煤矿井下套管扩孔下筛管装置及施工方法
【专利摘要】一种煤矿井下套管扩孔下筛管装置及其施工方法，该套管扩孔下筛管装置包括套管、开闭式扩孔钻头、筛管和悬挂装置，所述套管壁薄，通孔直径大；所述开闭式扩孔钻头的前端设有开闭式结构，中部外缘设有扩孔组件，后端包含连接结构；所述开闭式扩孔钻头内可通过筛管和悬挂装置，所述筛管的前端连接有悬挂装置；所述开闭式结构和扩孔组件均设有切削元件，以分别实现前端钻孔和扩孔操作，其施工方法包含先导孔施工、回转扩孔钻进和护孔。由此，本发明合了扩孔及下筛管工艺，实现一次长孔段下入大直径筛管护孔，简化了工艺流程，节省了施工时间，可靠性好，成功率高，大大提高钻孔的利用率，增强瓦斯抽采效果。
【专利说明】
煤矿井下套管扩孔下筛管装置及施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及煤矿井下钻孔长孔段下大直径筛管完孔的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下套管扩孔下筛管装置及施工方法。
【背景技术】
[0002]煤矿瓦斯治理效果是制约煤矿安全生产的重要因素之一，但由于松软突出煤层及泥岩坍塌缩径等原因造成的成孔难、成孔后缩径坍塌导致抽采通道堵塞，大大降低了瓦斯抽采效果。为有效提高钻孔利用率，提高瓦斯抽采效果，煤矿井下瓦斯抽采钻孔通常采用筛管护孔。目前通常采用先完成钻孔施工然后再下筛管的方法来实现，该方法下入筛管直径较小，远小于钻孔直径，且由于钻渣堵塞和钻孔坍塌影响，存在无法下到预期深度的问题；而筛管完孔技术虽然可靠性更高，但是由于受到钻杆内径限制，下入筛管直径比一般筛管直径更小，对于一定直径的钻孔，造成钻孔利用率的降低，造成一定的浪费。
[0003]对于煤矿井下钻孔，一般采用裸眼完孔，部分钻孔施工完成后采取先扩孔后裸眼直接下筛管护孔的方式进行完孔，同样也存在下入深度浅和筛管直径较小两方面的问题，且可靠性低，无法长期有效保障抽采通道的畅通，未能充分发挥钻孔的作用，造成了极大的浪费。
[0004]为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下套管扩孔下筛管装置及施工方法，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种煤矿井下套管扩孔下筛管装置及施工方法，实现钻孔长孔段大直径筛管护孔，提高钻孔利用率，增强瓦斯抽采效果。
[0006]为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿井下套管扩孔下筛管装置，包括套管、开闭式钻头、筛管和悬挂装置，其特征在于:
[0007]所述套管壁薄，通孔直径大;所述开闭式扩孔钻头的前端设有开闭式结构，中部外缘设有扩孔组件，后端包含连接结构;所述开闭式钻头内可通过筛管和悬挂装置，筛管的前端连接有悬挂装置;所述开闭式结构和扩孔组件均设有切削元件，以分别实现前端钻孔和扩孔操作。
[0008]其中:所述扩孔组件包含扩孔钢体、扩孔切削齿和保径合金反向切削齿，所述扩孔切削齿设置于扩孔钢体的前端缘，所述保径合金反向切削齿设置于扩孔突起的外缘。
[0009]其中:所述扩孔切削齿的外径大于保径合金反向切削齿的外径，且保径合金反向切削齿的齿向与扩孔切削齿的齿向相反。
[0010]其中:所述开闭式结构通过一字型铰接件铰接于开闭式扩孔钻头的前端，其前端缘设有多个一字铰接切削齿，前端外侧还设有多个导向端切削齿，所述开闭式扩孔钻头的前端外缘还间隔设有多个导向端保径合金齿，以提供钻削时的保护。
