CN208137852U - 一种带有破煤器的水力冲孔钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有破煤器的水力冲孔钻具，包括高压密封钻杆、破煤器、冲孔器和钻头，所述的破煤器前端与冲孔器末端螺纹连接，破煤器末端与高压密封钻杆前端螺纹连接；所述冲孔器的前端与钻头螺纹连接，所述的破煤器为中空结构，破煤器表面前段部分螺旋分布有破煤器合金片，后段部分设有螺旋叶片。本实用新型采用标准螺纹进行连接，结构简单，安装、拆卸方便快捷，适用范围更广。通过仅更换损坏的部分构件，降低了成本，使用寿命更长。本实用新型在实现煤层钻、冲一体化作业的同时，能够有效防止卡钻、堵孔、钻杆折断等事故的发生，提高打钻工作效率，为煤矿井下瓦斯治理提供保障。

Description

一种带有破煤器的水力冲孔钻具

技术领域

本实用新型属于煤矿井下瓦斯治理技术领域，具体涉及一种带有破煤器的水力冲孔钻具。

背景技术

我国从20世纪80年代就已经开始了瓦斯的地面抽采工作，但是技术手段难以适应我国的煤层瓦斯赋存条件，抽采效果很不理想。国内广泛使用的瓦斯抽采方法主要还是井下钻孔抽采，依靠钻杆机械旋转、钻头破岩实现钻进。在软煤层及地质构造发育区域，瓦斯抽采钻孔经常塌孔，严重影响抽采效果，而且机械钻头钻进，效率低，容易发生卡钻等问题。为提高煤层透气性和瓦斯抽放效率，钻孔增透与修复的相关理论研究及技术体系也在不断发展，取得了一定效果，但存在适用性差以及缺少相关的修复与增透装备等原因，并未大范围的推广应用。

因此，为了满足煤矿井下瓦斯治理的需求，提高工作效率，降低生产成本，亟需一种新型钻具。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种带有破煤器的水力冲孔钻具，可以有效防止钻进过程中卡钻、钻杆折断等事故发生，实现瓦斯抽采钻孔的钻、冲一体化作业，进而提高钻孔施工效率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种带有破煤器的水力冲孔钻具，包括高压密封钻杆、破煤器、冲孔器和钻头，所述的破煤器前端与冲孔器末端螺纹连接，破煤器末端与高压密封钻杆前端螺纹连接；所述冲孔器的前端与钻头螺纹连接，所述的破煤器为中空结构，破煤器表面前段部分螺旋分布有破煤器合金片，后段部分设有螺旋叶片。

所述破煤器合金片在破煤器表面螺旋分布，且破煤器合金片和破煤器轴向夹角与其分布的螺旋线切线方向互相垂直。

所述螺旋叶片的螺距与破煤器合金片在破煤器表面分布的螺距一致。

所述冲孔器的横截面为正六边形，冲孔器的表面分布有冲孔器合金片，冲孔器合金片与冲孔器的轴向垂直。

靠近钻头一端的冲孔器壳体上设有若干个喷嘴，冲孔器内腔内设有卡簧、挡板、封孔销和弹簧。

所述封孔销套装在弹簧中，封孔销末端与挡板通过螺纹连接，封孔销和挡板作为整体放置于冲孔器内腔中，卡簧安装在冲孔器内腔中并置于挡板初始位置末端，挡板上设有挡板进水孔，封孔销上设有封孔销出水孔，所述挡板进水孔和封孔销出水孔相连通，所述封孔销的直径大于冲孔器前端内孔直径，并且封孔销前端与冲孔器内孔相配合（为相同角度倒角）。

所述挡板进水孔位于挡板的中心处，并且圆周分布四个小进水孔，所述封孔销出水孔位于封孔销的侧面，封孔销内设有直角通道连通挡板进水孔和封孔销出水孔。

所述钻头前端沿圆周方向分布有钻头切削齿和钻头出水孔。

本实用新型的有益效果：本实用新型结构简单，采用标准螺纹规格，安装、拆卸方便快捷。在使用时，更换其中损坏的部分，能够降低成本，使用范围更广。在钻头钻进过程中，通过改变水压，冲孔器实现钻、冲一体化功能的转换。冲孔器与破煤器上的合金片将钻孔内较大煤屑进行逐步破碎，利用后端螺旋叶片高效排出，有效防止卡钻、堵孔以及钻杆折断等事故发生。采用本实用新型，能够有效提高煤储层透气性，达到有效改造低渗透煤层的目的，大幅度地释放煤体中的瓦斯，并且保障井下打钻作业的顺利进行，提高打钻工作效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为图1中D-D向结构剖视图。

