一种拖动式筛孔护壁钻头.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102261224 A (43)申请公布日 2011.11.30 CN 102261224 A *CN102261224A* (21)申请号 201110226719.3 (22)申请日 2011.08.09 E21B 10/43(2006.01) E21B 10/00(2006.01) (71)申请人 湖南省煤炭科学研究所 地址 410004 湖南省长沙市雨花区井奎路 41 号 (72)发明人 周松元 黄渊跃 (54) 发明名称 一种拖动式筛孔护壁钻头 (57) 摘要 本发明公开了一种拖动式筛孔护壁钻头。本 发明的工作过程基本上分成三个阶段 : 第一阶段 为正常钻进

2、 ； 第二阶段为采用本发明装置并下筛 孔管 12 钻进 ； 第三阶段为退钻留筛孔管 12。本发 明的目的是提供一种在软煤层钻孔过程中防止挤 孔和抱钻的一种拖动式筛孔护壁钻头。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 CN 102261237 A1/1 页 2 1. 一种拖动式筛孔护壁钻头， 它包括钻头接体 （11） ， 其特征是 ： 固定刀片 （1） 焊接在固 定钻体 （2） 末端 ； 变径刀片 （3） 焊接在伸缩刀体 （4） 上， 伸缩刀体 （4） 通过销轴 （8） 与固定 钻体 （2） 连接 ；

3、固定钻体 （2） 焊接有定位杆 （5） ， 定位杆 （5） 插入伸缩体 （6） 的一个凹槽中 ； 旋转体 （9） 与伸缩体 （6） 间隙配合， 旋转体 （9） 通过销轴 （8） 与棘爪 （7） 连接， 旋转体 （9） 与 两个对称分布的定位块 （10） 连接， 定位块 （10） 焊接固定在钻头接体 （11） 外壁 ； 钻头接体 （11） 焊接有定位杆 （5） ， 定位杆 （5） 插入伸缩体 （6） 的一个凹槽中 ； 钻头接体 （11） 端部设置 有内螺纹。 2. 根据权利要求 1 所述的一种拖动式筛孔护壁钻头， 其特征是所述的变径刀片 （3） 展 开直径大于固定刀片 （1） 。 3. 根据权利

4、要求 1 所述的一种拖动式筛孔护壁钻头， 其特征是所述固定钻体 （2） 设置 有轴向通孔。 4. 根据权利要求 1 所述的一种拖动式筛孔护壁钻头， 其特征是所述伸缩体 （6） 设置有 轴向通孔。 5. 根据权利要求 1 所述的一种拖动式筛孔护壁钻头， 其特征是所述钻头接体 （11） 设置 有轴向通孔。 权 利 要 求 书 CN 102261224 A CN 102261237 A1/3 页 3 一种拖动式筛孔护壁钻头 技术领域 0001 本发明涉及软煤层钻孔施工领域， 尤其涉及一种拖动式筛孔护壁钻头。 背景技术 0002 我国防治煤与瓦斯突出相关法律规定， 具有煤与瓦斯突出的矿井必须进行以消突

5、 为目的的区域性和局部性综合防突措施。 但无论采用何种消突措施， 如煤层瓦斯抽采、 钻孔 排放等， 基础都离不开大量的且要达到一定孔深的钻孔。所以煤矿瓦斯治理和利用的基础 首先要保证措施钻孔到位， 钻孔施工是一切防突措施的基础工作。 0003 湖南省严重突出矿井钻孔施工困难， 如袁家矿区黄牛岭煤矿以煤体粘结性差、 煤 层松散 （硬度系数小于 0.2） 、 瓦斯衰减快 （衰减系数 0.13 d-1） 及钻孔极难成孔而闻名于全 省 ； 2009 年经湖南煤科所与煤科总院重庆分院专家一同在井下验证 ： 袁家矿区蒲溪矿井松 软煤层施钻， 在塌孔卡钻严重时， 电煤钻孔深一般只能达到 6 7m， 而大功率

