一种内排粉式钻杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内排粉式钻杆，属于软煤层钻孔设备领域。
【背景技术】
[0002]煤矿井下瓦斯抽采主要通过煤层水平钻机钻孔来实现。松软突出煤层(硬度系数< 1)渗透性差、瓦斯含量高。钻进过程中，容易产生垮孔、卡钻、喷孔等现象。我国在松软煤层虽然有钻孔深度超过150m的记录，但是大多数钻孔深度都在100m以下，且成孔率低，防突成本和瓦斯抽放成本很高。我国松软煤层在所开采的煤层中占比例较大，因此松软煤层钻进成孔问题一直是一个急需解决的难题。
[0003]由于在原本松软的煤层中钻进时，钻齿吃进煤体处，由于吃进量大，钻齿并不是产生切削的效果，而是钻齿撬动局部煤体，确切地说就是近齿处较大的煤粒或者煤块。这将使得钻孔无法保持原有固定的孔经，形成粗细不一的鼠洞形钻孔。钻碎的煤粉，煤块通过钻杆的外表面和已钻的煤层孔壁之间排出，在此称为外排粉式钻杆，钻杆在孔内旋转甩动，煤粉、冲洗水流或强风流在较大空腔处都将对孔壁产生进一步的破坏作用，是导致钻孔垮塌的主要原因。在松软煤层中钻进，塌孔时常发生，人们企图采取使用麻花钻杆的强制排粉功能来解决这个问题，但是，并不能取得理想的效果。麻花钻杆的排粉速度是相当慢的，岩粉在孔中运行时间较长。随着钻孔加深，钻杆螺纹推动岩粉将呈现较大的阻力，这就使得钻杆产生自动吃进。这时，如果钻机继续给压，会造成孔内岩粉滞留，从而导致堆积和堵塞岩石的切削形式和排粉形式。但终因地质条件特殊，煤层质地过于松软，打钻仍然十分困难，特别是掘进超前钻孔的施工成孔率很低。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，经过对钻探工艺的分析研究，以及对钻探成孔条件的详细分析，本发明提供了一种有利于软煤层的内排粉式钻杆，这种钻杆具有特殊的排粉方式和优良的保孔护壁功能。
[0005]本发明提供了一种内排粉式钻杆，包括前段和后段还有钻头，钻杆中部为空心，前段钻杆的头部设有锥形内螺纹，尾部设有锥形外螺纹，在前段钻杆的中心孔内部均匀设有喷嘴，喷嘴为倾斜设置，且喷嘴与设置在钻杆内部的水孔对应安装，水孔中心与钻杆的中心线平行设置；后段钻杆包括若干节结构相同的短杆，短杆的头部设有锥形内螺纹，尾部设有锥形外螺纹，短杆之间通过锥形螺纹连接，相邻短杆的连接处设有密封圈，短杆内部设有水孔，该水孔与钻杆上段的水孔连通；前段钻杆与钻头连接，钻头为阶梯锥形，均匀分布有三翼，三翼边缘(切削刃)为波浪形，三翼之间分别有三个扇形孔，它与钻头中心孔相通；前段钻杆与后段钻杆的各节短杆之间紧固好之后水孔正好对中，钻进时，与动力轴相联钻杆的水孔通入高压水。
[0006]上述方案中，所述前段钻杆喷嘴的倾斜角与钻杆中心线夹角为45度；喷嘴主体为圆柱体结构且在圆柱体外侧设有螺纹，通过螺纹与水孔配合使用，喷嘴端部为锥形孔且喷口处孔最小；所述喷嘴在钻杆上段的中心孔内沿径向分布有6~8个。
[0007]上述方案中，所述水孔为圆形孔道，且水孔在钻杆内部沿径向均匀分布，水孔中心距钻杆中心的距离为钻杆半径的五分之四，所述水孔与喷嘴对应设置，分布有6~8组；外部注水的压强为5Mpa。
[0008]上述方案中，所述钻头为阶梯锥形，均匀分布有三翼，三翼边缘即切削刃为波浪形，三翼之间分别有三个扇形孔它与钻头中心孔相通。
[0009]上述方案中，所述内排粉钻杆向前推进时，钻头应保持水平或与水平面保持仰角，钻孔完成后向外退出各钻杆时，应停止供高压水，以减少水对孔壁的冲刷作用，保证成孔率。
[0010]上述方案中，所述短杆的长度为lm。
[0011]本发明的有益效果:
(1)本发明内排粉式钻杆在旋进过程可以降低塌孔、抱钻等事故发生。能避免传统外排粉钻进模式带来的钻头切煤后，向后排粉过程中与已成形煤孔之间的强烈挤压、摩擦，能保全已成形煤孔孔壁。
[0012](2)本发明的内排粉式钻杆可以提高成孔率，保持成孔形状。钻头前方对称分布3个翼型切削刃，3个翼型切削刃为波浪形，有利于形成细小煤粉。该切口由于是在孔壁切削刃之间，所以在切削过程中，切削刃切割对象是在原始状态下其周围裂隙尚未扩展时，接受剪切力作用。而由剪切力产生的扭矩，受自由空间限制尚不足以对孔壁产生破坏。在切割过程中由钻头锥形翼片上的波浪形合金截齿来完成破碎，孔壁是逐渐扩大，瓦斯气体逐渐排出防止瓦斯突出，周围产生的裂纹较小，加之切割下来的部分粉末通过刀具扇形孔进入钻杆内部向后排出。所以对孔壁没有造成冲刷作用，可以保持成孔的形状。
[0013](3)所述内排粉式钻杆结构简单，加工方便，安装与拆卸简单容易操作，能实现即插即用方便快捷。
[0014](4)所述本发明实现了煤块破碎后从钻杆内部排出(称之为内排粉钻杆)，相比现有钻杆外部排粉的结构，可以减少排粉过程中与孔壁的摩擦、挤压、冲蚀、塌孔、抱钻等事故，减轻工人处理上述事故的劳动强度，提高钻机的使用性能和工作效率。
【附图说明】
[0015]图1为本发明内排粉式钻杆的结构示意图；
图2为图1中沿A-A线的剖视图；
图3为内排粉式钻杆的前段结构图；
图4为内排粉式钻杆的后段短杆的结构图；
图5为喷嘴的结构图；
图6为钻头的结构不意图；
图7为图6中沿B-B线的剖视图:
图中，1为三翼，2为钻头，3为钻杆前段，4为锥形内螺纹，5为喷嘴，6为密封圈，7为短杆，8为水孔，9为进水口，10为锥形外螺纹，11为排肩口，12为进肩处，13为钻头进肩口。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0017]实施例:
如图1~图5所示，一种内排粉