CN111764830B - 一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,涉及土层或岩石的钻进技术领域。包括合金钻头和刮型钻杆,合金钻头包括连接部和钻进部,连接部上开设多个出水孔,钻进部包括呈中心对称的多个钻齿,钻齿上在钻头正转方向上设置正向合金片,钻头反转方向上设置反向合金片,钻进部的外径大于连接部的外径;刮型钻杆包括杆体、扶正钢条和刮片,扶正钢条沿杆体设置,绕杆体轴线呈中心对称设置多个扶正钢条,刮片设置在杆体长度方向的中部,刮片边缘呈锯齿状,刮型钻杆在设置刮片处的最大直径等于合金钻头的最大直径。合金钻头能够防止在软岩中钻进时发生抱钻、卡钻,刮型钻杆在发生抱钻和卡钻时可以保证钻头钻杆的顺利回撤,并保证钻进的直线性。
Description
技术领域
本发明涉及土层或岩石的钻进技术领域,尤其是一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构。
背景技术
在煤矿生产过程中,尤其是地质钻探、水文钻探、工程勘察钻探、冲击地压危险钻屑法监测、钻孔卸压等施工中均需要施工钻孔。其中地质钻探从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样进行分析研究鉴别查明矿体或划分地层,判定地层地质情况的作业,钻孔直径一般较小(46~91毫米),深度在几十米到几千米之间。水文钻探钻孔钻探至含水层,孔直径一般小于150毫米,孔深较大。
煤层或软岩中施工钻孔,当钻进至泥岩或砂质泥岩等软岩时,受动压影响,常常发生塌孔,引起抱钻、卡钻现象,给钻探工程带来困难,造成钻头、钻杆丢失的问题。另外在钻探过程中,无芯钻头连接中空钻杆,钻进过程中,由于钻头与钻杆间隙大,施工中钻孔方向可能会发生偏离。
发明内容
为了解决软岩中钻进时发生抱钻、卡钻的问题,并保证钻进的直线性,本发明提供了一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,具体技术方案如下。
一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,在正反双向转动的钻机上安装该防塌孔钻头钻杆机构,用于软岩钻孔,具体包括合金钻头和刮型钻杆,合金钻头通过连接部和刮型钻杆连接,合金钻头和刮型钻杆均为中空结构;合金钻头包括连接部和钻进部,连接部和钻进部为一体铸造机构,钻进部的外径大于连接部的外径;所述连接部上开设有多个出水孔;所述钻进部包括呈中心对称的多个钻齿,在钻头正转方向的钻齿上设置多个正向合金片,在钻头反转方向的钻齿上设置多个反向合金片,各个钻齿之间的连接部上交替布置有轴向合金片和出水孔;刮型钻杆包括杆体、扶正钢条和刮片;所述扶正钢条沿杆体设置,绕杆体轴线呈中心对称设置多个扶正钢条;所述刮片设置在杆体长度方向的中部,刮片边缘呈锯齿状,刮型钻杆在刮片设置处的最大直径等于合金钻头的最大直径。
优选的是,连接部在侧壁上设置有和内部中空部分相连通的出水孔,连接部整体呈柱状,连接部的两端设置有导向锥面;所述连接部侧壁上出水孔的出水方向与钻进方向相反,所述连接部导向锥面上出水孔的出水方向与钻进方向相同。
优选的是,钻齿沿径向的截面分别呈扇形,各个钻齿尺寸相同,各个钻齿端部都具有斜表面。
还优选的是,刮型钻杆的长度为1-2m,扶正钢条长度小于杆体长度,扶正钢条焊接在钻杆上,所述扶正钢条呈棱柱状。
还优选的是,刮片为弧形板,刮片的长度为0.2-0.4m,刮片的厚度为10mm,刮片边缘焊接合金片。
还优选的是,刮片的安装位置和扶正钢条在同一条直线上,扶正钢条在杆体外壁上沿刮片的两端向杆体的两端延伸。
还优选的是,刮型钻杆还连接有导向钻杆,导向钻杆包括杆体和扶正钢条;所述扶正钢条沿杆体设置,绕杆体轴线呈中心对称设置多个扶正钢条。
进一步优选的是,合金钻头和刮型钻杆连接后,将刮型钻杆安装在钻机上;钻机启动刮型钻杆随钻机正向转动,钻杆随合金钻头钻进,钻进过程中出水孔出水钻屑排出;当发生抱钻或卡钻时钻机带动钻杆反向转动,反向合金片切割快速退钻。
