CN116876989A - 松软煤层阶梯式切削护孔钻具 - Google Patents
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Abstract
松软煤层阶梯式切削护孔钻具，包括阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆，阶梯式组合钻具的后端与双通道护孔钻杆的前端同轴固定连接，阶梯式组合钻具的直径自前向后逐渐增大，双通道护孔钻杆的直径小于等于阶梯式组合钻具的后端直径，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆的内部设有同中心相连通的流体通道，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆的内部还设有位于流体通道外且相连通的排渣通道。本发明设计科学，结构合理，能够实现阶梯式分级切削煤岩，避免产渣量过大而造成钻孔堵塞的问题，排渣通畅，提升钻孔稳定性，能够有效降低钻具的钻进阻力，有利于提高松软煤层钻孔深度和钻进效率。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔钻进技术领域，具体的说，涉及一种松软煤层阶梯式切削护孔钻具。
背景技术
目前，松软煤层钻孔施工是钻探工程技术领域的一项重大难题。松软煤层结构疏松、强度低、稳定性差，因此，随着瓦斯抽采钻孔深度的不断加深，钻孔钻进受到的阻力也越来越大，很容易出现塌孔、卡钻、丢钻等现象。在工程运用中，采用的多为外排渣式钻孔钻进技术，让煤渣从钻杆与孔壁之间的空隙排出，但钻孔的稳定性较差，随着钻进深度的不断增加，很容易出现塌孔、卡钻等现象。也有学者提出内排渣式护孔钻孔钻进技术，让煤渣从钻杆内部预设的排渣通道排出，然而，当产生的煤渣量过大时，煤渣会在钻杆内聚集，增加钻孔钻进的推进阻力，甚至会损坏钻机和钻具。
发明内容
本发明的目的是提供一种松软煤层阶梯式切削护孔钻具，本发明设计科学，结构合理，能够实现阶梯式分级切削煤岩，避免产渣量过大而造成钻孔堵塞的问题，排渣通畅，提升钻孔稳定性，能够有效降低钻具的钻进阻力，有利于提高松软煤层钻孔深度和钻进效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
松软煤层阶梯式切削护孔钻具，包括阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆，阶梯式组合钻具的后端与双通道护孔钻杆的前端同轴固定连接，阶梯式组合钻具的直径自前向后逐渐增大，双通道护孔钻杆的直径小于等于阶梯式组合钻具的后端直径，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆的内部设有同中心相连通的流体通道，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆的内部还设有位于流体通道外且相连通的排渣通道。
阶梯式组合钻具为三级阶梯钻具，包括自前向后依次组装连接的钻孔钻头、空腹式钻杆、第一扩孔钻头、扩孔钻杆和第二扩孔钻头，钻孔钻头的直径＜第一扩孔钻头的直径＜第二扩孔钻头的直径，空腹式钻杆的直径＜扩孔钻杆的直径＜双通道护孔钻杆的直径，空腹式钻杆的直径＜钻孔钻头的直径，扩孔钻杆的直径≤第一扩孔钻头的直径，双通道护孔钻杆的直径≤第二扩孔钻头的直径。
阶梯式组合钻具为两级阶梯钻具，包括自前向后依次组装连接的钻孔钻头、空腹式钻杆和第三扩孔钻头，钻孔钻头的直径＜第三扩孔钻头的直径，空腹式钻杆的直径＜双通道护孔钻杆的直径，空腹式钻杆的直径＜钻孔钻头的直径，双通道护孔钻杆的直径≤第三扩孔钻头的直径。
钻孔钻头的后端中心沿轴向开设有后侧敞口的柱形空槽，柱形空槽的直径与空腹式钻杆的内径相同，钻孔钻头的后端一体成型有第一外螺纹接头，空腹式钻杆的前端部内圆加工有与第一外螺纹接头螺纹配合连接的第一内螺纹接头，空腹式钻杆的前端与钻孔钻头的后端对接，柱形空槽的后端与空腹式钻杆的内孔前端对应连通，钻孔钻头的顶部及其前端相邻两个刀具两翼间分别沿轴向设有柱形通道，柱形通道的后端与柱形空槽连通，空腹式钻杆的后端一体成型有第二外螺纹接头，空腹式钻杆的内孔作为流体通道；