图3为图2中冲孔器和钻头的放大图。

图中标号：1高压密封钻杆、2破煤器、3冲孔器、4钻头、21螺旋叶片、22破煤器合金片、31冲孔器合金片、32喷嘴、33卡簧、34挡板、35封孔销、36弹簧、37挡板进水口、38封孔销出水孔、41钻头切削齿、42钻头出水孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述实用新型的内容作出一些非本质的改进和调整。

如图1、图2和图3所示，一种带有破煤器的水力冲孔钻具，包括高压密封钻杆1、破煤器2、冲孔器3和钻头4，所述的破煤器2前端与冲孔器3末端螺纹连接，破煤器2末端与高压密封钻杆1前端螺纹连接；所述冲孔器3的前端与钻头4螺纹连接，各个构件之间通过内螺纹和外螺纹的配合来实现连接与密封，连接螺纹均为密封锥螺纹。

所述的破煤器2为中空结构，破煤器2表面前段部分螺旋分布有破煤器合金片22，后段部分设有螺旋叶片21；所述破煤器合金片22在破煤器表面螺旋分布，且破煤器合金片22和破煤器2轴向夹角与其分布的螺旋线切线方向互相垂直；所述螺旋叶片21的螺距与破煤器合金片22在破煤器2表面分布的螺距一致。

在破煤器跟随钻杆旋转前进过程中，破煤器合金片对钻孔中煤屑起到进一步破碎作用。为提高破碎煤屑效率以及减小破煤器在前进时的摩擦力，破煤器合金片和钻具轴向夹角与其分布的螺旋线切线方向互相垂直，可最大限度防止大块煤体卡钻、堵孔以及折断钻杆等事故发生；其末端分布有螺旋叶片，尤其是在与光面钻杆配合使用时，为将前端破碎后的煤屑快速向后排出，现将螺旋叶片的螺距与前端合金片分布的螺距保持一致。在旋转过程中，相当于螺旋钻杆，能够扰动沉积在钻孔底部煤屑，在机械和水力的协同作用下，排渣效果更好，进一步保障打钻作业的顺利进行。

所述冲孔器3的横截面为正六边形，冲孔器3的表面分布有冲孔器合金片31，冲孔器合金片31与冲孔器的轴向垂直，在钻、冲作业的同时，防止大块煤屑卡钻、堵孔、折断钻杆。与破煤器配套使用时，相当于对钻孔内煤屑进行两次破碎，提供更大程度的保障。

靠近钻头一端的冲孔器3壳体上设有若干个喷嘴32，冲孔器3内腔内设有卡簧33、挡板34、封孔销35和弹簧36，所述封孔销35套装在弹簧36中，封孔销35末端与挡板34通过螺纹连接，封孔销35和挡板34作为整体放置于冲孔器3内腔中，卡簧33安装在冲孔器3内腔中并置于挡板34初始位置末端，挡板34上设有挡板进水孔37，封孔销35上设有封孔销出水孔38，所述挡板进水孔37和封孔销出水孔38相连通，所述封孔销35的直径大于冲孔器3前端内孔直径，并且封孔销35前端与冲孔器内孔相配合（相同角度倒角）。

所述通挡板进水孔37位于挡板34的中心处，并且圆周分布四个小进水孔；所述封孔销出水孔38位于封孔销35的侧面，封孔销35内设有直角通道连通挡板进水孔37和封孔销出水孔38。

钻头4前端沿圆周方向分布有钻头切削齿41和钻头出水孔42，钻头切削齿切割破碎煤体实现钻进，钻头出水孔处水用来降低钻头处温度，保证安全钻进。

低压水通过挡板进水孔37进入封孔销35的直角通道，由封孔销出水孔38进入冲孔器3前端，经由钻头内腔从钻头出水孔42流出，当需要冲孔时，切换高压水，在水压力作用下，挡板34推动封孔销35运动封闭冲孔器3内腔通道（封孔销35的主体直径大于与冲孔器前端内孔直径，且封孔销35前端与冲孔器内孔相配合），高压水从喷嘴32处射出，实现冲孔割缝作用。

