CN107435519A - 低流量钻进高流量割缝钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低流量钻进高流量割缝钻头。在煤矿瓦斯治理措施中广泛应用水力化措施技术，尤其在底抽巷中施工穿层钻孔，利用水力割缝设备进行煤层水力割缝，后采用高压水进行煤层水力压裂的方式对试验区进行了煤层增透技术，同时配合高压磨料射流技术的引入，提供一种完成该项工作的成熟技术的完善产品。该发明提供一种低流量钻进高流量割缝钻头，它以水为工作介质，同时以水流量变化做为切换条件，具有反复平稳切换的功能，可同时工作于底抽巷与本煤层钻孔施工中，具有打钻平稳，快速高效；钻孔完成后采用流量变化切换为高压水，以高压射流技术对煤层进行水力割缝，达到泄压增透，提高煤层透气性，提高瓦斯抽采效率，达到较好的瓦斯治理的效果，使用该技术的煤矿同时完成钻进与割缝两种工艺，大大节省工作时间，提高劳动效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿领域钻具，特别涉及一种低流量钻进高流量割缝钻头。
背景技术
在煤矿瓦斯治理措施中煤矿广泛应用进行高压射流水力割缝，水力冲孔及水力压裂煤层增透等水力化措施技术，试验区域一般特点：煤层埋深米，地应力高，瓦斯压力大，煤层透气性差，瓦斯抽采困难。针对矿井煤层赋存特点，采用了在底板瓦斯巷中施工穿层钻孔，首先利用水力割缝设备进行煤层水力割缝，然后采用高压水进行煤层水力压裂的方式对试验区进行了煤层增透技术，同时配合高压磨料射流技术的引入，使高压射流水力割缝技术要求工矿企业能提供一种完成该项工作的成熟技术的完善产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低流量钻进高流量割缝钻头，它以水为工作介质，同时以水流量变化提供动能，做为切换条件，不仅具有自动切换性，还具有反复平稳切换的功能，可同时工作于现有已知技术的底板穿层钻孔施工与本煤层钻孔施工中，具有打钻平稳，快速高效；钻孔施工完成后采用流量变化切换为高压水，以高压射流技术对煤层进行水力割缝，达到泄压增透，提高煤层透气性，提高瓦斯抽采效率，达到较好的瓦斯治理的较好效果，而且使用该技术的煤矿用户也因为提高了生产效率大力推广使用低流量钻进高流量割缝钻头，同时完成钻进与割缝两种工艺，大大节省工作时间，提高劳动效率。
本发明是通过以下技术方案来实现其发明目的的：
一种低流量钻进高流量割缝钻头，包括钻头体，内六角紧定螺钉，小弹簧，单向钢球，大弹簧，阀芯，阀芯调节，调整花座，密封套，喷嘴，接头体。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与普通煤矿用PDC钻头相同的钻头体1，钻头体1尾部外圆设有四个检修用孔，平时用内六角紧定螺钉2封堵，钻头体1内部设有弹簧固定凸台，其上设置小弹簧3，单向钢球4。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与钻头体1装配连接体11前端设置大倒角与单向钢球3相切，中间通孔与密封圈9过盈连接，阀芯4与连接体11环状间隙形成弹簧座，内设大弹簧5。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括连接体11内设通孔，放置阀芯6与调整花座8，调整花座8一侧与大弹簧5压紧。外圆周面设有凸台与连接体11内孔键槽间隙配合。调整花座8外圆周面与连接体11内孔间隙配合固定。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括连接体11内设通孔，放置阀芯6与阀芯调节7螺纹连接且同轴。分跨在调整花座8两侧。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与钻杆母接口相同的连接体11内部设置有密封槽，内设密封圈9配做有三个U形开口，设有螺纹孔。连接体外圆周设有三个沉头螺纹孔，螺纹孔连接喷嘴10三只。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于钻头体1前端设置内凹式三翼板，每个翼板上都设有PDC金钢石复合片。圆柱内凹设有两个支柱，每个支柱上设有一片PDC金钢石复合片。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11中间开通径18mm水眼，水眼前设置小弹簧3，小弹簧3压缩推动单向钢球4，钢球4压在接头体11出水口倒角处。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11中间放置插装式流量控制阀部件，其中标定过流量的流量控制阀标记过相应流量范围及压力。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11外圆周沉头螺纹孔内放置三个活动式射流喷嘴10，可根据以往喷嘴压力流量实验表自行选配相应型号喷嘴。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11后端内螺纹与普通钻杆母螺纹相同，整套钻头可与高压密封钻杆相连，也可与普通钻杆连接。
附图说明
图1为低流量钻进高流量割缝钻头的结构剖面图一。
图中：1-钻头体，2-内六角紧定螺钉，3-小弹簧，4-单向钢球，5-大弹簧，6-阀芯，7-阀芯调节，8-调整花座，9-密封套，10-喷嘴，11-接头体
图2为低流量钻进高流量割缝钻头的左视图。
图3为低流量钻进高流量割缝钻头的结构图二。
图4为低流量钻进高流量割缝钻头的等轴侧图。
具体实施方式
如图所示低流量钻进高流量割缝钻头，包括钻头体，内六角紧定螺钉，小弹簧，单向钢球，大弹簧，阀芯，阀芯调节，调整花座，密封套，喷嘴，接头体。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与普通煤矿用PDC钻头相同的钻头体1，钻头体1尾部外圆设有四个检修用孔，平时用内六角紧定螺钉2封堵，钻头体1内部设有弹簧固定凸台，其上设置小弹簧3，单向钢球4。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与钻头体1装配连接体11前端设置大倒角与单向钢球3相切，中间通孔与密封圈9过盈连接，阀芯4与连接体11环状间隙形成弹簧座，内设大弹簧5。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括连接体11内设通孔，放置阀芯6与调整花座8，调整花座8一侧与大弹簧5压紧。外圆周面设有凸台与连接体11内孔键槽间隙配合。调整花座8外圆周面与连接体11内孔间隙配合固定。