CN114622839A - 深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具,钻具包括外管钻具、内管钻具和滑移支撑件，外管钻具包括筛孔钻杆和扩孔钻头，内管钻具包括异形钻杆和内钻头，内管钻具和滑移支撑件能够从外管钻具的内腔中退出；异形钻杆的内腔是为打钻提供流体的供流通道，异形钻杆外壁与筛孔钻杆内壁之间的空间为内排渣通道；筛孔钻杆的外径等于或小于扩孔钻头的外径，筛孔钻杆对钻孔壁起盾护作用；筛孔钻杆的螺旋凹槽内设有多个泄渣筛孔，泄渣筛孔对筛孔钻杆起卸压作用；本发明的双管盾护卸压流体排渣钻具与双动力头钻机配套使用，用于深部突出煤层瓦斯抽采钻孔的双动力双管盾护卸压保直钻进和双动力双管盾护卸压定向钻进。

Description

深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔钻进技术领域，特别涉及深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，用于深部突出煤层、软硬复合煤层、碎软煤层等难以成孔的瓦斯抽采钻孔的保直钻进和定向钻进。

背景技术

现行深部突出煤层、软硬复合煤层、碎软煤层的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、三棱钻杆等异形钻杆，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气流、水流或气水联动排渣，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。

深部煤层的地应力高、瓦斯含量高、瓦斯压力高，煤孔塌孔、打钻煤炮、孔内煤与瓦斯突出等动力现象均可导致外排渣通道的崩落坍塌和堵塞，排渣困难是深部煤层钻进困难的根本原因。采用外排渣通道，钻杆直径必须小于钻头直径，钻杆在煤孔内的扰动空间大，扶正装置在煤孔内缺乏稳固的支撑基础而无法正常采用，导致煤层钻孔偏斜严重，钻孔轨迹过早的遇到煤层顶板或煤层底板，钻孔偏斜不仅影响钻进深度，而且使钻杆受到交变应力，增加了断钻的概率。现行螺杆马达定向钻进技术虽然可以解决煤孔的偏斜问题，但在深部突出煤层中的钻进深度有限，且压钻丢钻的代价太高，不宜在突出煤层中使用。

双管钻进技术在上世纪被用于浅层松散岩土层的钻进，利用双管内循环和外管钻具防护钻孔的冲刷损毁和孔壁坍塌，成孔之后首先将内管钻具退出，然后将埋线管、管道等通过外管钻具插入孔内，最后再将外管钻具拔出孔外，由于浅层岩土的地应力很小，外管钻具的提拔退出容易实现，因此，双管钻具在地面或浅层隧道工程中应用普遍。

中煤科工集团西安研究有限公司承担国家科技重大专项资助项目“碎软煤层双动力头双管定向钻进技术与装备的研究”（项目编号：2016ZX05045003-002），针对双动力双管钻进技术开展了大量研究，相继申请和获得专利有：“煤矿井下同心跟管定向钻进装置及其施工方法（ZL201610329723.5）”、“一种双管自动加卸装置及煤矿双动力头钻（ZL201811424801.5）”、“一种抵消双层管周向摩阻的双层钻杆（ZL201811113164.X）”、“一种双管钻进三夹持卸扣器单元、钻机装置及方法（ZL202011511508.X）”等，从该项目发表的相关学术论文得知，利用双动力头双管定向钻进技术可以成功穿越突出煤层，将外管遗留在难以成孔的突出煤层中，内管钻具进入煤层顶板岩石后，再实施定向裂隙带长钻孔的施工，攻克了多煤层条件下，高位裂隙带定向长钻孔顺利穿越突出煤层的难题，具有重要意义。从该项目发表的相关论文还得知，利用双动力头双管定向钻进技术可以大幅度提高碎软煤层、突出煤层顺层孔的煤孔钻进深度，大大降低了孔内测量系统-螺杆马达等昂贵钻具被压死丢钻的风险，具有重要意义，也是解决突出煤层瓦斯异常钻进困难的有效手段。然而，由于深部煤层的地应力很高，双管钻进的过程中，外管被压死是大概率事件，因此国家科技重大专项资助项目“碎软煤层双动力头双管定向钻进技术与装备的研究”（项目编号：2016ZX05045003-002），在突出煤层顺层孔试验中，外管采用可以被采煤机切割的高强度PE塑料管， PE塑料外管的强度有限，不是正常的钻杆，外管钻具紧跟内管钻具实施护孔，外管有护孔功能而没有卸压功能，外管被压死卡阻之后，外管将失去继续跟进护孔的作用，如前所述，如果内管钻具继续向前钻进，必然要面对长度更大的极不稳定的外排渣通道的牵制，因此制约了双管双动力碎软煤层定向钻进的终孔深度。

