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開閉式反循環鉆頭的結構設計與工作原理.pdf

'開閉式反循環鉆頭的結構設計與工作原理.pdf'
2014年第 41卷第 6期 探礦工程(巖土鉆掘工程 ) 53 開閉式反循環鉆頭的結構設計與工作原理 喬 慧麗 ,陳 魚 '。 (1.重慶 理X-大學機械 學院 ,重慶 400032;2.中煤 科工集 團重慶研 究院有限公司 ,重慶 400039;3.瓦斯災 害監控 與 應急技術國家重點實驗室,重慶 400039) 摘 要 :由于煤層松 軟和破碎 的緣 故 ,松軟突 出煤層 瓦斯抽放孔 易垮塌 ,將導 致鉆孔 成孔率 低 ,瓦斯抽放 通道 易堵 塞 ,影響了瓦斯抽 采效 率。為解決這些 問題 ,設計 了開 閉式反循環鉆頭 ,并 對其結構 特點和工作 原理進行分 析。這 種鉆頭結合 了全程篩管下放 和反循環鉆進 2種工藝 的優勢 。通過降低對孔壁 的二次破壞 ,提高 了鉆孔成孔率 和成 孔深度 ;通過全孔 段下放篩管 ,防止孑L壁垮塌堵塞 瓦斯通道 ,提高了瓦斯抽放孔 的利用 率。介紹 了該 新型鉆頭 的結 構設計 、工作原理和應用情況。 關鍵詞 :松軟突出煤層 ;瓦斯抽放孔 ;反循環 ;鉆頭 中圖分 類號 :P634.4 1 文獻標 識碼 :A 文章 編號 :1672— 7428(2014)06— 0053— 03 Configuration Design and Working Principles of Open-closed Reverse Circulation Bit/QIAO Hui—li‘.CHEN Yu ’ (1.Chongqing University of Technology, Chongqing 40032, China;2.China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute,Chongqing 400039,China;3.Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology National Key Lab.,Chongqing 400039,China) Abstract:Due to the soft and broken characteristics of soft and outburst coal seam,the gas drainage borehole easily collap- ses with low borehole completion rate and the blockage of gas drainage channel,which influence the efficiency of gas extrac— tion.The open—closed reverse circulation bit was designed in order to solve these problems,and its working principle and structure characteristics were also analyzed.The advantages of full screen liner and reverse circulation drilling technology are combined with this bit,by reducing the second damage to the hole wall to improve the borehole completion rate and depth,by sending the full screen liner to the hole bottom to avoid wall collapse and gas drainage channel blockage,the uti— lization rate of the gas drainage borehole is increased. The paper introduces this new bit about its configuration design, working principle and the application. Key words:soft and outburst coal seam ;gas drainage hole;reverse circulation;bit 0 引言 松軟突出煤層順層鉆孔高效成孑L技術一直是制 約我國煤礦井下瓦斯抽采 的難題_1 J。在 松軟突 出 煤層瓦斯抽放鉆孔過程 中經常發生垮孔或塌孔等異 常情況 ,導致瓦斯抽放孔施工周期長 、成孔深度淺和 成孑L率低 J。這主要有 2方 面的原因:一方面 ,煤層 本身松軟 、破碎 ,易出現塌孔 ;另一方面 ,在鉆孔施工 過程中,高速流動的空氣 和煤渣會對孔壁形成二次 破壞 ,加劇了孔壁的垮塌。即使好不容易成孔了,由 于松軟煤層裸I]I~L壁的穩定性差 ,在成孔提鉆后 ,短 時間內孔壁就會坍 塌堵塞鉆孔 ,使得大部分鉆孔失 效 J,降低 了瓦斯孔的利用 率,導致 瓦斯氣 體難 以 排除 ,使得松軟突出煤層瓦斯抽放效率很低 。 為了提高松軟煤層瓦斯治理效率 ,必須同時解 決成孔率低和瓦斯通道易堵塞這 2個難題。中煤科 工集團重慶研究院開發了大通孔開閉式全方位鉆進 鉆頭 J,采用這種 鉆頭 ,鉆孔 完畢后 ,在 提鉆之前 , 將瓦斯篩管從鉆桿 內部下放至孔底 ,解決了孔壁垮 塌導致瓦斯抽放通道堵塞的問題 。 本文在借鑒大通孑L開閉式全方位鉆進鉆頭優點 的基礎上 ,設計了開閉式反循環鉆頭 ,利用該鉆頭不 僅可以實現全程篩管下放 ,保證提鉆成孔后瓦斯通 道的長期暢通 ,還可以鉆進過程 中,空氣和煤渣對孔 壁 的二次破壞 ,減少孑L壁垮塌 ,提高成孑L深度和成孔 率 。該鉆頭的設計具有創新性 ,對于提高松軟突出 煤層瓦斯治理效率具有一定參考意義。 1 結構 設計 圖 1是開閉式反循環鉆頭的結構圖,主要 由鉆頭 體 、橫梁體 、防脫裝置、引射器 、引射器接頭和鉆頭體 收稿 日期 :2014— 04— 01;修 回 日期 :2014— 05~29 基金項 目:“十二 五”國家科技重大 專項基金資助項 目(2011ZX05041— 002) 作者簡介 :喬慧麗(1980一),女(漢 族),湖北天門人 ,重慶理工大學講師 ,機械設計及理論專業 ,碩士 ,主要從事流場數值 模擬 、鉆進工藝及 裝 備 的研發等工作 ,重慶市巴南區紅光大道 ,qhl—[email protected].con;陳魚(1976一),男 (漢族 ),四川廣 安人 ,中煤 科工集 團重慶研究 院有限公 司工 程師 ,機械設計及理論 專業 ,碩士 ,主要從事流場數值模擬 、鉆探 工藝及裝備 的研發等工作 ,重慶市 九龍坡 區二郎新城科 城路 6號重慶煤科 院 701,cy~[email protected] 163.com 。
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