一种煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具的制作方法

本发明属于矿山钻探、石油钻井、煤矿钻探的，涉及一种与煤矿井下随钻测量系统配合使用，用于煤矿井下复杂地层条件钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具。

背景技术：

1、煤矿井下近水平定向钻进技术由于具有钻孔轨迹人为可控、施工精度高、单孔覆盖范围大等优势，已广泛应用于煤矿井下瓦斯治理、水害防治、隐蔽致灾因素探测等钻孔施工中，取得了显著的应用效果。目前煤矿井下定向钻进工艺主要包括液动定向钻进工艺和气动定向钻进工艺。气动定向钻进工艺主要用于碎软煤层钻进，由于采用气体排渣，具有对孔壁扰动小的优点，在碎软煤层等复杂煤层条件具有较好的成孔能力，但由于气动螺杆钻具输出扭矩小，钻遇煤层中夹矸或顶底板时，钻进效率显著降低，对于硬度系数大于3以上的岩层难以钻进，因此制约着气动定向钻进技术的推广应用，同时气动定向钻进采用高压气体排渣，钻进过程中现场粉尘污染严重，目前主要采用孔口引射流式除尘技术进行除尘，但受制于孔口密封不严、存在漏尘的问题，造成现场除尘效果不理想，影响作业人员身体健康；液动定向钻进工艺主要用于地层完整性好的岩层和较硬的煤层钻进，但对于泥岩、砂质泥岩等不稳定地层，断层、褶皱等地质构造区域，钻遇到该区域时，受高压水的冲刷作用下，孔壁失稳，塌孔严重，导致钻孔难以成孔，从而也制约的液动定向钻进技术的推广应用，同时，液动定向钻进施工用水量要求大，一般供水量要求不小于20m3/h，该钻进用水未实现循环利用，造成水资源浪费严重，对于水资源严重短缺区域煤矿无法使用该钻进工艺。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，结构简单，操作方便，与煤矿井下随钻测量系统配合使用，大大提高煤矿井下复杂地层条件下的长距离定向钻孔施工成孔率，同时能够实现水的循环利用和孔底主动除尘。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，包括依次相接的接头总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，形成可供高压水和高压气体通过的双循环通道；

4、所述接头总成包括从内到外依次套设的内管i、中间管和外管i；马达总成包括从内到外依次套设的转子、定子和外套管；万向轴总成包括万向轴、耐压囊袋和单弯外管；传动轴总成包括内管ii和外管ii以及设于二者间环空内的轴承组i和轴承组ii；所述内管i、转子、万向轴和内管ii依次相接并连通成中心通道以使高压气体进入并排渣及冷却钻头；所述外管i、外套管、单弯外管和外管ii依次相接并在外套管和单弯外管外壁设有安装喷头的螺旋槽；所述中间管与定子相接并连通成中间环空通道，在定子前部侧壁设有水眼，以使高压水进入中间环空通道驱动转子转动，高压水再由水眼进入定子与外套管间环空通道，一部分高压水从该通道排出并集中收集实现循环利用，另一部分高压水从喷头以喷雾的形式喷出与该处压风及钻屑混合进行除尘。

5、本发明还包括如下技术特征：

6、具体的，所述接头总成中，内管i两端分别为插接公接头和母接头，内管i中部嵌设万向轴i且其外套设耐压囊袋i；耐压囊袋i采用耐压密封材料，能够承受气体压力超过2mpa。

7、具体的，在内管i与中间管之间的环隙中设有定位环，在中间管与外管i之间的环隙中设有定位组件；定位环实现内管i和中间管的单动转动，定位组件实现中间管和外管i的单动转动。

8、具体的，所述转子两端分别与内管i和万向轴插接和丝扣连接；所述定子内壁呈螺旋，转子为中空螺杆；所述外套管上的螺旋槽采用焊接方式焊接在外壁上或整体铣削的方式在外壁上铣削而成，提高螺杆钻具排渣能力；所述定子和外套管间的环隙设有定位环和定位组件。

9、具体的，所述万向轴外安装耐压囊袋，耐压囊袋采用耐压密封材料，能够承受气体压力超过2mpa，防止高压气体漏气。

10、具体的，单弯外管的弯曲角度为1.25°-2°，单弯外管上的螺旋槽采用焊接方式焊接在外壁上或整体铣削的方式在外壁上铣削而成，提高螺杆钻具排渣能力；单弯外管上设有衬垫，衬垫采用高强耐磨材料，钻进过程中起到支撑作用。

11、具体的，所述内管ii和外管ii之间环隙设有密封组件，实现内管ii和外管ii之间的密封，防止高压水漏水；轴承组i和轴承组ii位于密封组件前方，实现内管ii和外管ii之间的单动转动。

