本发明涉及钻井设备领域，特别涉及一种大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构。
背景技术：
扩孔钻进是反井钻机大体积破岩的过程，反井钻机动力头主轴带动钻杆旋转对钻头施加扭转力矩，并将推进油缸的向上提升力施加在钻头上形成钻压，两者共同作用将破岩能量传递到钻头体布置的滚刀上，同时滚刀绕其刀轴旋转。扩孔钻头将岩石从岩体上破碎下来，形成反井井孔，主要由滚刀、刀座、钻头体、中心管等组成，需要满足高效破碎岩石、排渣及辅助降尘等工艺。钻杆是用来传递轴向力和扭转力矩，并输送洗井介质的空心轴状结构，钻杆两端分别设有内圆锥螺纹和外圆锥螺纹，两根钻杆相互之间通过偏梯形螺纹连接。反井钻机在扩孔钻进期间，钻杆不仅受到极大的拉力和扭矩，而且受到运转不均衡造成的附加力矩等，钻杆断裂事故时有发生。钻杆断裂有杆体断裂、外螺纹断裂和内螺纹断裂，原因包括钻杆材料、加工工艺、检测检验、钻杆储存和钻杆使用等。现场应用中钻杆断裂位置多发生在外螺纹靠近台肩的牙型根部，观测发现断口处存在明显光滑区和粗糙区，说明主要是疲劳破坏所致。钻杆断裂后，其以下位置的钻杆、扩孔钻头会直接掉落到反井下口巷道中，巨大的冲击动量会造成钻具的二次破坏且难以处理，严重影响施工安全。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明在于提供一种能够在钻杆断裂后避免断裂部位以下的钻杆以及扩孔钻头坠落的大倾角斜井反井钻机扩孔钻头防坠机构，避免扩孔钻头坠落到反井下口巷道中时巨大冲击动量对钻具的二次破坏，有效提高施工的安全性。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，包括防坠螺栓和防坠螺母，所述防坠螺栓上端外壁上设置有螺纹，所述防坠螺栓下端端头固定连接有防坠构件；中心管与钻头体连接处的中孔为大口端朝下的喇叭口，所述喇叭口上方和下方的所述中孔均为圆柱形通孔；所述防坠螺栓的上端依次穿过所述中心管的中孔和所述接头钻杆的中心孔并在所述接头钻杆的上方与所述防坠螺母螺纹连接，所述防坠螺母的外径大于所述中心孔的孔径，所述防坠构件位于所述喇叭口处且所述防坠构件下部的外径大于所述喇叭口小口端的孔径；所述接头钻杆的下端与所述中心管的上端固定连接，所述中心管的下端与所述钻头体固定连接。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述接头钻杆的上端端头上套有垫片，所述垫片位于所述防坠螺母的下方且处在所述接头钻杆的上方。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，在所述防坠螺栓上套有第一弹簧，所述第一弹簧设置在所述垫片和所述接头钻杆的上端面之间。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，邻近所述防坠螺母的所述防坠螺栓的上端端头上开设有销孔，所述销孔的轴线垂直所述防坠螺栓中轴线且所述销孔内设置有开口销。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述防坠构件包括柱体和台体，所述柱体的上端和所述台体的下端固定连接，所述台体的上端与所述防坠螺栓的下端固定连接；在自所述台体上端至所述台体下端方向上，所述台体外接圆的半径逐渐增大。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述柱体为圆柱体，所述台体为圆台体；所述圆柱体和所述圆台体同轴设置；在所述圆柱体与所述圆台体连接处的所述圆柱体上套有第二弹簧，并且所述第二弹簧位于所述喇叭口内。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述圆柱体外壁上沿所述圆柱体周向等间距设有贯穿所述圆柱体上底面和下底面的3个第一凹槽；所述圆台体外壁上沿所述圆台体周向等间距设有贯穿所述圆台体下底面的3个第二凹槽；所述第一凹槽的上端和所述第二凹槽的下端导通。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述第一凹槽的槽底与所述圆柱体的中轴线平行，所述第二凹槽的槽底与所述圆台体的中轴线平行。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为u形槽。
上述大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，所述圆台体的上底面直径小于所述喇叭口的小口端直径，所述圆台体的下底面直径小于所述喇叭口的大口端直径。
本发明的有益效果是：
1.防坠构件上铣有3个凹槽，按圆柱体径向均匀分布，在满足强度及受力要求的同时，既便于输送洗井介质又能够减轻螺栓质量。
2.防坠螺栓上端设置的具有伸缩特性的缓冲第一弹簧，可有效减缓钻杆断裂后钻头坠落产生的冲击力。
3.适用于倾角大于或等于45度且小于或等于90度的大倾角斜井，在扩孔钻进过程中，如发生钻杆断裂，防坠机构可以有效拉住扩孔钻头及中心管，避免掉落造成安全事故。同时，在地面操作台通过钻压及扭矩的非正常变化发现断杆事故，及时采用相应措施进行处理。