还进一步优选的是,钻进深度增大时,增加导向钻杆,导向钻杆的扶正钢条依次对应在同一条直线上,钻屑从扶正钢条之间的间隔排出钻孔外;当发生抱钻或卡钻时钻机带动刮型钻杆反向转动,刮片切割钻孔的孔壁快速退钻。
本发明提供的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构有益效果是,金钻头和刮型钻杆组合保证了钻头钻杆在软岩钻进过程中进退自如,即使发生卡钻和抱钻的问题,通过反转钻头钻杆可以快速的退出;另外钻进过程中钻杆还可以更好的保证钻孔的直线性,提高钻孔精度,防止钻孔偏离方向。
附图说明
图1是矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构示意图;
图2是刮型钻杆结构示意图;
图3是图2的截面示意图;
图4是导向钻杆的结构示意图;
图5是合金钻头的结构示意图;
图6是图5的侧视图;
图中:1-合金钻头,11-连接部,12-钻进部,13-出水孔,14-正向合金片,15-反向合金片,16-钻齿,17-轴向合金片;2-刮型钻杆,21-杆体,22-扶正钢条,23-刮片。
具体实施方式
结合图1至图6所示,对本发明提供的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构的具体实施方式进行说明。
一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,在正反双向转动的钻机上安装该防塌孔钻头钻杆机构,用于软岩钻孔,能够防止塌孔和卡钻。该机构具体包括合金钻头1和刮型钻杆2,合金钻头1通过连接部和刮型钻杆连接,合金钻头1和刮型钻杆2均为中空结构。使用合金钻头1和刮型钻杆2,在发生抱钻时,可以利用刮型钻杆回撤钻具,刮型钻杆2配合合金钻头形成双向钻进,钻进过程可以进退自如,避免在泥岩中钻进时发生抱钻。
合金钻头1包括连接部11和钻进部12,连接部11和钻进部12为一体铸造机构,钻进部12的外径大于连接部的外径,钻进部12在钻进方向的前方,连接部11在钻进方向的后方,连接部11用于钻杆和钻头的连接。连接部11上开设有多个出水孔13。钻进部12包括呈中心对称的多个钻齿16,在钻头正转方向的钻齿上设置多个正向合金片14,用于正转是切割岩体,在钻头反转方向的钻齿上设置多个反向合金片15,用于反转时切割岩体。各个钻齿16之间的连接部上交替布置有轴向合金片17和出水,13,从而可以避免出水孔堵孔,增加出水量,便于岩粉的排出,防止岩粉堆积,造成抱钻、卡钻现象。
刮型钻杆2包括杆体21、扶正钢条22和刮片23,扶正钢条22沿杆体21长度的方向设置,用于保证钻进方向的钻孔精度,绕杆体21轴线呈中心对称设置有多个扶正钢条22,可以设置3条。刮片23设置在杆体长度方向的中部,总长度小于杆体21长度的一半;刮片23可以呈锯齿板状或波浪板状,从而在反转退钻杆是清理推钻路径。刮片23的边缘呈锯齿状,刮型钻杆在刮片设置处的最大直径等于合金钻头的最大直径。
连接部11在侧壁上设置有和内部中空部分相连通的出水孔,连接部11整体呈柱状,连接部11的两端设置有导向锥面,分别为了钻头的安装,以及钻齿16的设置。连接部11侧壁上出水孔13的出水方向与钻进方向相反,连接部导向锥面上出水孔13的出水方向与钻进方向相同,从而能够增大出水量,顺利排出钻屑。钻齿16沿径向的截面分别呈扇形,各个钻齿尺寸相同,各个钻齿端部都具有斜表面,保证钻头钻进过程中排除钻屑。
刮型钻杆2的长度大约为1-2m,扶正钢条22长度小于杆体长度,扶正钢条22焊接在钻杆上,扶正钢条22呈棱柱状。刮片23为弧形板,刮片23的长度大约为0.2-0.4m,刮片23的厚度可以为10mm,刮片23边缘焊接合金片。刮片23的安装位置和扶正钢条在同一条直线上,扶正钢条22在杆体外壁上沿刮片23的两端向杆体的两端延伸。