6、液压钻则只能 达到 4 5m， 喷孔导致钻孔出现缩颈堵孔卡钻， 而不能达到理想的钻进深度， 钻孔成孔率极 低， 实为全国乃至世界罕见。 0004 缩颈现象主要指钻进成孔后的钻孔局部直径小于设计要求。 一般发生在煤层松散 区、 来压区和瓦斯喷孔区段， 其中以瓦斯喷孔区段随钻随塌， 是造成卡钻、 钻进难的主要原 因。 0005 产生缩颈原因分析 ： 1、 在流塑状态的高瓦斯喷孔区域， 由于钻杆在该区域旋转拖 动的振荡作用， 若煤体不能及时顺利输出孔内， 大量的松散煤体填充进来， 则形成钻孔在该 区域的缩颈， 甚至完全的塌孔或堵孔。 2、 钻头在饱和瓦斯煤体中被抱着， 使之负荷过大或不 能继续钻进，

7、 出现抱钻与顶钻现象发生。 3、 钻杆在钻头旋转式向深部推进带动下迅速把煤 体粉碎和挤开， 孔壁周围煤粒之间的瓦斯不能很快向外扩散而形成空隙压力， 当钻杆拔出 后， 因为松散煤体强度低， 在孔壁周围空隙压力的作用下， 把钻孔局部挤成缩颈。 0006 在软体煤层钻探工程中， 为防止钻孔缩颈区段孔壁的坍塌， 而利用硬质管材安装 到钻孔内， 以维护钻孔的技术措施， 称筛孔管护孔。一些煤矿中遇到的问题是 ： 煤体特别松 散， 产生严重的缩颈现象， 施钻时钻孔随钻随垮， 出现卡钻抱钻等钻孔事故， 钻孔长度不能 达到设计要求， 更不能靠成孔抽钻后， 再下套护孔。 护孔工艺的设计必须是筛孔管与钻杆同 时钻进

8、， 套钻跟进一次成孔。 下套方式二种， 一是利用钻机推进筛孔管， 全程护孔， 二是设计 专用钻头孔底拖动筛孔管， 针对局部缩颈的地段进行护壁保孔。 0007 推进式下筛孔管方式， 是利用钻机随机推进筛孔管， 钻孔全程下套护孔， 但存在孔 口风力排渣封孔器二次密封困难， 虽经过多次试验， 效果不理想。 考虑到顶钻卡钻的部位性 很强， 只在缩颈地段发生， 在该区段内考虑拖埋护孔钢管或塑料管， 能防止喷孔塌孔后钻孔 堵塞， 因此， 采用拖动式下套方式， 有针对性地对煤孔缩颈区 14 进行下套护孔。 发明内容 0008 本发明的目的是提供一种在软煤层钻孔过程中防止挤孔和抱钻的一种拖动式筛 说 明 书

9、CN 102261224 A CN 102261237 A2/3 页 4 孔护壁钻头。 0009 为实现以上目的， 本发明采用的技术方案 ： 一种拖动式筛孔护壁钻头， 它包括钻头 接体 （11） ， 其特征是 ： 固定刀片 （1） 焊接在固定钻体 （2） 末端 ； 变径刀片 （3） 焊接在伸缩刀 体 （4） 上， 伸缩刀体 （4） 通过销轴 （8） 与固定钻体 （2） 连接 ； 固定钻体 （2） 焊接有定位杆 （5） ， 定位杆 （5） 插入伸缩体 （6） 的一个凹槽中 ； 旋转体 （9） 与伸缩体 （6） 间隙配合， 旋转体 （9） 通过销轴 （8） 与棘爪 （7） 连接， 旋转体 （9）

10、与两个对称分布的定位块 （10） 连接， 定位块 （10） 焊接固定在钻头接体 （11） 外壁 ； 钻头接体 （11） 焊接有定位杆 （5） ， 定位杆 （5） 插入伸缩体 （6） 的一个凹槽中 ； 钻头接体 （11） 端部设置有内螺纹。 0010 所述的变径刀片 （3） 展开直径大于固定刀片 （1） 。 0011 所述固定钻体 （2） 设置有轴向通孔。 0012 所述伸缩体 （6） 设置有轴向通孔。 0013 所述钻头接体 （11） 设置有轴向通孔。 0014 本发明的有益效果 ： 在松软煤层施钻过程中， 针对钻孔缩颈区下套护孔， 保证持续 钻进， 大大增加了前方煤体发生突出危险关键部位的揭