发明内容

本发明针对现有双动力双管钻进存在的问题：第一，深部煤层地应力高，大直径PE外管过早被压死卡阻之后，外管将无法继续跟进护孔，制约了碎软煤层定向钻进的终孔深度，降低了双动力双管钻进的钻进效果；第二，大直径PE外管遗留在煤孔之中，不仅会大幅度提高煤层钻孔的施工成本，而且因为PE塑料管的容重小于煤层中夹矸灰分的容重，煤炭洗选中难以将PE材料选出，影响精煤的煤质。本发明通过改变外管的结构形态，外管在本发明中称之为外管钻具，外管钻具由筛孔钻杆和扩孔钻头组成，筛孔钻杆材质采用钻杆专用钢材，筛孔钻杆的形态结构为反螺旋筛孔结构，使筛孔钻杆具备盾护钻孔的功能和自身卸压的功能，使外管钻具不易被压死卡阻，成孔之后外管也能从钻孔内顺利退出。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，钻具包括插装配合安装的外管钻具、内管钻具和滑移支撑件；所述外管钻具包括多根筛孔钻杆和扩孔钻头；所述内管钻具包括多根异形钻杆和内钻头；所述滑移支撑件利用剪切销安装在扩孔钻头的内腔，所述异形钻杆穿过筛孔钻杆、滑移支撑件并伸出扩孔钻头外，即异形钻杆从滑移支撑件的支撑环内孔中穿过，滑移支撑件使扩孔钻头与异形钻杆保持同轴。异形钻杆的内孔是为打钻提供流体的供流通道，筛孔钻杆与异形钻杆之间的环状空间为钻具的内排渣通道，异形钻杆与钻孔壁之间的环状空间为钻具的外排渣通道；所述筛孔钻杆上设置有多个与内排渣通道连通的泄渣筛孔。

钻进时，内管钻具在孔底向实体煤钻进，内管钻具的内钻头的钻渣经外排渣通和滑移支撑件进入内排渣通道，外管钻具紧跟内管钻具或间隔距离实施跟进扩孔钻进，利用现行的双动力头钻机，使内管钻具和外管钻具实施同步钻进或分别钻进。退钻时，内管钻具的退钻提拔力将滑移支撑件上的剪切销剪断，内管钻具连同滑移支撑件一同从外管钻具的内腔退出孔外。

进一步，所述外管钻具的扩孔钻头与筛孔钻杆保持相同的恒定内径，保持恒定内径的目的是让内管钻具从外管钻具内腔的退出过程顺畅；内管钻具的内钻头直径小于筛孔钻杆的内径，以便内钻头能够从筛孔钻杆的内腔退出；筛孔钻杆的外径等于或小于扩孔钻头的外径，实际应用时，扩孔钻头的半径与筛孔钻杆的半径差δ为0～10mm，在煤层地应力作用下，钻孔的变形缩颈，会使δ自动消失，筛孔钻杆开始接触钻孔壁，筛孔钻杆对钻孔壁起盾护作用，可遏制钻孔壁的崩落坍塌。因为筛孔钻杆对钻孔壁起盾护作用导致其外表的磨损较为严重，在筛孔钻杆外表采取喷涂、熔覆等耐磨处理，也在本发明保护范畴。

