[发明专利]一种用于长大地质钻孔施工的内排式直角梯形钻头及方法

说明书

本发明涉及地质钻孔施工领域，特别涉及一种用于长大地质钻孔施工的内排式直角梯形钻头及方法，包括内排式长大钻孔施工装置、定芯导向排屑装置、固定旋转支承装置；所述内排式长大钻孔施工装置包括内凹式直角梯形钻头、内排式钻杆连接装置、内螺旋中空钻杆，所述定芯导向排屑装置包括定芯三角钻头、定芯钻头连接装置、外螺旋麻花钻杆、插入式快速接装置，所述固定旋转支承装置包括固定旋转轴承、固定旋转支架；所述定芯导向排屑装置位于内排式长大钻孔施工装置中心，通过固定旋转支承装置实现定芯导向排屑装置与内排式长大钻孔施工装置同轴同步钻进；该装置可以实现长大地质钻孔快速施工中钻孔定芯和钻屑内排，有效避免钻孔偏斜、塌孔及卡钻现象。

技术领域

本发明涉及地质钻孔施工领域，具体涉及一种用于长大地质钻孔施工的内排式直角梯形钻头及方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，对矿产资源的需求量在不断增加，部分浅部的矿产资源开采和应用已提前进入枯竭期。因此，加大深部矿产资源勘探，探寻地球深部新的矿产资源，具有重要的现实意义。地质钻探是矿产资源勘探的重要手段，特别是深部矿产资源勘探，急需研制深部矿产资源勘探所必须的长距离、大直径地质钻进装置。

通常地质钻探会遇到各类事故，其中塌孔现象尤为常见，约占各类钻探事故的50％，钻孔塌孔严重影响施工进度。塌孔事故处理难度较大，处理过程中容易出现埋钻、卡钻等情况，最终导致钻孔报废，钻具丢失。因此，地质钻探中防止钻孔塌孔尤为重要，特别是长距离、大直径地质钻孔更容易造成钻孔塌孔、卡钻。造成钻孔塌孔主要与地层中岩层硬度不同、地质构造存在、地层溶蚀以及断层破碎带的密切相关。地质钻探过程不易掌握压力，对软岩层钻进过快，而积聚的岩粉不能快速排出，造成堵塞或钻进泵压异常、憋泵现象，导致孔内回转阻力增大。当钻孔长距离接触煤层时也会造成塌孔，导致大量煤岩屑无法正常排出；当钻孔穿过地质构造变化带遇到硬岩或破碎的煤岩层时，钻进时就会出现钻孔掉渣，造成钻孔堵塞、埋钻现象。

此外，钻孔偏斜是地质钻探急需解决的另一个关键问题，特别是当钻孔长度和孔径较大时，更容易造成整个钻孔偏斜而偏离设计位置。造成钻孔偏斜的原因与地质条件、钻具结构、钻进技术措施及设备质量等诸多因素相关。当地质钻探由软地层钻进到硬地层时，由于钻进地层的倾斜和非均质性，使得钻头受力不平而发生弯曲导致钻头倾斜，造成钻孔偏斜。

高效排屑是地质钻孔快速钻进的重要保障。中国专利CN202021862119.7公开了一种煤矿地质钻矿取样装置，该装置仅适合用来取样，但对于消耗磨损较大的长大地质钻孔钻进则不适宜，不能够做到快速排屑，也不能够精准定位实现快速施工。中国专利CN201922003262.4公开了一种煤矿地质钻矿取样装置，虽然该装置设置有内孔排屑功能，但是排屑和钻进分开，仅能够排出部分尘屑，不能够在高速钻进施工过程快速排屑。

造成地质钻孔塌孔、埋钻、卡钻以及钻孔偏斜，除受水文地质条件、地层岩性影响外，还与地质钻孔的长度、孔径及排屑功能密切相关。当地质钻孔长度较大时，容易造成钻孔偏斜，钻进过程排屑困难、卡钻现象；当地质钻孔孔径较大时，由于钻进过程孔壁悬空面积较大，容易造成钻孔塌孔、卡钻现象。因此，急需研制一种能够在长大地质钻孔钻进过程中同步定芯、实时孔壁支撑、快速排屑的钻进装置，以解决上述技术难题和关键问题，避免长距离、大直径地质钻孔钻进过程中钻孔偏斜、塌孔、卡钻现象，保证长大地质钻孔快速施工。

发明内容

针对上述技术背景涉及的不足，本发明的目的在于提供一种用于长大地质钻孔施工的内排式直角梯形钻头及方法。