CN113153148A - 一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换器和射流喷嘴，位于钻孔开口端安装有孔口封孔泄渣组件。所述双通道碎渣钻杆最终要进入穿层钻孔的煤孔段，所述双通道钻杆仅进入岩孔段；利用钻杆的双通道特性，形成钢铁筛孔结构的内排渣通道，利用双通道碎渣钻杆粉碎钻割冲产出的煤块和煤渣，利用筛孔控制进入内排渣通道的煤渣粒径和煤渣流量，保证内排渣通道的通透性，可防止喷孔瓦斯超限事故的发生，提高突出煤层穿层钻孔钻割冲作业的安全性和可控性。

Description

一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具

技术领域

本发明涉及煤矿开采中的瓦斯抽采装置技术领域，特别涉及一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具。

背景技术

国内很多省份针对突出煤层瓦斯抽采，要求开挖底板岩巷，在底板岩巷内施工穿层钻孔，对突出煤层的待掘进区域或待开采区域实施抽采消突。为了充分发挥穿层钻孔的抽采消突功效，普遍在穿层钻孔的煤孔段实施“钻割冲”一体化增透措施。现有技术现状是：所采用的钻杆普遍为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆或三棱钻杆等，其中前三种钻杆的专利原始申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别为ZL200610111830.7，ZL200920088879.4， ZL200910064973.0，在钻头处或钻杆上安装高低压转换装置及射流喷嘴，对煤孔段钻孔实施割缝、冲孔，也有学者称之为水力造穴、水力掏槽、水力掏煤等。

现有技术所采用的刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆和三棱钻杆，用于穿层钻孔打钻、割缝及冲孔时，普遍采用水流作为钻头降温、射流动力和排渣动力，排渣通道位于钻杆外壁与钻孔内壁之间的环状通道，该排渣通道称之为外排渣通道。穿层钻孔的煤孔段在打钻、割缝及冲孔的过过程中，孔内煤炮频繁发生，煤孔段钻割冲形成的自由面处煤体不断崩落坍塌，有大量煤块和煤渣产生，这些煤块和煤渣本身不具备流动性，需要利用钻割冲作业所用的水流作用和钻杆旋搅碎渣作用，使这些煤渣和煤块转变为可以流动的固液相水煤渣流体，从钻孔的外排渣通道排出孔外。由于在煤孔段钻割冲产出的煤块和煤渣具有突发性和不均衡性，伴随煤炮声产出大量煤块和煤渣，煤块和煤渣依靠自重作用和水流作用涌向空间狭小的岩孔段外排渣通道，水流作用和钻杆旋搅作用不能随时将这些煤块和煤渣转变为可流动的固液相水煤渣流体，时常导致岩孔段外排渣通道的非通透性堵塞，即钻割冲形成的自由空间内产生的大量瓦斯气体不能通过外排渣通道下泄，导致钻割冲形成的自由空间内的瓦斯气体压力远大于孔外的大气压，在水流作用和钻杆旋搅作用下，一旦使非通透性堵塞的外排渣通道疏通，高压瓦斯气体和水煤渣将从孔口瞬间喷出，形成喷孔。因此，现行突出煤层穿层钻孔均在孔口安装有防喷装置，防止喷出的瓦斯向巷道空间扩散，喷孔严重时，防喷装置将会失效，导致钻机周围的巷道瓦斯浓度超限。不完全统计，突出煤层打钻喷孔导致的瓦斯超限占突出矿井总瓦斯超限次数的60%至80%，已构成突出矿井的安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，旨在通过孔内钻具的创新设计来解决穿层钻孔钻割冲过程中的喷孔瓦斯超限问题，提高穿层钻孔钻割冲作业的安全性和可控性。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换组件，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆或双通道钻杆配合的孔口封孔泄渣组件。

进一步，所述双通道碎渣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布置有泄渣筛孔，所述泄渣筛孔的中心线指向双通道碎渣钻杆横截面圆心或偏向钻杆旋转方向；所述双通道碎渣钻杆内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管，所述供水管的外壁与双通道碎渣钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述泄渣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，所述泄渣筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔。

