專利名稱：高壓水密封圓弧形三棱鉆桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高壓水密封圓弧形三棱鉆桿技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種應(yīng)用在礦業(yè)煤層瓦斯抽采鉆孔作業(yè)的鉆桿，尤其是一種高壓 水密封圓弧形三棱鉆桿。
背景技術(shù)：
[0002]礦山開采有大量的鉆孔作業(yè)，尤其是煤礦。在煤礦生產(chǎn)過程中，為了防止發(fā)生瓦斯 突發(fā)事故，在掘進(jìn)之前需要在煤層中打抽放孔將煤層中的瓦斯釋放出來，消除煤層應(yīng)力。[0003]利用高壓水力割縫在低透氣性煤層鉆深孔、割縫，能增大瓦斯涌出自由面，促使煤 體大范圍快速卸，提高煤層透氣性壓?，F(xiàn)有的高壓水密封光面圓鉆桿或螺旋鉆桿大多采用 錐螺紋的過盈配合或公接頭頂部和母接頭連接的端面進(jìn)行密封。目前，一般僅靠錐螺紋密 封的鉆桿能承受0.5-3MPa的水壓，但由于錐螺紋在不斷地拆卸鉆桿過程中有磨損，所以其 密封能力會逐漸降低；而在公接頭頂部和母接頭連接的端面放入密封圈進(jìn)行密封，會使密 封能力得到提高，但密封圈在兩端面的擠壓下容易變形失效，頻繁更換密封圈會使鉆孔效 率降低，并增加鉆孔成本。對于特殊加工的密封方式由于對精度要求比較高，且施工過程中 磨損嚴(yán)重，使得工業(yè)推廣性差。普通鉆桿內(nèi)外螺紋與鉆桿主體是一體的，它們的內(nèi)徑相同， 由于鉆桿質(zhì)量過大，外螺紋厚度過薄，容易造成斷鉆桿。[0004]此外，傳統(tǒng)的高壓水密封光面圓鉆桿在松軟煤層進(jìn)行高壓水力割縫時，鉆孔內(nèi)都 會差生大量的煤渣，由于鉆桿與孔壁空間小，容易造成過量煤渣堵塞鉆孔，排渣不暢；為了 解決這個問題，獲得較大的排渣空間，在進(jìn)行水力割縫時，一般都用小鉆頭鉆孔，然后用大 鉆頭擴孔，工序繁雜。在用光面圓鉆桿打鉆過程中，若果鉆孔深度過長，容易造成鉆桿彎曲 變性，使得孔內(nèi)排渣不暢，最終導(dǎo)致鉆桿夾死。雖然高壓水密封螺旋鉆桿能有效解決鉆孔排 渣不暢問題，但是由于其在松軟煤層鉆進(jìn)時，對孔壁擾動大，造成孔壁穩(wěn)定性差，鉆桿拔出 后，鉆孔容易塌孔，成孔率低。而且采用螺旋鉆桿的鉆機必須要用光面圓鉆桿做主動鉆桿， 工序復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實用新型目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較大排渣通道和高 穩(wěn)定性高壓水密封圓弧形三棱鉆桿。[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型的技術(shù)方案為:[0007]一種高壓水密封圓弧形三棱鉆桿，由公接頭、桿體和母接頭三部分依次連接而成， 使用摩擦焊將其焊接成一體；[0008]所述公接頭與下一鉆桿母接頭的連接端依次由直軸段和外錐螺紋連接組成，在所 述直軸段上設(shè)有環(huán)形溝槽，槽內(nèi)設(shè)置有O型密封圈。所述母接頭與上一鉆桿的公接頭連接 的連接端依次由直軸段和內(nèi)錐螺紋連接組成。