进一步，所述筛孔钻杆的外表设置有螺旋凹槽，螺旋凹槽内设置有多个泄渣筛孔，在设置有泄渣筛孔的螺旋凹槽内焊接锥孔螺旋板条，锥孔小径小于泄渣筛孔的直径，锥孔大径等于泄渣筛孔的直径，锥孔螺旋板条上的锥孔数量与泄渣筛孔数量相同并一对一同轴对照，使泄渣筛孔的进渣口直径小于出渣口直径，泄渣筛孔对筛孔钻杆具有卸压作用，可防止筛孔钻杆被压死。实验表明，倒锥形泄渣筛孔的泄渣效果优于直孔、台阶孔，但倒锥形泄渣筛孔的加工效率低、加工成本高，因此采用锥孔螺旋板条与直孔配合的方法，使泄渣筛孔的入口处呈锥形，也能获得较好的泄渣效果；锥孔螺旋板条的厚度小于螺旋凹槽的深度，焊接板条后，仍有凹槽存在，螺旋凹槽具有聚渣运渣的作用，有助于提高泄渣效率，泄渣效率越高，卸压效果越好。为增加锥孔螺旋板条迎煤面的揉搓碎渣功能，可在锥孔螺旋板条上实施压痕、喷涂耐磨颗粒等方法，锥孔可采用冲压锥孔或钻取锥孔等，类似相关辅助技术也在本发明保护范畴。

进一步，所述滑移支撑件通过剪切销安装在扩孔钻头的内腔，所述滑移支撑件包括支撑环和在支撑环外周的多个支撑腿；本实施例中，所述滑移支撑件的支撑环上设有三条支撑腿，利用剪切销将滑移支撑件安装在扩孔钻头的内腔，因此需要滑移支撑件的支撑腿外径等于扩孔钻头的内径；异形钻杆从滑移支撑件的支撑环内孔中穿过，因此需要支撑环的内孔直径等于或大于异形钻杆的外径，利用滑移支撑件使扩孔钻头与异形钻杆保持同轴，以便外管钻具跟进内管钻具实施双管钻进。

进一步，所述滑移支撑件的支撑环上设置有径向通孔或径向通槽，通孔的直径或通槽的宽度不小于支撑环外圆弧与筛孔钻杆内壁之间的径向距离，使异形钻杆能够对滑移支撑件内卡阻的煤渣实施破碎。滑移支撑件外表与扩孔钻头内壁之间有三条易被煤渣阻塞的通道，利用滑移支撑件上设置的径向通孔或通槽使滑移支撑件内卡阻的大块煤渣与异形钻杆接触，利用异形钻杆外表的凹槽、凸筋等对大块煤渣实施破碎，消除滑移装置处的煤渣堵塞。滑移支撑件也可以采用外圆支撑环，即支撑环的外圆与扩孔钻头内壁接触，弧面支撑腿与异形钻杆接触，使扩孔钻头与异形钻杆保持同轴，效果类似，也在本发明保护范畴。

进一步，所述内管钻具从外管钻具内腔退出时，利用内钻头的后退力将滑移支撑件上的剪切销剪断，滑移支撑件随同内管钻具一同从外管钻具的内腔退出。

进一步，所述滑移支撑件采用耐磨减磨材料制作，优选的采用球墨铸铁或者采用耐磨性好的铜材制作；或者在滑移支撑件的内孔嵌装耐磨减磨材料；为了防止滑移支撑件在滑移退出时出现卡阻，需要滑移支撑件的长度大于筛孔钻杆内孔直径的0.6倍，滑移支撑件是能重复使用的零件，剪切销是一次性耗材；所述剪切销采用软金属材料，剪切销应能够抵抗异形钻杆旋转移动、轴向水煤渣冲击等产生的剪切力，若内管钻具在实体煤钻进过程中发生孔内煤与瓦斯突出，滑移支撑件将受到很强的冲击力，所以剪切销的设计抗剪力应大于10KN。

