一种松软突出煤层钻机钻具系统
技术领域
本实用新型涉及煤层瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种松软突出煤层钻机钻具系统。
背景技术
在深部煤炭开采领域，需要在钻进过程中将钻渣及时排出，否则滞留于钻孔底部的钻渣将阻碍钻头。随着煤炭开采深度增大，煤层所具有的高瓦斯压力、高地应力会使钻孔垮塌，导致喷孔、卡钻、埋钻等问题发生，无法保证施工安全，严重影响钻进施工的效率。同时，现有钻机钻具系统的排渣口的路程较长，容易发生堵塞。
因此，在深部煤炭开采领域，亟需一种针对高应力、高瓦斯压力的钻进系统，从而保证深部煤炭资源的安全高效开采。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种松软突出煤层钻机钻具系统，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种松软突出煤层钻机钻具系统，包括螺旋钻头、钻杆、保压系统和钻机。
所述螺旋钻头安装在钻杆的首端。所述螺旋钻头外壁上设置有螺旋叶片。所述螺旋钻头内部具有轴向流道。所述螺旋钻头顶端设置有供高压水射出的高压喷头。所述高压喷头与轴向流道连通。
所述钻机夹持钻杆的尾端。所述钻杆为双壁钻杆。所述钻杆的内管内腔为中心孔道。所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔。所述钻杆的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道。所述中心孔道中布置有支撑套管。所述支撑套管表面间隔布设支撑钩爪。所述支撑钩爪采用压簧结构。所述环形孔道中布置有抽渣管和输液管。所述抽渣管通过导渣通孔与中心孔道联通。所述输液管通过导流通孔与中心孔道联通。
所述保压系统包括保压管、压力显示器和保压管密封装置。所述保压管的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管通过锚杆固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆从保压管的后端伸入钻孔中。所述保压管后端开口处与钻杆之间安装有保压管密封装置。所述保压管的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管的周壁上还安装有压力显示器。所述保压管密封装置上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门将钻杆内部的抽渣管与气渣分离器相连接。保压管排渣阀门将保压管末端通过管道与气渣分离器相连接。
工作时，钻机带动钻杆旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头在钻杆的旋转带动下自轴旋转。纳米流体送入螺旋钻头后，高压喷头喷射轴向的高压液流在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器。钻进完成后，支撑套管从高压喷头孔口处顶出。支撑套管与钻杆分离后，支撑钩爪自动张开支撑钻孔。
进一步，所述高压喷头连接有单向阀。
进一步，所述保压管采用金属材料制成。
进一步，所述钻机的旋转密封装置的输入端与水射流发生系统通过管路连接，输出端与输液管的尾端连接。所述水射流发生系统和钻机之间的管路上设置有钻机进水阀门。
本实用新型的技术效果是毋庸置疑的：
A.保证了钻孔内的压力稳定，解决了垮孔、埋钻等长距离钻进中出现的问题，既实现了高效通畅的钻进作业，也能最大程度上利用废水进行循环作业，显著提高施工效率和经济效益；
B.将支撑套管置于钻杆内部，在钻进完成后，将钻头和钻杆退出，其张开的支撑钩爪可起到支撑钻孔的作用，防止垮孔；
C.解决了水平孔、俯视孔排渣困难的问题。
附图说明
图1为钻机钻具系统工作示意图；
图2为A处局部放大图；
图3为钻头与套管连接示意。
图中：螺旋钻头3、螺旋叶片301、高压喷头302、轴向流道304、钻杆4、支撑套管401、支撑钩爪4011、抽渣管402、输液管403、保压系统5、保压管501、压力显示器502、保压管密封装置503、保压管排渣阀门504、抽渣管阀门505、钻机6、气渣分离器7、分离器排水阀门8、钻机进水阀门9、加压泵10、纳米流体管道阀门11、纳米流体储罐12、锚杆13。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
实施例1：
参见图1和图2，本实施例公开一种松软突出煤层钻机钻具系统，包括螺旋钻头3、钻杆4、保压系统5和钻机6。实际生产中，钻机钻具系统与水射流发生系统配套使用。
所述水射流发生系统包括加压泵10和纳米流体储罐12。所述加压泵10和纳米流体储罐12之间的管路上设置有纳米流体管道阀门11。