所述高壓水密封三棱鉆桿連接后公接頭的直 軸段軸面與下一鉆桿的母接頭直孔段軸面適度擠壓O型密封圈形成徑向密封，公接頭外錐 螺紋和下一鉆桿的母接頭內(nèi)錐螺紋旋緊連接，兩者共同作用下可以承受3(T50MPa的高壓水而不發(fā)生泄漏。[0009]所述桿體為圓弧形三棱桿，是在一根光面圓鉆桿外周等角度削三個面而成，形成 圓弧形三棱狀的橫截面，鉆桿與鉆孔壁之間形成三個半圓形空間，擴大了排出煤粉和瓦斯 的通道，使煤粉和瓦斯順利排出，避免卡鉆事故發(fā)生。[0010]進(jìn)一步，所述公接頭和母接頭螺紋型式為正旋圓錐螺紋，錐度為1:8，螺距為5.08mm (每英寸5牙)。[0011]本實用新型的有益效果是:[0012]1.與一般的高壓水密封鉆桿相比，利用高壓水密封圓弧形三棱鉆桿既可以減少復(fù) 雜的擴孔工序，又?jǐn)U大了煤粉和瓦斯的排出通道，使煤粉和瓦斯順利排出，避免卡鉆事故發(fā)生。[0013]2.與螺旋鉆桿相比，高壓水密封圓弧形三棱鉆桿鉆孔變形量不大，尤其是在高瓦 斯壓力煤層不易因鉆孔太大而發(fā)生瓦斯突出，且孔型較好，其瓦斯?jié)舛雀叱鲈谕瑯鱼@場中 相同方位、相同傾角的螺旋鉆桿鉆孔，并且能保持較長的瓦斯抽放時間。[0014]3.與光面圓鉆桿在排渣顆粒度相比，三棱鉆桿的顆粒度明顯小于光面圓鉆桿。在 轉(zhuǎn)動過程中，三棱鉆桿的三個棱能將顆粒進(jìn)行再次粉碎，從而保證使顆粒小，然后極易從在 鉆桿與鉆孔壁之間形成的3個半圓形空間排出。由于水力排渣速度快，致使孔內(nèi)瓦斯不易 聚集，從而消除了鉆進(jìn)時瓦斯噴孔、垮孔、卡鉆、頂鉆的現(xiàn)象。[0015]4.與螺旋鉆桿相比，圓弧形三棱鉆桿便于夾持器夾持，擰卸方便。[0016]5.與一般的光面圓鉆桿相比，深鉆孔時高壓水密封圓弧形三棱鉆桿不易發(fā)生彈性 扭曲,產(chǎn)生抱鉆現(xiàn)象。[0017]6.與一般的僅靠錐螺紋密封的鉆桿相比，其承受水的壓力由原來的0.5 3MPa提 高到現(xiàn)在的50MPa。[0018]7.與其他采用端面密封的鉆桿相比，O型密封圈壽命提高約20倍，節(jié)約了成本。[0019]8.普通鉆桿內(nèi)外螺紋與鉆桿主體是一體的，它們的內(nèi)徑相同，由于鉆桿質(zhì)量過大， 外螺紋厚度過薄，容易造成斷鉆桿。使內(nèi)外螺紋、鉆桿主體分開，使用摩擦焊將其焊接成一 體，這樣可以使鉆桿主體、內(nèi)外螺紋的內(nèi)徑根據(jù)各自的需要來設(shè)計，若內(nèi)外螺紋受力較大， 要增加其強度，可以減少其內(nèi)徑，增加其壁厚，這樣可以實現(xiàn)優(yōu)劣互補。[0020]9.本高壓水密封鉆桿適應(yīng)性強，適用于水力排渣和風(fēng)力排渣鉆孔作業(yè)。[0021]10.相比于水力沖孔、密集鉆孔等煤層瓦斯抽采技術(shù)，高壓水力割縫技術(shù)能有效增 加煤體的暴露面積，且扁平的縫槽相當(dāng)于局部范圍內(nèi)開采了保護(hù)層，使抽采鉆孔附近煤體 局部卸壓，改善了瓦斯流動條件，改變煤體原始結(jié)構(gòu)，增大煤層透氣性，從而達(dá)到煤層增透 的目的。