进一步，所述内管钻具的异形钻杆为普通异形钻杆或通缆异形钻杆，异形钻杆的外表设计成刻槽形或肋骨形或棱状刻槽形，其外表的异形结构有助于碎渣和排渣，钻杆外表的这些异形结构多数是本申请人在2006年至2009年的发明内容，类似异形钻杆与本发明所述的外管钻具配套使用，也在本发明保护范畴。异形钻杆也可以采用双壁钻杆，双壁钻杆作为内管钻具的钻杆与本申请所述的外管钻具配套使用，也在本发明保护范畴；申请人已经申请专利：申请号CN202111237232.5，一种突出煤层圆周供流盾护卸压筛孔螺旋钻杆；申请号CN202111152968.2，一种突出煤层边角供流护孔卸压筛孔弧棱钻杆；申请号CN202110903532.6，一种突出煤层大通径圆周供流盾护卸压筛孔钻杆；申请号CN2021110726041.9，一种突出煤层圆周供流护孔卸压筛孔钻杆，这些钻杆可以作为内管钻具的钻杆与本申请所述的外管钻具配套使用，也在本发明保护范畴。

进一步，所述内管钻具的内钻头采用普通钻头，或为在异形钻杆的前端加接的无磁钻杆、轨迹测量仪、螺杆钻具、定向钻头；无磁钻杆、轨迹测量仪、螺杆钻具、定向钻头组成的定向钻具，即内管钻具可实施常规钻进，也可以实施定向钻进，本发明的流体包含水流和气流。本发明对内管钻具本身并没有创新内容，而是在现行内管钻具（包括常规钻进和定向钻进）的基础上附加了特殊结构的外管钻具，利用外管钻具的盾护卸压功能及其可靠的内排渣通道，稳定和缩短内管钻具的不可靠的外排渣通道，从而提高内管钻具的常规钻进深度或定向钻进深度。

进一步，所述外管钻具采用反向旋转，所述内管钻具采用正向旋转，所述筛孔钻杆上的螺旋凹槽为反向螺旋凹槽，对应的锥孔螺旋板条也是反向螺旋，外管钻具的螺旋凹槽旋向和丝扣旋向与外管钻具的旋转方向相同，内管钻具的螺旋凹槽旋向和丝扣旋向与内管钻具的旋转方向相同；这样设计的益处有两个，一是可防范钻杆脱口；二是可以提高异形钻杆与筛孔钻杆的相对转度，提高内排渣通道的排渣效率。

进一步，所述钻具采用风力排渣时，所述异形钻杆外壁或筛孔钻杆内壁熔覆、喷涂、电镀黄铜等防火花材料，防止异形钻杆外壁与筛孔钻杆内壁发生碰撞而产生火花。异形钻杆外壁与筛孔钻杆内壁之间发生碰撞是大概率事件，这种碰撞有利于内排渣通道的碎渣及排渣，但风力排渣的情况下存在安全隐患，因此需要采取防碰撞火花的外表处理。为解决异形钻杆外壁与筛孔钻杆内壁的碰撞问题，也可以在异形钻杆的外圆上设置防撞铜环，防止碰撞火花，还可以在异形钻杆上安装防撞支撑，使异形钻杆外壁与筛孔钻杆内壁不会发生撞击，防撞铜环和防撞支撑会增加内排渣通道的排渣阻力，也会降低钻杆的装卸效率，采用防撞铜环或防撞支撑及其类似防撞击火花的方法，也在本发明保护范畴。

更进一步，深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，若在内管钻具的内钻头与异形钻杆之间或在孔底马达螺杆钻具与轨迹测量仪之间，设置由高低压转换阀控制的高压水射流喷嘴，利用高压水射流对钻孔实施水力造穴或水力割缝等煤层增透措施，由于外管钻具和内排渣通道的存在，使造穴位置尽可能靠近扩孔钻头而缩短外排渣通道的长度,使得冲孔或割缝所产出的煤渣更容易排出孔外，类似在内管钻具附加水力造穴、水力割缝装置并与本发明所述的外管钻具配套使用，也在本发明保护范畴。

