軟煤層鉆進多翼內(nèi)凹開放式仿生降阻護孔鉆桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于松軟煤層鉆探工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軟煤層鉆進多翼內(nèi)凹開放式仿生降阻護孔鉆桿。
【背景技術(shù)】
[0002]井下瓦斯抽采主要包括成孔、封孔、聯(lián)孔等技術(shù)環(huán)節(jié)，其中以成孔技術(shù)最為關(guān)鍵，成孔深度及效率決定著瓦斯抽采的效率及范圍。目前，軟煤層鉆孔施工是瓦斯抽采的一項技術(shù)難題，軟煤層以m類碎粒煤(煤堅固性系數(shù)f=0.25-0.5)和IV類糜棱煤(f〈0.3)為主，鉆進過程中，受地應(yīng)力、瓦斯壓力及煤體構(gòu)造應(yīng)力等因素影響，鉆孔收縮嚴重，鉆進過程中，鉆孔易堵塞，鉆進阻力大，卡鉆、斷鉆現(xiàn)象頻發(fā)，致使鉆孔深度淺、鉆進效率低、成孔率低，直接影響瓦斯的抽采范圍和抽采效率，間接影響煤層的開采效率、安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益。解決軟煤層鉆進難題，應(yīng)從降低鉆進阻力、提高排渣效率兩個方面著手，降低鉆進阻力主要從改變鉆桿的截面形狀入手，提高排渣效率主要從鉆桿結(jié)構(gòu)、鉆進速度、供風量等方面入手。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種軟煤層鉆進多翼內(nèi)凹開放式仿生降阻護孔鉆桿，利用鉆桿的多翼內(nèi)凹結(jié)構(gòu)提供護孔排渣通道，利用鉆桿表面的凸形或凹槽降低鉆進阻力，實現(xiàn)了護孔排渣、低阻鉆進作業(yè)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:軟煤層鉆進多翼內(nèi)凹開放式仿生降阻護孔鉆桿，包括多翼內(nèi)凹開放式凹連接件、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件，所述多翼內(nèi)凹開放式凹連接件、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件同軸向設(shè)置，多翼內(nèi)凹開放式凹連接件和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件分別連接在多翼內(nèi)凹開放式中空桿體的兩端，多翼內(nèi)凹開放式凹連接件、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件內(nèi)部軸向設(shè)有連通的流體通道;多翼內(nèi)凹開放式凹連接件、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件的表面沿軸向方向設(shè)有至少兩條長槽，所有長槽均沿圓周方向均勻布置，長槽的橫截面為弧形結(jié)構(gòu)；多翼內(nèi)凹開放式凹連接件、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件的圓周表面由長槽隔開形成高速旋轉(zhuǎn)鉆孔的弧形翼。
[0005]多翼內(nèi)凹開放式凹連接件、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件的外圓周表面，或者多翼內(nèi)凹開放式中空桿體及多翼內(nèi)凹開放式凸連接件的外圓周表面，或者多翼內(nèi)凹開放式中空桿體及多翼內(nèi)凹開放式凹連接件的外圓周表面，或者多翼內(nèi)凹開放式中空桿體的外圓周表面均勻設(shè)置有仿生結(jié)構(gòu)，仿生結(jié)構(gòu)為凹槽和/或凸起。
[0006]本實用新型的鉆進方法，包括以下步驟:
[0007](1)、根據(jù)施工地點煤層瓦斯放散初速度△ p、堅固性系數(shù)f、瓦斯壓力P確定采用不同的鉆桿；
[0008](2)、在施工地點設(shè)置鉆機，將鉆桿安裝到鉆機上，鉆桿連接風管或水管，開啟鉆機進行鉆進，待鉆進到煤層預(yù)定設(shè)計深度后停鉆，退出鉆桿；
[0009](3)、調(diào)整鉆機位置，對另一個鉆孔進行鉆進作業(yè)；
[0010](4)、重復(fù)步驟(2)和(3)。
[0011]步驟(I)確定采用不同的鉆桿結(jié)構(gòu)的具體方式為:
[0012]當瓦斯放散初速度ΔP ^ 10、煤堅固性系數(shù)f < 0.5、瓦斯壓力P > 0.74時，鉆桿設(shè)計為兩翼或三翼；當瓦斯放散初速度A P〈10或煤堅固性系數(shù)0.5〈 I或瓦斯壓力P <0.74時，鉆桿設(shè)計為四翼或五翼；
[0013]當瓦斯放散初速度ΔP 2 10、當煤堅固性系數(shù)f < 0.5、瓦斯壓力P 2 0.74時，鉆桿表面凸起高度設(shè)置為5 mm?15 mm范圍內(nèi)，鉆桿表面凹槽深度設(shè)置為3 mm?5 mm范圍內(nèi)；當瓦斯放散初速度Ap〈10或煤堅固性系數(shù)0.5〈 I或瓦斯壓力P〈0.74時，鉆桿表面凸起高度設(shè)置為O mm?8 mm范圍內(nèi)，鉆桿表面凹槽深度設(shè)置為O mm?3 mm范圍內(nèi)；