[0022]圖1為聞壓水密封圓弧形二棱鉆桿結(jié)構(gòu)不意圖；[0023]圖1A為圖1的A-A剖面圖；[0024]圖2為公接頭軸向剖面圖；[0025]圖3為母接頭軸向剖面圖；[0026]圖4為高壓水力割縫圖；[0027]圖中:1.公接頭2.母接頭3.桿體1-1.外錐螺紋1-2.直軸段1_3.環(huán)形溝槽2_1.內(nèi)錐螺紋2-2.直孔段。
具體實施方式
[0028]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。[0029]參見圖1，該圓弧形三棱鉆桿長度L為800mm，由公接頭1、桿體3、母接頭2依次焊接而成，使用摩擦焊將其焊接成一體。[0030]參見圖1A，桿體3為圓弧形三棱桿，是在一根光面圓鉆桿上等角度削三個面而成， 形成圓弧形三棱狀的橫截面，鉆桿的三個面與鉆孔壁之間形成了三個半圓形空間。桿體 3外徑Φ !為75mm,桿體內(nèi)徑Φ2為34mm,桿體的圓弧段長S為24.81mm,直線段長度d為 49.25mm。[0031]參見圖2，公接頭I與下一鉆桿母接頭2連接的連接端依次由直軸段1-2和外錐螺紋1-1連接組成，公接頭直軸段1-2設(shè)置有一環(huán)形溝槽1-3，溝槽內(nèi)設(shè)置有O型密封圈。[0032]參見圖3，母接頭2與上一鉆桿的公接頭I連接的連接端依次由直軸段2-1和內(nèi)錐螺紋2-1連接組成。[0033]公接頭的外錐螺紋1-1和母接頭的內(nèi)錐螺紋2-1旋向為右旋，錐度為1:8，螺距為5.08mm (每英寸5牙)。公接頭I的外錐螺紋1_1和下一鉆桿的母接頭的內(nèi)錐螺紋旋緊連接，母接頭2的內(nèi)錐螺紋2-1與上一鉆桿的公接頭的外錐螺紋旋緊連接。公接頭直軸段1-2 設(shè)置的環(huán)形溝槽1-3的寬度為3.8_，深度為2.75mm, O型密封圈置于環(huán)形溝槽內(nèi)，鉆桿連接后公接頭直軸段軸面和母接頭直孔段軸面適度擠壓O型密封圈，實現(xiàn)徑向密封。[0034]上述鉆桿在徑向密封和錐螺紋的輔助密封聯(lián)合作用下可以承受50MPa的高壓水， 而不發(fā)生泄露。兩鉆桿連接后公接頭直軸端面與母接頭直軸斷面間距相對固定，不會導(dǎo)致 O型密封圈因過度擠壓而失效，提高了密封圈的使用壽命，節(jié)約了成本。[0035]針對低透氣性煤層的鉆孔作業(yè)和高壓水力割縫，采用高壓水密封圓弧形三棱鉆桿進(jìn)行鉆孔和水力排渣。[0036]參見圖4，高壓水力割縫具體工藝流程如下:啟動乳化泵一踩下腳踏開關(guān)一調(diào)節(jié)壓力至3 5MPa —推進(jìn)鉆機鉆進(jìn)瓦斯預(yù)抽孔一預(yù)抽孔鉆進(jìn)完畢一升高壓力至2(T25MPa —旋轉(zhuǎn)對煤體切縫，形成圓盤狀縫槽一切縫工作完畢一退三棱鉆桿繼續(xù)切縫一切縫完畢、打開泄壓閥、關(guān)閉乳化泵。[0037]在鉆進(jìn)的同時，三棱鉆桿的三個棱能將顆粒進(jìn)行再次粉碎，從而使顆粒變小，極易從鉆桿與鉆孔壁之間形成的三個半圓形間隙排出。由于水力排渣速度快，致使孔內(nèi)瓦斯不易聚集，從而消除了鉆進(jìn)時瓦斯噴孔、垮孔、卡鉆、頂鉆的現(xiàn)象。在進(jìn)行本煤層鉆孔時，圓弧形三 棱鉆桿比螺旋鉆桿對孔壁的擾動小，鉆孔變形量小，瓦斯突出危險性小，成孔效果好。 當(dāng)進(jìn)行深孔鉆進(jìn)時，三棱形鉆桿的穩(wěn)定性好，不易發(fā)生彈性扭曲，鉆孔深度深。