进一步，所述双通道碎渣钻杆的外表面沿着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的数量为3-4条。

进一步，所述双通道筛孔钻头的内部同轴安装有内管，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碎渣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外表面设置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。

进一步，所述高低压转换组件包括高低压转换器和射流喷嘴，所述高低压转换器安装在首根双通道碎渣钻杆内腔且与双通道碎渣钻杆的供水管连接，所述射流喷嘴安装在首根双通道碎渣钻杆的管壁上，高压状态时高低压转换器向射流喷嘴供水用于割缝或冲孔，低压状态时高低压转换器向钻头供水用于钻进。

进一步，所述双通道钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，所述双通道钻杆的内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管。

进一步，所述双通道碎渣钻杆和双通道钻杆的外径相等，钻杆的外径与双通道筛孔钻头的直径接近，双通道筛孔钻头的直径大于双通道碎渣钻杆的直径、双通道钻杆的直径0～15mm。

进一步，所述孔口封孔泄渣组件包括封孔器和泄渣装置。

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

进一步，所述泄渣装置包括在封孔管远离钻孔开口端安装的集渣筒，所述集渣筒位于钻孔外，所述集渣筒下侧设有锥形的泄渣口，所述泄渣口通过柔性管排渣，所述集渣筒的两端通过卡箍连接。

进一步，所述钻尾供水排渣组件包括旋转供水器和排渣管。

进一步，所述旋转供水器包括壳体，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水通道，

所述固定轴靠近排渣管一端向上弯折连接有进水插座，所述进水插座另一端露出壳体外设置并连接水源，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水管的内公插头，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头或双通道钻杆的外公接头，所述外公接头与内公插头通过多个周向布置的立板连接；所述外公接头的外侧与防尘挡圈密封配合安装。

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

本发明所具有的有益效果为：

1.现有技术的排渣通道为外排渣通道，钻割冲产生的过量煤块和煤渣，极易使岩孔段的外排渣通道失去通透性，阻塞了瓦斯的下泄通道，突然疏通瞬间，则会诱发喷孔瓦斯超限事故；本发明的排渣通道属筛孔结构的内排渣通道，利用筛孔控制内排渣通道的进渣煤量和进渣粒径，可确保内排渣通道的通透性，可根除喷孔瓦斯超限事故。

2.现行技术的钻割冲作业，钻孔出煤量极不均匀，岩孔段外排渣通道极易堵塞，外排渣通道一旦堵死，则被迫停止钻割冲作业，还要面临提钻时喷孔的危险作业，钻孔出煤量是不可控的；本发明的钻割冲作业，钻孔出煤量相对均匀，不会因为外排渣通道堵塞而停止钻割冲作业，钻孔出煤量是可控制的。

3.现有技术的完全依靠外排渣通道排渣泄气，外排渣通道需要有较大的几何尺寸，所以钻杆外径与钻头直径相差较大，导致钻孔偏斜严重；本发明主要依靠内排渣通道排渣泄气，外排渣通道则可有可无，可使钻杆直径接近或等于钻头直径，可有效限制钻杆的扰动，控制钻孔的过度偏斜。

