[发明专利]多级变径钻具

说明书

技术领域

本发明涉及多级变径钻具，用于松软突出煤层和高瓦斯煤层中施工顺层钻孔，防止因喷孔、夹钻导致钻孔施工深度浅和施工困难的技术难题，保证钻孔施工深度和质量，提高防突和抽采瓦斯效果。

背景技术

目前，我国煤矿施工煤层钻孔用钻头为常规钻头，钻头直径为42mm、75mm、89mm、108mm，一般钻头直径为钻孔直径，在常规钻孔直径下，未发现与多级变径钻具类似的专利。相关专利有申请号为CN96226431.8的实用新型“可变径卸煤钻具”、申请号为CN03245809.6的实用新型“自动变径扩孔钻具”和申请号为CN200710106673.5的发明“自动变径扩孔钻具”。

CN96226431.8“变径扩孔钻具”发明(设计)人为王魁军、蔡成功、辛新平、许昭泽。该实用新型钻具由前钻体、后钻体、刀体、弹簧片、限位环等组成，在钻进时，定位销和固定爪将刀体固定在钻体上；钻孔打到孔底后，加大钻机推力，将定位销剪断，弹簧将刀体弹开，刀体在弹簧力和旋转离心力作用下，实现扩孔作业。

CN03245809.6“自动变径扩孔钻具”发明(设计)人为辛新平、史有才等，是一种煤矿井下施工瓦斯抽采孔的扩孔钻具，由前钻体、刀体、后钻体、限位环、联接螺母等组成，前钻体与后钻体由限位环和联接螺母连接，刀体由轴销固定在前钻体上，在后钻体上设置有滑楔。正常钻进时，滑楔将刀体固定在后钻体上，起钻时，滑楔退出，刀体张开，在旋转离心力作用下实现扩孔作业。

CN200710106673.5“自动变径扩孔钻具”的发明(设计)人为蔡成功、马丕梁，钻具是一种前钻体、后钻体、截割刀架、支撑刀架组成的四连杆机构。正常钻进时为小直径钻进，当钻进到孔底后，实施起钻扩孔，一次完成大直径钻孔施工成孔作业。

上述三种钻具均为大直径扩孔钻具，未涉及防喷孔、夹钻问题。

发明内容

本发明提供一种全新原理的多级变径钻具，通过三到四级变径，实现75mm、89mm、108mm直径的钻孔施工。首先，用一级钻头施工42mm的小直径钻孔，以减少截煤作业对煤体应力和瓦斯动力状况的扰动，防止发生喷孔；然后，后一级钻头在前一级钻孔的塑性圈内截割煤体，并将前一级钻孔的塑性变形给截割掉；经过三到四次截割塑性变形，在钻孔成孔后消除钻孔的塑性变形，防止钻孔塑性变形对钻杆产生夹钻、抱钻等行为；另外，二级钻头、三级钻头、四级钻头分别在前级钻头施工的钻孔塑性圈内进行截割煤体，对煤体应力和瓦斯动力状态的扰动减小，也防止施工钻孔过程中发生喷孔。

本发明解决施工顺层钻孔防止发生喷孔、夹钻的技术方案是：在同一钻具上，设计加工三级到四级钻头，形成一个整体的多级变径钻具。一级钻头直径为42mm，末级钻头直径为设计钻孔直径，有75mm、89mm或108mm三种规格，中间级按钻孔终孔直径合理设计；各级钻头间距100-300mm，各级钻头直径、变径级数煤体强度、瓦斯大小、钻进速度等因素做出调整。

本发明的有益效果是利用小直径钻孔开孔和在钻孔塑性圈截割煤体，减小截割煤体对煤体应力和瓦斯动力状态的扰动，防止喷孔；通过分次成孔，截割掉钻孔塑性变形，防止钻孔塑性变形对钻杆的夹钻、抱钻行为。两项技术相结合，解决在松软突出煤层和高瓦斯煤层施工顺层钻孔发生喷孔、夹钻导致钻孔钻孔施工深度浅和施工困难的技术难题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是四级变径钻具结构示意图。一级钻头1、二级钻头2、三级钻头3、四级钻头4设计成一个钻体上，形成一个多级变径钻具。

图2是三级变径钻具结构示意图。一级钻头1、二级钻头2、三级钻头3设计成一个钻体上，形成一个多级变径钻具。

图3是多级变径钻具的横截面示意图。截齿呈120度三翼分布。

图中1.一级钻头，2.二级钻头，3.三级钻头，4.四级钻头，5.硬质合金片。

具体实施方式

图1和图2分别为三级和四级变径钻具结构和正常钻进作业状态示意图。钻进时，一级钻头1首先打42mm小直径钻孔；然后二级钻头2在一级钻孔的塑性圈内截割煤体，并将前一级钻孔的塑性变形给截割掉；三级钻头3在二级钻孔的塑性圈内截割煤体，并将前二级钻孔的塑性变形给截割掉；经过三到四次变径截割，完成钻孔施工。