權(quán)利要求1.一種高壓水密封圓弧形三棱鉆桿，所述高壓水密封三棱鉆桿由公接頭(I)、桿體(3)、母接頭(2)三部分依次焊接而成；其特征在于:所述公接頭(I)與下一鉆桿母接頭(2)連接的連接端依次由直軸段(1-2)和外錐螺紋 (1-1)連接組成；所述直軸段(1-2)設(shè)置有一環(huán)形溝槽(1-3)，溝槽內(nèi)設(shè)置有O型密封圈；所述母接頭(2)與上一鉆桿的公接頭(I)連接的連接端依次由直軸段(2-1)和內(nèi)錐螺 紋(2-1)連接組成；所述桿體(3)為圓弧形三棱桿，是在一根光面圓鉆桿上等角度削三個面而成，形成圓 弧形三棱狀的橫截面，鉆桿的三個面與鉆孔壁之間形成三個半圓形空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水密封圓弧形三棱鉆桿，其特征在于:公接頭(I)、母接 頭(2)和鉆桿桿體(3)分開,使用摩擦焊將其焊接成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水密封圓弧形三棱鉆桿，其特征在于:所述公接頭的外 錐螺紋(1-1)和母接頭的內(nèi)錐螺紋(2-1)的螺紋形式為正旋圓錐螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的高壓水密封圓弧形三棱鉆桿，其特征在于:所述公接 頭(I)的外錐螺紋(1-1)和母接頭的內(nèi)錐螺紋(2-1)的錐度為1:8，螺距為5.08mm，直軸段 長度為12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓水密封圓弧形三棱鉆桿，其特征在于:所述鉆桿桿體(3) 的橫截面小丨為75mm圓弧形三棱狀，內(nèi)徑Φ2為34臟，圓弧段長度S為24.81mm，直線段長 度 d 為 49.25mm。
專利摘要本實用新型涉及一種應(yīng)用在礦業(yè)煤層瓦斯抽采鉆孔作業(yè)的高壓水密封圓弧形三棱鉆桿。鉆桿主體由公接頭、圓弧形三棱桿體、母接頭三部分依次焊接而成。該鉆桿是在一根光面圓鉆桿削三個面而成，鉆桿與鉆孔壁之間形成三個半圓形的間隙，擴大了排出煤粉和瓦斯的通道，使煤粉和瓦斯順利排出，避免卡鉆事故發(fā)生。此外三棱鉆桿在鉆進(jìn)中，可起到二次破碎煤的作用，煤粉在運動狀態(tài)下被水沖出，使鉆孔始終保持暢通狀態(tài)。置于公接頭直軸段的密封圈與下一鉆桿母接頭直軸孔段的軸面緊密接觸實現(xiàn)徑向密封，與旋緊的錐螺紋共同作用下可以承受50MPa的高壓水而不發(fā)生泄漏。本實用新型具有設(shè)計合理、安全可靠、排渣效果好、鉆孔深度深、成孔效果好等優(yōu)點。
文檔編號E21B17/00GK202970514SQ20122071979
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者陳久福, 孫大發(fā), 龍建明, 李文樹, 杜鵬, 侯吉峰, 程亮, 丁紅 申請人:重慶松藻煤電有限責(zé)任公司