4.套设在圆柱体上且位于所述喇叭口内的第二弹簧能够更好地缓冲钻杆断裂后钻头体带来的冲击，可以进一步提高本发明钻头防坠机构的使用寿命，使其寿命延长一倍以上；并具有一定输送洗井介质作用，有利于洗净介质顺利进入井下。
附图说明
图1为本发明大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构的结构示意图；
图2为本发明大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构的防坠构件的结构示意图；
图3为在本发明大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构的圆柱体与圆台体连接处的圆柱体上套有第二弹簧的结构示意图。
图中：1-防坠螺栓；2-防坠构件；3-防坠螺母；4-垫片；5-销孔；6-第一弹簧；7-圆柱体；8-圆台体；9-第一凹槽；10-第二凹槽；11-钻头体；12-中心管；13-接头钻杆；14-中心孔；15-第二弹簧。
具体实施方式
为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。
如图1和图2所示，一种大倾角斜井反井钻进扩孔钻头防坠机构，包括防坠螺栓1和防坠螺母3，所述防坠螺栓1上端外壁上设置有螺纹，所述防坠螺栓1下端端头固定连接有防坠构件2；中心管12与钻头体11连接处的中孔为大口端朝下的喇叭口，所述喇叭口上方和下方的所述中孔均为圆柱形通孔；所述防坠螺栓1的上端依次穿过所述中心管12的中孔和所述接头钻杆13的中心孔14并在所述接头钻杆13的上方与所述防坠螺母3螺纹连接，所述防坠螺母3的外径大于所述中心孔14的孔径，所述防坠构件2位于所述喇叭口处且所述防坠构件2下部的外径大于所述喇叭口小口端的孔径；所述接头钻杆13的下端与所述中心管12的上端固定连接，所述中心管12的下端与所述钻头体11固定连接。
为了避免钻杆断裂产生的冲击力对所述接头钻杆13产生损坏，本实施例中，所述接头钻杆13的上端端头上套有垫片4，所述垫片4位于所述防坠螺母3的下方且处在所述接头钻杆13的上方。所述垫片4可以增大接触面积，减小压力，防止松脱，并保护所述接头钻杆13和所述防坠机构2。
在所述防坠螺栓1上套有第一弹簧6，所述第一弹簧6设置在所述垫片4和所述接头钻杆13的上端面之间。所述第一弹簧6的设置能够减缓钻杆断裂后钻头体坠落产生的冲击力，提高本发明钻头防坠机构的使用寿命，所述第一弹簧6为具有伸缩特性的缓冲弹簧。
同时为了防止所述防坠螺母3在使用过程中放生松动甚至从所述防坠螺栓1上端脱落，本实施例中，邻近所述防坠螺母3的所述防坠螺栓1的上端端头上开设有销孔5，所述销孔5的轴线垂直所述防坠螺栓1中轴线且所述销孔5内设置有开口销。
为了能够对钻杆断裂后钻头坠落产生的冲击力产生有效的缓冲，且减少对所述中心管12和所述防坠螺栓1以及防坠构件2的损坏。在本实施例中，所述防坠构件2包括柱体和台体，所述柱体的上端和所述台体的下端固定连接，所述台体的上端与所述防坠螺栓1的下端固定连接；在自所述台体上端至所述台体下端方向上，所述台体外接圆的半径逐渐增大。所述柱体为圆柱体7，所述台体为圆台体8；所述圆柱体7和所述圆台体8同轴设置。所述圆柱体7外壁上沿所述圆柱体7周向等间距设有贯穿所述圆柱体7上底面和下底面的3个第一凹槽9；所述圆台体8外壁上沿所述圆台体8周向等间距设有贯穿所述圆台体8下底面的3个第二凹槽10；所述第一凹槽9的上端和所述第二凹槽10的下端导通。所述第一凹槽9的槽底与所述圆柱体7的中轴线平行，所述第二凹槽10的槽底与所述圆台体8的中轴线平行。所述第一凹槽9和所述第二凹槽10均为u形槽。
为了使所述喇叭口和所述圆台体8的侧面能够更好的贴合，以便于对所述中心管12管体和所述防坠螺杆以及所述防坠构件2进行保护，所述圆台体8的上底面直径小于所述喇叭口的小口端直径，所述圆台体8的下底面直径小于所述喇叭口的大口端直径。
为了提高所述防坠螺栓1与所述防坠螺母3之间螺纹连接的抗冲击性，本实施例中，在所述防坠螺栓1的上端可以设置有两个所述防坠螺母3。
其中，所述第一凹槽9和所述第二凹槽10的设置，使得所述防坠构件2在满足强度及受力要求的同时，既便于输送洗井介质又能够减轻螺栓1质量；所述第一凹槽9和所述第二凹槽10的深度小于所在位置的圆柱体或圆台体的横截面直径。
在利用扩孔钻头进行反井钻进时，所述中心管12受力较为复杂，除了受到钻杆的拉力、旋转扭矩，还受到钻孔偏斜、钻头破岩运转不均匀产生的附加弯矩作用，从而导致所述中心管12容易出现疲劳破坏，特别是所述中心管12与所述接头钻杆13、所述接头钻杆13与稳定钻杆之间的连接丝扣更容易出现疲劳断裂。在扩孔钻进过程中，如发生钻杆断裂，本发明可以有效拉住扩孔钻头11及所述中心管12，避免掉落造成安全事故。同时，在地面操作台通过钻压及扭矩的非正常变化发现断杆事故，及时采用相应措施进行处理。
本实施例中，所述防坠螺栓1和所述防坠构件2选用优质合金钢的棒料一体加工而成。
如图3所示，在所述圆柱体7与所述圆台体8连接处的所述圆柱体7上套有第二弹簧15，并且所述第二弹簧15位于所述喇叭口内；这种结构的防坠机构能够更好地缓冲钻杆断裂后钻头体带来的冲击，相比图1所示的防坠机构，可以进一步提高本发明钻头防坠机构的使用寿命，使其寿命延长一倍以上。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。