[发明专利]突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具

说明书

本发明公开突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具，所述组合钻具包括盾护卸压扩孔钻具、螺旋叶片钻具和滑移导向套，盾护卸压扩孔钻具由筛孔钻杆和空心扩孔钻头组成，螺旋叶片钻具由螺旋叶片钻杆和普通钻头组成，利用剪切销将滑移导向套安装在空心扩孔钻头的内腔，螺旋凹槽内设置有泄渣筛孔，锥孔板条焊接在螺旋凹槽内；钻进时，螺旋叶片钻具在孔底实施螺旋排渣钻进，盾护卸压扩孔钻具紧随其后实施盾护卸压扩孔钻进；本发明组合钻具与双动力头钻机配套使用，用于松软突出煤层、高应力煤层等难以成孔的瓦斯抽采钻孔的施工，因采用螺旋机械排渣，打钻作业环境良好。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔钻进技术领域，主要针对深部突出煤层、松软煤层及难以成孔的煤层瓦斯抽采的施工，特别涉及突出煤层双动力盾护卸压螺旋排渣组合钻具。

背景技术

现行深部突出煤层、软硬复合煤层、碎软煤层的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、三棱钻杆等异形钻杆，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。这些异形钻杆的共同特点是采用流体排渣，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外表之外，称之为外排渣通道。

深部煤层的地应力高、瓦斯含量高、瓦斯压力高，煤孔塌孔、打钻煤炮、孔内煤与瓦斯突出等动力现象均可导致外排渣通道的崩落坍塌和堵塞，排渣困难是突出煤层钻进困难的根本原因。采用外排渣通道，由于外排渣通道需要空间尺度，钻杆直径必须小于钻头直径，钻杆在煤孔内的扰动空间大，扶正装置在煤孔内缺乏稳固的支撑基础而无法正常采用，导致煤层钻孔偏斜严重，钻孔轨迹过早的遇到煤层顶板或煤层底板，钻孔偏斜不仅影响钻进深度，而且使钻杆受到交变应力，增加了断钻的概率。现行螺杆马达定向钻进技术虽然可以解决煤孔的偏斜问题，但在突出煤层中的钻进深度有限，且压钻丢钻的代价太高，不宜在突出煤层中使用，因此螺杆马达定向钻进技术在突出煤层中没有推广应用。

双管钻进技术在上世纪被用于浅层松散岩土层的钻进，利用双管内循环和外管钻具防护钻孔的冲刷损毁和孔壁坍塌，成孔之后首先将内管钻具退出，然后将埋线管、管道等通过外管钻具插入孔内，最后再将外管钻具拔出孔外，由于浅层岩土的地应力很小，外管钻具的提拔退出容易实现，因此，双管钻具在地面或浅层隧道工程中应用普遍。若将传统的双管钻进用于突出煤层，由于地应力高、煤层松软等因素，外管（外管钻具）被压死是大概率事件，2005年河南能化集团的鹤壁矿区曾经利用日本产的双管钻具，在鹤壁矿区的突出煤层中进行了打钻试验，试验表明外管极易被压死卡阻，试验没有成功。

为解决突出煤层打钻难题，申请人相继申报了一系列盾护卸压式钻杆，如：一种突出煤层圆周供流护孔卸压筛孔钻杆（ZL 202110726041.9）、一种护孔卸压内排渣钻杆（ZL201810488034.8）、一种突出煤层护孔卸压组合钻具及其使用方法（ZL 202010648997.7）、一种突出煤层边角供流盾护卸压筛孔弧棱钻杆（ZL 202111152968.2）等，上述公开的发明的钻杆为双层结构，基本思路是：利用钻杆的双层结构，使杆体自身包含内排渣通道、供流通道和径向泄渣筛孔，以可靠的内排渣通道取代不可靠的外排渣通道，因此可使钻杆外径等于或略小于钻头的直径，从而使钻杆对钻孔具有盾护作用和保直作用，泄渣筛孔对钻杆具有卸压作用，以防钻杆被压死。

上述的钻具，均需要采用风流或水流作为排渣动力，属流体排渣钻具的范畴，流体排渣钻具的钻进作业地点常常存在水流、风流、水煤渣、粉尘弥漫等恶略环境，工作环境极差。水力排渣情况下，需要配备水煤渣分离设备、压滤设备、污水泵、沉淀箱（池）、防喷孔引流装置等。风力排渣情况下，需要配备除尘装置、负压水射流除尘装置、防尘水帘、防喷孔引流装置，由于除尘用水，也存在处理水的问题。