第一扩孔钻头为具有中心孔的中空柱结构，第一扩孔钻头的内部同中心设有第一内管，第一内管的直径与空腹式钻杆的直径相同，第一内管的后端与第一扩孔钻头的后端对齐，第一内管的前端向前伸出第一扩孔钻头的前端，第一内管与第一扩孔钻头之间通过若干块圆周阵列设置的第一扇形块焊接固定，第一内管的前端部内圆加工有与第二外螺纹接头螺纹配合连接的第二内螺纹接头，第一内管的前端与空腹式钻杆的后端对接，第一内管的后端部外圆加工有第三外螺纹接头，第一扩孔钻头的后端部外圆加工有第四外螺纹接头，第一内管的内孔作为流体通道，第一内管与第一扩孔钻头之间环腔作为排渣通道。
扩孔钻杆的外径≤第一扩孔钻头的外径，扩孔钻杆的内径与第一扩孔钻头的内径相同，扩孔钻杆的内部同中心设置有第二内管，第二内管的直径与第一内管的直径相同，第二内管的两端分别对应与扩孔钻杆的两端对齐，第二内管与扩孔钻杆之间通过若干块圆周阵列设置的第二扇形块焊接固定，各块第二扇形块分别与各块第一扇形块一一前后对应，第二内管的前端部内圆加工有与第三外螺纹接头螺纹配合连接的第三内螺纹接头，扩孔钻杆的前端部内圆加工有与第四外螺纹接头螺纹配合连接的第四内螺纹接头，第二内管的前端与第一内管的后端对接，扩孔钻杆的前端与第一扩孔钻头的后端对接，第二内管的后端部外圆加工有第五外螺纹接头，扩孔钻杆的后端部外圆加工有第六外螺纹接头，第二内管的内孔作为流体通道，第二内管与扩孔钻杆之间环腔作为排渣通道；
第二扩孔钻头为具有中心孔的中空柱结构，第二扩孔钻头的内部同中心设有第三内管，第三内管的直径与第二内管的直径相同，第三内管的后端与第二扩孔钻头的后端对齐，第三内管的前端向前伸出第二扩孔钻头的前端，第三内管与第二扩孔钻头之间通过若干块圆周阵列设置的第三扇形块焊接固定，各块第三扇形块分别与各块第二扇形块一一前后对应，第三内管与第二扩孔钻头之间还设置有同轴套在第三内管前侧部且位于各块第三扇形块前侧的第四内管，第四内管的后端固定连接在各块第三扇形块的前侧面，第四内管的前端与第三内管的前端对齐，第四内管的直径与扩孔钻杆的直径相同，第三内管的前端部内圆加工有与第五外螺纹接头螺纹配合连接的第五内螺纹接头，第四内管的前端部内圆加工有与第六外螺纹接头螺纹配合连接的第六内螺纹接头，第三内管的后端部外圆加工有第七外螺纹接头，第二扩孔钻头的后端部外圆加工有第八外螺纹接头，第三内管的内孔作为流体通道，第三内管与第二扩孔钻头之间环腔作为排渣通道。
双通道护孔钻杆的外径≤第二扩孔钻头的外径，双通道护孔钻杆的内径与第二扩孔钻头的内径相同，双通道护孔钻杆的内部同中心设置有第五内管，第五内管的直径与第三内管的直径相同，第五内管的两端分别对应与双通道护孔钻杆的两端对齐，第五内管与双通道护孔钻杆之间通过若干块圆周阵列设置的第四扇形块焊接固定，各块第四扇形块分别与各块第三扇形块一一前后对应，第五内管的前端部内圆加工有与第七外螺纹接头螺纹配合连接的第七内螺纹接头，双通道护孔钻杆的前端部内圆加工有与第八外螺纹接头螺纹配合连接的第八内螺纹接头，第五内管的前端与第三内管的后端对接，双通道护孔钻杆的前端与第二扩孔钻头的后端对接，第五内管的后端部外圆加工有第九外螺纹接头，双通道护孔钻杆的后端部外圆加工有第十外螺纹接头，第九外螺纹接头与第七外螺纹接头的结构大小相同，第十外螺纹接头与第八外螺纹接头的结构大小相同，第五内管的内孔作为流体通道，第五内管与双通道护孔钻杆之间环腔作为排渣通道。
空腹式钻杆、扩孔钻杆和双通道护孔钻杆的外表面沿轴向分别设有2-4条圆周阵列布置的螺旋刻槽或螺旋凸棱，螺旋刻槽或螺旋凸棱的截面形状为弧形、梯形或矩形结构，相邻的两个螺旋刻槽或螺旋凸棱之间的距离为10-100mm，螺旋刻槽的深度或螺旋凸棱的高度为0-10mm；
钻孔钻头的直径为45-95mm，第一扩孔钻头的直径与钻孔钻头的直径比值以及第二扩孔钻头的直径与第一扩孔钻头的直径比值均为a，1＜a＜2；
空腹式钻杆的直径为45-95mm，扩孔钻杆的直径与空腹式钻杆的直径比值以及双通道护孔钻杆的直径与扩孔钻杆的直径比值均为b，1＜b＜2。
钻孔钻头的后端中心沿轴向开设有后侧敞口的柱形空槽，柱形空槽的直径与空腹式钻杆的内径相同，钻孔钻头的后端一体成型有第一外螺纹接头，空腹式钻杆的前端部内圆加工有与第一外螺纹接头螺纹配合连接的第一内螺纹接头，空腹式钻杆的前端与钻孔钻头的后端对接，柱形空槽的后端与空腹式钻杆的内孔前端对应连通，钻孔钻头的顶部及其前端相邻两个刀具两翼间分别沿轴向设有柱形通道，柱形通道的后端与柱形空槽连通，空腹式钻杆的后端一体成型有第二外螺纹接头，空腹式钻杆的内孔作为流体通道；
