CN113790031B - 一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，钻杆由外管和内管嵌装组合而成，外管为壁厚均匀的弧棱形状异型钢管，内管为薄壁圆管或外圆上设置有凸筋的薄壁异型管，内管的内孔为钻杆的内排渣通道，内管与外管嵌装配合后在外管轴向弧棱边角部形成三条或四条轴向边角供流通道；在内管与外管的紧贴接触部设置沿轴向排布且与内排渣通道连通的泄渣筛孔；外管两端部过渡成圆管且分别加工有公扣和母扣，边角供流通道在钻杆丝扣连接处合并为环形供流通道；该发明所述的钻杆采用内排渣通道，故钻杆的外径可等于或接近钻头的直径，钻杆杆体对钻孔壁具有盾护作用；钻孔壁产出的煤渣通过泄渣筛孔进入内排渣通道，对钻杆具有卸压作用。

Description

一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆

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边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，用于突出煤层和软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的施工，该钻杆可用于保直钻进和无缆定向直孔钻进。

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隙空间为排渣通道，由于排渣通道在钻杆之外，这里称之为外排渣通道，对于突出煤层而言外排渣通道是个极不稳定的环隙空间，地应力、煤炮等动力现象均可使外排渣通道遭受破坏，外排渣通道堵塞、排渣困难、深孔钻进困难是突出煤层打钻的公认难题；另外，由于外排渣通道的存在，钻杆直径必须小于钻头直径，钻杆的扰动空间很大，传统的扶正器又不能在突出煤层中采用，这样导致钻头会过早的飘移至煤层的顶板或底板，在煤层的层面方向百米钻孔的偏斜距离高到15m至20m，现行定向钻进技术又不能在突出煤层中采用，突出煤层钻孔偏斜严重是突出煤层打钻存在的公认难题。

为解决突出煤层钻进难题，本申请人2021年相继申请了“一种突出煤层圆周供流护孔卸压筛孔钻杆”（申请号202110468878.8）和“一种突出煤层圆周供流盾护卸压筛孔螺旋钻杆”（申请号202110749736.9），从原理方法的角度讲该两项申请均放弃外排渣通道，并构筑圆通径内排渣通道，为解决突出煤层打钻难题探索出的新的技术方法。但是，上述两项申请在内管和外管的结构方面也存在一定的缺陷，主要体现在两点：第一，前者的泄渣筛孔位于外管的轴向凹槽内，后者的泄渣筛孔位于外管的螺旋凹槽内，圆周供流通道均依靠外管内壁凸筋或内管外壁凸筋的嵌装配合形成，供流通道的缝隙宽度等于凸筋的高度，泄渣筛孔的深度等于外管凹槽处壁厚、凸筋高度和内管壁厚三者之和，筛孔深度较大，筛孔直径受内排渣同道直径的制约，筛孔直径小于内排渣通道直径的三分之一，也受外管强度的制约，筛孔直径越大杆体强度越低，这样造成筛孔的深度远大于筛孔的直径，煤渣很容易在筛孔内阻塞，影响泄渣效果，为了使筛孔的进渣口直径小于出渣口直径，需要加工变径筛孔、倒台阶筛孔等，这样导致钻杆的筛孔加工工艺复杂、加工成本很高。第二，外管上的筛孔位于车铣加工的凹槽内，凹槽使外管的壁厚和强度受到削弱，筛孔在凹槽之内，又进一步削弱了外管的强度，这样不仅降低了钻杆的杆体强度，也使得加工成本高、钢材利用率低。

发明内容

本发明目的是为解决上述技术存在的问题：第一，泄渣筛孔深度大，必须加工变径筛孔、倒台阶筛孔，筛孔加工工艺复杂、加工成本高；第二，采用车铣的方法加工用来布置筛孔的凹槽，降低了钻杆杆体强度，同时也导致加工成本升高和钢材利用率降低。针对上述两个问题，本申请提供了一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆。外管采用壁厚均匀的弧棱形状异型钢管，异型钢管自带布置筛孔的凹槽，内管采用薄壁圆管或外圆上设置有低矮凸筋的薄壁异型管，大幅度减小泄渣筛孔的深度，无需采用变径孔或倒台阶孔，筛孔可一次钻成，可实现降低钻杆加工成本、提高杆体强度、提高钢材利用率、更有利于大批量产业化等多种目的。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，包括同轴配合安装的内管和外管，所述外管为壁厚均匀的弧棱形状异型钢管，所述弧棱形状异型钢管上向外凸出设置有多个轴向弧棱；所述内管为薄壁圆管或外圆上圆周设置有多条轴向凸筋的薄壁凸筋内管或组合式多孔内管，所述内管的内孔为用于排渣的内排渣通道；内管与外管内壁紧贴安装处密封配合，所述外管轴向弧棱内侧与内管配合形成多条边角供流通道；所述外管的相邻两条轴向弧棱之间的外壁上沿轴向排布有多个泄渣筛孔，所述泄渣筛孔贯穿内管和外管，并与内排渣通道连通。