本发明所具有的有益效果为：

1、现行的双管双动力钻具，其外管钻具（或外管）仅有对钻孔壁的有盾护功能，而没有对外管的卸压功能，在深部煤层高地应力作用下，外管被压死和丢失是大概率事件，制约了外管钻具的护孔跟进深度，因此也制约了内管钻具的终孔深度。本发明所述的外管钻具由筛孔钻杆和扩孔钻头组成，筛孔钻杆具有盾护钻孔的功能，泄渣筛孔对筛孔钻杆具有卸压功能，使外管钻具护孔跟进深度更深，可以因此而提高内管钻具的终孔深度，而且可保证外管钻具顺利提钻。

2、长距离的不稳定的外排渣通道的极易堵塞，这是深部突出煤层钻进深度受限的根本原因，具有盾护卸压功能的外管钻具及其可靠的内排渣通道，可大幅度缩短不稳定的外排渣通道的长度，不仅可以提高终孔的深度，而且为双管常规钻进和双管定向钻进的水力化造穴增透的排渣问题提供了支持，并使双动力双管盾护卸压定向钻进技术在突出煤层本煤层钻孔施工中的大规模推广提供了可能性。

3、本发明中环状内排渣通道为钢铁筛孔结构，内排渣通道稳定可靠，煤渣在筛孔钻杆和异形钻杆之间揉搓，能够破碎渣粒，为流体排渣提供有利的煤渣运送条件，可保证内排渣通道的排渣通畅，实现高效率排渣，进而根除孔内的堵塞与喷孔现象。

4、本发明中筛孔钻杆的外径等于或小于扩孔钻头的外径，筛孔钻杆对钻孔壁具有盾护作用，可遏制钻孔壁的过度坍塌，泄渣筛孔对筛孔钻杆具有卸压作用，可防范外管钻具被压死，既能提高成孔的质量，又能保证外管钻具能够顺利退出孔外。

5、本发明中采用定向钻进时，外管钻具对主孔起盾护卸压作用，不仅为内管定向钻具的退出提供安全通道，而且主孔的稳定为内管定向钻具实施定向钻进及分支钻孔提供了有利条件。

附图说明

图1为本发明深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具的总体方案图；

图2为发明的扩孔钻头与滑移支撑件的连接配合图；

图3为本发明的外管钻具方案图；

图4为本发明的内管钻具方案图；

图5 为本发明筛孔板条方案图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，包括插装配合安装的外管钻具、内管钻具和滑移支撑件；如图1~图4所示，所述外管钻具包括多根筛孔钻杆1和扩孔钻头2，优选的，所述扩孔钻头2采用普通空心钻头或变径钻头；所述内管钻具包括多根异形钻杆3和内钻头4；所述滑移支撑件5利用剪切销9安装在扩孔钻头2的内腔，异形钻杆3从滑移支撑件5的支撑环内孔中穿过，滑移支撑件5使扩孔钻头2与异形钻杆3保持同轴。

如图1所示，异形钻杆3的内孔是为打钻提供流体的供流通道6，筛孔钻杆1与异形钻杆3之间的环状空间7为钻具的内排渣通道，异形钻杆3与钻孔壁之间的环状空间为钻具的外排渣通道；筛孔钻杆1的螺旋凹槽8内设置有多个与内排渣通道连通的泄渣筛孔10。

在实施钻进时，内管钻具在孔底向实体煤岩钻进，内管钻具的内钻头4产生的钻渣经外排渣通道和滑移支撑件6进入内排渣通道7，外管钻具紧跟内管钻具或间隔距离实施跟进扩孔钻进，利用现行的双动力头钻机，使内管钻具和外管钻具实施同步钻进或分别钻进。退钻时，内管钻具的退钻提拔力将滑移支撑件5上的剪切销9剪断，内管钻具连同滑移支撑件5一同从外管钻具的内腔退出孔外。