附图说明

图1为本发明结构使用示意图；

图2为本发明双通道筛孔钻头结构示意图；

图3为本发明结构双通道碎渣钻杆结构示意图；

图4为本发明双通道碎渣钻杆剖视图；

图5为本发明安装高低压转换组件的双通道碎渣钻杆剖面图；

图6为图5中A处放大图；

图7为本发明双通道钻杆结构立体图；

图8为本发明双通道钻杆剖视图；

图9为本发明孔外封孔泄渣组件结构示意图；

图10为本发明钻尾供水排渣组件结构示意图；

图11为本发明不安装排渣管的钻尾供水排渣组件示意图；

图12为本发明钻尾供水排渣组件剖视图；

图13为本发明双通道碎渣钻杆不同形状轴向槽的横截面图；

图14为本发明内公插头结构示意图；

图15为本发明扣盖结构示意图

图16为本发明分割支撑架结构示意图；

图17为本发明中设有子孔的筛孔板条结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1-14所示，一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头1、多根双通道碎渣钻杆2、多根双通道钻杆4和钻尾供水排渣组件6，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆2或双通道钻杆4配合的孔口封孔泄渣组件5。工作时，先通过双通道碎渣钻杆2和双通道筛孔钻头1在岩石层钻进，当双通道碎渣钻杆2使用一定数量后，安装连接双通道钻杆4，当双通道碎渣钻杆2和双通道筛孔钻头1进入煤层后开始对煤层进行割冲作业，整个过程中，钻尾供水排渣组件6为双通道碎渣钻杆2、双通道钻杆4提供水源，并排出产生的水煤渣和瓦斯气体。

如图1-4所示，为了实现排渣功能，所述双通道碎渣钻杆2包括钻杆杆体21、供水管22、支撑装置23。

所述双通道碎渣钻杆2的外表面设置有螺旋槽211和螺旋凸筋212，沿螺旋槽211和螺旋凸筋212开设有贯穿双通道碎渣钻杆2外表面的泄渣筛孔213，泄渣筛孔213是指双通道碎渣钻杆2外表开设的通孔，穿层钻孔煤孔段钻割冲产生的煤渣通过泄渣筛孔213进入内排渣通道。

所述双通道碎渣钻杆2内部为中空结构，并通过多个支撑组23同轴安装有供水管22，供水管22是安装在钻杆杆体21中心的供水钢管，供水管22内通入低压水流为打钻服务，通入高压水流为割缝冲孔服务，所述供水管22的外壁与双通道碎渣钻杆2的内壁围合形成内排渣通道，用于内部排渣，所述螺旋槽211、螺旋凸筋212和泄渣筛孔213协同，赋予双通道碎渣钻杆2碎渣和泄渣功能；为了实现快速排渣，避免堵塞，所述泄渣筛孔213的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一，所述泄渣筛孔213为圆孔、变径圆孔或子母组合孔；所述泄渣筛孔213的中心线指向双通道碎渣钻杆2横截面圆心或偏向钻杆旋转方向。

如图15-16所示，所述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2131或分隔支撑架2132，扣盖2131或分割支撑架2132将母孔分隔成若干小尺寸子孔，子孔为进渣口，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，扣盖2131或分割支撑架2132外表面可为平面、圆弧面。如图17所示，方案中的子母组合孔，也可以在双通道碎渣钻杆2的螺旋槽211内加工大直径母孔，将设有小直径子孔的筛孔板条2133焊接包覆于螺旋槽211表面，形成新的方案。

如图1-4所示，本实施例中，支撑组23包括中心环231和支腿232，中心环231内径与供水管22外径相等，中心环231套装在供水管22外，所述支腿232为直角梯形结构，支腿232位于中心环231和双通道碎渣钻杆2内壁之间，所述支腿232的短边一端与中心环231的外表面固定，所述支腿232的长边一端与双通道碎渣钻杆2内表面接触，双通道碎渣钻杆2、供水管22、支撑组23固定安装后无相对移动、相对转动。

如图13所示，为了增强其碎渣功能，所述双通道碎渣钻杆2的外表面沿着轴向圆周均布开设有平面214或凹形槽或弧形槽，所述平面或凹形槽或弧形槽的数量为3-4条。为了进一步强化双通道碎渣钻杆2的碎渣功能和耐磨性能，可在双通道碎渣钻杆2的螺旋槽211内、平面214上、凹形槽内或弧形槽内等离子熔覆耐磨凸起，强化对煤渣的揉搓粉碎。

为了增加双通道碎渣钻杆2的碎渣效果，还可在螺旋凸筋212表面刻制出细小的凹型槽或弧形槽，凹型槽或弧形槽的深度均小于泄渣筛孔213的进渣直径，使槽内所排处的煤渣能够通过泄渣筛孔213，可增加钻杆的碎渣能力，但钻杆的加工成本有所提高，因此该技术措施可酌情采用。