[0014]當瓦斯放散初速度△P 2 10、當煤堅固性系數(shù)f < 0.5、瓦斯壓力P > 0.74時，鉆桿表面凸起或凹槽之間間距設(shè)置為10 mm?50 mm范圍內(nèi)；當瓦斯放散初速度Δ p〈10或煤堅固性系數(shù)0.5〈 f < I或瓦斯壓力P〈0.74時，鉆桿表面凸起或凹槽之間間距設(shè)置為20 mm?100 mm范圍內(nèi)。
[0015]步驟(2)在鉆進過程中的具體技術(shù)參數(shù)為:
[0016]當瓦斯放散初速度△P MO、當煤堅固性系數(shù)f < 0.5、瓦斯壓力P > 0.74時，鉆進速度設(shè)計為0.4 m/min?0.8 m/min;當瓦斯放散初速度Δ p 2 10或煤堅固性系數(shù)0.5〈 f < I或瓦斯壓力P〈0.74時，鉆進速度設(shè)計為0.8 m/min?1.2 m/min；
[0017]當瓦斯放散初速度Δρ^ΙΟ、當煤堅固性系數(shù)0.5、瓦斯壓力p20.74時，供風風量設(shè)計為12 m3/min?16 m3/min;當瓦斯放散初速度Δ p 2 10或煤堅固性系數(shù)0.5〈 f < I或瓦斯壓力P〈0.74時，供風風量設(shè)計為8 m3/min?12 m3/min。
[0018]以上技術(shù)方案所采用的原理如下:鉆進過程中，當鉆孔內(nèi)發(fā)生堵塞、鉆桿被完全包裹時，根據(jù)仿生學理論，將鉆具表面設(shè)計為凸凹不平結(jié)構(gòu)，可有效降低鉆桿與堵塞段接觸面積，從而降低鉆桿的旋轉(zhuǎn)和推進阻力，此外，鉆桿表面的凹凸結(jié)構(gòu)使煤渣處于流動狀態(tài)，及時將散失，預(yù)防堵塞段局部熱量聚集，避免鉆孔內(nèi)熱量聚集引起的鉆孔事故。本實用新型根據(jù)煤層地質(zhì)條件評估鉆孔收縮比dc并確定鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑CU、鉆桿表面凸起高度或凹槽深度、鉆桿表面凸形或凹槽之間間距、鉆進速度等技術(shù)參數(shù)，應(yīng)用降阻散熱仿生鉆桿施工鉆孔，實現(xiàn)低阻、低溫一體化鉆進。
[0019]由于采用了上述方案，本實用新型具有以下效果:
[0020]本實用新型提供一種鉆進方法并設(shè)計相應(yīng)鉆桿，從而有效降低鉆桿的鉆進阻力，有利于提高軟煤巖鉆孔深度和鉆進效率。通過本實用新型鉆進方法指導(dǎo)降阻散熱仿生鉆桿的合理鉆桿旋轉(zhuǎn)外徑CU、鉆桿表面凸起高度或凹槽深度、鉆桿表面凸起或凹槽之間間距和鉆進速度，實現(xiàn)了基于煤層地質(zhì)條件仿生鉆桿的優(yōu)化設(shè)計，并且利用鉆桿表面的凸起或凹槽降低鉆進阻力，實現(xiàn)了護孔排渣、低阻鉆進作業(yè)。鉆桿表面設(shè)置的長槽起到順暢排渣的作用。
[0021]本實用新型針對軟煤巖鉆進困難的技術(shù)難題，結(jié)合大量工程實踐，依據(jù)巖石力學、仿生學相關(guān)理論，充分考慮煤層地質(zhì)條件，本實用新型鉆進方法指導(dǎo)降阻散熱仿生鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分發(fā)揮降阻散熱仿生鉆桿的“降阻”和“散熱”的雙重作用，有利于提高軟煤巖鉆孔深度，值得在煤礦企業(yè)推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本實用新型實施例一的軸向剖視圖；
[0024]圖3是圖1的左視圖；
[0025]圖4是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是本實用新型實施例二的軸向剖視圖；
[0027]圖6是圖4的左視圖；
[0028]圖7是本實用新型實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖8是本實用新型實施例三的軸向剖視圖；
[0030]圖9是圖7的左視圖；
[0031]圖10是本實用新型實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖11是圖10的左視圖。
【具體實施方式】
[0033]實施例一:如圖1?圖3所示，本實用新型的軟煤層鉆進多翼內(nèi)凹開放式仿生降阻護孔鉆桿，包括多翼內(nèi)凹開放式凹連接件1、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體2和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件3，多翼內(nèi)凹開放式凹連接件1、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體2和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件3同軸向設(shè)置，多翼內(nèi)凹開放式凹連接件I和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件3分別連接在多翼內(nèi)凹開放式中空桿體2的兩端，多翼內(nèi)凹開放式凹連接件1、多翼內(nèi)凹開放式中空桿體2和多翼內(nèi)凹開放式凸連接件3內(nèi)部軸向設(shè)有連通的流體通道8;多翼內(nèi)凹開放式凹連接件1、多翼內(nèi)