如图3所示，所述外管钻具的扩孔钻头2与筛孔钻杆1保持的相同的恒定内径，保持恒定内径的目的是让内管钻具从外管钻具内腔的退出过程顺畅；如图1所示，内管钻具的内钻头4直径小于筛孔钻杆1的内径，以便内钻头4能够从筛孔钻杆1的内腔退出；筛孔钻杆1的外径等于或小于扩孔钻头2的外径，实际应用时，扩孔钻头2的半径与筛孔钻杆1的半径差δ为0～10mm，在煤层地应力作用下，钻孔的变形缩颈，会使δ自动消失，即筛孔钻杆1开始接触钻孔壁，筛孔钻杆1对钻孔壁起盾护作用，可遏制钻孔壁的崩落坍塌。因为筛孔钻杆1对钻孔壁起盾护作用导致其外表的磨损较为严重，在筛孔钻杆1外表采取喷涂、熔覆等耐磨处理，也在本发明保护范畴。

如图3所示，所述筛孔钻杆1的外表设置有螺旋凹槽8，螺旋凹槽8内设置有多个泄渣筛孔10，在设置有泄渣筛孔10的螺旋凹槽内8焊接锥孔螺旋板条11，锥孔板条11如图5所示，锥孔板条11上的锥孔111小径小于泄渣筛孔10的直径，锥孔111大径等于泄渣筛孔10的直径，锥孔螺旋板条11上的锥孔111数量与泄渣筛孔10数量相同并一对一同轴对照，使泄渣筛孔10的进渣口直径小于出渣口直径，泄渣筛孔10对筛孔钻杆1具有卸压作用，可防止筛孔钻杆1被压死。实验表明，倒锥形泄渣筛孔的泄渣效果优于直孔，但倒锥形泄渣筛孔的加工效率低、加工成本高，因此采用锥孔螺旋板条与直孔配合的方法，使泄渣筛孔的入口呈锥形，也能获得较好的泄渣效果；锥孔螺旋板条11的厚度小于螺旋凹槽8的深度，焊接板条后，仍有凹槽存在，螺旋凹槽具有聚渣运渣的作用，有助于提高泄渣效率，泄渣效率越高，卸压效果越好。为增加锥孔螺旋板条11迎煤面的揉搓碎渣功能，可在锥孔螺旋板条11上实施压痕、喷涂耐磨颗粒等方法，锥孔111可采用冲压锥孔或钻取锥孔等，类似相关辅助技术也在本发明保护范畴。

需要说明的是，所述滑移支撑件5的支撑环上有三条支撑腿51，利用剪切销9将滑移支撑件5安装在扩孔钻头2的内腔，因此需要滑移支撑件的支撑腿51外径等于扩孔钻头2的内径（如图2所示）；如图1所示，异形钻杆3从滑移支撑件5的内孔中穿过，因此需要滑移支撑件5的支撑环内孔直径等于或大于异形钻杆3的外径，利用滑移支撑件5使扩孔钻头2与异形钻杆3保持同轴，以便外管钻具跟进内管钻具实施双管钻进。

如图2b所示，本实施例中，所述滑移支撑件5的支撑环52上设置有径向通孔53或径向通槽，通孔53的直径或通槽的宽度不小于支撑环52的外圆弧面与筛孔钻杆1内壁之间的径向距离，使异形钻杆3能够对滑移支撑件5内卡阻的煤块实施破碎。滑移支撑件5外表与扩孔钻头2内壁之间有三条易被煤渣阻塞的通道，利用滑移支撑件5上设置的径向通孔53或通槽使滑移支撑件5内卡阻的大块煤渣与异形钻杆3接触，利用异形钻杆3外表的凹槽8、凸筋等对大块煤渣实施破碎，消除滑移装置处的煤渣堵塞。滑移支撑件5也可以采用外圆支撑环，即支撑环的外圆与扩孔钻头内壁接触，弧面支撑腿与异形钻杆接触，使扩孔钻头与异形钻杆保持同轴，效果类似，也在本发明保护范畴。