如图1-12所示，为了实现双通道筛孔钻头1与双通道碎渣钻杆2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15，所述双通道筛孔钻头1的外表面开设有螺旋槽13和螺旋凸筋16，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15的外壁与双通道筛孔钻头1的内壁形成与内排渣通道连通的环形通道，所述环形通道背向双通道碎渣钻杆2一端底部开设有进渣筛孔14，所述进渣筛孔14为圆孔，所述进渣筛孔14的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一；供水管22与内管15密封连接，用于供水。优选地，双通道筛孔钻头1上加工有内螺纹与双通道碎渣钻杆2的外螺纹连接，内管15与双通道碎渣钻杆2的供水管22采用插接式密封连接，实现内管15向双通道筛孔钻头1的底部提供高压水。

如图2所示，本实施例中，双通道筛孔钻头1包括钻柄部11和多个切削刃12，本申请中，切削刃12设置为三个，螺旋槽13设置为对称双螺旋结构。

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14进入环形通道，经内排渣通道排出，少部分煤渣经螺旋槽13形成的螺旋通道运送至双通道碎渣钻杆2的外表面，再经泄渣筛孔213进入双通道碎渣钻杆2的内排渣通道。双通道筛孔钻头1上的进渣筛孔14用来控制进入内排渣通道的进渣粒径。

如图1-8所示，根据需要设定不同的钻杆，本申请中的穿层钻孔包括岩层段和煤层段，双通道碎渣钻杆2的使用数量由煤层厚度、倾角及钻孔方位决定，通过计算确定，双通道碎渣钻杆2使用长度大于煤层段钻孔长度，确保双通道碎渣钻杆2最终进入穿层钻孔的煤孔段，当双通道碎渣钻杆2使用完后，需要安装连接双通道钻杆4，双通道碎渣钻杆2与双通道钻杆4通过螺纹连接；双通道钻杆4在钻割冲施工时一般不进入穿层钻孔的煤层段，所述双通道钻杆4包括钻杆杆体41和同轴安装的供水管42，此处所用供水管42与双通道碎渣钻杆2处所用的供水管22材料和结构均相同，所述双通道钻杆4的外表面设置有螺旋槽411和螺旋凸筋412，所述双通道钻杆4的内部为中空结构，并通过支撑组23同轴安装有供水管22；此处所用的支撑组23与双通道碎渣钻杆2内的支撑组23结构相同，安装后双通道钻杆4、供水管22、支撑组23固定安装后无相对移动、相对转动。

如图1-8所示，双通道钻杆4的供水管42与双通道碎渣钻杆2的供水管22连接为一体，实现内部供水。工作中，双通道钻杆4位于穿层钻孔的岩孔段，双通道钻杆4外表的螺旋槽411的螺旋通道将煤渣输送至孔口封孔泄渣组件5处，并排出。

优选地，所述双通道碎渣钻杆2的外径和双通道钻杆4的外径相等，钻杆的外径与双通道筛孔钻头1的直径接近，双通道筛孔钻头1的直径大于双通道碎渣钻杆2的直径、双通道钻杆4的直径0～15mm。钻杆的外径接近钻头的直径，可以尽可能减小穿层钻孔岩孔段的外排渣通道几何尺寸，一方面限制钻杆的扰动，控制钻孔的过度跑遍，赋予钻具防偏斜功能，另一方让煤渣阻塞狭窄的岩孔段外排渣通道，使外排渣通道失去气流通过能力，使绝大多数煤渣和全部瓦斯气体进入内排渣通道，使孔口封孔泄渣组件5只进行泄渣而不泄漏瓦斯气体，避免发生危险。

