[发明专利]一种突出煤层圆周供流盾护卸压筛孔螺旋钻杆

说明书

本发明公开一种突出煤层圆周供流盾护卸压筛孔螺旋钻杆，包括外管和内管，外管和内管间形成供流通道，内管中心有内排渣通道，外管外表上设有螺旋凹槽，螺旋凹槽内设有泄渣筛孔，所述内管上设有与泄渣筛孔对应连通的内筛孔，泄渣筛孔与内筛孔配合实现与内排渣通道连通；所述内管外表设置有开设内筛孔的螺旋状排布的圆柱状凸起或大螺距螺旋凸筋；该发明的钻杆不依靠钻杆外表与钻孔壁之间的环隙进行排渣，故钻杆的外径可等于或接近钻头的直径，钻杆对钻孔壁具有盾护作用；钻孔壁产出的煤渣通过泄渣筛孔进入内排渣通道，泄渣筛孔对钻杆具有卸压作用，该钻杆用于突出煤层的保直钻进或定向钻进，可缓解堵塞喷孔现象，有助于提高钻孔深度和成孔质量。

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圆周供流盾护卸压筛孔螺旋钻杆；用于钻孔塌孔严重的松软突出煤层瓦斯抽采钻孔的施工。

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。现行松软突出煤层钻进所用的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；二是钻孔偏斜严重，由于外排渣通道需要有足够几何空间，钻杆的直径比钻头的直径小很多，钻杆在钻孔内的扰动空间很大，导致钻孔偏斜严重，百米钻孔的偏斜距离高达15m至20m，钻孔过早上漂至煤层顶板或下潜至煤层底板，而钻孔扶正器又不能在松软突出煤层中使用；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、钻孔过早见顶见底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两个：一是孔外封闭排渣技术方案尚未形成，即内排渣通道内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，筛孔的几何尺寸不得大于排渣通道几何尺寸的三分之一，否则内排渣通道必然发生堵塞，内排渣通道堵塞的无法处理，将会导致压钻、丢钻等打钻事故。除此之外，上述双通道筛孔钻杆的供风供水通道位于钻杆的中心部，内排渣通道为环状排渣通道，这样带来四个不利因素：第一，由于圆孔直径远大于环孔环厚，环状排渣通道的最小几何尺寸将成倍减小，筛孔进渣口尺寸也将成倍减小，泄渣筛孔过小将影响泄渣卸压效率，增大钻杆被抱死的概率；第二，中心供流通道必须依靠支撑装置将供流通道控制在钻杆的中心部位，支撑装置的支腿对排渣通道的煤渣运移具有阻挡作用，对内排渣通道的排渣不利，并增加内排渣通道堵塞的概率；

第三，中心供流通道必须依靠支撑装置将供流通道控制在钻杆的中心部位，支撑装置的支腿阻挡孔外钻杆插入内封闭管，给孔外封闭排渣造成困难；第四，松软突出煤层，提钻之后钻孔很容易塌孔阻塞，导致抽采效果的下降，很多矿区需要实施提钻时通过钻杆中心的通孔向钻孔内下护孔筛管，若采用中心供流的筛孔钻杆，由于中心供流通道和支撑装置的阻碍，在提钻时无法给钻孔下护孔筛管。

本申请人申请的申请号或专利号202110468878.8的“一种突出煤层圆周供流护孔卸压筛孔钻杆”，钻杆杆体采用外管和内管组合结构，钻杆的丝扣加工在外管之上，为打钻提供排渣动力的供流通道位于外管和内管之间，多条供流通道沿钻杆轴向布置，筛孔为了避开供流通道也必须沿轴向布置，这样在布局上存在两个缺陷：第一，钻杆外表设置螺旋凹槽对钻杆降温有利，也对集中旋挤泄渣有利，但是筛孔沿轴向布置，导致螺旋凹槽内的筛孔数量太少，螺旋凹槽的旋挤泄渣作用难以发挥；第二，为了增加筛孔数量，必须要设置轴向凹槽并在轴向凹槽内布置密集筛孔，这样不仅导致钻杆的强度降低，而且轴向凹槽内的筛孔因缺乏旋挤作用，筛孔泄渣效果不理想。