第三扩孔钻头为具有中心孔的中空柱结构，第三扩孔钻头的内部同中心设有第六内管，第六内管的直径与空腹式钻杆的直径相同，第六内管的后端与第三扩孔钻头的后端对齐，第三内管的前端向前伸出第三扩孔钻头的前端，第六内管与第三扩孔钻头之间通过若干块圆周阵列设置的第五扇形块焊接固定，第六内管的前端部内圆加工有与第二外螺纹接头螺纹配合连接的第十一内螺纹接头，第六内管的前端与空腹式钻杆的后端对接，第六内管的后端部外圆加工有第十一外螺纹接头，第三扩孔钻头的后端部外圆加工有第十二外螺纹接头，第六内管的内孔作为流体通道，第六内管与第三扩孔钻头之间环腔作为排渣通道。
双通道护孔钻杆的外径≤第三扩孔钻头的外径，双通道护孔钻杆的内径与第三扩孔钻头的内径相同，双通道护孔钻杆的内部同中心设置有第五内管，第五内管的直径与第六内管的直径相同，第五内管的两端分别对应与双通道护孔钻杆的两端对齐，第五内管与双通道护孔钻杆之间通过若干块圆周阵列设置的第四扇形块焊接固定，各块第四扇形块分别与各块第五扇形块一一前后对应，第五内管的前端部内圆加工有与第十一外螺纹接头螺纹配合连接的第七内螺纹接头，双通道护孔钻杆的前端部内圆加工有与第十二外螺纹接头螺纹配合连接的第八内螺纹接头，第五内管的前端与第六内管的后端对接，双通道护孔钻杆的前端与第三扩孔钻头的后端对接，第五内管的后端部外圆加工有第九外螺纹接头，双通道护孔钻杆的后端部外圆加工有第十外螺纹接头，第九外螺纹接头与第十一外螺纹接头的结构大小相同，第十外螺纹接头与第十二外螺纹接头的结构大小相同，第五内管的内孔作为流体通道，第五内管与双通道护孔钻杆之间环腔作为排渣通道。
空腹式钻杆和双通道护孔钻杆的外表面沿轴向分别设有2-4条圆周阵列布置的螺旋刻槽或螺旋凸棱，螺旋刻槽或螺旋凸棱的截面形状为弧形、梯形或矩形结构，相邻的两个螺旋刻槽或螺旋凸棱之间的距离为10-100mm，螺旋刻槽的深度或螺旋凸棱的高度为0-10mm；
钻孔钻头的直径为45-95mm，第三扩孔钻头的直径与钻孔钻头的直径比值为a，1＜a＜2；
空腹式钻杆的直径为45-95mm，双通道护孔钻杆的直径与空腹式钻杆的直径比值为b，1＜b＜2。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的工作原理为：钻进时，该松软煤层阶梯式切削护孔钻具能够实现阶梯式分级切削煤岩，使产渣量随着钻进伸入逐渐增大，避免了一次切削因产渣量过大而造成钻孔堵塞的问题，而且切削形成的钻屑能够进入排渣通道而排出，排渣通畅，降低了钻孔收缩、塌孔对排渣的影响，提升钻孔稳定性，能够有效降低钻具的钻进阻力，同时切屑液通过流体通道、柱形空槽和柱形通道可以直接输送到钻孔钻头，降低钻孔钻头切削产生的高温（切削液为本领域常规技术），而且，螺旋刻槽或螺旋凸棱起到辅助钻屑排出的作用，高效排渣，有利于提高松软煤层钻孔深度和钻进效率。
综上，本发明设计科学，结构合理，能够实现阶梯式分级切削煤岩，避免产渣量过大而造成钻孔堵塞的问题，排渣通畅，提升钻孔稳定性，能够有效降低钻具的钻进阻力，有利于提高松软煤层钻孔深度和钻进效率。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是图1中的A-A向剖视图。
图3是本发明实施例一中的第一扩孔钻头的前视图。
图4是本发明实施例一中的扩孔钻杆的前视图。
图5是本发明实施例一中的第二扩孔钻头的前视图。
图6是本发明实施例一中的双通道护孔钻杆的前视图。
图7是本发明实施例一的轴视图。
图8是本发明实施例一的工作示意图。
图9是本发明实施例二的结构示意图。
图10是图9中B-B向剖视图。
图11是本发明本发明实施例二的轴视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例一
图8中前头向左表示的是产渣的运移方向，箭头向右表示的是流体（切削液）流动方向。
