整體式三棱螺旋鉆桿介紹——瑞龍鉆具
發(fā)布時(shí)間：
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，探討了該鉆桿的結構特點(diǎn)，研究了其加工工藝，并對鉆桿進(jìn)行了試制。通過(guò)對該鉆桿試樣進(jìn)行上卸扣試驗以及斷裂分析，證明鉆桿的抗扭強度達到了設計要求。該整體式三棱螺旋鉆桿配合ZDY-3200S型全液壓鉆機進(jìn)行了鉆孔工業(yè)試驗，其成孔率為100%。
在煤礦開(kāi)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害事故的根本性措施之一，已被廣泛應用。但對于松軟突出煤層，尤其是地應力高的區域，鉆孔施工非常困難，容易出現噴孔、垮孔、卡鉆等異?，F象，導致鉆孔成孔率低、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)回轉器卡盤(pán)和夾持器的內通孔，實(shí)現鉆機擰卸鉆桿，無(wú)需使用主動(dòng)鉆桿，同時(shí)減少螺旋葉片（翼片）對鉆孔內壁的刮削，提高鉆孔成孔穩定性及鉆進(jìn)效率。但是寬葉片鉆桿的排渣空間相對螺旋鉆桿小，排渣效率較低。
③三棱鉆桿的排渣機理為在鉆桿和鉆孔壁之間形成3個(gè)弧形空間，擴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、抱鉆現象。但三棱鉆桿加工質(zhì)量較難控制，且強度低于同規格的其他鉆桿，在鉆孔過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生斷桿、丟鉆現象，增加了鉆孔成本。因此，筆者設計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)施工中出現的上述問(wèn)題。
1、整體式三棱螺旋鉆桿結構及工作原理
整體式三棱螺旋鉆桿結構如圖1所示。該鉆桿為整體式結構，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置有不連續的螺旋槽。
整體式三棱螺旋鉆桿結合了螺旋鉆桿和三棱鉆桿的優(yōu)點(diǎn)，三棱柱的結構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起，使得孔內煤粉一直處于運動(dòng)狀態(tài)，避免煤粉在鉆孔內出現堆積堵塞；
同時(shí)鉆桿外壁上的螺旋槽可以輔助排渣，當出現卡鉆、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構示意整體式三棱螺旋鉆桿具有以下特點(diǎn)：
①整體式結構提高了鉆桿的抗扭強度和抗彎強度；
②鉆桿兩端接頭處采用加厚設計，有效保證了螺紋端的壁厚；
③與螺旋鉆桿相比，葉片的硬度和強度高、耐磨性好；
④與三棱鉆桿相比，螺旋槽能夠將孔內運動(dòng)的煤渣持續輸送至孔外；
⑤寬葉片結構減小了葉片對鉆孔孔壁的刮削，確保了孔壁的穩定性。
2、鉆桿的加工工藝
整體式三棱螺旋鉆桿的材料為強度高、韌性好的42CrMo厚壁管料，整體調質(zhì)處理，硬度達到HＲC32～37，以保證鉆桿具有良好的綜合機械性能。
根據鉆桿的結構確定鉆桿的加工工藝過(guò)程包括以下4道工序：
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