[发明专利]煤矿井下碎软煤层顺层钻孔旋喷式复合钻具及排渣方法

说明书

本发明公开一种煤矿井下碎软煤层顺层钻孔旋喷式复合钻具及排渣方法，包括依次密封连通且同轴的双通道介质输送器、旋喷式双壁螺旋钻杆和双壁钻头；双通道介质输送器包括内管和外管，且内管和外管之间安装轴承组件；旋喷式双壁螺旋钻杆包括内管总成和外管总成，在外管总成侧壁上设有多个螺旋排布的喷嘴组件；双壁钻头包括钻头本体、同轴的钻头内壁和钻头外壁；中心通道上端口密封连接有第一高压胶管以连接空压机；环隙空间上端通过内管侧壁内嵌通孔连通至外部并密封连接有第二高压胶管以连接空压机或泥浆泵。本发明实现了碎软煤层顺层瓦斯抽采钻孔旋喷式复合高效排渣，进而提高钻孔深度，而且实现了孔内除尘降尘，改善钻孔施工现场环境。

技术领域

本发明属于煤矿井下钻探技术领域，具体涉及一种煤矿井下碎软煤层顺层钻孔旋喷式复合钻具及排渣方法。

背景技术

在碎软煤层中施工顺层瓦斯抽采钻孔时，由于煤质松软破碎，胶结性差，钻进过程中经常出现塌孔，瞬间产生大量煤粉，常常引起卡钻和埋钻事故，导致钻孔深度浅，达不到设计要求，严重制约着煤矿瓦斯的高效治理。

为了解决以上问题，碎软煤层顺层瓦斯抽采钻孔施工主要采用压风空气钻进工艺，该工艺采用螺旋钻杆回转钻进，钻进过程中配压风，以压风排渣为主，螺旋钻杆回转排渣为辅。钻进过程中一方面通过螺旋钻杆的高速旋转，螺旋翼片将煤粉搅动起来，再通过压风排出孔外，另一方面通过螺旋翼片旋转产生的挤推力，推动部分煤粉排出孔外，形成一种复合排渣工艺，该工艺相对于传统采用外平钻杆回转钻进工艺，排渣效果明显改善，顺层瓦斯抽采钻孔深度有所提高。

但该工艺在钻进过程中产生的煤粉往往沉积在螺旋钻杆下部与孔壁之间，钻进用压风通过螺旋钻杆上部与孔壁之间间隙排出孔外，压风排渣的作用显著下降；钻进所采用的螺旋钻杆，常常被钻进过程中瞬间产生的大量煤粉包裹起来，螺旋翼片对煤粉的旋转搅动作用显著下降甚至失去搅动的作用，使得螺旋钻杆辅助排渣的作用大大降低；最终由于排渣不畅引起卡钻和埋钻事故，导致顺层瓦斯抽采钻孔深度达不到设计要求。同时，压风钻进工艺在钻进过程中以压风排渣为主，作业现场往往产生大量的煤粉尘，严重威胁着现场作业人员的身体健康。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种煤矿井下碎软煤层顺层钻孔旋喷式复合钻具及排渣方法，以解决现有技术的上述问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种煤矿井下碎软煤层顺层钻孔旋喷式复合钻具，包括从上到下依次密封连通且同轴布设的双通道介质输送器、旋喷式双壁螺旋钻杆和双壁钻头；

所述双通道介质输送器包括从内到外同轴套设的内管和外管，且内管和外管之间安装轴承组件；内管的通道为第一中心通道，内管和外管之间的环隙通道为第一环隙通道；

所述旋喷式双壁螺旋钻杆包括从内到外同轴套设的内管总成和外管总成，在外管总成侧壁上设有多个螺旋排布的喷嘴组件；内管总成的通道为第二中心通道，内管总成和外管总成之间的环隙通道为第二环隙通道；第一中心通道和第二中心通道密封连通，第一环隙通道和第二环隙通道密封连通；

所述双壁钻头包括钻头本体、同轴的钻头内壁和钻头外壁，钻头内壁中心为钻头通孔，钻头内壁和钻头外壁之间为环形槽；所述第二中心通道与钻头通孔密封连通，钻头外壁与外管总成密封连接；

所述第一中心通道、第二中心通道和钻头通孔密封连通为中心通道，中心通道上端口密封连接有第一高压胶管以连接空压机；所述第一环隙通道和第二环隙通道形成环隙空间并能通过喷嘴组件连通外部，环隙空间上端通过内管侧壁内嵌通孔连通至外部并密封连接有第二高压胶管以连接空压机或泥浆泵。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述外管总成外壁上设有螺旋槽，在螺旋槽内等间距设有多个安装孔，所述喷嘴组件螺接安装在安装孔内，且能连通第二环隙通道和外部；

所述喷嘴组件的喷头直径为0.5-8mm。