如图1-8所示，当松软煤层煤岩坚固性系数0＜f≤0.3时，松软煤层阶梯式切削护孔钻具，包括阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆1，阶梯式组合钻具的后端与双通道护孔钻杆1的前端同轴固定连接，阶梯式组合钻具的直径自前向后逐渐增大，双通道护孔钻杆1的直径小于等于阶梯式组合钻具的后端直径，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆1的内部设有同中心相连通的流体通道2，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆1的内部还设有位于流体通道2外且相连通的排渣通道3。
阶梯式组合钻具为三级阶梯钻具，包括自前向后依次组装连接的钻孔钻头4、空腹式钻杆5、第一扩孔钻头6、扩孔钻杆7和第二扩孔钻头8，钻孔钻头4的直径＜第一扩孔钻头6的直径＜第二扩孔钻头8的直径，空腹式钻杆5的直径＜扩孔钻杆7的直径＜双通道护孔钻杆1的直径，空腹式钻杆5的直径＜钻孔钻头4的直径，扩孔钻杆7的直径≤第一扩孔钻头6的直径，双通道护孔钻杆1的直径≤第二扩孔钻头8的直径。三级阶梯钻具的“三级”是指自前向后排列的三个钻头（钻孔钻头4、第一扩孔钻头6和第二扩孔钻头8）。
钻孔钻头4的后端中心沿轴向开设有后侧敞口的柱形空槽9，柱形空槽9的直径与空腹式钻杆5的内径相同，钻孔钻头4的后端一体成型有第一外螺纹接头，空腹式钻杆5的前端部内圆加工有与第一外螺纹接头螺纹配合连接的第一内螺纹接头，空腹式钻杆5的前端与钻孔钻头4的后端对接，柱形空槽9的后端与空腹式钻杆5的内孔前端对应连通，钻孔钻头4的顶部及其前端相邻两个刀具两翼间分别沿轴向设有柱形通道10，柱形通道10的后端与柱形空槽9连通，空腹式钻杆5的后端一体成型有第二外螺纹接头，空腹式钻杆5的内孔作为流体通道2；
第一扩孔钻头6为具有中心孔的中空柱结构，第一扩孔钻头6的内部同中心设有第一内管11，第一内管11的直径与空腹式钻杆5的直径相同，第一内管11的后端与第一扩孔钻头6的后端对齐，第一内管11的前端向前伸出第一扩孔钻头6的前端，第一内管11与第一扩孔钻头6之间通过若干块圆周阵列设置的第一扇形块12焊接固定，第一内管11的前端部内圆加工有与第二外螺纹接头螺纹配合连接的第二内螺纹接头，第一内管11的前端与空腹式钻杆5的后端对接，第一内管11的后端部外圆加工有第三外螺纹接头，第一扩孔钻头6的后端部外圆加工有第四外螺纹接头，第一内管11的内孔作为流体通道2，第一内管11与第一扩孔钻头6之间环腔作为排渣通道3。
扩孔钻杆7的外径≤第一扩孔钻头6的外径，扩孔钻杆7的内径与第一扩孔钻头6的内径相同，扩孔钻杆7的内部同中心设置有第二内管13，第二内管13的直径与第一内管11的直径相同，第二内管13的两端分别对应与扩孔钻杆7的两端对齐，第二内管13与扩孔钻杆7之间通过若干块圆周阵列设置的第二扇形块14焊接固定，各块第二扇形块14分别与各块第一扇形块12一一前后对应，第二内管13的前端部内圆加工有与第三外螺纹接头螺纹配合连接的第三内螺纹接头，扩孔钻杆7的前端部内圆加工有与第四外螺纹接头螺纹配合连接的第四内螺纹接头，第二内管13的前端与第一内管11的后端对接，扩孔钻杆7的前端与第一扩孔钻头6的后端对接，第二内管13的后端部外圆加工有第五外螺纹接头，扩孔钻杆7的后端部外圆加工有第六外螺纹接头，第二内管13的内孔作为流体通道2，第二内管13与扩孔钻杆7之间环腔作为排渣通道3；
第二扩孔钻头8为具有中心孔的中空柱结构，第二扩孔钻头8的内部同中心设有第三内管15，第三内管15的直径与第二内管13的直径相同，第三内管15的后端与第二扩孔钻头8的后端对齐，第三内管15的前端向前伸出第二扩孔钻头8的前端，第三内管15与第二扩孔钻头8之间通过若干块圆周阵列设置的第三扇形块16焊接固定，各块第三扇形块16分别与各块第二扇形块14一一前后对应，第三内管15与第二扩孔钻头8之间还设置有同轴套在第三内管15前侧部且位于各块第三扇形块16前侧的第四内管17，第四内管17的后端固定连接在各块第三扇形块16的前侧面，第四内管17的前端与第三内管15的前端对齐，第四内管17的直径与扩孔钻杆7的直径相同，第三内管15的前端部内圆加工有与第五外螺纹接头螺纹配合连接的第五内螺纹接头，第四内管17的前端部内圆加工有与第六外螺纹接头螺纹配合连接的第六内螺纹接头，第三内管15的后端部外圆加工有第七外螺纹接头，第二扩孔钻头8的后端部外圆加工有第八外螺纹接头，第三内管15的内孔作为流体通道2，第三内管15与第二扩孔钻头8之间环腔作为排渣通道3。