所述螺旋钻头3安装在钻杆4的首端。所述螺旋钻头3外壁上设置有螺旋叶片301。所述螺旋钻头3内部具有轴向流道304。所述螺旋钻头3顶端设置有供高压水射出的高压喷头302。所述螺旋钻头3与轴向流道304连通。所述钻机6夹持钻杆4的尾端。所述钻杆4为双壁钻杆。所述钻杆4的内管内腔为中心孔道。所述内管的壁面上设置有导流通孔和导渣通孔。所述钻杆4的内管与外管之间的环空间隙为环形孔道。所述中心孔道中布置有支撑套管401。所述支撑套管401表面间隔布设支撑钩爪4011。所述支撑钩爪4011采用压簧结构。所述环形孔道中布置有抽渣管402和输液管403。所述抽渣管402通过导渣通孔与中心孔道联通。所述输液管403通过导流通孔与中心孔道联通。当钻进完成时，支撑套管401伸出螺旋钻头3。支撑钩爪4011打开，与岩壁接触，起到支撑钻孔的作用，防止钻孔在退钻的过程中发生垮塌。参见图3，钻杆内腔壁与螺旋钻头3通过螺纹连接，在钻进完成后，利用千斤顶将内腔中的支撑套管401顶出，实现分离。在本实施例中，通过千斤顶将支撑套管从底部向孔内推动，实现钻头与支撑套管的分离。
所述保压系统5包括保压管501、压力显示器502和保压管密封装置503。所述保压管501的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管501通过4根锚杆13固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管501伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆4从保压管5的后端伸入钻孔中。所述保压管5后端开口处与钻杆4之间安装有保压管密封装置503。所述保压管501的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管501的周壁上还安装有压力显示器502以监测保压管501内的压力。所述保压管密封装置503上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门505将钻杆内部的抽渣管道与气渣分离器7相连接。保压管排渣阀门504将保压管末端通过管道与气渣分离器7相连接。
所述气渣分离器7底部通过分离器排水阀门8与纳米流体储罐12相连接。
工作时，钻机6带动钻杆4旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头3在钻杆4的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵10送入螺旋钻头3。高压喷头302喷射轴向的高压液流，在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头3将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头3研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器7。
本实施例将水基二氧化硅纳米流体通过钻头喷嘴注入钻孔，同时通过调节保压管阀门与注液压力，达到了长距离钻进过程中钻孔内部压力稳定的效果，解决了长距离钻进过程中的喷孔、垮孔等问题，保证了深部煤炭资源的安全高效开采。
实施例2：
本实施例公开一种基础的松软突出煤层钻机钻具系统，螺旋钻头3、钻杆4、保压系统5和钻机6。
所述水射流发生系统包括加压泵10和纳米流体储罐12。所述加压泵10和纳米流体储罐12之间的管路上设置有纳米流体管道阀门11。
所述螺旋钻头3安装在钻杆4的首端。所述螺旋钻头3外壁上设置有螺旋叶片301。所述螺旋钻头3内部具有轴向流道304。所述螺旋钻头3顶端设置有供高压水射出的高压喷头302。所述螺旋钻头3与轴向流道304连通。所述钻机6夹持钻杆4的尾端。所述钻杆4内布置有支撑套管401。所述支撑套管401表面间隔布设支撑钩爪4011。所述支撑钩爪4011与钻杆4分离后会自动张开，起到固孔的作用。
所述保压系统5包括保压管501、压力显示器502和保压管密封装置503。所述保压管501的前端伸入钻孔中，后端置于钻孔外部。所述保压管501通过4根锚杆13固定在钻孔孔口孔壁上。所述保压管501伸入钻孔部分的外壳直接与钻孔壁接触。所述钻杆4从保压管5的后端伸入钻孔中。所述保压管5后端开口处与钻杆4之间安装有保压管密封装置503。所述保压管501的周壁上开设有抽渣孔。所述保压管501的周壁上还安装有压力显示器502以监测保压管501内的压力。所述保压管密封装置503上开设有保压管排渣口。抽渣管阀门505将钻杆内部的抽渣管道与气渣分离器7相连接。保压管排渣阀门504将保压管末端通过管道与气渣分离器7相连接。
工作时，钻机6带动钻杆4旋转并钻入煤岩层中。所述螺旋钻头3在钻杆4的旋转带动下自轴旋转。纳米流体通过加压泵10送入螺旋钻头3。高压喷头302喷射轴向的高压液流，在孔底的煤壁上切割出引导孔。螺旋钻头3将引导孔扩大。煤岩体由螺旋钻头3研磨破碎或经受高压水冲击而破碎。高压水射流冲击煤岩屑，纳米流体携带煤岩渣返出至气渣分离器7。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，其中，所述轴向流道304中设置有单向阀，保证在钻进的过程中不会有废水从高压喷头302的喷嘴处回流。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例2，其中，所述保压管501采用金属材料制成。本实施例能够保证钻进过程的安全高效、瓦斯的高效抽采、钻孔的及时支护，实现了长距离钻进、瓦斯抽采与支撑固孔的一体化作业，同时节约了高压水的经济成本，达到了有效防治长距离钻进过程中喷孔、卡钻、埋钻的目的，从而保证深部煤炭资源的安全高效开采。
