【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿井下钻进领域，涉及一种扩孔钻具，具体是一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合与成孔方法。
技术介绍
1、煤矿井下钻孔工程中，瓦斯治理、水害防治类钻孔绝大部分都需要下孔口管封固、以满足钻进过程中孔内瓦斯、涌水控制及后续负压抽采、疏放水、高压注浆等需求。对于多分支定向长钻孔，通常需要钻前下管封孔(即在实施随钻测量定向钻进之前，先施工封孔段，下入一定长度的套管并封固，合格后再实施定向钻进作业)，且下管封孔的质量对钻孔的安全施工和高效使用十分重要，一方面是定向钻进过程中能够防控瓦斯、地层水异常涌出，确保施工安全的基本措施，另一方面也是充分发挥定向孔功能、达到预期工程目的的基本前提条件。
2、煤矿井下各类钻孔通常基于不同的工程目的而设计不同的开孔方向，在剖面上，封孔段的姿态可分为近水平、上仰、下斜三种典型形式，与绝大多数地面孔的封孔段竖直向下不同，煤矿井下钻孔封孔段的特殊姿态使得其成孔质量对下管作业的难易程度影响极大。目前，煤矿井下常规大直径孔、定向钻孔封孔段主要采取“先导孔钻进+多级扩孔钻进”的工艺方法进行施工，该方法具有合理性：先施工小直径先导孔有利于实现保直钻进，后进行多级扩孔降低了对钻机设备能力的要求、可达到利用小型机具设备成大直径钻孔的目的。
3、随着煤矿井下常规回转钻进、定向钻进技术装备配套不断完善，自动化、智能化水平不断提升，施工直径超过200mm的大直径、深钻孔不断增多，一次定向钻进直径200mm长钻孔的技术装备已日臻完善、开始规模化推广应用，最大扩孔直径超过了300mm；常规大直径钻
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合与成孔方法，以解决现有大直径孔段多级扩孔钻具组合复杂，更换钻具工作量大、效率低的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
3、一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，包括依次相连的扩孔钻头、多个钻杆和送水器，部分相邻的钻杆之间设置有扶正器，其特征在于，所述扩孔钻头包括滑动轴，所述滑动轴的中部可移动套设有辅助钻头体，所述滑动轴的轴向后端套设有限位短节，所述滑动轴的轴向前端套设有扩孔钻头主体，所述扩孔钻头主体的轴向前端套设有固定套，所述固定套内设置有球头铰接轴的轴向后端，所述球头铰接轴的轴向前端设置有导向短节；
4、所述固定套的轴向前端面均匀开设有多个u型槽，所述固定套的内腔为相连通的球面腔和锥面腔；
5、所述扩孔钻头主体包括本体，所述本体的轴向前端面上均匀设置有多个棱翼，每个所述棱翼的前端面上设置有不同圈径焊装pdc复合片，相邻棱翼之间形成沿轴向分布的导流槽，所述本体的中部设置有球窝，所述本体的轴向后端设置有与所述球窝连通的封堵球座，所述封堵球座的内壁上开设有沿周向均匀分布的孔底流道，所述孔底流道包括相连通且沿周向均匀分布的径向孔和轴向孔，所述轴向孔与扩孔钻头主体的外部连通；
6、所述滑动轴包括第一圆筒，所述第一圆筒的外壁上沿周向等间距设置有多个导向键，所述导向键上开设有深度不同且连通的第一通流槽和第二通流槽，所述第二通流槽中设置有径向流道，所述径向流道连通第一圆筒的内腔、第一通流槽和第二通流槽；
7、所述辅助钻头体包括第二圆筒，所述第二圆筒外壁的轴向前端均匀设置有辅助棱翼，所述辅助棱翼与扩孔钻头主体的导流槽周向上一一对应，所述辅助棱翼的轴向后端设置有硬质合金切削齿；
8、所述辅助棱翼的周向宽度大于扩孔钻头主体上导流槽的宽度，所述辅助导流槽的周向宽度小于扩孔钻头主体上棱翼的宽度；
9、所述第二圆筒的内壁上沿周向等间距设置有多个导向键槽，多个所述导向键槽与滑动轴外壁上的多个导向键一一对应配合；所述第二圆筒的内壁上开设有连通槽，所述连通槽与所述导向键槽连通；
10、所述第二圆筒的内壁的轴向后端开设有滑动空腔，所述滑动空腔的侧壁上沿周向均匀开设有多个液流孔。
11、本专利技术还包括以下技术特征：
12、所述扶正器包括相连的前杆体和后杆体；所述前杆体和后杆体的连接处套设有多个扶正翼，多个所述扶正翼围成一个圆筒。
13、所述前杆体包括安装杆体，所述安装杆体的外壁上沿周向相间布设有多个燕尾槽和多个矩形槽，所述安装杆体的外壁上开设有第三安装槽，所述第三安装槽与所述燕尾槽和多个矩形槽均垂直且连通；所述前杆体的内部开设有中心流道；
14、所述后杆体包括沿轴向相连的连接加持段和限位圆台，所述连接加持段外径与钻杆相同的圆柱面，限位圆台的外径与前杆体的安装杆体外径相同；后杆体的内部开设有中心通道；
15、每个所述扶正翼的内壁的周向两端分别设置有一个直筋板，所述直筋板位于所述矩形槽中，所述扶正翼的内壁的中部设置有燕尾筋板，所述燕尾筋板位于所述燕尾槽中，所述燕尾筋板上开设有限位槽，所述限位槽中设置有限位块。
16、所述限位槽中开设有锁定孔；所述限位块上开设有限位孔，所述限位孔与所述锁定孔中共同设置有螺栓。
17、所述限位块包括矩形块和扇形块，所述矩形块与扶正翼上的限位槽配合；所述扇形块与前杆体上的第三安装槽配合。
18、所述第一圆筒的外壁呈沿轴向直径增大的台阶状，且所述第一圆筒的轴向后端的外壁呈锥形。
19、所述扩孔钻头主体的棱翼的轴向后端面开设有锥面，所述辅助钻头体的辅助棱翼的轴向前端面开设有与棱翼的轴向后端面角度相同的锥面。
20、所述扶正翼上开设有多个窗口。
21、一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合的成孔方法，基于所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，具体包括以下步骤：
22、步骤1，利用小直径钻头、钻杆施工先导孔至设计深度，依次退出钻杆和小直径钻头；
