松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，可有效解決松軟破碎煤層中瓦斯抽采孔深孔鉆進困難及成孔效果差的問題，解決的技術方案是，鉆頭與鉆頭連接件連接在一起，鉆頭連接件置于套管內，套管上端有頂帽，鉆頭連接件上套裝有彈簧，彈簧上、下端分別由墊圈和頂帽固定，擴孔刀具開閉構件置于套管內，由一對刮刀、心軸和刀具管構成，刮刀裝在套管內的刮刀槽中，一端通過心軸與刀具管連接，構成固定旋轉結構，沿刮刀外邊界由上至下鑲嵌有金剛石復合片，刀具管下端、套管下端分別與鉆桿連接件連接，鉆桿連接件下端與鉆桿連接，本發明有效提高了瓦斯抽采孔施工的速度，是松軟破碎煤層瓦斯抽采孔鉆進裝置上的創新。
【專利說明】 松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦瓦斯抽采領域，特別是一種松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置。
【背景技術】
[0002]一直以來，高瓦斯礦井瓦斯抽采是煤礦安全高效生產的前提，是實現礦井最大經濟效益的關鍵因素。目前，瓦斯抽采孔成孔一般利用鉆頭和鉆桿的接長實施鉆進作業，成孔后，對鉆孔未進行任何處理便實施抽采工藝。這種成孔工藝比較適用于中硬煤層，而在松軟破碎煤層中，常表現出:①鉆進過程中，鉆孔穩定性差，孔壁常出現前鉆后塌的現象，成孔質量差由于鉆孔孔壁大面積的坍塌，鉆渣的排出通道受阻，頻繁出現卡鉆、抱鉆現象，很難實現深孔鉆進，鉆孔深度達不到設計的要求；③鉆具(鉆桿、鉆頭)退出鉆孔后，孔壁常出現大面積的坍塌，堵塞了瓦斯的涌出通道，嚴重影響了瓦斯的抽采效果。傳統的做法是鉆進至設計位置后取出鉆具，然后下套管。但由于松軟破碎煤層鉆孔的穩定性差，鉆具取出后便出現塌孔，導致套管很難下到孔底；現階段，一些學者和科研單位采用加大鉆孔直徑，在鉆進到預設位置后，在鉆具的中心通道內下放套管，這種方式一定程度上解決了套管下放不到位的困難，不僅鉆進速度慢，而且很難進行深孔鉆進，工作面深部的瓦斯抽采問題依然存在。因此，研制出一種瓦斯抽采孔跟管鉆進的擴孔裝置實現邊鉆進邊跟進套管的方法是解決松軟破碎煤層瓦斯抽采效率的關鍵難題，故改進和創新勢在必行。
【發明內容】
[0003]針對上述情況，為解決現有技術之缺陷，本發明之目的就是提供一種松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，可有效解決松軟破碎煤層中瓦斯抽采孔深孔鉆進困難及成孔效果差的問題。
[0004]本發明解決的技術方案是，包括鉆頭、鉆頭連接件、擴孔刀具開閉構件、套管和鉆桿連接件，鉆頭與鉆頭連接件連接在一起，鉆頭連接件置于套管內，套管上端有頂帽，鉆頭連接件上套裝有彈簧，彈簧上、下端分別由墊圈和頂帽固定，在彈簧的作用下，鉆頭連接件上下滑動，擴孔刀具開閉構件置于套管內，由一對刮刀、心軸和刀具管構成，刮刀裝在套管內的刮刀槽中，一端通過心軸與刀具管連接，構成固定旋轉結構，沿刮刀外邊界由上至下鑲嵌一排金剛石復合片，刀具管下端、套管下端分別與鉆桿連接件連接，鉆桿連接件下端與鉆桿連接，鉆桿不斷接長實現深孔鉆進，在鉆頭受外部壓力作用下，彈簧壓縮，鉆頭連接件向刮刀傳遞壓力，迫使刮刀沿心軸旋轉張開，并從套管中的刮刀槽擴展，達到擴孔直徑的要求，在鉆桿傳遞給鉆頭和套管扭矩的情況下，套管和刀具管帶動刮刀旋轉擴孔，實現瓦斯孔邊鉆進邊擴孔的功能，撤掉鉆頭的壓力，在彈簧彈力的作用下，鉆頭與鉆頭連接件向上滑動，刮刀回到閉合狀態。
[0005]本發明有效提高了瓦斯抽采孔施工的速度，節約成本，瓦斯抽采效率高，操作方便，鉆孔穩定性好，是松軟破碎煤層瓦斯抽采孔鉆進裝置上的創新。【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為本發明刮刀張開時的結構主視圖。
[0007]圖2為本發明刮刀閉合時的結構主視圖。
[0008]圖3為本發明的結構俯視圖。
[0009]圖4為本發明的結構側視圖。
[0010]圖5為本發明的結構剖視圖。
[0011]圖6為本發明圖4中A-A的剖面圖。
[0012]圖7為本發明的擴孔刀具開閉構件結構圖。