进一步，所述外管上设置三条或四条轴向弧棱，在外管相邻两条弧棱之间的外表设置凹槽或平面，所述轴向弧棱的外圆弧半径与外管的旋转半径相等。弧棱形状异型钢管的弧棱数量一般取三条或四条，当钻杆直径过大时，弧棱条数可以超过四条，也在本发明保护范围。

进一步，所述外管的两端部采用热挤或与摩擦焊相结合的方法加工成半径与外管的旋转半径相等的圆管，所述外管两端部的圆管上分别加工公扣和母扣。

进一步，所述内管为薄壁圆管，所述薄壁圆管外表的圆弧面与外管上相邻两条轴向弧棱之间的内壁紧贴密封配合，紧贴密封配合处涂抹密封胶，所述外管的轴向弧棱内侧与内管外壁配合形成边角供流通道。

进一步，所述内管为薄壁凸筋内管，所述薄壁凸筋内管的外圆上圆周设置有三条或四条轴向凸筋，所述内管的外圆上的轴向凸筋数量与外管上的轴向弧棱数量相等，内管外表的轴向凸筋与外管上相邻两条轴向弧棱之间的内壁紧贴密封配合，紧贴密封配合处涂抹密封胶；在钻杆丝扣搭接处，即在内管的两端部过渡为圆管，以便两根钻杆的内管在丝扣搭接处设置搭接密封件。

进一步，所述薄壁凸筋内管是组合式凸筋内管，包括内安装管和组合套装在内安装管外圆上的凸筋套管。

进一步，所述内管为组合式多孔内管，所述组合式多孔内管的外表形状与外管内壁形状适配，包括边角供流管和内支撑管，所述边角供流管安装在内支撑管外表面；所述边角供流管和内支撑管一体成型加工或者分体安装，所述边角供流管内形成边角供流通道。所述组合式凸筋内管或组合式多孔内管统称为组合式内管，，中心孔为圆通径内排渣通道，组合式多孔内管的边角孔为边角供流通道。

进一步，所述边角供流管为分体式供流管或一体式供流管。

进一步，为了增加钻杆的降温功能和碎渣功能，所述外管的外表设置有螺旋凹槽，本实施例中，在所述外管的轴向弧棱上加工出螺旋凹槽。在保证钻杆两端丝扣强度的情况下，也可在母扣端的外表面加工出浅螺旋槽，提高钻杆端部的降温效果。

进一步，除钻杆上述装配组合工艺外，也可通过扭转等特殊加工工艺将钻杆杆体扭转一定角度，钻杆外管表面两条弧棱之间的直线凹槽变为正螺旋的大螺距凹槽，使钻杆具有一定的螺旋输送功能，煤渣在大螺距凹槽中移动更有利于筛孔进渣。

本发明所具有的有益效果为：

1.本发明的外管为带轴向凹槽的异型钢管，内管为薄壁圆管或外圆上设置有低矮凸筋的薄壁异型管，大幅度减小了泄渣筛孔的深度，无需采用变径孔或倒台阶孔，筛孔可一次钻成，简化了筛孔加工工艺，降低了筛孔加工成本。

2.本发明的外管为带轴向凹槽的壁厚均匀的异型钢管，不降低轴向凹槽处外管的壁厚，无需铣削加工用来布置泄渣筛孔的轴向凹槽，简化了钻杆加工工序，降低了加工成本，提高了钢材利用率，更有利于大批量产业化等。