本实用新型的工作过程如下：

钻进过程。所述的高压密封钻杆传递来自钻机的旋转力矩以及推力，实现前端破煤器、冲孔器以及钻头的旋转前进，钻头切削齿破碎煤体进行打钻，此时的低压水经过钻杆内部——破煤器内部——冲孔器挡板进水口——冲孔器封孔销出水口——冲孔器内腔——钻头，对钻头处进行降温冷却，保障安全钻进。

冲孔过程。在打钻过程中，前进困难或者排渣量减少时，可对钻孔进行冲孔。在此之前，需要根据水压确定冲孔器上喷嘴的数量、尺寸以及相对应的弹簧规格等。当需要冲孔时，切换高压水，在高压水压力作用下，挡板推动封孔销运动封闭冲孔器内腔通道，高压水从喷嘴处射出，实现冲孔割缝作用。

破煤器安装在冲孔器之后，煤屑在经过冲孔器之后，由其表面螺旋分布的合金片对煤屑进行进一步的破碎作用，其合金片的分布角度以及数量可以有效地将较大煤块进行破碎，防止堵塞、卡紧以及折断钻杆的发生；其后端分布螺旋叶片，可视为螺旋钻杆，能够有效地将钻孔内煤屑向后排出，并且在水力的协同作用下，排渣效果更好。

本实用新型，结构简单，实现多种功能，采用标准连接，互换性强，节约成本，在钻、冲作业的同时，能够最大程度保障施工作业的顺利进行，为井下瓦斯治理以及煤矿安全生产提供保障。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种带有破煤器的水力冲孔钻具，包括高压密封钻杆（1）、破煤器（2）、冲孔器（3）和钻头（4），其特征在于：所述的破煤器（2）前端与冲孔器（3）末端螺纹连接，破煤器（2）末端与高压密封钻杆（1）前端螺纹连接；所述冲孔器（3）的前端与钻头（4）螺纹连接，所述的破煤器（2）为中空结构，破煤器（2）表面前段部分螺旋分布有破煤器合金片（22），后段部分设有螺旋叶片（21）。

2.根据权利要求1所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：所述破煤器合金片（22）在破煤器表面螺旋分布，且破煤器合金片（22）和破煤器（2）轴向夹角与其分布的螺旋线切线方向互相垂直。

3.根据权利要求2所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：所述螺旋叶片（21）的螺距与破煤器合金片（22）在破煤器（2）表面分布的螺距一致。

4.根据权利要求1所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：所述冲孔器（3）的横截面为正六边形，冲孔器（3）的表面分布有冲孔器合金片（31），冲孔器合金片（31）与冲孔器的轴向垂直。

5.根据权利要求1所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：靠近钻头一端的冲孔器（3）壳体上设有若干个喷嘴（32），冲孔器（3）内腔内设有卡簧（33）、挡板（34）、封孔销（35）和弹簧（36）。

6.根据权利要求5所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：所述封孔销（35）套装在弹簧（36）中，封孔销（35）末端与挡板（34）通过螺纹连接，封孔销（35）和挡板（34）作为整体放置于冲孔器（3）内腔中，卡簧（33）安装在冲孔器（3）内腔中并置于挡板（34）初始位置末端，挡板（34）上设有挡板进水孔（37），封孔销（35）上设有封孔销出水孔（38），所述挡板进水孔（37）和封孔销出水孔（38）相连通，所述封孔销（35）的主体直径大于冲孔器（3）前端内孔直径，封孔销（35）前端与冲孔器（3）内孔相配合。

7.根据权利要求6所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：所述挡板进水孔（37）位于挡板（34）的中心处，并且圆周分布四个小进水孔；所述封孔销出水孔（38）位于封孔销（35）的侧面，封孔销（35）内设有直角通道连通挡板进水孔（37）和封孔销出水孔（38）。

8.根据权利要求1所述的带有破煤器的水力冲孔钻具，其特征在于：所述钻头（4）前端沿圆周方向分布有钻头切削齿（41）和钻头出水孔（42）。