[0013]圖8為本發明的擴孔刀具開閉構件側視圖。
[0014]圖9為本發明的鉆頭連接件剖面圖。
[0015]圖10為本發明的鉆頭連接件俯視圖。
[0016]圖11為本發明的頂帽剖面圖。
[0017]圖12為本發明的頂帽俯視圖。
[0018]圖13為本發明的套管主視圖。
[0019]圖14為本發明的套管剖面圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0021]由圖1-14給出，本發明包括鉆頭、鉆頭連接件、擴孔刀具開閉構件、套管和鉆桿連接件，鉆頭I與鉆頭連接件9連接在一起，鉆頭連接件9置于套管5內，套管5上端有頂帽4，鉆頭連接件9上套裝有彈簧3，彈簧3上、下端分別由墊圈2和頂帽4固定，在彈簧3的作用下，鉆頭連接件9上下滑動，擴孔刀具開閉構件置于套管5內，由一對刮刀6、心軸10和刀具管11構成，刮刀6裝在套管5內的刮刀槽16中，一端通過心軸10與刀具管11連接，構成固定旋轉結構，沿刮刀6外邊界由上至下鑲嵌一排金剛石復合片7，刀具管11下端、套管5下端分別與鉆桿連接件8連接，鉆桿連接件8下端與鉆桿連接，鉆桿不斷接長實現深孔鉆進，在鉆頭I受外部壓力作用下，彈簧3壓縮，鉆頭連接件9向刮刀6傳遞壓力，迫使刮刀6沿心軸10旋轉張開，并從套管5中的刮刀槽16擴展，達到擴孔直徑的要求，在鉆桿傳遞給鉆頭I和套管5扭矩的情況下，套管5和刀具管11帶動刮刀6旋轉擴孔，實現瓦斯孔邊鉆進邊擴孔的功能，撤掉鉆頭I的壓力，在彈簧3彈力的作用下，鉆頭I與鉆頭連接件9向上滑動，刮刀6回到閉合狀態。
[0022]為了保證使用效果，所述的鉆頭連接件9中心有空腔14，上端有與鉆頭I相匹配的外螺紋，與鉆頭I旋裝在一起，空腔14下端為圓錐形，內部嵌入橡膠墊，當鉆頭I受壓力作用時，鉆頭連接件9向下滑移，刀具管11上端錐形部分正好插入內部使之密封，鉆孔沖洗液通過鉆桿內部依次進入刀具管11、空腔14、鉆頭1，由鉆頭I出水孔進入孔底冷卻鉆頭、沖洗鉆孔，鉆頭連接件9中部外表面形成對稱相間開的臺體，與頂帽4的中頂蓋15形狀相匹配，頂帽4 一方面保持鉆頭連接件9在套管5內滑動，另一方面為鉆頭連接件9傳遞扭矩，帶動鉆頭I旋轉鉆進。
[0023]所述的刮刀6為同心半圓環狀，上部開有與心軸10相配的圓孔，刮刀6能自由繞心軸10旋轉，上部邊線向外呈尖角，在鉆頭連接件9壓向該尖角時，繞心軸10旋轉，下部邊線向內呈圓角，尖角方便刮刀9繞心軸10開閉時，通過套管5中的刮刀槽16，圓角在刮刀槽16內壁的作用下，阻止刮刀6展開過大，退出鉆具時，在跟管的內壁的作用下，刮刀6順利恢復閉合狀態。
[0024]所述的心軸10為實心的軸承鋼制成的圓形，硬度大，耐磨性強，組裝擴孔刀具開閉構件時，心軸10兩端各安裝一個卡子，固定刮刀6的軸向移動。
[0025]所述的刀具管11為中空結構，內部有腔體13，下端有與鉆桿連接件8相匹配的外螺紋，上端為與鉆頭連接件9下端相匹配的臺體，增強沖洗液流通效果，上部為扁平管狀，為刮刀6在套管5內提供空間，增大刮刀6與刀具管11的接觸面積，在刮刀6工作時增強其穩定性，沿扁平方向設有與心軸10相匹配的圓孔，部分沖洗液在心軸10周圍流出，通過刮刀槽16進入孔內，有利于擴孔裝置內的沖洗排渣。
[0026]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護范圍。
[0027]本發明的使用情況是，I)將本發明的擴孔裝置通過鉆桿連接件8與鉆桿連接，實施瓦斯孔擴孔鉆進開孔；2)開孔后，退出鉆具，刮刀6處于閉合狀態，裝入鉆孔護壁套管裝置；3)進行邊鉆孔邊擴孔，護壁套管即時跟進，鉆渣從鉆桿和套管內壁之間的通道排出孔外；4)接長鉆桿和套管，進行深孔鉆進護孔；5)達到設計位置后，停止鉆機推進，刮刀回復到閉合狀態，鉆機帶動鉆具旋轉退出，套管留在孔內護孔。
[0028]本發明結構簡單，在松軟破碎煤層中實現瓦斯孔邊鉆進邊擴孔，護壁套管即時跟進，防止孔壁的坍塌，同時在套管內壁與鉆桿之間提供鉆渣排出通道，提高了鉆進速度和鉆孔所能達到的深度，成孔后拆卸鉆具時，刮刀處于閉合狀態，簡單方便拔出鉆具，有效提高了瓦斯抽采孔施工的速度，節約成本，瓦斯抽采效率高，是松軟破碎煤層瓦斯抽采孔鉆進裝置上的創新，具有良好的經濟和社會效益。