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括连接体11内设通孔，放置阀芯6与阀芯调节7螺纹连接且同轴。分跨在调整花座8两侧。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与钻杆母接口相同的连接体11内部设置有密封槽，内设密封圈9配做有三个U形开口，设有螺纹孔。连接体外圆周设有三个沉头螺纹孔，螺纹孔连接喷嘴10三只。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于钻头体1前端设置内凹式三翼板，每个翼板上都设有PDC金钢石复合片。圆柱内凹设有两个支柱，每个支柱上设有一片PDC金钢石复合片。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11中间开通径18mm水眼，水眼前设置小弹簧3，小弹簧3压缩推动单向钢球4，钢球4压在接头体11出水口倒角处。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11中间放置插装式流量控制阀部件，其中标定过流量的流量控制阀标记过相应流量范围及压力。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11外圆周沉头螺纹孔内放置三个活动式射流喷嘴10，可根据以往喷嘴压力流量实验表自行选配相应型号喷嘴。
所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体11后端内螺纹与普通钻杆母螺纹相同，整套钻头可与高压密封钻杆相连，也可与普通钻杆连接。
使用时，通常情况下，采用井下静压水打钻冲孔冷却，此时水的压力在1-4MPa之间，水压低水量小，产生的冲量不足以推动阀芯6，压缩弹簧5，阀座7，静压水通过阀套外侧间隙，通过阀芯与孔间隙，通过阀座内孔供给钻头排粉，冷却用水。
当钻头完成打钻，钻杆到煤层顶板后过一米到两米位置，钻孔施工改为高压水力割缝作业，切换水源为高压泵站提供动力水源，此时的水流量完全可满足水力割缝作业要求，水压的流量阀切换后也大于4MPa，泵流量在4000-8000L/小时水的冲力推动阀套，阀芯，克服弹簧阻力，带动阀芯前移，与阀座内孔端面配合，完全闭死，压力瞬时上升，水只能从高压喷嘴中射流出来，对煤体进行水力割缝作业。
对采用水力割缝作业的低流量钻进高流量割缝钻头对应高压泵站提供的恒定流量的动力水，可通过更换更小喷嘴或减小喷嘴数量来达到减小现场用水量，寻找合理的水力割缝时间及出煤量考查实验。
切换后的低流量钻进高流量割缝钻头配合钻杆来回孔内抽动加旋转，高压水射流对煤体进行螺旋型，定点，移动式不同型式进行切割。并将煤屑能通边水力带出钻孔，使煤层钻孔的直径增大，提高煤层透气性，长时间考察达到减少钻孔施工量，减小工人劳动强度，达到提高瓦斯抽放的效果。
通过在高压射流水力割缝及压裂煤层增透技术措施中引入低压打钻高压割缝钻头，煤层透气性系数得到很大提高，增透前后煤层最大抽放半径增大10倍，相同区域钻孔个数降低30%，井下钻孔施工工程量大大降低。该技术解决了深部矿井瓦斯难以抽采的难题，为煤矿瓦斯治理提供了一种新的有效方法。
Claims (13)
1.一种低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于，它包括与普通煤矿用PDC钻头相同的钻头体（1），钻头体（1）尾部外圆设有四个检修用孔，平时用内六角紧定螺钉（2）封堵，钻头体（1）内部设有弹簧固定凸台，其上设置小弹簧（3），单向钢球（4）。
2.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与钻头体（1）装配连接体（11）前端设置大倒角与单向钢球（3）相切，中间通孔与密封圈（9）过盈连接，阀芯（4）与连接体（11）环状间隙形成弹簧座，内设大弹簧（5）。
3.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括连接体（11）内设通孔，放置阀芯（6）与调整花座（8），调整花座（8）一侧与大弹簧（5）压紧。
4.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括调整花座（8）外圆周面设有凸台与连接体（11）内孔键槽间隙配合。
5.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括调整花座（8）外圆周面与连接体（11）内孔间隙配合固定。
6.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括连接体（11）内设通孔，放置阀芯（6）与阀芯调节（7）螺纹连接且同轴，分跨在调整花座（8）两侧。
7.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，包括与钻杆母接口相同的连接体（11），连接体（11）内部设置有密封槽，内设密封圈（9）配做有三个U形开口，设有螺纹孔，连接体外圆周设有三个沉头螺纹孔，螺纹孔连接喷嘴（10）三只。
8.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于钻头体（1）前端设置内凹式三翼板，每个翼板上都设有PDC金钢石复合片。
9.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于钻头体（1）圆柱内凹设有两个支柱，每个支柱上设有一片PDC金钢石复合片。
10.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体（11）中间开通径18mm水眼，水眼前设置小弹簧（3），小弹簧（3）压缩推动单向钢球（4），钢球（4）压在接头体（11）出水口倒角处。
11.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体（11）中间放置插装式流量控制阀部件，其中标定过流量的流量控制阀标记过相应流量范围及压力。
12.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体（11）外圆周沉头螺纹孔内放置三个活动式射流喷嘴（10），可根据以往喷嘴压力流量实验表自行选配相应型号喷嘴。
13.根据权利要求1所述的低流量钻进高流量割缝钻头，其特征在于接头体（11）后端内螺纹与普通钻杆母螺纹相同，整套钻头可与高压密封钻杆相连，也可与普通钻杆连接。
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