈一端的外侧密封且转动插装有连接供流管的内公插头，内公插头与固定轴之间安装有多个轴承；所述内公插头远离固定轴一端外侧同轴套装有连接双通道筛孔钻杆的外公接头，所述外公接头与内公插头通过多个周向布置的立板连接为一体；所述外公接头的外侧与防尘挡圈密封转动配合安装。

14.根据权利要求13所述的孔外封闭排渣系统，其特征在于，所述壳体与排渣管连接一端为锥形收口结构，在锥形收口处布置排渣口，排渣口与排渣管连接，水煤渣和瓦斯气体从排渣管排出。

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