双通道护孔钻杆1的外径≤第二扩孔钻头8的外径，双通道护孔钻杆1的内径与第二扩孔钻头8的内径相同，双通道护孔钻杆1的内部同中心设置有第五内管18，第五内管18的直径与第三内管15的直径相同，第五内管18的两端分别对应与双通道护孔钻杆1的两端对齐，第五内管18与双通道护孔钻杆1之间通过若干块圆周阵列设置的第四扇形块19焊接固定，各块第四扇形块19分别与各块第三扇形块16一一前后对应，第五内管18的前端部内圆加工有与第七外螺纹接头螺纹配合连接的第七内螺纹接头，双通道护孔钻杆1的前端部内圆加工有与第八外螺纹接头螺纹配合连接的第八内螺纹接头，第五内管18的前端与第三内管15的后端对接，双通道护孔钻杆1的前端与第二扩孔钻头8的后端对接，第五内管18的后端部外圆加工有第九外螺纹接头，双通道护孔钻杆1的后端部外圆加工有第十外螺纹接头，第九外螺纹接头与第七外螺纹接头的结构大小相同，第十外螺纹接头与第八外螺纹接头的结构大小相同，第五内管18的内孔作为流体通道2，第五内管18与双通道护孔钻杆1之间环腔作为排渣通道3。
空腹式钻杆5、扩孔钻杆7和双通道护孔钻杆1的外表面沿轴向分别设有2-4条圆周阵列布置的螺旋刻槽或螺旋凸棱23，螺旋刻槽或螺旋凸棱23的截面形状为弧形、梯形或矩形结构，相邻的两个螺旋刻槽或螺旋凸棱23之间的距离为10-100mm，螺旋刻槽的深度或螺旋凸棱的高度为0-10mm；
钻孔钻头4的直径为45-95mm，第一扩孔钻头6的直径与钻孔钻头4的直径比值以及第二扩孔钻头8的直径与第一扩孔钻头6的直径比值均为a，1＜a＜2；
空腹式钻杆5的直径为45-95mm，扩孔钻杆7的直径与空腹式钻杆5的直径比值以及双通道护孔钻杆1的直径与扩孔钻杆7的直径比值均为b，1＜b＜2。
本发明的工作原理为：钻进时，该松软煤层阶梯式切削护孔钻具能够实现阶梯式分级切削煤岩，使产渣量随着钻进伸入逐渐增大，避免了一次切削因产渣量过大而造成钻孔堵塞的问题，而且切削形成的钻屑能够进入排渣通道3而排出，排渣通畅，降低了钻孔收缩、塌孔对排渣的影响，提升钻孔稳定性，能够有效降低钻具的钻进阻力，同时切屑液通过流体通道2、柱形空槽9和柱形通道10可以直接输送到钻孔钻头4，降低钻孔钻头4切削产生的高温（切削液为本领域常规技术），而且，螺旋刻槽或螺旋凸棱23起到辅助钻屑排出的作用，高效排渣，有利于提高松软煤层钻孔深度和钻进效率。
实施例二
如图9-11所示，与实施例一不同的是，当松软煤层煤岩坚固性系数0.3＜f≤0.8时，松软煤层阶梯式切削护孔钻具，包括阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆1，阶梯式组合钻具的后端与双通道护孔钻杆1的前端同轴固定连接，阶梯式组合钻具的直径自前向后逐渐增大，双通道护孔钻杆1的直径小于等于阶梯式组合钻具的后端直径，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆1的内部设有同中心相连通的流体通道2，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆1的内部还设有位于流体通道2外且相连通的排渣通道3。
阶梯式组合钻具为两级阶梯钻具，包括自前向后依次组装连接的钻孔钻头4、空腹式钻杆5和第三扩孔钻头20，钻孔钻头4的直径＜第三扩孔钻头20的直径，空腹式钻杆5的直径＜双通道护孔钻杆1的直径，空腹式钻杆5的直径＜钻孔钻头4的直径，双通道护孔钻杆1的直径≤第三扩孔钻头20的直径。
钻孔钻头4的后端中心沿轴向开设有后侧敞口的柱形空槽9，柱形空槽9的直径与空腹式钻杆5的内径相同，钻孔钻头4的后端一体成型有第一外螺纹接头，空腹式钻杆5的前端部内圆加工有与第一外螺纹接头螺纹配合连接的第一内螺纹接头，空腹式钻杆5的前端与钻孔钻头4的后端对接，柱形空槽9的后端与空腹式钻杆5的内孔前端对应连通，钻孔钻头4的顶部及其前端相邻两个刀具两翼间分别沿轴向设有柱形通道10，柱形通道10的后端与柱形空槽9连通，空腹式钻杆5的后端一体成型有第二外螺纹接头，空腹式钻杆5的内孔作为流体通道2；