附图说明

图1为本发明外表无螺旋凹槽钻杆和有螺旋凹槽钻杆的结构图；

图2为本发明钻杆外管所用异型钢管的截面图；

图3为本发明钻杆外管端部过渡加工为圆管及丝扣图；

图4为本发明钻杆的薄壁圆管内管和薄壁凸筋内管的截面图；

图5为本发明钻杆的组合式凸筋内管截面图；

图6为本发明钻杆的组合式多孔内管截面图；

图7为本发明钻杆外管和内管组合方式图；

图8为本发明钻杆的丝扣连接及搭接密封图；

图9为本发明钻杆外管轴向弧棱刻槽图；

图10为本发明钻杆扭转一定角度图；

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，本发明为一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，包括同轴配合安装的外管1和内管2，所述外管1为壁厚均匀的弧棱形状异型钢管，所述弧棱形状异型钢管上向外凸出设置有多个轴向弧棱8；外管1上的轴向弧棱8数量可为三条或四条，本实施例中轴向弧棱8数量为四条。所述内管2为薄壁圆管或外圆上圆周设置有多条轴向凸筋9的薄壁凸筋内管或组合式多孔内管，所述内管2的内孔为用于排渣的内排渣通道4；内管2与外管1内壁紧贴安装处密封配合，所述外管1的轴向弧棱8内侧与内管2配合形成多条边角供流通道3；所述外管1的相邻两条轴向弧棱8之间的外壁上沿轴向排布有多个泄渣筛孔5，所述泄渣筛孔5贯穿内管2和外管1，并与内排渣通道4连通。为了增加钻杆的降温功能和碎渣功能，所述外管1的外表可设置有螺旋凹槽7。

如图2所示，所述外管1为弧棱形状异型钢管，外管1的外表设置三条或四条轴向弧棱8，轴向弧棱8的圆弧半径与外管1的旋转半径相等，在外管1相邻两条弧棱8之间的外表设置凹槽或平面。弧棱形状异型钢管的轴向弧棱8的数量一般取三条或四条，当钻杆直径较大时，轴向弧棱8的数量可以增加，也在本发明保护范围。

如图3所示，为了方便相邻钻杆的安装，所述外管1的两端部采用热挤或与摩擦焊相结合的方法加工成半径与外管1的旋转半径相等的圆管，在外管1两端部的圆管上分别加工公扣和母扣，相邻外管1的公扣和母扣配合用于实现两根钻杆之间的连接。

如图4所示，内管2为薄壁圆管或外圆上设有轴向凸筋9的薄壁凸筋内管，轴向凸筋9的数量为三条或四条，轴向凸筋9的凸筋顶面设置为平面或凹弧面，轴向凸筋9的数量、形状参数与外管1的内壁配合面的数量、形状参数一致，使内管2与外管1能够同轴嵌装密封配合。对于有轴向凸筋9的薄壁凸筋内管，在内管2的两端部过渡加工为圆管接头，以便内管2在钻杆丝扣搭接处安置搭接密封件。外管1截面尺寸不变的情况下，内管2外圆上的轴向凸筋9的高度越高，供流通道的截面积越大，相应的内管2中心内排渣通道4的截面积将减小，轴向凸筋9处的最小壁厚不小于内管2外圆弧部分的壁厚，这样有利于将内管2的两端部加工为圆管接头，以便安装搭接密封件。内管2的材质不限于钢材，材质改变也在本发明保护范围。

如图5所示，所述薄壁凸筋内管是组合式凸筋内管，包括内安装管和组合套装在内安装管外圆上的凸筋套管。

如图6所示，所述组合式多孔内管的外壁形状与外管1内壁形状适配，包括边角供流管和内支撑管，所述边角供流管安装在内支撑管外表面；所述边角供流管和内支撑管一体成型加工或者分体安装，所述边角供流管内形成边角供流通道3；所述边角供流管为分体式供流管或一体式供流管。边角供流管的分体式供流管为多个薄壁异型细管；边角供流管的一体式供流管为一体式的异形多孔管。

组合式凸筋内管和组合式多孔内管统称为组合式内管，组合式内管的中心孔为圆通径内排渣通道4，组合式内管的两端部过渡加工为圆管接头。

如图6-a所示，组合式多孔内管2由一种材料一体成型加工；如图6-b所示，在异形多孔管中心孔同轴镶套一根其它材质的内支撑管形成组合式多孔内管2；如图6-c所示，在圆周均布有四条轴向凸筋9的内支撑管的四个边角处安置四根薄壁异型细管形成组合式多孔内管2，四根薄壁异型细管的内孔为四条边角供流通道3。本实施例为四条边角供流通道3的组合式内管2的结构图，组合式内管2形成的供流通道3的截面形状、数量等不受此实施例限制；组合式内管2可由一种或多种材料通过一体成型、胶粘、焊接、紧配合等方式装配组合，也可以在其内孔表面喷涂耐磨材料、抗静电阻燃材料等来提高钻杆的使用性能，组合式内管2的成型方式、组合结构和特殊处理工艺的这些变化也在本专利的保护范围。