23、步骤2，将扩孔钻头的导向短节下入步骤1得到的先导孔内，启动泥浆泵，高压水通过管路进入送水器，高压水到达孔底后冷却pdc复合片，并携带钻渣屑返出钻孔；
24、步骤3，扩孔至一定深度后，观察孔口返渣情况，进行局部孔段提钻机械排渣；
25、所述局部孔段提钻机械排渣为采用辅本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，包括依次相连的扩孔钻头(1)、多个钻杆(3)和送水器(4)，部分相邻的钻杆(3)之间设置有扶正器(2)，其特征在于，所述扩孔钻头(1)包括滑动轴(105)，所述滑动轴(105)的中部可移动套设有辅助钻头体(106)，所述滑动轴(105)的轴向后端套设有限位短节(107)，所述滑动轴(105)的轴向前端套设有扩孔钻头主体(104)，所述扩孔钻头主体(104)的轴向前端套设有固定套(103)，所述固定套(103)内设置有球头铰接轴(102)的轴向后端，所述球头铰接轴(102)的轴向前端设置有导向短节(101)；
2.如权利要求1所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述扶正器(2)包括相连的前杆体(201)和后杆体(202)；所述前杆体(201)和后杆体(202)的连接处套设有多个扶正翼(202)，多个所述扶正翼(202)围成一个圆筒。
3.如权利要求2所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述前杆体(201)包括安装杆体(2011)，所述安装杆体(2011)的外壁上沿周向相间布设有多个燕尾槽(201
4.如权利要求3述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述限位槽(2023)中开设有锁定孔(2026)；所述限位块(204)上开设有限位孔(2043)，所述限位孔(2043)与所述锁定孔(2026)中共同设置有螺栓(203)。
5.如权利要求3所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述限位块(204)包括矩形块(2041)和扇形块(2042)，所述矩形块(2041)与扶正翼(202)上的限位槽(2023)配合；所述扇形块(2042)与前杆体(201)上的第三安装槽(2015)配合。
6.如权利要求1所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述第一圆筒(1056)的外壁呈沿轴向直径增大的台阶状，且所述第一圆筒(1056)的轴向后端的外壁呈锥形。
7.如权利要求1所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述扩孔钻头主体(104)的棱翼1041的轴向后端面开设有锥面，所述辅助钻头体(106)的辅助棱翼(1061)的轴向前端面开设有与棱翼1041的轴向后端面角度相同的锥面。
8.如权利要求1所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述扶正翼(202)上开设有多个窗口(2022)。
9.一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合的成孔方法，其特征在于，基于权利要求1～8任一项所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，具体包括以下步骤：
10.如权利要求9所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合的成孔方法，其特征在于，还包括：每间隔一定距离在孔内钻杆上加接扶正器，送入孔内继续扩孔钻进。
...【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，包括依次相连的扩孔钻头(1)、多个钻杆(3)和送水器(4)，部分相邻的钻杆(3)之间设置有扶正器(2)，其特征在于，所述扩孔钻头(1)包括滑动轴(105)，所述滑动轴(105)的中部可移动套设有辅助钻头体(106)，所述滑动轴(105)的轴向后端套设有限位短节(107)，所述滑动轴(105)的轴向前端套设有扩孔钻头主体(104)，所述扩孔钻头主体(104)的轴向前端套设有固定套(103)，所述固定套(103)内设置有球头铰接轴(102)的轴向后端，所述球头铰接轴(102)的轴向前端设置有导向短节(101)；
2.如权利要求1所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述扶正器(2)包括相连的前杆体(201)和后杆体(202)；所述前杆体(201)和后杆体(202)的连接处套设有多个扶正翼(202)，多个所述扶正翼(202)围成一个圆筒。
3.如权利要求2所述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述前杆体(201)包括安装杆体(2011)，所述安装杆体(2011)的外壁上沿周向相间布设有多个燕尾槽(2012)和多个矩形槽(2013)，所述安装杆体(2011)的外壁上开设有第三安装槽(2015)，所述第三安装槽(2015)与所述燕尾槽(2012)和多个矩形槽(2013)均垂直且连通；所述前杆体(201)的内部开设有中心流道(2014)；
4.如权利要求3述煤矿井下大直径孔段扩孔钻具组合，其特征在于，所述限位槽(...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建林，李泉新，王明仲，赵建国，袁益平，方俊，余富佳，张彦虎，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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