第三扩孔钻头20为具有中心孔的中空柱结构，第三扩孔钻头20的内部同中心设有第六内管21，第六内管21的直径与空腹式钻杆5的直径相同，第六内管21的后端与第三扩孔钻头20的后端对齐，第三内管15的前端向前伸出第三扩孔钻头20的前端，第六内管21与第三扩孔钻头20之间通过若干块圆周阵列设置的第五扇形块22焊接固定，第六内管21的前端部内圆加工有与第二外螺纹接头螺纹配合连接的第十一内螺纹接头，第六内管21的前端与空腹式钻杆5的后端对接，第六内管21的后端部外圆加工有第十一外螺纹接头，第三扩孔钻头20的后端部外圆加工有第十二外螺纹接头，第六内管21的内孔作为流体通道2，第六内管21与第三扩孔钻头20之间环腔作为排渣通道3。
双通道护孔钻杆1的外径≤第三扩孔钻头20的外径，双通道护孔钻杆1的内径与第三扩孔钻头20的内径相同，双通道护孔钻杆1的内部同中心设置有第五内管18，第五内管18的直径与第六内管21的直径相同，第五内管18的两端分别对应与双通道护孔钻杆1的两端对齐，第五内管18与双通道护孔钻杆1之间通过若干块圆周阵列设置的第四扇形块19焊接固定，各块第四扇形块19分别与各块第五扇形块22一一前后对应，第五内管18的前端部内圆加工有与第十一外螺纹接头螺纹配合连接的第七内螺纹接头，双通道护孔钻杆1的前端部内圆加工有与第十二外螺纹接头螺纹配合连接的第八内螺纹接头，第五内管18的前端与第六内管21的后端对接，双通道护孔钻杆1的前端与第三扩孔钻头20的后端对接，第五内管18的后端部外圆加工有第九外螺纹接头，双通道护孔钻杆1的后端部外圆加工有第十外螺纹接头，第九外螺纹接头与第十一外螺纹接头的结构大小相同，第十外螺纹接头与第十二外螺纹接头的结构大小相同，第五内管18的内孔作为流体通道2，第五内管18与双通道护孔钻杆1之间环腔作为排渣通道3。
空腹式钻杆5和双通道护孔钻杆1的外表面沿轴向分别设有2-4条圆周阵列布置的螺旋刻槽或螺旋凸棱23，螺旋刻槽或螺旋凸棱23的截面形状为弧形、梯形或矩形结构，相邻的两个螺旋刻槽或螺旋凸棱23之间的距离为10-100mm，螺旋刻槽的深度或螺旋凸棱的高度为0-10mm；
钻孔钻头4的直径为45-95mm，第三扩孔钻头20的直径与钻孔钻头4的直径比值为a，1＜a＜2；
空腹式钻杆5的直径为45-95mm，双通道护孔钻杆1的直径与空腹式钻杆5的直径比值为b，1＜b＜2。
实施例二的工作原理与实施例一的工作原理相同，不再赘述。
需要说明的是，本发明的阶梯式组合钻具还可以是四级阶梯钻具、五级阶梯钻具甚至更多级阶梯钻具，级数与钻头的个数相同，钻头自前向后的直径逐级增大，第一级钻头为钻孔钻头4，第二级钻头及以上级数的钻头均为扩孔钻头。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：包括阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆，阶梯式组合钻具的后端与双通道护孔钻杆的前端同轴固定连接，阶梯式组合钻具的直径自前向后逐渐增大，双通道护孔钻杆的直径小于等于阶梯式组合钻具的后端直径，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆的内部设有同中心相连通的流体通道，阶梯式组合钻具和双通道护孔钻杆的内部还设有位于流体通道外且相连通的排渣通道。
2.根据权利要求1所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：阶梯式组合钻具为三级阶梯钻具，包括自前向后依次组装连接的钻孔钻头、空腹式钻杆、第一扩孔钻头、扩孔钻杆和第二扩孔钻头，钻孔钻头的直径＜第一扩孔钻头的直径＜第二扩孔钻头的直径，空腹式钻杆的直径＜扩孔钻杆的直径＜双通道护孔钻杆的直径，空腹式钻杆的直径＜钻孔钻头的直径，扩孔钻杆的直径≤第一扩孔钻头的直径，双通道护孔钻杆的直径≤第二扩孔钻头的直径。
3.根据权利要求1所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：阶梯式组合钻具为两级阶梯钻具，包括自前向后依次组装连接的钻孔钻头、空腹式钻杆和第三扩孔钻头，钻孔钻头的直径＜第三扩孔钻头的直径，空腹式钻杆的直径＜双通道护孔钻杆的直径，空腹式钻杆的直径＜钻孔钻头的直径，双通道护孔钻杆的直径≤第三扩孔钻头的直径。