12、具体的，所述外套管和单弯外管上设置连续右旋的螺旋槽，螺旋槽内喷头等间距布设，喷头通过丝扣安装在螺旋槽内，高压水经过喷头形成喷雾进行降尘。

13、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

14、本发明采用气液双介质，与井下随钻测量系统及配套钻具组合用于煤矿井下复杂地层定向钻孔施工，实现高压水驱动螺杆钻具带动钻头碎岩，高压气体进行钻孔高效排渣，可同时发挥液动螺杆钻具大扭矩、气体排渣对孔壁扰动破坏小的优势，进而能够显著提高复杂地层钻孔成孔能力，此外，孔底喷雾主动除尘解决气体排渣粉尘污染问题，同时，能够实现定向钻进用水的循环利用，节约水资源。

15、本发明通过高压水驱动转子转动，再通过万向轴总成和传动轴总成将动力传递给钻头回转碎岩，发挥液动螺杆钻具输出扭矩大的优势，能够钻进地层硬度系数小于10以下的岩层。

16、本发明大部分高压水能够通过环空通道返出，便于孔口集中收集，可实现循环利用，减少水资源浪费。

17、本发明小部分高压水能够通过喷头以雾状形式喷出，进行孔底主动除尘，从而显著提高现场除尘效果。

18、本发明通过高压气体进行排渣及冷却钻头，可发挥气体排渣对孔壁扰动小的优势，能够提高复杂地层钻孔成孔能力，提高钻孔成孔率。

技术特征：

1.一种煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，包括依次相接的接头总成(1)、马达总成(2)、万向轴总成(3)和传动轴总成(4)，形成可供高压水和高压气体通过的双循环通道；

2.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，所述接头总成(1)中，内管i(1-1)两端分别为插接公接头和母接头，内管i(1-1)中部嵌设万向轴i(1-4)且其外套设耐压囊袋i(1-5)；耐压囊袋i(1-5)采用耐压密封材料，能够承受气体压力超过2mpa。

3.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，在内管i(1-1)与中间管(1-2)之间的环隙中设有定位环，在中间管(1-2)与外管i(1-3)之间的环隙中设有定位组件；定位环实现内管i(1-1)和中间管(1-2)的单动转动，定位组件实现中间管(1-2)和外管i(1-3)的单动转动。

4.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，所述转子(2-1)两端分别与内管i(1-1)和万向轴(3-1)插接和丝扣连接；所述定子(2-4)内壁呈螺旋，转子(2-1)为中空螺杆；所述外套管(2-6)上的螺旋槽(2-7)采用焊接方式焊接在外壁上或整体铣削的方式在外壁上铣削而成，提高螺杆钻具排渣能力；所述定子(2-4)和外套管(2-6)间的环隙设有定位环和定位组件。

5.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，所述万向轴(3-1)外安装耐压囊袋(3-2)，耐压囊袋(3-2)采用耐压密封材料，能够承受气体压力超过2mpa，防止高压气体漏气。

6.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，所述单弯外管(3-3)的弯曲角度为1.25°-2°，单弯外管(3-3)上的螺旋槽(2-7)采用焊接方式焊接在外壁上或整体铣削的方式在外壁上铣削而成，提高螺杆钻具排渣能力；单弯外管(3-3)上设有衬垫(3-4)，衬垫(3-4)采用高强耐磨材料，钻进过程中起到支撑作用。

7.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，所述内管ii(4-1)和外管ii(4-4)之间环隙设有密封组件(4-5)，实现内管ii(4-1)和外管ii(4-4)之间的密封，防止高压水漏水；轴承组i(4-2)和轴承组ii(4-3)位于密封组件(4-5)前方，实现内管ii(4-1)和外管ii(4-4)之间的单动转动。

8.如权利要求1所述的煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，其特征在于，所述外套管(2-6)和单弯外管(3-3)上设置连续右旋的螺旋槽(2-7)，螺旋槽(2-7)内喷头(2-8)等间距布设，喷头(2-8)通过丝扣安装在螺旋槽(2-7)内，高压水经过喷头(2-8)形成喷雾进行降尘。

技术总结本发明公开了一种煤矿井下钻进用双壁液驱气体排渣喷雾除尘螺杆钻具，包括接头总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，形成高压水和高压气体双循环通道；高压水通道为接头总成内管与中间管环空通道‑转子与定子环空通道‑定子水眼‑定子与外套管环空通道‑喷头，该通道实现高压水进入并驱动转子，大部分高压水由定子与外套管环空通道排出，少部分高压水由喷头喷出除尘；高压气体通道为接头总成内管、转子、万向轴总成、传动轴总成内管，该通道实现高压气体进入并排渣冷却钻头。本发明与井下随钻测量系统及配套钻具组合用于煤矿井下复杂地层定向钻孔施工，实现高压水驱动螺杆钻具带动钻头碎岩，高压气体进行钻孔高效排渣，孔底喷雾主动高效除尘。技术研发人员：王建强,管强盛,王力,宋海涛,李浩,高红通受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12