图7为本发明钻杆外管1和内管2的组合方式图，内管2与外管1同轴布置，内管2嵌入外管1的内孔之中，所述内管2为薄壁圆管，所述薄壁圆管外表的圆弧面与外管1上相邻两条轴向弧棱8之间的内壁紧贴密封配合，紧贴密封配合处涂抹密封胶。所述内管2为薄壁凸筋内管，所述薄壁凸筋内管的外圆上圆周排布有三条或四条轴向凸筋9，所述内管2的外圆上的轴向凸筋9数量与外管1上的轴向弧棱8数量相等，内管2外表的轴向凸筋9与外管1上相邻两条轴向弧棱8之间的内壁紧贴密封配合，紧贴密封配合处涂抹密封胶。所述外管1的轴向弧棱8内侧与内管2外壁配合形成三条或四条边角供流通道3，避开边角供流通道3沿杆体轴向排布三排或四排贯穿外管1和内管2并与内排渣通道4连通的径向泄渣筛孔5。为防止或减小钻杆受扭转时内管2与外管1配合接触面出现滑动错位，可在钻杆的外管1与内管2圆周上设置若干径向固定销钉。

如图8所示，两根钻杆的外管1与外管1之间采用丝扣连接，两根钻杆的内管2与内管2之间采用搭接密封。对于有轴向凸筋9的内管2，内管2的两端部过度为圆管接头，在内管2一端设置密封件6。两根钻杆外管1之间也可采用插接方式，钻杆接头处的连接及密封方式不受本实施例限制。

如图9所示，为了增加钻杆的降温功能和碎渣功能，所述外管1的外表设置有螺旋凹槽7；本实施例中，所述外管1的轴向弧棱8上加工出螺旋凹槽7，螺旋凹槽7的形状、数量及布置方式等不受本实施例限制。在保证钻杆两端丝扣强度的情况下，也可在母扣端的外表面加工出浅螺旋槽，提高钻杆端部的降温效果。

如图10所示，通过扭转等特殊加工工艺将钻杆杆体扭转一定角度，钻杆外管表面两条弧棱之间的直线凹槽变为正螺旋的大螺距凹槽，使钻杆具有一定的螺旋输送功能，煤渣在大螺距凹槽中移动更有利于筛孔进渣。

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。

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 (9)

1.一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，包括同轴配合安装的内管和外管，

所述外管为壁厚均匀的弧棱形状异型钢管，所述弧棱形状异型钢管上向外凸出设置有多个轴向弧棱；

所述内管为薄壁圆管或外圆上圆周设置有多条轴向凸筋的薄壁凸筋内管或外圆上设置边角供流管的组合式内管，内管上设置泄渣筛孔，所述内管的内孔为用于排渣的内排渣通道；

内管与外管内壁紧贴安装处密封配合，所述外管轴向弧棱内侧与内管配合形成多条边角供流通道；所述外管的相邻两条轴向弧棱之间的外壁上沿轴向排布有多个泄渣筛孔，泄渣筛孔贯穿内管和外管，并与内排渣通道连通；

所述外管的两端部采用热挤或与摩擦焊相结合的方法加工成半径与外管的旋转半径相等的圆管，所述外管两端部的圆管上分别加工公扣和母扣。

2.根据权利要求1所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述外管上设置三条或四条轴向弧棱，在外管相邻两条弧棱之间的外表面设置凹槽或平面，所述轴向弧棱的外圆弧半径与外管的旋转半径相等。

3.根据权利要求1所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述内管两端部在相邻外管的丝扣搭接处均过渡加工为圆管接头，在圆管接头的对接处安装搭接密封件。

4.根据权利要求1所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述外管的外表设置有螺旋凹槽。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述内管为薄壁圆管，薄壁圆管外表的圆弧面与外管上相邻两条轴向弧棱之间的内壁紧贴密封配合，紧贴密封配合处涂抹密封胶，所述外管的轴向弧棱内侧与内管外壁配合形成边角供流通道。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述内管为外圆上圆周设置有多条轴向凸筋的薄壁凸筋内管，薄壁凸筋内管的外圆上圆周设置有三条或四条轴向凸筋，所述内管的外圆上的轴向凸筋数量与外管上的轴向弧棱数量相等，内管外表的轴向凸筋与外管上相邻两条轴向弧棱之间的内壁紧贴密封配合，紧贴密封配合处涂抹密封胶。

7.根据权利要求6所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述薄壁凸筋内管是组合式凸筋内管，包括内安装管和组合套装在内安装管外圆上的凸筋套管。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述内管为外圆上设置边角供流管的组合式内管，组合式内管的外表形状与外管内壁形状适配，包括边角供流管和内支撑管，所述边角供流管安装在内支撑管外表面；

所述边角供流管和内支撑管一体成型加工或者分体安装，所述边角供流管内形成边角供流通道。

9.根据权利要求8所述的一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆，其特征在于，所述边角供流管为分体式供流管或一体式供流管。