钻探异常封堵新型组合钻具连接结构技术领域
本发明属于矿井用钻具机械技术领域，具体涉及一种钻探异常封堵新型组合钻具
连接结构。
背景技术
随着煤矿安全技术装备水平不断提高，煤矿水害预防治理技术相对而言明显滞
后。面对煤矿水害事故频发的现状，政府煤矿安全主管部门制定了严格的探放水规定、措
施。根据《煤矿防治水规定》要求，采掘工作面接近至探水警戒线后应当进行探放水。煤层内
探放水原则上禁止探放水压高于1MPa的水源。对于某些特定情况更是规定了必须在安装止
水套管后，方可进行探放水作业。对于某些钻孔设计密度大、孔数多的探放水设计，安装止
水套管作业施工难度大，工作量大，各封孔管在煤头集中布置相互影响，势必延长钻探施工
过程并严重影响掘进进度。为有效封堵探水钻孔探透异常区后的钻探出水、有害气体涌出
等问题，保障钻探施工人员及其他作业人员的安全，设计制造一种工况稳定、可靠性高、封
堵密闭性好的钻探异常封堵组合钻具，有着现实的紧迫要求。
传统煤矿井下施工探放水及瓦斯抽放钻孔时，对钻探透空后形成的钻孔出水、有
害气体涌出无法进行快速有效封堵。对于某些特定情况更是规定了必须在安装止水套管
后，方可进行探放水作业。对于某些钻孔设计密度大、孔数多的探放水设计，安装止水套管
作业施工难度大，工作量大，各封孔管在煤头集中布置相互影响，势必延长钻探施工过程并
严重影响掘进进度。另外，煤矿井下钻探受钻孔施工原理制约，钻头与钻杆直径之差必须大
于钻进产生岩屑最大粒径，以便排除钻屑维持钻进。由此，封堵钻孔必须提前施工钻孔封孔
管。先将钻孔扩孔至内径可容纳钻头的钢制孔口封孔管外径，并留有适当余量。移除钻机将
封孔管安装到位并实施注浆或缠麻固定，打压试验合格后方可重新安设钻机通过封孔管管
口阀门继续钻进。由此可见，传统封孔方法工艺繁琐，施工周期长，封堵效果受封孔管长度
及封孔管耐腐蚀强度制约，弊端显而易见。本发明创造恰恰解决了这一技术难题，在出现此
类险情时对钻孔能实现快速、有效的紧急封堵，从而快速消除透水和有害气体涌出的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻探异常封堵新型组合钻具连接结构。本发明有效解
决了在未安装孔口封孔管的情况下，对钻探透空后形成的钻孔出水、有害气体涌出进行快
速有效封堵的技术难题。提高了探放水施工进度，保障了探水作业安全。
本发明采用的技术方案：一种钻探异常封堵新型组合钻具连接结构，它包括前接
杆、后接杆、对接挡圈、密封套和橡胶密封圈，前接杆为一圆柱形结构，前接杆沿轴向方向的
杆体内部开设有通孔，前接杆的前端端部外圆上凸起设置有一直径大于前接杆杆体直径的
凸环，在前接杆前端端头部开设有一段用于安装钻具钻头的第一螺纹孔，在前接杆后端端
头部处开设有一段第二螺纹孔；后接杆为一圆柱形结构，后接杆沿轴向方向的杆体内部开
设有通孔，后接杆一端的端部外圆开设有一段与钻具连接的第一丝杆，后接杆另一端的端
部开设有一段第三螺纹孔，在后接杆的杆体中部的等高段处沿圆周方向设置有等间距的四
个等高槽形结构；对接挡圈为四阶的梯形圆柱结构，从左至右依次为第二丝杆、圆柱杆、圆
柱挡圈和第三丝杆，其中，第二螺纹孔的孔径与第二丝杆的直径相同，第三螺纹孔的孔径与
第三丝杆的直径相同，圆柱杆的直径与前接杆的杆体直径相同，圆柱挡圈的直径高出前接
杆直径一定距离；密封套是由尼龙材料制成的中空圆形套体结构，所述中空圆形套体结构
的内径与前接杆的杆体直径相同，在密封套的外圆上设置有数个环形槽，环形槽内安装有
橡胶密封圈；前接杆通过第二螺纹孔与对接挡圈的第二丝杆连接，对接挡圈通过第三丝杆
与后接杆的第三螺纹孔连接；密封套套装在前接杆杆体上位于凸环和圆柱挡圈之间，其中，
密封套与凸环之间设置有橡胶密封圈，密封套与圆柱挡圈之间设置有橡胶密封圈。
进一步地，所述的第一丝杆的直径与第一螺纹孔的直径相同。
进一步地，所述的第二螺纹孔和第三螺纹孔孔径相同。
进一步地，所述的密封套的外圆直径高出圆柱挡圈的直径一定距离，且与钻具钻
