一种生命救援孔气动反循环潜孔锤的钻进方法

摘要

本发明提供了一种生命救援孔气动反循环潜孔锤的钻进方法，在钻进时钻头以冲击方式破碎岩石，并同时向钻头的底部输送循环介质，所述循环介质将破碎的岩石经与钻头底部中心相通的通道返回地面。该方法可以使气动反循环潜孔锤在生命救援孔钻进过程中实现边钻进，边冲洗钻孔，边采样的"三边一体化"连续钻探，改变了传统的钻进和采样截然分开的生产流程，可在中硬岩层中钻进，可使钻探效率大幅度提高，成本显著下降。

说明书

技术领域

本发明涉及工程勘察和地质钻探用钻具，尤其涉及反循环潜孔锤的钻进方法。

背景技术

随着国家对煤矿安全生产越来越重视，瓦斯排放孔及生命救援孔等工程钻孔的施工显得尤为重要，尤其生命救援孔要求钻孔直径大，而且比较深，成孔质量好、成孔速度快。现有技术中普遍采用气动反循环潜孔锤进行钻进，如何发挥气动反循环潜孔锤在生命救援孔钻进过程的优势，需要对气动反循环潜孔锤的钻进工艺进行研究。本发明即是根据此提出。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种生命救援孔气动反循环潜孔锤的钻进方法，该方法可以使气动反循环潜孔锤在生命救援孔钻进过程中实现边钻进，边冲洗钻孔，边采样的"三边一体化"连续钻探，改变了传统的钻进和采样截然分开的生产流程，可在中硬岩层中钻进，可使钻探效率大幅度提高，成本显著下降。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种生命救援孔气动反循环潜孔锤的钻进方法，在钻进时钻头以冲击方式破碎岩石，并同时向钻头的底部输送循环介质，所述循环介质将破碎的岩石经与钻头底部中心相通的通道返回地面。

所述循环介质为压缩空气。

所述循环介质为加入了泡沫的压缩空气。

所述压缩气体由空压机提供。

所述空压机在钻进风压控制13.8-18bar，风量控制在30-40m

所述钻头在冲击破碎岩石的同时保持旋转方式钻进。

在进行钻进钻头的转动速度为：覆盖层：40～60r/min；软岩层：30～50r/min；中硬岩层：20～40r/min；硬岩层：10～30r/min。

在进行钻进时的钻压控制在12-16kN。

通过泡沫泵向压缩空气中加入发泡剂实现向压缩空气中加入泡沫。

所述发泡剂的加入量为3-5Kg/m

本发明具有的技术效果：

1)钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎,破碎下来的岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离孔底，并排出孔口、减少了岩石重复破碎的机会。所以气动潜孔锤有较高的钻进效率，尤其适用于井下排风孔及生命救援孔的施工；

2)在钻进过程中，循环介质中加入大量稳定的泡沫，因为泡沫的比重比水小的多，再加上活性物质的其它性能，对解决潜孔锤钻进过程中排岩屑、扑尘、降低水柱压力、增浮和润滑钻具都有良好的作用。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步说明，发明附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明所述气动反循环潜孔锤的工作状态示意图；

图2为本发明所述气动反循环潜孔锤钻头的剖面结构示意图。

其中：

1-钻杆外壁；2-钻杆内壁；3-潜孔锤；4-钻头；5-返管；6-环形进气道；7-中心气道；8-导流接头；9-冲洗通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行详细描述，但本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图1给出了本发明所述气动反循环潜孔锤进行钻进时的工作状态。如图1所示，气动反循环潜孔锤包括钻杆，钻杆下方设置潜孔锤3，潜孔锤3的底部通过导流接头8安装有钻头4，潜孔锤3的内部具有冲击器，高压气体驱动冲击器内的活塞往复运动，将该往复运动产生的动能源源不断的传递到钻头4上，使钻头获得一定的冲击功，连续的对复杂地层实施冲击钻进。该钻进以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。

钻头在进行冲击方式破碎岩石的同时，向钻头的底部输送循环介，循环介质将破碎的岩石经与钻头底部中心相通的通道返回地面。被破碎下来的岩屑被有一定压力和速度的循环介质吹离孔低，并返回地面，减少了岩石重复破碎的机会，所以气动潜孔锤有较高的钻进效率，尤其适用于井下排风孔或生命救援孔的施工。

具体的，将压缩空气作为循环介质。

本发明气动反循环潜孔锤的钻杆由钻杆外壁1和钻杆内壁2组成，钻杆外壁1和钻杆内壁2之间形成了环形进气道6，钻杆的内部中心具有中心气道7，中心气道7与钻头4侧面以及底面的冲洗通道9相通。导流接头8内具有导流气道，环形进气道6通过导流接头8内的导流气道、钻头4上的冲洗通道9与中心气道7相通，中心气道7的顶部连接返管5。

在进行钻进时，设置在地面上的空气压缩机通过环形进气道6向钻头4的底部输送压缩空气，压缩空气可以在钻头4的钻进过程中可以将破碎的岩屑等经中心气道7返回地面并经返管5回收。由此可以实现边钻进，边冲洗钻孔，边采样的"三边一体化"连续钻探，改变了传统的钻进和采样截然分开的生产流程，可在中硬岩层中钻进，可使钻探效率大幅度提高，成本显著下降。

在钻进时，钻头除了冲击破碎岩石，还需要保持一定速度的转动，潜孔锤钻进是属于慢回转的一种钻进方法，合理的转速选择，对钻头寿命乃至钻进成本至关重要。它主要与冲击器所产生的冲击功的大小，冲击频率的高低，钻头的形式以及所钻岩石的物理机械性质有关。要求破碎下来的岩屑及时被空气所清除，潜孔锤钻进无切削和剪切作用，所以无需过快的转速。根据现场施工的实际经验得出下列数据：覆盖层：40～60r/min；软岩层：30～50r/min；中硬岩层：20～40r/min；硬岩层：10～30r/min。

转速对钻进速度和钻头寿命影响较大。一般是随着钻孔直径的增大，岩石硬度的增高，而降低转速。合理的转速下有最好的破岩效果及最少的重复破碎。

该工艺对钻压要求一般控制在12kN-16kN，最大不能超过20kN，起到了防止孔斜的作用。

该工艺中，钻头由气动冲击器带动钻头冲击破碎岩石，气动冲击器由压缩空气作为动力，空气压缩机除了向钻头底部供气，还作为气动冲击器的动力源，因此其性能高低，直接影响着潜孔锤的钻进效果。首先是风量，一方面是要根据所用冲击器的性能而定，另一方面则要满足所需的上返风速。因为岩屑在气流介质中由于本身的粘度、密度和形状的不同而具有不同的悬浮速度，因此要使岩屑有效的排出孔外，保持孔底干净，就必须采用大于岩屑悬浮速度的上返风速，这也是生命救援孔气动反循环潜孔锤钻进时重要参数之一，经过多次试验，确定空气压缩机在低压工况下最佳风量为35.4m

更进一步的，循环介质为加入了泡沫的压缩空气。它是在输送空气的同时通过泡沫泵向空气流中注入一定量的发泡剂，使洗井介质在循环中产生大量的稳定泡沫，因为空气泡沫的比重比水小得多，再加上活性物质的其它性能，对解决潜孔锤钻进过程中排岩屑、扑尘、降低水柱压力、增浮和润滑钻具都有良好的作用。通过泡沫泵向压缩空气中加入发泡剂实现向压缩空气中加入泡沫，发泡剂的加入量为3-5Kg/m

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。