如图5-6所示，为了实现煤层内部大面积破坏，通过高低压转换组件3喷射高压水冲击煤层实现破坏，本实施例中，所述高低压转换组件3包括高低压转换器和射流喷嘴31，所述高低压转换器安装在位于双通道碎渣钻杆2内腔的供水管22上，高低压转换器两端均设置螺纹，与供水管22通过螺纹连接；所述射流喷嘴31安装在双通道碎渣钻杆2的管壁上，双通道碎渣钻杆2的管壁上开设有安装射流喷嘴31的两个安装孔，安装孔内径与射流喷嘴31外径相等，本实施例中，射流喷嘴31对称布置有两个；高低压转换器在低压状态下，低压通道打开将低压水流通过前端的供水管22供给双通道筛孔钻头1，高压状态下，高压通道打开将高压水流从射流喷嘴31喷出，高压水射流对煤层割冲增透，实现大面积破坏煤层。

如图9所示，为了搜集钻孔开口端的排出物，所述孔口封孔泄渣组件5包括封孔器和泄渣装置。

所述封孔器包括封孔管511和包裹安装在封孔管511外表面的注水囊袋512，所述封孔管511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511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512充入压力水时注水囊袋512膨胀接触扩孔段钻孔内壁，达到封堵钻孔口的目的。

所述泄渣装置包括集渣筒521、泄渣口522、卡箍523、柔性管524，集渣筒521安装在封孔管511远离钻孔（岩孔）开口端，且位于钻孔（岩孔）外，所述集渣筒521下侧设有锥形的泄渣口522，所述泄渣口522通过柔性管524排渣，所述集渣筒521的两端通过卡箍523连接；钻进过程中，岩孔钻进阶段排出的是水岩粉，煤孔钻割冲阶段排出少量的湿煤渣，集渣筒521的内表面与双通道筛孔钻杆2或双通道钻杆4的外表面之间，以及双通道碎渣钻杆2的螺旋槽211或双通道钻杆4的螺旋槽411内煤渣在重力作用下掉入泄渣口522，然后经柔性管524排出。

如图9所示，本实施例中，所述集渣筒521由两半圆环形薄壁筒组合而成，两端由卡箍523抱紧固定，组合后整体为圆筒形结构，两端分别同轴布置大孔径圆环凸台和小孔径圆环凸台，集渣桶底部向外凸出设置内部为倒锥形的泄渣口522，采用柔性管524安装在泄渣口522下端部上；集渣筒521端部大孔径凸台的内孔径等于封孔管511的外径，集渣筒521端部大孔径凸台与封孔管511外表面通过卡箍523套装固定，集渣筒521的小孔径凸台的内径等于或略大于双通道钻杆4的外径，钻杆穿过集渣筒521的小孔径凸台，并通过卡箍523紧固。

如图10-14所示，为实现供水和排渣功能，所述钻尾供水排渣组件6包括旋转供水器和排渣管62。

所述旋转供水器包括壳体611、固定轴612、旋转轴套613、轴承614、外公接头615、内公插头616、密封圈617、防尘挡圈618、进水插座619。

所述壳体611一端连接有排渣管62，所述壳体611另一端安装有防尘挡圈618，所述壳体611内部中空且同轴安装有固定轴612，所述固定轴612上沿着轴心开设有供水通道，所述固定轴612靠近排渣管一端向上弯折连接有进水插座619，所述进水插座619另一端露出壳体611外设置并连接水源，所述固定轴612靠近防尘挡圈618一端的外侧密封且转动插装有连接供水管22或供水管42的内公插头616，内公插头616与固定轴612之间安装有多个轴承614；所述内公插头616远离固定轴612一端外侧同轴套装有连接双通道碎渣钻杆2或双通道钻杆4的外公接头615，所述外公接头615与内公插头616通过多个周向布置的立板621连接；所述外公接头615的外侧与防尘挡圈618密封转动配合安装。工作时，水源通过进水插座619进入供水通道内，然后进入供水管22或供水管42，并从双通道筛孔钻头1底部喷出，双通道筛孔钻杆2或双通道钻杆4带动外公接头615以及内公插头616相对固定轴612转动，产生的大部分水煤渣和瓦斯气体经进渣筛孔14进入环形通道，经内排渣通道由排渣管62排出；所述排渣管均采用柔性材料制作。