头的直径相同；所述密封套在靠近凸环一端的端部处设置有一段直径逐渐减小的锥度段，
且该锥度段的锥度为3度。
进一步地，所述的对接挡圈沿轴向方向设置有通孔。
进一步地，所述的后接杆的杆径与前接杆的杆径相同。
进一步地，所述的密封套的长度等于前接杆杆体和圆柱杆的长度之和。
本发明与现有技术相比其有益效果是：本发明结构设计合理，可靠性高，封堵密闭
性好，适用于煤矿井下施工探放水及瓦斯抽放钻孔时，出现透水险情时对钻孔能实现快速、
有效的紧急封堵，从而消除透水隐患。本发明可应用于各类小仰角至垂直俯角钻孔的及时
有效封堵，提高钻探速度，降低钻探事故发生率。
附图说明
图1为本发明的半剖结构示意图；
图2为本发明中对接挡圈的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种钻探异常封堵新型组合钻具连接结构，它包括前接杆1、后接杆2、
对接挡圈3、密封套4和橡胶密封圈5，前接杆1为一圆柱形结构，前接杆1沿轴向方向的杆体
内部开设有通孔6，前接杆1的前端端部外圆上凸起设置有一直径大于前接杆1杆体直径的
凸环7，在前接杆1前端端头部开设有一段用于安装钻具钻头的第一螺纹孔8，在前接杆1后
端端头部处开设有一段第二螺纹孔9；后接杆2为一圆柱形结构，后接杆2沿轴向方向的杆体
内部开设有通孔6，后接杆2一端的端部外圆开设有一段与钻具连接的第一丝杆10，后接杆2
另一端的端部开设有一段第三螺纹孔11，在后接杆2的杆体中部的等高段处沿圆周方向设
置有用于起夹持操作的等间距的四个等高槽形结构12；如图2，对接挡圈3为四阶的梯形圆
柱结构，从左至右依次为第二丝杆13、圆柱杆14、圆柱挡圈15和第三丝杆16，其中，第二螺纹
孔9的孔径与第二丝杆13的直径相同，第三螺纹孔11的孔径与第三丝杆16的直径相同，圆柱
杆14的直径与前接杆1的杆体直径相同，圆柱挡圈15的直径高出前接杆1直径一定距离；密
封套4是由尼龙材料制成的中空圆形套体结构，所述中空圆形套体结构的内径与前接杆1的
杆体直径相同，在密封套4的外圆上设置有数个环形槽，环形槽内安装有橡胶密封圈5；前接
杆1通过第二螺纹孔9与对接挡圈3的第二丝杆13连接，对接挡圈3通过第三丝杆16与后接杆
2的第三螺纹孔11连接；密封套4套装在前接杆1杆体上位于凸环7和圆柱挡圈15之间，其中，
密封套4与凸环7之间设置有橡胶密封圈5，密封套4与圆柱挡圈15之间设置有橡胶密封圈5。
本发明中第一丝杆10的直径与第一螺纹孔8的直径相同。第二螺纹孔9和第三螺纹孔11孔径
相同。所述的密封套4的外圆直径高出圆柱挡圈15的直径一定距离，且与钻具钻头的直径相
同；所述密封套4在靠近凸环7一端的端部处设置有一段直径逐渐减小的锥度段17，且该锥
度段17的锥度为3度。后接杆2的杆径与前接杆1的杆径相同。密封套4的长度等于前接杆1杆
体和圆柱杆14的长度之和。
本发明从钻头与钻杆间的直径差入手，利用适当材料填补钻孔内壁与钻杆之间的
空隙。材料具体要求：与煤壁摩擦系数小、韧性好，容许少量变形，推进中不至于卡死、耐腐
蚀，对老空水腐蚀显现稳定、抗压强度适当，不轻易产生塑性形变等特点。尼龙材料在满足
上述所有要求的同时更有易加工、不变性的优点，适合在井下长期备用存放。为进一步增强
组合钻具的密封性能，在金属钻杆与尼龙密封套结合端口以及密封套的套体上增设数道O
型橡胶密封圈，使得该钻具具备了良好的水密性和气密性。采用本发明结构的钻具可应用
于各类小仰角至垂直俯角钻孔的及时有效封堵，提高钻探速度，降低钻探事故发生率。利用
尼龙材料的韧性、橡胶材料的密封性，与金属钻具相互组合，在不增加钻孔施工难度的情况
下，对钻孔实施封堵。经过实验，该钻具封堵水压为2MPa的防尘静压水可以达到滴水不漏。
经济效益以山西阳泉固庄煤矿为例每年可节约钻孔封孔管材料钢管、法兰盘、封孔浆液等
材料费不少于11.4万元。更为重要的是使用该组合钻具能够保障钻探施工和其他井下作业
人员的安全，避免因探放水作业而发生淹井、淹巷的重大水害事故，其安全效益无法估量。