[发明专利]突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统

说明书

本发明公开突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，孔内钻具包括双通道筛孔钻头和多根双通道筛孔钻杆，孔外封闭排渣系统包括外封闭组件、刻缝内封闭管和钻尾供流排渣组件，钻具与孔外封闭排渣系统配合使用；双通道筛孔钻杆外径接近钻头直径，具有护孔作用；钻杆外表设置螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋设置卸压筛孔，卸压筛孔可卸除钻杆外表的压力；通过外封闭组件和刻缝内封闭管封闭双通道筛孔钻杆的孔外裸露筛孔，防止排渣风流或水流的泄漏散失；该发明孔内钻具有护孔卸压的作用，内排渣通道为钢铁筛孔结构，能保证内排渣通道的畅通，可防止喷孔瓦斯超限事故，遏制钻孔壁的过度塌孔，提高成孔质量，减少钻孔偏斜度。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔钻进技术领域，特别涉及一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统。

背景技术

现行突出煤层本煤层瓦斯抽采钻孔施工所用的钻杆多为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆和三棱钻杆，其中前三种钻杆的专利申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别为ZL200610111830.7，ZL200920088879.4， ZL200910064973.0。这些钻杆的共同特点是采用风流、水流或风水联动排渣，钻杆外表与钻孔壁之间的环状空间为排渣通道，由于排渣通道在钻杆之外，称之为外排渣通道。现行突出煤层钻进所用钻杆存在三个有待解决的问题：一是打钻喷孔，由于突出煤层打钻的过程中普遍发生孔内煤炮等动力现象，钻孔壁极易崩落坍塌，导致外排渣通道间歇性堵塞，外排渣通道的间歇性堵塞和疏通会导致喷孔瓦斯超限，不完全统计，突出矿井打钻喷孔导致的瓦斯超限占总瓦斯超限次数的60%至80%；二是钻孔偏斜严重，由于外排渣通道需要有足够几何空间，钻杆的直径小于钻头的直径20mm至50mm，百米钻孔的偏斜距离高达15m至20m，终孔位置一般在煤层的顶板或底板；三是打钻深度受限，由于钻孔塌孔、外排渣通道堵塞和钻孔偏斜弯曲等因素导致钻孔深度受限。

本申请人2013年之后相继提出了护孔卸压的钻进理念并设计了若干双通道筛孔钻杆，专利号分别为ZL201310568692.5，ZL201810488587.3，ZL201810488034.8，排渣通道均为内排渣通道，未能工程应用的原因有二两个：一是孔外封闭排渣技术方案尚未形成，即内排通道的煤渣怎么从钻杆内部排出，没有形成技术方案；二是实验室试验发现，钻杆外表的筛孔设计不当，会引起内排渣通道的堵塞，筛孔几何尺寸必须与内排渣通道的几何尺寸相匹配，匹配不当，内排渣通道将会发生堵塞，内排渣通道的堵塞无法处理，将会导致压钻、丢钻的事故。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，旨在解决突出煤层本煤层打钻喷孔问题，提高钻孔直度、钻孔深度和成孔质量。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种突出煤层护孔卸压孔内钻具及其专用孔外封闭排渣系统，包括组合安装的双通道筛孔钻头和多根双通道筛孔钻杆；所述双通道筛孔钻杆露出钻孔外部分配套安装有孔外封闭排渣系统；所述孔外封闭排渣系统包括外封闭组件、刻缝内封闭管和钻尾供流排渣组件。

进一步，所述双通道筛孔钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋贯穿设置有卸压筛孔，所述卸压筛孔的中心线指向双通道筛孔钻杆横截面圆心或偏向钻杆旋转方向，所述卸压筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔，所述双通道筛孔钻杆内部通过多组支撑组同轴安装有供流管，所述供流管的外壁与双通道筛孔钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述卸压筛孔的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一。

进一步，所述双通道筛孔钻杆的螺旋槽深度、宽度、条数、形状和螺旋角度以及筛孔布局与密度，根据钻杆尺寸、钢材强度和煤层地质条件进行设计优化，以钻杆螺纹联结丝扣强度为基准，采用等强设计。

进一步，与所述双通道筛孔钻头连接的首根双通道筛孔钻杆的外表面沿着轴向圆周均布有凹形槽或弧形槽，所述凹形槽或弧形槽的数量为3-4条，该钻杆为首根钻杆，所受扭矩最小，该钻杆不考虑等强设计。