合金钻头和刮型钻杆相连接,刮型钻杆另一端可以和导向钻杆相连,刮型钻杆还连接有导向钻杆,导向钻杆包括杆体和扶正钢条。扶正钢条沿杆体设置,绕杆体轴线呈中心对称设置多个扶正钢条,保证钻杆在轴向上的直线性。
合金钻头和刮型钻杆连接后,将刮型钻杆安装在钻机上,钻机可以带动钻杆钻头正转或反转;钻机启动刮型钻杆随钻机正向转动,钻杆随合金钻头钻进,钻进过程中出水孔出水钻屑排出;当发生抱钻或卡钻时钻机带动钻杆反向转动,反向合金片切割快煤岩体速退钻。
随着钻进深度增大时,增加导向钻杆,导向钻杆可以接在刮型钻杆之后,导向钻杆的扶正钢条依次对应在同一条直线上,钻屑从扶正钢条之间的间隔排出钻孔外;当发生抱钻或卡钻时钻机带动刮型钻杆反向转动,刮片切割钻孔的孔壁快速退钻。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,在正反双向转动的钻机上安装该防塌孔钻头钻杆机构,用于软岩钻孔,具体包括合金钻头和刮型钻杆,合金钻头通过连接部和刮型钻杆连接,合金钻头和刮型钻杆均为中空结构;其特征在于,
所述合金钻头包括连接部和钻进部,连接部和钻进部为一体铸造机构,钻进部的外径大于连接部的外径;所述连接部上开设有多个出水孔;所述钻进部包括呈中心对称的多个钻齿,在钻头正转方向的钻齿上设置多个正向合金片,在钻头反转方向的钻齿上设置多个反向合金片,各个钻齿之间的连接部上交替布置有轴向合金片和出水孔;
所述刮型钻杆包括杆体、扶正钢条和刮片;所述扶正钢条沿杆体设置,绕杆体轴线呈中心对称设置多个扶正钢条;所述刮片设置在杆体长度方向的中部,刮片边缘呈锯齿状,刮型钻杆在刮片设置处的最大直径等于合金钻头的最大直径;
所述连接部在侧壁上设置有和内部中空部分相连通的出水孔,连接部整体呈柱状,连接部的两端设置有导向锥面;所述连接部侧壁上出水孔的出水方向与钻进方向相反,所述连接部导向锥面上出水孔的出水方向与钻进方向相同;
所述钻齿沿径向的截面分别呈扇形,各个钻齿尺寸相同,各个钻齿端部都具有斜表面。
2.根据权利要求1所述的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,其特征在于,所述刮型钻杆的长度为1-2m,扶正钢条长度小于杆体长度,扶正钢条焊接在钻杆上,所述扶正钢条呈棱柱状。
3.根据权利要求2所述的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,其特征在于,所述刮片为弧形板,刮片的长度为0.2-0.4m,刮片的厚度为10mm,刮片边缘焊接合金片。
4.根据权利要求3所述的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,其特征在于,所述刮片的安装位置和扶正钢条在同一条直线上,扶正钢条在杆体外壁上沿刮片的两端向杆体的两端延伸。
5.根据权利要求4所述的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,其特征在于,所述刮型钻杆还连接有导向钻杆,导向钻杆包括杆体和扶正钢条;所述扶正钢条沿杆体设置,绕杆体轴线呈中心对称设置多个扶正钢条。
6.根据权利要求5所述的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,其特征在于,合金钻头和刮型钻杆连接后,将刮型钻杆安装在钻机上;钻机启动刮型钻杆随钻机正向转动,钻杆随合金钻头钻进,钻进过程中出水孔出水钻屑排出;当发生抱钻或卡钻时钻机带动钻杆反向转动,反向合金片切割快速退钻。
7.根据权利要求6所述的一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构,其特征在于,钻进深度增大时,增加导向钻杆,导向钻杆的扶正钢条依次对应在同一条直线上,钻屑从扶正钢条之间的间隔排出钻孔外;当发生抱钻或卡钻时钻机带动刮型钻杆反向转动,刮片切割钻孔的孔壁快速退钻。
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