[发明专利]一种煤矿井下水平钻孔取芯钻具组合及其使用方法

说明书

一种煤矿井下水平钻孔取芯钻具组合及其使用方法，属于煤矿钻探取芯技术领域，可解决坑道水力反循环取芯方法存在的正循环通道环状间隙小，不能通过冲洗介质正循环方法进行处理孔内复杂情况的问题，包括钻具Ⅰ和钻具Ⅱ，开始下钻时，下入钻具Ⅰ，采用水力反循环钻进工艺实施连续取芯，水力反循环携带岩芯柱出现不畅时，卸掉反循环水龙头，加接短节Ⅱ、单壁钻杆和水龙头，使钻具Ⅰ转换为钻具Ⅱ，将双壁钻杆当做取芯长筒，改用正循环钻进工艺继续取芯钻进。本发明可在一趟钻中，实现水力反循环取芯钻进和正循环取芯钻进，提高取芯钻孔的平均回次进尺和的整体施工效率。

技术领域

本发明属于煤矿钻探取芯技术领域，具体涉及一种煤矿井下水平钻孔取芯钻具组合及其使用方法。

背景技术

坑道取芯钻探以水平钻孔为主，主要有单管（或双管）提钻式取芯、绳索取芯、以及水力反循环取芯等三种方法。坑道水力反循环取芯方法与单管（或双管）提钻式取芯方法从总体上比较，无论是从平均回次进尺还是钻孔成本方面，均获得较好的使用效果，因此，在我国铁矿、铜矿、金矿坑道钻探工程中，得到较多地推广应用。

在坑道水力反循环取芯钻进过程中，为了保证孔内冲洗介质反循环效果的持续与稳定，即双壁钻杆中心通道的冲洗介质能够满足携带岩芯柱的流速（≥1.5m/s）要求，目前主要通过以下几种手段来实现：一是在孔外安装孔口密封装置，将钻杆与孔壁形成的环状间隙通道（正循环排渣通道）直接封堵；二是减小正循环通道的环状间隙（1-2mm），增大冲洗介质的正循环排渣阻力，如在双壁钻杆之间每隔一定距离安装一个扩孔扶正封堵器，其外径比取芯钻头外径小1-2mm，或者将钻杆的接头外径与取芯钻头的外径设计得相差较小，如双壁钻杆的接头外径74mm，取芯钻头外径76mm，两者差值只有2mm。

然而，坑道水力反循环取芯方法仍存在平均回次进尺短（约31m）、取芯深度较浅（大多在80m以内）的问题，尤其深度超过50m以后，岩芯堵塞问题尤为严重，影响了取芯钻孔的施工效率。同时，实践表明，煤矿井下钻孔尤其是煤岩钻孔钻进中，采用PDC钻头破碎的岩屑颗粒粒径较大，10目以上（≥2mm）的岩屑颗粒质量比占到50%左右，因此，当孔内出现复杂情况时，由于正循环通道环状间隙小，不能通过冲洗介质正循环方法进行处理。

发明内容

本发明针对坑道水力反循环取芯方法存在的正循环通道环状间隙小，不能通过冲洗介质正循环方法进行处理孔内复杂情况的问题，提供一种煤矿井下水平钻孔取芯钻具组合及其使用方法。

本发明采用如下技术方案：

一种煤矿井下水平钻孔取芯钻具组合，包括钻具Ⅰ和钻具Ⅱ，其中，钻具Ⅰ包括用于取芯的钻头、用于岩芯长度控制的短节Ⅰ、若干反螺旋槽双壁钻杆、若干双壁钻杆和反循环水龙头，钻头的一端与短节Ⅰ的一端连接，短节Ⅰ的另一端与反螺旋槽双壁钻杆的一端连接，反螺旋槽双壁钻杆的另一端与双壁钻杆的一端连接，双壁钻杆的另一端与反循环水龙头的一端连接，钻具Ⅱ包括用于取芯的钻头、用于岩芯长度控制的短节Ⅰ、若干反螺旋槽双壁钻杆、若干双壁钻杆、用于转换的短节Ⅱ、若干单壁钻杆和水龙头，钻头的一端与短节Ⅰ的一端连接，短节Ⅰ的另一端与反螺旋槽双壁钻杆的一端连接，反螺旋槽双壁钻杆的另一端与双壁钻杆的一端连接，双壁钻杆的另一端与短节Ⅱ的一端连接，短节Ⅱ的另一端与单壁钻杆的一端连接，单壁钻杆的另一端与水龙头的一端连接，其中，反螺旋槽双壁钻杆、双壁钻杆和单壁钻杆的外径相同，钻头的外径比反螺旋槽双壁钻杆、双壁钻杆和单壁钻杆的外径大。

所述短节Ⅱ与双壁钻杆连接的一端设有环状的中心管，与单壁钻杆连接的一端设有连接口，短节Ⅱ的侧部设有若干斜孔，斜孔与中心管的内通道相通，中心管的外环间隙与连接口之间设有若干轴向通孔。

所述反螺旋槽双壁钻杆包括外管和内管，外管的外表面设有反向螺旋槽。

所述钻头的外径比反螺旋槽双壁钻杆、双壁钻杆和单壁钻杆的外径大7-24mm。

一种煤矿井下水平钻孔取芯钻具组合的使用方法，包括如下步骤：