[发明专利]一种穿山甲鳞片仿生结构的钻杆

说明书

技术领域

本发明属于采矿技术领域，尤其涉及一种穿山甲鳞片仿生结构的钻杆。

背景技术

煤炭资源在我国能源消费结构中占主导地位，煤矿的安全和高效生产对保障我国能源供给安全和我国工业和经济发展具有重要影响。

煤层钻孔是制约煤矿安全高效生产的主要环节。但是，在松软煤层中钻孔作业时，钻孔在地应力的作用下容易垮塌。塌孔后，普通钻杆由于受周围湿润煤层和土壤的大面积包裹和挤压，受力面积增大，导致其受到的摩擦力大大增加，会被煤层抱死从而形成抱钻卡钻现象。而钻杆一旦被抱死后，将无法进退与旋转，不但严重影响作业进度，而且极大增加了煤矿事故的风险。

目前，针对普通钻杆松软煤层钻孔的抱钻卡钻问题，国内外相关科研机构进行了大量的研究，但一直都没有得到理想效果，亟需一种有效的方法解决该问题，为我国的煤炭安全高效开采提供可靠保障。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种能够防抱死、易退杆的穿山甲鳞片仿生结构的钻杆。

本发明所采用的技术方案是：一种穿山甲鳞片仿生结构的钻杆，包括杆体，其特征在于：所述的钻杆还包括中空圆台形单元，所述的中空圆台形单元内空为圆柱形内空、其外圆周面上纵向间隔分布凸脊与凹槽，所述的中空圆台形单元紧密地套在所述的杆体上。

作为优选，所述的中空圆台形单元为聚氨酯弹性体注塑而成，所述的聚氨酯弹性体弹性好、强度高、耐磨性好、自润滑性好、经济性好。

作为优选，所述的中空圆台形单元至少一个，各中空圆台形单元头尾镶嵌在一起后紧密地套在在所述的杆体上，以达到模仿穿山甲鳞片层叠形态，在卡钻时减少垮塌煤层与钻杆间的接触面积进而减少粘附阻力和摩擦力，使钻头易于退出。

作为优选，所述的中空圆台形单元的外圆周面与其底面的夹角为10°。

作为优选，所述的中空圆台形单元的外圆周面上面纵向间隔分布凸脊与凹槽，其凸脊与凹槽的特征曲线为抛物线形。

作为优选，所述的中空圆台形单元的外圆周面上面纵向间隔分布凸脊与凹槽，其凸脊与凹槽的表面存在不光滑特征。

作为优选，所述的中空圆台形单元紧密地套在在所述的杆体上后，用胶固定，损坏后易于更换。

相对于现有技术，本发明的穿山甲鳞片仿生结构的钻杆，能够有效防止松软煤层钻进过程出现钻杆抱死现象、使钻杆容易退出。

附图说明

图1：本发明具体实施例的外形效果图。

图2：本发明具体实施例的中空圆台形单元的正视图。

图3：本发明具体实施例的中空圆台形单元的仰视图。

图4：本发明具体实施例的穿山甲鳞片特征图。

图5：本发明具体实施例的穿山甲鳞片镶嵌方式效果图。

图6：本发明具体实施例的成角度镶嵌的鳞片在工作中的表面宏观形态图。

图7：本发明具体实施例的普通光滑表面在工作中的表面宏观形态图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步的说明。

请见图1、图2、图3，本发明所采用的技术方案是：一种穿山甲鳞片仿生结构的钻杆，包括杆体和30个中空圆台形单元，中空圆台形单元内空为圆柱形内空、其外圆周面上纵向间隔分布凸脊与凹槽，各中空圆台形单元头尾镶嵌在一起后紧密地套在杆体上，用胶固定。

中空圆台形单元为聚氨酯弹性体注塑而成，中空圆台形单元的外圆周面与其底面的夹角为10°，中空圆台形单元的外圆周面上面纵向间隔分布凸脊与凹槽，其凸脊与凹槽的特征曲线为抛物线形，其凸脊与凹槽的表面存在不光滑特征。

请见图4、图5，穿山甲鳞片表面均匀相间纵向间隔分布凸脊与凹槽，方向与穿山甲钻土方向相同，并且穿山甲体表的鳞片镶嵌方向与背部形成一定角度。

实验研究表明，沿纵向凸脊与凹槽方向上，穿山甲鳞片的仿生结构具有很好的耐磨降阻性，在磨料试验后，穿山甲鳞片仿生试样磨损深度仅为0.1mm。

请见图6，为成角度镶嵌的鳞片在工作中的表面宏观形态图。穿山甲鳞片的镶嵌方向与背部成一定角度，也增加了其表面的耐磨性。穿山甲的背部呈驼峰形，在掘土前进过程中会有一定的扩孔作用，穿山甲行进方向为从右向左行进，1号和3号土块受鳞片切割和挤压后将形成2号和4号土块，在一个时间点，只有1号和3号土块受挤压，而2号和4号土块与鳞片间基本没有作用，如此减少了接触面积和摩擦力。

请见图7，普通光滑表面在工作中的表面宏观形态图。普通光滑表面在与土接触时，表面全部与5号土块接触，受土的压力较大，产生的静摩擦力也会越大。