[发明专利]煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具与方法有效

专利信息
申请号: 201810225338.5 申请日: 2018-03-19
公开(公告)号: CN108487864B 公开(公告)日: 2019-11-05
发明(设计)人: 李泉新;石智军;赵建国;方俊;刘建林;许超;王四一 申请(专利权)人: 中煤科工集团西安研究院有限公司
主分类号: E21B10/26 分类号: E21B10/26;E21B7/04
代理公司: 北京天奇智新知识产权代理有限公司 11340 代理人: 李振文
地址: 710077 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 岩层 扩孔钻头 双动力 钻孔 扩孔钻具 前置导向器 扩孔工具 扩孔钻进 煤矿井下 直径阶梯 定向孔 泥浆泵 破岩 动力作用 回转驱动 机械动力 孔口钻机 扩孔作业 驱动动力 施工效率 依次连接 钻具组合 高压水 阶梯式 驱动力 先导孔 扩孔 双级 钻机 节约 施工
【权利要求书】:

1.一种煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,由前置导向器、初级扩孔钻头、次级扩孔钻头、双动力扩孔工具组成,所述前置导向器、初级扩孔钻头与次级扩孔钻头的外径逐级增加,其特征在于:

所述前置导向器连接于初级扩孔钻头的前端,其顶部为球面结构,以有效减小前置导向器对先导定向孔孔壁的侧向切削;

所述初级扩孔钻头包含初级钻头本体和切削扩孔单元,所述切削扩孔单元包含设置于初级钻头本体周缘的多个初级切削刀翼、初级正向切削齿和初级反向切削齿,所述多个初级切削刀翼为螺旋状设置,所述多个初级正向切削齿采用金刚石复合片制成且镶焊于各初级切削刀翼前端,所述初级反向切削齿镶焊于各初级切削刀翼尾部;

所述的次级扩孔钻头为中空的环形结构以供双动力扩孔工具穿置,所述次级扩孔钻头包含切削扩孔组件,所述切削扩孔组件包含多个次级切削刀翼、次级正向切削齿和次级反向切削齿,所述多个次级切削刀翼为螺旋状设置,多个次级正向切削齿采用金刚石复合片制成并镶焊于次级切削刀翼前端,多个次级反向切削齿镶焊于各次级切削刀翼尾部;

所述双动力扩孔工具包含固定组件和转动组件,所述固定组件由接手、定子外管、万向轴外管、传动轴外管加厚短接和传动轴外管依次连接构成,所述接手、定子外管、万向轴外管、传动轴外管加厚短接和传动轴外管均为中空,从而形成整体中空的固定组件,以供转动组件容置,所述传动轴外管加厚短接在前端设置有外螺纹以与次级扩孔钻头的内螺纹连接,所述转动组件由转子、万向轴和传动轴依次连接构成,所述传动轴前端设置有内螺纹以与初级扩孔钻头的外螺纹连接。

2.如权利要求1所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:各初级切削刀翼的外壁还镶焊有初级保径。

3.如权利要求1所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:所述初级扩孔钻头还包含初级水眼单元,所述初级水眼单元为多组,其数量与初级切削刀翼数量相同,每个初级水眼单元对应一个初级切削刀翼。

4.如权利要求3所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:每组初级水眼单元包括正向水眼与反向水眼,二者均沿初级扩孔钻头径向布置,且正向水眼与初级正向切削齿平齐,反向水眼与初级反向切削齿平齐,分别用于初级正向切削齿与初级反向切削齿的冲洗、润滑与冷却。

5.如权利要求1所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:各次级切削刀翼的外壁镶焊有次级保径。

6.如权利要求1所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:所述定子外管的外壁设置有双曲面螺旋槽,内壁铺设有等壁厚的双曲面螺旋橡胶衬套,所述定子外管的外壁与内壁螺旋线型一致。

7.如权利要求1所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:所述转动组件的中间设置有中空过水通道,所述中空过水通道在与次级扩孔钻头的正向切削齿对应位置均匀布置一组径向水眼,用于次级扩孔钻头正向切削齿的润滑冷却。

8.如权利要求1所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具,其特征在于:所述转动组件通过轴承组件限位在固定组件内,所述轴承组件由多个向心轴承串接组成。

9.一种使用如权利要求1-8任一项所述的煤矿井下岩层定向孔双动力大直径阶梯式扩孔钻具的扩孔方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤1:先导孔施工,利用定向钻具,在岩层中施工小直径先导定向孔;

步骤2:扩孔钻具连接,在双动力扩孔工具前端依次连接次级扩孔钻头、初级扩孔钻头和前置导向器,然后将其伸入先导定向孔,在双动力扩孔工具的后端依次连接扩孔钻杆与旋转送水器;

步骤3:初级扩孔,启动孔口钻机回转扩孔钻杆,并开启泥浆泵通过旋转送水器向扩孔钻杆内供水,双动力扩孔工具转动组件在高压水作用下,沿固定组件回转,并带动初级扩孔钻头进行第一阶梯式扩孔,扩大钻孔直径;

步骤4:次级扩孔,孔口钻机回转动力通过扩孔钻杆传递至双动力扩孔工具,由双动力扩孔工具固定组件带动次级扩孔钻头进行第二阶梯式扩孔,进一步扩大钻孔直径,次级扩孔钻头回转速度等于钻机回转速度。

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