[0011]其中:所述悬挂装置包含悬挂本体，所述悬挂本体内设有悬挂翼片，所述悬挂翼片为两片相对设置且可从悬挂本体向外弹出和缩回。
[0012]其中:所述悬挂本体内设有一容置所述悬挂翼片的弹卡室，所述弹卡室的上下两侧设有相对设置的侧壁，所述两侧壁的后部纵向设有滑槽，所述两悬挂翼片的前端通过第一销轴枢转连接于两侧壁上，中后部分别枢接于一连接杆的一端，所述连接杆的另一端枢接于一两端滑动设置于滑槽内的第二枢轴，且第二枢轴设有提供转动动力的扭簧。
[0013]还公开了一种如上所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置的施工方法，包含如下步骤:
[0014]步骤一:先导孔施工，通过常规回转钻进或定向钻进实现先导孔的施工，所述先导孔的直径大于开闭式扩孔钻头的导向端直径；
[0015]步骤二:回转扩孔钻进，连接好套管和开闭式扩孔钻头，在回转和给进作用下，前端起导向作用，开闭式扩孔钻头进行钻进切削；
[0016]步骤三:护孔，在回转扩孔钻进到预定位置后，停止钻进并通过套管将开闭式扩孔钻头提离孔底一定距离，从孔口顺着套管内部下入连接好的筛管和悬挂装置，此时悬挂装置的悬挂翼片由于套管壁的限位而处于收缩状态，当下至钻头部位时，开闭式扩孔钻头的前端打开，悬挂装置伸出，悬挂翼片张开并楔入孔壁内，通过悬挂翼片的支撑定位，提出套管，筛管和悬挂装置则留在孔内，起到护孔作用。
[0017]本发明有益效果是:结合了扩孔及下筛管工艺，针对煤矿井下常规钻孔或定向长钻孔实现一次长孔段下入大直径筛管护孔;扩孔下筛管一次性成孔技术，减少起下钻次数，简化了工艺流程，节省了施工时间；从套管内下筛管，筛管下入阻力小，可靠性好，成功率高，大大提高钻孔的利用率，增强瓦斯抽采效果。
[0018]本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
【附图说明】
[0019]图1显示了本发明中煤矿井下套管扩孔下筛管装置的结构示意图。
[0020]图2显示了本发明中筛管和悬挂装置结构示意图。
[0021]图3显示了本发明中开闭式扩孔钻头的结构示意图。
[0022]图4显示了本发明套管钻进的示意图。
[0023]图5显示了本发明筛管护孔的示意图。
[0024]附图标记:
[0025]1-套管；2-开闭式扩孔钻头;3-扩孔组件;4-开闭式结构；5-筛管;6_悬挂装置;7_悬挂翼片;8-—字型铰接件;9-一字铰接切削齿；10-导向端切削齿；11-导向端保径合金齿；12-扩孔切削齿；13-保径合金反向切削齿。
【具体实施方式】
[0026]参见图1和2，显示了本发明的煤矿井下套管扩孔下筛管装置。
[0027]所述煤矿井下套管扩孔下筛管装置及施工方法包括套管1、开闭式扩孔钻头2、筛管5和悬挂装置6，所属套管I壁薄，内通孔直径大;所述开闭式扩孔钻头2前端设有开闭式结构4，中部外缘设有扩孔组件3，后端包含连接结构;所述开闭式扩孔钻头内可通过筛管5和悬挂装置6，筛管5的前端连接有悬挂装置6。
[0028]由此，通过孔口回转带动套管I和开闭式扩孔钻头2进行旋转扩孔钻入，通过套管I内部下入筛管5和悬挂装置6，然后顶开开闭式钻头2，伸出筛管5和悬挂装置6，利用悬挂装置6进行固定护孔。
[0029]其中，参见图1，所述开闭式扩孔钻头2的后端包含连接结构，所述连接结构为螺纹连接，前端设有开闭式结构4，中部外缘设有扩孔组件3，所述开闭式结构4和扩孔组件3均设有切削元件，以分别实现前端钻孔和扩孔操作。