如图10-14所示，为了保证内排渣通道的孔径，避免减小，所述内公插头616与外公接头615连接处设置为锥形面，靠近外公接头615一端为锥形小径端，所述立板621上端与外公接头615内壁连接，所述立板621下端一部分与锥形面连接。

如图10-14所示，本实施例中，所述壳体611内部设为中空结构，壳体611与排渣管62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62连接，水煤渣和瓦斯气体从柔性排渣管62排出；壳体611安装防尘挡圈618一端设置圆环形凸台，圆环形凸台远离排渣管62一端圆周设置轴向螺纹孔，通过螺栓将防尘挡圈618固定于壳体611的圆环形凸台一端，防尘挡圈618内孔直径等于双通道碎渣钻杆2的外径，所述固定轴612为L形，且内部中空，固定轴612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611内径相等，三个凸台与壳体611通过螺钉连接，壳体611上设有安装孔，固定轴612的竖直段穿过壳体611上的安装孔伸出壳体611外，并与水源连接。

如图10-14所示，本实施例中，内公插头616包括旋转轴套620和用于连接供水管22或供水管42的供水公接头，优选地，供水公接头与旋转轴套620通过螺纹连接；所述固定轴612、旋转轴套620、壳体611同轴布置，固定轴612的水平段上安装两个轴承614，旋转轴套620套装在轴承614外，所述旋转轴套620内壁的两端开设有安装两个轴承614的卡槽，同时两个轴承614一端通过凸台限位，两个轴承614另一端通过挡圈限位，这样实现两个轴承614不能轴向移动，供水公接头包括与旋转轴套620连接的大径部和与供水管22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615通过多个周向布置的立板621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620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617，保证供水公插头与固定轴612旋转密封连接。

本发明的工作过程为：

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511和注水囊512插入扩孔段，然后向注水囊袋512充入压力水使注水囊袋512膨胀接触扩孔段钻孔内壁，达到封堵钻孔口的目的；然后更换双通道碎渣钻杆2与双通道筛孔钻头1，双通道碎渣钻杆2与双通道筛孔钻头1穿过封孔管511进入钻孔，安装泄渣装置，然后继续钻进；双通道碎渣钻杆2的使用数量由煤层厚度、倾角及钻孔方位决定，通过计算确定，双通道碎渣钻杆2使用长度大于煤层段钻孔长度，确保双通道碎渣钻杆2最终进入穿层钻孔的煤孔段，当双通道碎渣钻杆2使用完后，需要安装连接双通道钻杆4，安装时双通道碎渣钻杆2与双通道钻杆4通过螺纹连接；双通道钻杆4在钻割冲施工时一般不进入穿层钻孔的煤层段。

钻进过程中，钻尾供水排渣组件6的内公接头、外公接头615与前端钻杆同步旋转，钻尾供水排渣组件6的壳体611、固定轴612、进水插座619不旋转。向前钻进过程中，将供水压力设置为低压状态，射流喷嘴31关闭，低压水流从进水插座619进入固定轴612内，经双通道钻杆4的供水管42、双通道碎渣钻杆2的供水管22、高低压转换器输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14进入环形通道，经内排渣通道排出，少部分煤渣经螺旋槽形成螺旋通道的运送至双通道碎渣钻杆2的外表面，其中一部分再经泄渣筛孔213进入双通道碎渣钻杆2的内排渣通道，剩余部分煤渣在重力作用下掉入集渣筒521，然后经排渣管62排出。

当钻孔钻进到设计位置后，将供水压力设置为高压状态，射流喷嘴31打开，高压水流从进水插座619进入固定轴612内，经双通道钻杆4的供水管42、双通道碎渣钻杆2的供水管22、高低压转换器输送至射流喷嘴31，高压水射流对煤体进行割冲作业。