4.根据权利要求2所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：钻孔钻头的后端中心沿轴向开设有后侧敞口的柱形空槽，柱形空槽的直径与空腹式钻杆的内径相同，钻孔钻头的后端一体成型有第一外螺纹接头，空腹式钻杆的前端部内圆加工有与第一外螺纹接头螺纹配合连接的第一内螺纹接头，空腹式钻杆的前端与钻孔钻头的后端对接，柱形空槽的后端与空腹式钻杆的内孔前端对应连通，钻孔钻头的顶部及其前端相邻两个刀具两翼间分别沿轴向设有柱形通道，柱形通道的后端与柱形空槽连通，空腹式钻杆的后端一体成型有第二外螺纹接头，空腹式钻杆的内孔作为流体通道；
第一扩孔钻头为具有中心孔的中空柱结构，第一扩孔钻头的内部同中心设有第一内管，第一内管的直径与空腹式钻杆的直径相同，第一内管的后端与第一扩孔钻头的后端对齐，第一内管的前端向前伸出第一扩孔钻头的前端，第一内管与第一扩孔钻头之间通过若干块圆周阵列设置的第一扇形块焊接固定，第一内管的前端部内圆加工有与第二外螺纹接头螺纹配合连接的第二内螺纹接头，第一内管的前端与空腹式钻杆的后端对接，第一内管的后端部外圆加工有第三外螺纹接头，第一扩孔钻头的后端部外圆加工有第四外螺纹接头，第一内管的内孔作为流体通道，第一内管与第一扩孔钻头之间环腔作为排渣通道。
5.根据权利要求4所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：扩孔钻杆的外径≤第一扩孔钻头的外径，扩孔钻杆的内径与第一扩孔钻头的内径相同，扩孔钻杆的内部同中心设置有第二内管，第二内管的直径与第一内管的直径相同，第二内管的两端分别对应与扩孔钻杆的两端对齐，第二内管与扩孔钻杆之间通过若干块圆周阵列设置的第二扇形块焊接固定，各块第二扇形块分别与各块第一扇形块一一前后对应，第二内管的前端部内圆加工有与第三外螺纹接头螺纹配合连接的第三内螺纹接头，扩孔钻杆的前端部内圆加工有与第四外螺纹接头螺纹配合连接的第四内螺纹接头，第二内管的前端与第一内管的后端对接，扩孔钻杆的前端与第一扩孔钻头的后端对接，第二内管的后端部外圆加工有第五外螺纹接头，扩孔钻杆的后端部外圆加工有第六外螺纹接头，第二内管的内孔作为流体通道，第二内管与扩孔钻杆之间环腔作为排渣通道；
第二扩孔钻头为具有中心孔的中空柱结构，第二扩孔钻头的内部同中心设有第三内管，第三内管的直径与第二内管的直径相同，第三内管的后端与第二扩孔钻头的后端对齐，第三内管的前端向前伸出第二扩孔钻头的前端，第三内管与第二扩孔钻头之间通过若干块圆周阵列设置的第三扇形块焊接固定，各块第三扇形块分别与各块第二扇形块一一前后对应，第三内管与第二扩孔钻头之间还设置有同轴套在第三内管前侧部且位于各块第三扇形块前侧的第四内管，第四内管的后端固定连接在各块第三扇形块的前侧面，第四内管的前端与第三内管的前端对齐，第四内管的直径与扩孔钻杆的直径相同，第三内管的前端部内圆加工有与第五外螺纹接头螺纹配合连接的第五内螺纹接头，第四内管的前端部内圆加工有与第六外螺纹接头螺纹配合连接的第六内螺纹接头，第三内管的后端部外圆加工有第七外螺纹接头，第二扩孔钻头的后端部外圆加工有第八外螺纹接头，第三内管的内孔作为流体通道，第三内管与第二扩孔钻头之间环腔作为排渣通道。
6.根据权利要求5所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：双通道护孔钻杆的外径≤第二扩孔钻头的外径，双通道护孔钻杆的内径与第二扩孔钻头的内径相同，双通道护孔钻杆的内部同中心设置有第五内管，第五内管的直径与第三内管的直径相同，第五内管的两端分别对应与双通道护孔钻杆的两端对齐，第五内管与双通道护孔钻杆之间通过若干块圆周阵列设置的第四扇形块焊接固定，各块第四扇形块分别与各块第三扇形块一一前后对应，第五内管的前端部内圆加工有与第七外螺纹接头螺纹配合连接的第七内螺纹接头，双通道护孔钻杆的前端部内圆加工有与第八外螺纹接头螺纹配合连接的第八内螺纹接头，第五内管的前端与第三内管的后端对接，双通道护孔钻杆的前端与第二扩孔钻头的后端对接，第五内管的后端部外圆加工有第九外螺纹接头，双通道护孔钻杆的后端部外圆加工有第十外螺纹接头，第九外螺纹接头与第七外螺纹接头的结构大小相同，第十外螺纹接头与第八外螺纹接头的结构大小相同，第五内管的内孔作为流体通道，第五内管与双通道护孔钻杆之间环腔作为排渣通道。