本发明中，所述内管钻具从外管钻具内腔退出时，利用内钻头4的后退力将滑移支撑件5上的剪切销9剪断，滑移支撑件5随同内管钻具一同从外管钻具的内腔退出。

本实施例中，所述滑移支撑件5采用球墨铸铁等耐磨减磨材料制作，或采用耐磨性好的铜材制作；或者在滑移支撑件5的支撑环内孔嵌状其它耐磨减磨材料；为了防止滑移支撑件5在滑移退出时出现卡阻，需要滑移支撑件5的长度大于筛孔钻杆1内孔直径的0.6倍，滑移支撑件5是个可重复使用的零件，剪切销9是一次性耗材；所述剪切销9采用软金属材料，剪切销9应能够抵抗异形钻杆3旋转移动、轴向水煤渣冲击等产生的剪切力，若内管钻具在实体煤钻进过程中发生孔内煤与瓦斯突出，滑移支撑件5将受到很强的冲击力，所以剪切销9的设计抗剪力应大于10KN。

所述内管钻具的异形钻杆3可以为普通异形钻杆或通缆异形钻杆，异形钻杆3的外表设计成刻槽形或肋骨形或棱状刻槽形等，其外表的异形结构有助于碎渣和排渣，钻杆外表的这些异形结构多数是本申请人在2006年至2009年的发明内容，类似异形钻杆与本发明所述的外管钻具配套使用，也在本发明保护范畴。

所述内管钻具的内钻头4可以采用普通钻头，也可以在异形钻杆的前端加接由无磁钻杆、轨迹测量仪、螺杆钻具、定向钻头组成定向钻具，即内管钻具可实施常规钻进，也可以实施定向钻进，流体包含水流和气流。本发明对内管钻具本身并没有创新内容，而是在现行内管钻具（包括常规钻进和定向钻进）的基础上附加了特殊结构的外管钻具，利用外管钻具的盾护卸压功能及其可靠的内排渣通道，稳定和缩短内管钻具的不可靠的外排渣通道，从而提高内管钻具的常规钻进深度或定向钻进深度。

所述外管钻具采用反向旋转，所述内管钻具采用正向旋转，所述筛孔钻杆1上的螺旋凹槽8为反向螺旋凹槽，对应的锥孔螺旋板条11也是反向螺旋，这样设计的益处有两个，一是可防范钻杆脱口；二是可以提高异形钻杆与筛孔钻杆的相对转度，提高内排渣通道的排渣效率。

所述钻具采用风力排渣时，所述异形钻杆3外壁或筛孔钻杆1内壁熔覆、喷涂、电镀黄铜等防火花材料，防止异形钻杆3外壁与筛孔钻杆1内壁发生碰撞而产生火花。异形钻杆3外壁与筛孔钻杆1内壁之间发生碰撞是大概率事件，这种碰撞有利于内排渣通道7的碎渣及排渣，但风力排渣的情况下存在安全隐患，因此需要采取防碰撞火花的外表处理。为解决异形钻杆3外壁与筛孔钻杆1内壁的碰撞问题，也可以在异形钻杆3的外圆上设置防撞铜环，防止碰撞火花，还可以在异形钻杆3上安装防撞支撑，使异形钻杆3外壁与筛孔钻杆1内壁不会发生撞击，防撞铜环和防撞支撑会增加内排渣通道的排渣阻力，也会降低钻杆的装卸效率，采用防撞铜环或防撞支撑及其类似防撞击火花的方法，也在本发明保护范畴。

所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，若在内管钻具的内钻头4与异形钻杆3之间或在螺杆钻具与轨迹测量仪之间或在内管钻具的其它位置，设置由高低压转换装置控制的高压水射流喷嘴，利用高压水射流对钻孔实施水力造穴或水力割缝等煤层增透措施，由于外管钻具和内排渣通道的存在，可使水力造穴或水力割缝位置尽可能靠近扩孔钻头,因此大幅度缩短了不稳定的外排渣通道的长度，使得冲孔或割缝所产出的煤渣更容易排出孔外，也在本发明保护范畴。

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。

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 (11)