11、露面， 提高了钻孔的成孔率， 从而提 高了钻孔的防突效率和瓦斯抽采效果， 是一种有效的小型防突装备。 附图说明 0015 图 1 为本发明的装配主视图 ； 图 2 为本发明的装配仰视图 ； 图 3 为本发明在下筛孔管 （12） 钻进工作过程图 ； 图 4 为本发明退钻过程中的装配主视图 ； 图 5 本发明在退钻留筛孔管 （12） 的工作过程图。 0016 如图标注所示 ： 1、 固定刀片 ； 2、 固定钻体 ； 3、 变径刀片 ； 4、 伸缩刀体 ； 5、 定位杆 ； 6、 伸缩体 ； 7、 棘爪 ； 8、 销轴 ； 9、 旋转体 ； 10、 定位块 ； 11、 钻头接体 ； 12、 筛孔管

12、； 13、 钻杆 ； 14、 煤孔缩颈区。 具体实施方式 0017 如图 1-2 所示， 本发明的各部件之间的装配关系为 ： 固定刀片 1 焊接在固定钻体 2 末端 ； 变径刀片 3 焊接在伸缩刀体 4 上， 伸缩刀体 4 通过销轴 8 与固定钻体 2 连接 ； 固定钻 体2焊接有定位杆5， 定位杆5插入伸缩体6的一个凹槽中 ； 旋转体9与伸缩体6间隙配合， 旋转体 9 通过销轴 8 与棘爪 7 连接， 旋转体 9 与两个对称分布的定位块 10 连接， 定位块 10 焊接固定在钻头接体 11 外壁 ； 钻头接体 11 焊接有定位杆 5， 定位杆 5 插入伸缩体 6 的一个 凹槽中 ； 钻头接体

13、 11 端部设置有内螺纹。 0018 在松软煤层施钻过程中， 本发明的工作过程基本上分成三个阶段 ： 第一阶段为正常钻进 ： 钻机正常钻进过程中， 采用常规钻头对煤层钻孔。 若遇到煤孔缩 颈区 14， 出现卡钻预兆时， 钻孔又未达到规定孔深， 则要求保持钻机稳固， 钻孔方位不变， 吹 排出孔内钻粉， 同时退出钻头， 进行下一步筛孔管 12 接入工作 ； 第二阶段下筛孔管12钻进 ： 如图3所示, 第二阶段采用本发明装置， 拖入筛孔管12对 煤孔缩颈区 14 护壁， 本发明的钻头接体 11 通过钻杆 13 与钻机连接。在下筛孔管 12 过程 说 明 书 CN 102261224 A CN 102

14、261237 A3/3 页 5 中， 由于煤层的阻力作用， 伸缩体 6 顶住伸缩刀体 4， 由于伸缩刀体 4 上固定有变径刀片 3， 从而保证变径刀片 3 以最大孔径正常工作。在钻孔过程中会产生钻粉， 采用风力排渣工艺， 高压风从固定钻体 2、 伸缩体 6、 筛孔管 12 的轴向通孔通入， 用来排出孔内钻粉。在下筛孔 管12过程中， 棘爪7通过筛孔管12上的定位孔勾住筛孔管12， 并且带动筛孔管12前进 ； 在 本发明装置旋转前进过程中， 旋转体 9 相对钻孔不转而沿直线前进， 从而保证筛孔管 12 只 沿直线前进， 将筛孔管 12 拖装到位 ； 第三阶段为退钻留筛孔管 12 ： 如图 4-5

15、 所示， 本发明将筛孔管 12 拖入煤孔缩颈区段 后， 退钻， 棘爪 7 收缩留下筛孔管 12， 煤孔缩颈区 14 压紧筛孔管 12， 筛孔管 12 留在煤孔缩 颈区 14， 起到护壁作用。在退钻过程中本发明装置各部件之间的运动关系 ： 固定钻体 2 相 对于伸缩体 6 轴向运动， 定位杆 5 在伸缩体 6 凹槽沿轴向直线运动， 从而保证固定钻体 2 与 伸缩体 6 不分离 ； 伸缩刀体 4 绕销轴 8 转动， 从而使刀体 4 隐藏于固定钻体 2 侧壁空腔内 ； 在退钻过程中， 棘爪 7 绕销轴 8 转动， 从而棘爪 7 与筛孔管 12 分离。 说 明 书 CN 102261224 A CN 102261237 A1/5 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102261224 A CN 102261237 A2/5 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102261224 A CN 102261237 A3/5 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102261224 A CN 102261237 A4/5 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102261224 A CN 102261237 A5/5 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 102261224 A