[0030]参见图2，所述筛管5的周缘设有多个通孔，以提供瓦斯抽采通道，所述悬挂装置6包含悬挂本体，所述悬挂本体内设有悬挂翼片7，所述悬挂翼片7为两片相对设置且可从悬挂本体向外弹出和缩回，由此，当悬挂装置6通过丝扣连接安装在筛管5的前端后，从套管I内下入时悬挂装置6内的悬挂翼片7处于缩回的关闭状态，当伸出时悬挂翼片7处于弹出的张开状态，悬挂翼片7能嵌入钻孔的孔壁内，确保筛管5不从钻孔内滑出。
[0031]为提供悬挂翼片7的快速弹出和缩回，所述悬挂本体内设有一容置所述悬挂翼片7的弹卡室，所述弹卡室的上下两侧设有相对设置的侧壁，左右两侧为供悬挂翼片7的两翼爪伸缩的开口，所述两侧壁的后部纵向设有滑槽，所述两悬挂翼片7的前端通过第一销轴枢转连接于两侧壁上，中后部分别枢接于一连接杆的一端，所述连接杆的另一端枢接于一两端滑动设置于滑槽内的第二枢轴，且第二枢轴设有提供转动动力的扭簧，由此，悬挂翼片7的前端可通过第一销轴在弹卡室内进行转动，后端通过扭簧和连接杆实现弹出和缩回，转动的动力来源为扭簧，滑槽的长度限定了扭簧和悬挂翼片7的行程。
[0032]通过这些结构，在悬挂时操作简单、可靠性高，不影响后续的采煤作业。
[0033]参见图3，所述扩孔组件3可包含扩孔钢体和扩孔切削齿12和保径合金反向切削齿13，所述扩孔切削齿12设置于扩孔钢体的前端，所述保径合金反向切削齿13设置于扩孔钢体的外缘，所述扩孔切削齿12的外径稍大于保径合金反向切削齿13的外径，且保径合金反向切削齿13的齿向与扩孔切削齿12的齿向相反，以实现扩孔扫孔过程中反向切削。
[0034]所述开闭式结构4可包含一字型铰接件8、一字铰接切削齿9和导向端切削齿10，所述开闭式结构4通过一字型铰接件8铰接于开闭式扩孔钻头2的前端，其前端缘设有多个一字铰接切削齿9，前端外侧还设有多个导向端切削齿10，以实现打开和钻削操作，所述开闭式扩孔钻头2的前端外缘还间隔设有多个导向端保径合金齿11，以提供钻削时的保护。
[0035]根据上述本发明的装置，其具有施工方法，包含如下步骤:
[0036]步骤一:先导孔施工，通过回转钻进或定向钻进实现先导孔的施工，所述先导孔的直径大于开闭式钻头的导向端直径；
[0037]步骤二:回转扩孔钻进，连接好套管I和开闭式扩孔钻头2，在回转和给进作用下，前端起导向作用，开闭式扩孔钻头2进行钻削，此时开闭式扩孔钻头2前端的一字型铰接件8处于闭合状态，前端的一字铰接切削齿9、导向端切削齿10和导向端保径合金齿11在扩孔钻进过程中能起到扫孔作用;后端的扩孔组件3对钻孔进行扩孔，即通过扩孔切削齿12进行扩孔切削，而外保径合金反向切削齿13在划眼或提钻过程中起到反向切削作用，更好的方便了返向提钻，扩孔过程中，冲洗液将切削下来的钻渣通过钻孔环空间隙排出孔外。
[0038]步骤三:护孔，在回转扩孔钻进到预定位置后，停止向下钻削并通过套管I将开闭式扩孔钻头2提离孔底一定距离，从孔口顺着套管I内部下入连接好的筛管5和悬挂装置6，此时悬挂装置6的悬挂翼片7由于套管I内壁的限位而处于收缩状态，当下至钻头部位时，开闭式钻头2的前端被顶开，悬挂装置6伸出，其中悬挂装置6的前端可将开闭式扩孔钻头2的一字型铰接件8直接顶开而伸出，筛管5带动悬挂装置6下到孔底，悬挂翼片7便可以张开并楔入孔壁内，通过悬挂翼片7的支撑定位，筛管5和悬挂装置6则留在孔内，起到护孔作用，之后再向外提出套管I和开闭式扩孔钻头2。
[0039]由此，通过本发明的施工方法，结合了扩孔及下筛管工艺，实现煤矿井下定向钻孔、探放水孔、瓦斯抽采孔等钻孔长孔段下入大直径筛管护孔，采用该钻具下筛管可靠性好，成功率高，大大提高钻孔的利用率，增强瓦斯抽采效果。