7.根据权利要求6所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：空腹式钻杆、扩孔钻杆和双通道护孔钻杆的外表面沿轴向分别设有2-4条圆周阵列布置的螺旋刻槽或螺旋凸棱，螺旋刻槽或螺旋凸棱的截面形状为弧形、梯形或矩形结构，相邻的两个螺旋刻槽或螺旋凸棱之间的距离为10-100mm，螺旋刻槽的深度或螺旋凸棱的高度为0-10mm；
钻孔钻头的直径为45-95mm，第一扩孔钻头的直径与钻孔钻头的直径比值以及第二扩孔钻头的直径与第一扩孔钻头的直径比值均为a，1＜a＜2；
空腹式钻杆的直径为45-95mm，扩孔钻杆的直径与空腹式钻杆的直径比值以及双通道护孔钻杆的直径与扩孔钻杆的直径比值均为b，1＜b＜2。
8.根据权利要求3所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：钻孔钻头的后端中心沿轴向开设有后侧敞口的柱形空槽，柱形空槽的直径与空腹式钻杆的内径相同，钻孔钻头的后端一体成型有第一外螺纹接头，空腹式钻杆的前端部内圆加工有与第一外螺纹接头螺纹配合连接的第一内螺纹接头，空腹式钻杆的前端与钻孔钻头的后端对接，柱形空槽的后端与空腹式钻杆的内孔前端对应连通，钻孔钻头的顶部及其前端相邻两个刀具两翼间分别沿轴向设有柱形通道，柱形通道的后端与柱形空槽连通，空腹式钻杆的后端一体成型有第二外螺纹接头，空腹式钻杆的内孔作为流体通道；
第三扩孔钻头为具有中心孔的中空柱结构，第三扩孔钻头的内部同中心设有第六内管，第六内管的直径与空腹式钻杆的直径相同，第六内管的后端与第三扩孔钻头的后端对齐，第三内管的前端向前伸出第三扩孔钻头的前端，第六内管与第三扩孔钻头之间通过若干块圆周阵列设置的第五扇形块焊接固定，第六内管的前端部内圆加工有与第二外螺纹接头螺纹配合连接的第十一内螺纹接头，第六内管的前端与空腹式钻杆的后端对接，第六内管的后端部外圆加工有第十一外螺纹接头，第三扩孔钻头的后端部外圆加工有第十二外螺纹接头，第六内管的内孔作为流体通道，第六内管与第三扩孔钻头之间环腔作为排渣通道。
9.根据权利要求8所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：双通道护孔钻杆的外径≤第三扩孔钻头的外径，双通道护孔钻杆的内径与第三扩孔钻头的内径相同，双通道护孔钻杆的内部同中心设置有第五内管，第五内管的直径与第六内管的直径相同，第五内管的两端分别对应与双通道护孔钻杆的两端对齐，第五内管与双通道护孔钻杆之间通过若干块圆周阵列设置的第四扇形块焊接固定，各块第四扇形块分别与各块第五扇形块一一前后对应，第五内管的前端部内圆加工有与第十一外螺纹接头螺纹配合连接的第七内螺纹接头，双通道护孔钻杆的前端部内圆加工有与第十二外螺纹接头螺纹配合连接的第八内螺纹接头，第五内管的前端与第六内管的后端对接，双通道护孔钻杆的前端与第三扩孔钻头的后端对接，第五内管的后端部外圆加工有第九外螺纹接头，双通道护孔钻杆的后端部外圆加工有第十外螺纹接头，第九外螺纹接头与第十一外螺纹接头的结构大小相同，第十外螺纹接头与第十二外螺纹接头的结构大小相同，第五内管的内孔作为流体通道，第五内管与双通道护孔钻杆之间环腔作为排渣通道。
10.根据权利要求9所述的松软煤层阶梯式切削护孔钻具，其特征在于：空腹式钻杆和双通道护孔钻杆的外表面沿轴向分别设有2-4条圆周阵列布置的螺旋刻槽或螺旋凸棱，螺旋刻槽或螺旋凸棱的截面形状为弧形、梯形或矩形结构，相邻的两个螺旋刻槽或螺旋凸棱之间的距离为10-100mm，螺旋刻槽的深度或螺旋凸棱的高度为0-10mm；
钻孔钻头的直径为45-95mm，第三扩孔钻头的直径与钻孔钻头的直径比值为a，1＜a＜2；
空腹式钻杆的直径为45-95mm，双通道护孔钻杆的直径与空腹式钻杆的直径比值为b，1＜b＜2。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118372035A (zh) * | 2024-06-25 | 2024-07-23 | 山西顺源电气设备有限公司 | 一种用于配电柜生产的打孔装置及其操作方法 |
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