现场工程施工中，双通道碎渣钻杆2的使用数量由煤层厚度、倾角及钻孔方位决定，通过计算后确定，双通道碎渣钻杆2使用长度大于煤层段钻孔长度，确保双通道碎渣钻杆2最终进入穿层钻孔的煤孔段，以便钻割冲产生的煤渣能够通过双通道碎渣钻杆2上的泄渣筛孔213进入内排渣通道，进而向外排出；双通道钻杆4仅进入穿层钻孔的岩孔段，其使用长度大于岩孔段的长度。根据确定的煤孔段长度及双通道碎渣钻杆2的数量，随钻进过程逐根接入双通道碎渣钻杆2，然后再将双通道钻杆4与前一根双通道碎渣钻杆2连接，后部均采用双通道钻杆4连接。

利用双通道碎渣钻杆2双通道特性，在煤孔段形成钢铁筛孔结构的内排渣通道；利用双通道碎渣钻杆2粉碎钻割冲产出的煤块和煤渣，利用泄渣筛孔213控制进入内排渣通道的煤渣粒径和煤渣流量，保证内排渣通道的畅通，可防止喷孔瓦斯超限事故的发生。水煤渣流和瓦斯气流从外排渣通道输出经柔性排渣管排出后收集处理。由于采用内排渣通道，可使钻杆的直径等于或略小于钻头的直径，减少钻杆的扰动空间，赋予孔内钻具防偏斜功能。

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)

1.一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，

首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换组件，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆或双通道钻杆配合的孔口封孔泄渣组件。

2.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道碎渣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布置有泄渣筛孔，所述泄渣筛孔的中心线指向双通道碎渣钻杆横截面圆心或偏向双通道碎渣钻杆的旋转方向，所述双通道碎渣钻杆内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管，所述供水管的外壁与双通道碎渣钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述泄渣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，所述泄渣筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔。

3.根据权利要求2所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道碎渣钻杆的外表面沿着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的数量为3-4条。

4.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻头的内部同轴安装有内管，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碎渣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。

5.根据权利要求4所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道筛孔钻头的外表面设置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。

6.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述高低压转换组件包括高低压转换器和射流喷嘴，所述高低压转换器安装在首根双通道碎渣钻杆内腔且与双通道碎渣钻杆的供水管连接，所述射流喷嘴安装在首根双通道碎渣钻杆的管壁上，高压状态时高低压转换器向射流喷嘴供水用于割缝或冲孔，低压状态时高低压转换器向钻头供水用于钻进。

7.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，所述双通道钻杆的内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述双通道碎渣钻杆和双通道钻杆的外径相等，钻杆的外径与双通道筛孔钻头的直径接近，双通道筛孔钻头的直径大于双通道碎渣钻杆的直径、双通道钻杆的直径0～15mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述孔口封孔泄渣组件包括封孔器和泄渣装置。

10.根据权利要求9所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述封孔器包括封孔管和包裹安装在封孔管外表面的注水囊，所述封孔管的内径大于双通道筛孔钻头的直径。

11.根据权利要求10所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述泄渣装置包括在封孔管远离钻孔开口端安装的集渣筒，所述集渣筒位于钻孔外，所述集渣筒下侧设有锥形的泄渣口，所述泄渣口通过柔性管排渣，所述集渣筒的两端通过卡箍连接。

12.根据权利要求1所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述钻尾供水排渣组件包括旋转供水器和排渣管。

13.根据权利要求12所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述旋转供水器包括壳体，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水通道，

所述固定轴靠近排渣管一端向上弯折连接有进水插座，所述进水插座另一端露出壳体外设置并连接水源，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水管的内公插头，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头或双通道钻杆的外公接头，所述外公接头与内公插头通过多个周向布置的立板连接；所述外公接头的外侧与防尘挡圈密封配合安装。

14.根据权利要求13所述的一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，其特征在于，所述壳体与排渣管连接一端为锥形收口结构，在锥形收口处布置出渣口，出渣口与排渣管连接，水煤渣和瓦斯气体从排渣管排出。

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