[0040]显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
【主权项】
1.一种煤矿井下套管扩孔下筛管装置，包括套管、开闭式扩孔钻头、筛管和悬挂装置，其特征在于: 所述套管壁薄，通孔直径大;开闭式扩孔钻头的前端设有开闭式结构，中部外缘设有扩孔组件，后端包含连接结构;所述开闭式扩孔钻头内可通过筛管和悬挂装置，所述筛管的前端连接有悬挂装置;所述开闭式结构和扩孔组件均设有切削元件，以分别实现前端钻孔和扩孔操作。2.如权利要求1所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置，其特征在于:所述扩孔组件包含扩孔钢体、扩孔切削齿和保径合金反向切削齿，所述扩孔切削齿设置于扩孔钢体的前端缘，所述保径合金反向切削齿设置于扩孔突起的外缘。3.如权利要求2所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置，其特征在于:所述扩孔切削齿的外径大于保径合金反向切削齿的外径，且保径合金反向切削齿的齿向与扩孔切削齿的齿向相反。4.如权利要求1所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置，其特征在于:所述开闭式结构通过一字型铰接件铰接于开闭式扩孔钻头的前端，其前端缘设有多个一字铰接切削齿，前端外侧还设有多个导向端切削齿，所述开闭式扩孔钻头的前端外缘还间隔设有多个导向端保径合金齿，以提供钻削时的保护。5.如权利要求1所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置，其特征在于:所述悬挂装置包含悬挂本体，所述悬挂本体内设有悬挂翼片，所述悬挂翼片为两片相对设置且可从悬挂本体向外弹出和缩回。6.如权利要求5所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置，其特征在于:所述悬挂本体内设有一容置所述悬挂翼片的弹卡室，所述弹卡室的上下两侧设有相对设置的侧壁，所述两侧壁的后部纵向设有滑槽，所述两悬挂翼片的前端通过第一销轴枢转连接于两侧壁上，中后部分别枢接于一连接杆的一端，所述连接杆的另一端枢接于一两端滑动设置于滑槽内的第二枢轴，且第二枢轴设有提供转动动力的扭簧。7.—种如权利要求1-6中任一所述的煤矿井下套管扩孔下筛管装置的施工方法，包含如下步骤: 步骤一:先导孔施工，通过常规回转钻进或定向钻进实现先导孔的施工，所述先导孔的直径大于下筛管装置中的开闭式钻头的外缘直径； 步骤二:回转扩孔钻进，连接好套管和开闭式扩孔钻头，在回转和给进作用下，前端起导向作用，开闭式扩孔钻头进行钻削； 步骤三:护孔，在回转扩孔钻进到预定位置后，停止钻进并通过套管将开闭式扩孔钻头提离孔底一定距离，从孔口顺着套管内部下入连接好的筛管和悬挂装置，此时悬挂装置的悬挂翼片由于套管内壁的限位而处于收缩状态，当下至钻头部位时，开闭式扩孔钻头的前端打开，悬挂装置伸出，悬挂翼片张开并楔入孔壁内，通过悬挂翼片的支撑定位，提出套管，筛管和悬挂装置则留在孔内，起到护孔作用。
【文档编号】E21B43/10GK105888623SQ201610329272
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】张 杰, 石浩, 黄寒静, 田宏杰, 高晓亮, 叶雪峰
【申请人】中煤科工集团西安研究院有限公司