1.深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，包括插装配合的外管钻具、内管钻具和滑移支撑件，所述外管钻具包括多根筛孔钻杆和扩孔钻头，所述内管钻具包括多根异形钻杆和内钻头，所述滑移支撑件安装在扩孔钻头的内腔，所述异形钻杆穿过筛孔钻杆、滑移支撑件并伸出扩孔钻头外；

所述异形钻杆的内腔为钻进提供流体的供流通道，所述筛孔钻杆与异形钻杆之间的环状空间为内排渣通道，异形钻杆与钻孔壁之间的环状空间为内管钻具的外排渣通道，所述筛孔钻杆上设置有多个与内排渣通道连通的泄渣筛孔；

钻进时，内管钻具在孔底向煤岩钻进，外管钻具紧跟内管钻具或间隔距离实施跟进扩孔钻进，利用现行的双动力头钻机，使内管钻具和外管钻具实施同步钻进或分别钻进。

2.根据权利要求1所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述扩孔钻头与筛孔钻杆保持相同的恒定内径，所述内钻头直径小于筛孔钻杆的内径，所述筛孔钻杆的外径等于或小于扩孔钻头的外径，筛孔钻杆对钻孔壁起盾护作用，遏制钻孔壁的崩落坍塌。

3.根据权利要求2所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述筛孔钻杆的外表设置有螺旋凹槽，螺旋凹槽内设置有多个泄渣筛孔，在设置有泄渣筛孔的螺旋凹槽内焊接锥孔螺旋板条，锥孔小径小于泄渣筛孔的直径，锥孔大径等于泄渣筛孔的直径，锥孔螺旋板条上的锥孔数量与泄渣筛孔数量相同并一对一同轴对照，泄渣筛孔的进渣口直径小于出渣口直径，泄渣筛孔对筛孔钻杆具有卸压作用，防止筛孔钻杆被压死。

4.根据权利要求3所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述滑移支撑件通过剪切销安装在扩孔钻头的内腔，所述滑移支撑件包括支撑环和位于支撑环外周的三条支撑腿；

所述滑移支撑件的支撑腿外径等于扩孔钻头的内径，滑移支撑件的支撑环内孔直径等于异形钻杆的外径，异形钻杆从滑移支撑件的支撑环内孔中穿过。

5.根据权利要求4所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述滑移支撑件的支撑环上设置有径向通孔或径向通槽，通孔的直径或通槽的宽度不小于支撑环外圆弧与筛孔钻杆内壁之间的径向距离，使异形钻杆能够对滑移支撑件内卡阻的煤块实施破碎。

6.根据权利要求5所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述内管钻具从外管钻具内腔退出时，利用内钻头的后退力将滑移支撑件上的剪切销剪断，滑移支撑件随同内管钻具一同从外管钻具的内腔退出。

7.根据权利要求6所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述滑移支撑件采用耐磨减磨材料制作，或在滑移支撑件的内孔嵌装耐磨减磨材料；

所述剪切销采用软金属材料，保证剪切销应能够抵抗异形钻杆旋转移动、轴向水煤渣冲击等产生的剪切力。

8.根据权利要求7所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述内管钻具的异形钻杆为普通异形钻杆或通缆异形钻杆，所述异形钻杆的外表可设计成刻槽形或肋骨形或棱状刻槽形。

9.根据权利要求8所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述内管钻具的内钻头采用普通钻头，或者采用在异形钻杆的前端加接无磁钻杆、轨迹测量仪、螺杆钻具和定向钻头组成的定向钻具，内管钻具实现常规钻进或定向钻进。

10.根据权利要求9所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，所述外管钻具采用反向旋转，所述内管钻具采用正向旋转，所述筛孔钻杆上的螺旋凹槽为反向螺旋凹槽。

11.根据权利要求1-10任一所述的深部煤层双动力双管盾护卸压流体排渣钻具，其特征在于，采用风力排渣时，所述异形钻杆外壁或筛孔钻杆内壁安装防火花材料，防止异形钻杆外壁与筛孔钻杆内壁发生碰撞而产生火花。

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