[发明专利]一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具

说明书

本发明公开了一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换器和射流喷嘴，位于钻孔开口端安装有孔口封孔泄渣组件。所述双通道碎渣钻杆最终要进入穿层钻孔的煤孔段，所述双通道钻杆仅进入岩孔段；利用钻杆的双通道特性，形成钢铁筛孔结构的内排渣通道，利用双通道碎渣钻杆粉碎钻割冲产出的煤块和煤渣，利用筛孔控制进入内排渣通道的煤渣粒径和煤渣流量，保证内排渣通道的通透性，可防止喷孔瓦斯超限事故的发生，提高突出煤层穿层钻孔钻割冲作业的安全性和可控性。

技术领域

本发明涉及煤矿开采中的瓦斯抽采装置技术领域，特别涉及一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具。

背景技术

国内很多省份针对突出煤层瓦斯抽采，要求开挖底板岩巷，在底板岩巷内施工穿层钻孔，对突出煤层的待掘进区域或待开采区域实施抽采消突。为了充分发挥穿层钻孔的抽采消突功效，普遍在穿层钻孔的煤孔段实施“钻割冲”一体化增透措施。现有技术现状是：所采用的钻杆普遍为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆或三棱钻杆等，其中前三种钻杆的专利原始申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别为ZL200610111830.7，ZL200920088879.4， ZL200910064973.0，在钻头处或钻杆上安装高低压转换装置及射流喷嘴，对煤孔段钻孔实施割缝、冲孔，也有学者称之为水力造穴、水力掏槽、水力掏煤等。

现有技术所采用的刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆和三棱钻杆，用于穿层钻孔打钻、割缝及冲孔时，普遍采用水流作为钻头降温、射流动力和排渣动力，排渣通道位于钻杆外壁与钻孔内壁之间的环状通道，该排渣通道称之为外排渣通道。穿层钻孔的煤孔段在打钻、割缝及冲孔的过过程中，孔内煤炮频繁发生，煤孔段钻割冲形成的自由面处煤体不断崩落坍塌，有大量煤块和煤渣产生，这些煤块和煤渣本身不具备流动性，需要利用钻割冲作业所用的水流作用和钻杆旋搅碎渣作用，使这些煤渣和煤块转变为可以流动的固液相水煤渣流体，从钻孔的外排渣通道排出孔外。由于在煤孔段钻割冲产出的煤块和煤渣具有突发性和不均衡性，伴随煤炮声产出大量煤块和煤渣，煤块和煤渣依靠自重作用和水流作用涌向空间狭小的岩孔段外排渣通道，水流作用和钻杆旋搅作用不能随时将这些煤块和煤渣转变为可流动的固液相水煤渣流体，时常导致岩孔段外排渣通道的非通透性堵塞，即钻割冲形成的自由空间内产生的大量瓦斯气体不能通过外排渣通道下泄，导致钻割冲形成的自由空间内的瓦斯气体压力远大于孔外的大气压，在水流作用和钻杆旋搅作用下，一旦使非通透性堵塞的外排渣通道疏通，高压瓦斯气体和水煤渣将从孔口瞬间喷出，形成喷孔。因此，现行突出煤层穿层钻孔均在孔口安装有防喷装置，防止喷出的瓦斯向巷道空间扩散，喷孔严重时，防喷装置将会失效，导致钻机周围的巷道瓦斯浓度超限。不完全统计，突出煤层打钻喷孔导致的瓦斯超限占突出矿井总瓦斯超限次数的60%至80%，已构成突出矿井的安全隐患。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，旨在通过孔内钻具的创新设计来解决穿层钻孔钻割冲过程中的喷孔瓦斯超限问题，提高穿层钻孔钻割冲作业的安全性和可控性。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种用于突出煤层穿层钻孔的防喷孔钻割冲钻具，包括从前到后依次搭接组合安装的双通道筛孔钻头、多根双通道碎渣钻杆、多根双通道钻杆和钻尾供水排渣组件，首根双通道碎渣钻杆上安装有高低压转换组件，位于钻孔开口端安装有与双通道碎渣钻杆或双通道钻杆配合的孔口封孔泄渣组件。

进一步，所述双通道碎渣钻杆的外表面设置有螺旋槽和螺旋凸筋，沿螺旋槽和螺旋凸筋贯穿布置有泄渣筛孔，所述泄渣筛孔的中心线指向双通道碎渣钻杆横截面圆心或偏向钻杆旋转方向；所述双通道碎渣钻杆内部为中空结构并通过支撑组同轴安装有供水管，所述供水管的外壁与双通道碎渣钻杆的内壁围合形成内排渣通道，所述泄渣筛孔的孔径小于内排渣通道径向最小几何尺寸的三分之一，所述泄渣筛孔为圆孔、变径圆孔或子母组合孔。