整體式三棱螺旋鉆桿介紹——瑞龍鉆具

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2020-01-06

為解決螺旋鉆桿、寬葉片鉆桿和三棱鉆桿在松軟突出煤層鉆孔施工中易出現(xiàn)卡鉆、埋鉆等問(wèn)題，介紹了一種整體式三棱螺旋鉆桿，探討了該鉆桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了其加工工藝，并對(duì)鉆桿進(jìn)行了試制。通過(guò)對(duì)該鉆桿試樣進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)以及斷裂分析，證明鉆桿的抗扭強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該整體式三棱螺旋鉆桿配合ZDY-3200S型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行了鉆孔工業(yè)試驗(yàn)，其成孔率為100%。在煤礦開采過(guò)程中，瓦斯抽采是防治煤與瓦斯突出和爆炸等

為解決螺旋鉆桿、寬葉片鉆桿和三棱鉆桿在松軟突出煤層鉆孔施工中易出現(xiàn)卡鉆、埋鉆等問(wèn)題，介紹了一種整體式三棱螺旋鉆桿，探討了該鉆桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了其加工工藝，并對(duì)鉆桿進(jìn)行了試制。通過(guò)對(duì)該鉆桿試樣進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)以及斷裂分析，證明鉆桿的抗扭強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該整體式三棱螺旋鉆桿配合ZDY-3200S型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行了鉆孔工業(yè)試驗(yàn)，其成孔率為100%。

在煤礦開采過(guò)程中，瓦斯抽采是防治煤與瓦斯突出和爆炸等事故的根本措施。煤層鉆孔抽采瓦斯工藝作為防治煤礦瓦斯災(zāi)害事故的根本性措施之一，已被廣泛應(yīng)用。但對(duì)于松軟突出煤層，尤其是地應(yīng)力高的區(qū)域，鉆孔施工非常困難，容易出現(xiàn)噴孔、垮孔、卡鉆等異常現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔成孔率低、鉆孔深度淺，松軟煤層鉆進(jìn)中鉆孔深度一般不超過(guò)100m，嚴(yán)重影響了鉆孔的瓦斯抽采效果。

目前，煤礦井下松軟突出煤層鉆孔施工采用的鉆桿主要是螺旋鉆桿、寬葉片鉆桿和三棱鉆桿。

①螺旋鉆進(jìn)是一種干式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，螺旋鉆桿與鉆孔組成一個(gè)螺旋輸送帶，螺旋鉆桿連續(xù)不斷地將鉆頭破碎的巖渣輸送至孔外。螺旋鉆進(jìn)有效地解決了排渣問(wèn)題，但對(duì)鉆孔擾動(dòng)大，成孔困難。

②寬葉片鉆桿基于螺旋鉆桿，在不改變螺旋角和螺距的情況下，減小螺旋葉片高度，增加葉片厚度，使鉆桿可以穿過(guò)回轉(zhuǎn)器卡盤和夾持器的內(nèi)通孔，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)擰卸鉆桿，無(wú)需使用主動(dòng)鉆桿，同時(shí)減少螺旋葉片（翼片）對(duì)鉆孔內(nèi)壁的刮削，提高鉆孔成孔穩(wěn)定性及鉆進(jìn)效率。但是寬葉片鉆桿的排渣空間相對(duì)螺旋鉆桿小，排渣效率較低。

③三棱鉆桿的排渣機(jī)理為在鉆桿和鉆孔壁之間形成3個(gè)弧形空間，擴(kuò)大了排除煤粉和瓦斯的通道。鉆桿在鉆進(jìn)過(guò)程中，將煤粉攪動(dòng)起來(lái)，可起到二次碎煤的作用，煤粉在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下被壓風(fēng)吹出，能有效解決螺旋鉆桿排渣通道被堵塞的問(wèn)題，鉆進(jìn)時(shí)不易發(fā)生卡鉆、抱鉆現(xiàn)象。但三棱鉆桿加工質(zhì)量較難控制，且強(qiáng)度低于同規(guī)格的其他鉆桿，在鉆孔過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生斷桿、丟鉆現(xiàn)象，增加了鉆孔成本。因此，筆者設(shè)計(jì)了整體式三棱螺旋鉆桿，以解決螺旋鉆桿、寬葉片鉆桿和三棱鉆桿在松軟突出煤層鉆進(jìn)施工中出現(xiàn)的上述問(wèn)題。

1、整體式三棱螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)及工作原理

整體式三棱螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)如圖1所示。該鉆桿為整體式結(jié)構(gòu)，兩端分別為公、母接頭，鉆桿本體截面外輪廓與三棱鉆桿相似，但在鉆桿的外壁上設(shè)置有不連續(xù)的螺旋槽。

整體式三棱螺旋鉆桿結(jié)合了螺旋鉆桿和三棱鉆桿的優(yōu)點(diǎn)，三棱柱的結(jié)構(gòu)增加了鉆桿外壁與孔壁之間的環(huán)空過(guò)流面積，鉆桿在松軟突出煤層中旋轉(zhuǎn)能夠引起漩渦流動(dòng)，依靠鉆桿的3個(gè)棱邊將沉積在鉆孔底部的煤粉揚(yáng)起，使得孔內(nèi)煤粉一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，避免煤粉在鉆孔內(nèi)出現(xiàn)堆積堵塞；

同時(shí)鉆桿外壁上的螺旋槽可以輔助排渣，當(dāng)出現(xiàn)卡鉆、埋鉆的情況時(shí)，可借助螺旋槽的扒孔功能將塌孔疏通

整體式三棱螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)示意整體式三棱螺旋鉆桿具有以下特點(diǎn)：

①整體式結(jié)構(gòu)提高了鉆桿的抗扭強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度；

②鉆桿兩端接頭處采用加厚設(shè)計(jì)，有效保證了螺紋端的壁厚；

③與螺旋鉆桿相比，葉片的硬度和強(qiáng)度高、耐磨性好；

④與三棱鉆桿相比，螺旋槽能夠?qū)⒖變?nèi)運(yùn)動(dòng)的煤渣持續(xù)輸送至孔外；

⑤寬葉片結(jié)構(gòu)減小了葉片對(duì)鉆孔孔壁的刮削，確保了孔壁的穩(wěn)定性。

2、鉆桿的加工工藝

整體式三棱螺旋鉆桿的材料為強(qiáng)度高、韌性好的42CrMo厚壁管料，整體調(diào)質(zhì)處理，硬度達(dá)到HＲC32～37，以保證鉆桿具有良好的綜合機(jī)械性能。

根據(jù)鉆桿的結(jié)構(gòu)確定鉆桿的加工工藝過(guò)程包括以下4道工序：

三棱鉆桿加工工藝