【權利要求】
1.一種松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，包括鉆頭、鉆頭連接件、擴孔刀具開閉構件、套管和鉆桿連接件，其特征在于，鉆頭(I)與鉆頭連接件(9)連接在一起，鉆頭連接件(9)置于套管(5)內，套管(5)上端有頂帽(4)，鉆頭連接件(9)上套裝有彈簧(3)，彈簧(3)上、下端分別由墊圈(2)和頂帽(4)固定，在彈簧(3)的作用下，鉆頭連接件(9)上下滑動，擴孔刀具開閉構件置于套管(5)內，由一對刮刀(6)、心軸(10)和刀具管(11)構成，刮刀(6)裝在套管(5)內的刮刀槽(16)中，一端通過心軸(10)與刀具管(11)連接，構成固定旋轉結構，沿刮刀(6)外邊界由上至下鑲嵌一排金剛石復合片(7)，刀具管(11)下端、套管(5)下端分別與鉆桿連接件(8)連接，鉆桿連接件(8)下端與鉆桿連接，鉆桿不斷接長實現深孔鉆進，在鉆頭(I)受外部壓力作用下，彈簧(3)壓縮，鉆頭連接件(9)向刮刀(6)傳遞壓力，迫使刮刀(6)沿心軸(10)旋轉張開，并從套管(5)中的刮刀槽(16)擴展，達到擴孔直徑的要求，在鉆桿傳遞給鉆頭⑴和套管(5)扭矩的情況下，套管(5)和刀具管(11)帶動刮刀(6)旋轉擴孔，實現瓦斯孔邊鉆進邊擴孔的功能，撤掉鉆頭(I)的壓力，在彈簧⑶彈力的作用下，鉆頭⑴與鉆頭連接件(9)向上滑動，刮刀(6)回到閉合狀態。
2.根據權利要求1所述的松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，其特征在于，所述的鉆頭連接件(9)中心有空腔(14)，上端有與鉆頭(I)相匹配的外螺紋，與鉆頭(I)旋裝在一起，空腔(14)下端為圓錐形，內部嵌入橡膠墊，當鉆頭(I)受壓力作用時，鉆頭連接件(9)向下滑移，刀具管(11)上端錐形部分正好插入內部使之密封，鉆孔沖洗液通過鉆桿內部依次進入刀具管(11)、空腔(14)、鉆頭⑴，由鉆頭⑴出水孔進入孔底冷卻鉆頭、沖洗鉆孔，鉆頭連接件(9)中部外表面形成對稱相間開的臺體，與頂帽(4)的中頂蓋(15)形狀相匹配，頂帽(4) 一方面保持鉆頭連接件(9)在套管(5)內滑動，另一方面為鉆頭連接件(9)傳遞扭矩，帶動鉆頭(I)旋轉鉆進。
3.根據權利要求1所述的松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，其特征在于，所述的刮刀(6)為同心半圓環狀，上部開有與心軸(10)相配的圓孔，刮刀(6)能自由繞心軸(10)旋轉，上部邊線向外呈尖角，在鉆頭連接件(9)壓向該尖角時，繞心軸(10)旋轉，下部邊線向內呈圓角，尖角方便刮刀(9)繞心軸(10)開閉時，通過套管(5)中的刮刀槽(16)，圓角在刮刀槽(16)內壁的作用下，阻止刮刀(6)展開過大，退出鉆具時，在跟管的內壁的作用下，刮刀(6)順利恢復閉合狀態。
4.根據權利要求1所述的松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，其特征在于，所述的心軸(10)為實心的軸承鋼制成的圓形，硬度大，耐磨性強，組裝擴孔刀具開閉構件時，心軸(10)兩端各安裝一個卡子，固定刮刀(6)的軸向移動。
5.根據權利要求1所述的松軟破碎煤層瓦斯抽采孔跟管鉆進擴孔裝置，其特征在于，所述的刀具管(11)為中空結構，內部有腔體(13)，下端有與鉆桿連接件⑶相匹配的外螺紋，上端為與鉆頭連接件(9)下端相匹配的臺體，增強沖洗液流通效果，上部為扁平管狀，為刮刀(6)在套管(5)內提供空間，增大刮刀(6)與刀具管(11)的接觸面積，在刮刀(6)工作時增強其穩定性，沿扁平方向設有與心軸(10)相匹配的圓孔，部分沖洗液在心軸(10)周圍流出，通過刮刀槽(16)進入孔內，有利于擴孔裝置內的沖洗排渣。
【文檔編號】E21B10/32GK103726791SQ201410033967
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】張輝, 劉少偉, 徐佑林, 常建超, 李夢珍, 鄭偉 申請人:河南理工大學