專利名稱：擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)(extension drilling system)，特別涉及但不僅局限于使用在半自動(dòng)鉆機(jī)中的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，其用于在地下采礦作業(yè)、例如煤礦開采中鉆洞(孔)，在那里隧道頂部的結(jié)構(gòu)通過將巖石錨桿插入在該頂部結(jié)構(gòu)鉆出的洞中而變得更加安全。
背景技術(shù)：
在過去，在煤礦中的擴(kuò)邊鉆井使用方形螺桿進(jìn)行，例如具有4TPI愛克米螺紋(Acme thread)的XRT螺桿。我們已經(jīng)試驗(yàn)了使用右旋纜索螺紋鉆桿，這是由于它們?nèi)菀酌撻_耦聯(lián)而且具有不容易損壞的陽螺紋。盡管根據(jù)這種試驗(yàn)工作已經(jīng)發(fā)展了各種不同的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，但是我們還是發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)不能夠與半自動(dòng)的鉆機(jī)一起工作。
當(dāng)與半自動(dòng)鉆機(jī)一起使用時(shí)，用于擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)的傳統(tǒng)鉆桿的主要問題是，當(dāng)鉆桿柱(多個(gè)耦聯(lián)在一起的鉆桿)要被解開耦聯(lián)時(shí)，在夾具和夾頭之間有兩個(gè)螺紋接頭。當(dāng)操作夾具并使夾頭緩慢地反向自旋時(shí)，會(huì)發(fā)生所不期望的在傳動(dòng)適配器和底部延長桿之間的螺紋接頭解開耦聯(lián)，而并不是想要得到的解開底部延長桿和倒數(shù)第二延長桿之間的耦聯(lián)。
另一個(gè)問題是使用傳動(dòng)適配器占據(jù)了鉆機(jī)上相當(dāng)多的底部高度，從而減小了可使用的延長桿的長度。
因此，本發(fā)明的目的是克服或至少是減小當(dāng)現(xiàn)有的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)與半自動(dòng)鉆機(jī)相聯(lián)時(shí)所產(chǎn)生的問題。
本發(fā)明簡述因此，本發(fā)明提供了一種與半自動(dòng)鉆機(jī)一起使用的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)包括多個(gè)延長桿，它們構(gòu)成一鉆桿柱，且每一鉆桿都具有在它們之間相配合的陰、陽螺紋聯(lián)接器，所述聯(lián)接器為右旋纜索螺紋聯(lián)接器，而且在使用時(shí)，鉆機(jī)的一傳動(dòng)夾頭直接驅(qū)動(dòng)或經(jīng)一適配器驅(qū)動(dòng)相聯(lián)的延長桿的陰螺紋端的外側(cè)，從而在夾頭和一組夾具之間僅有一個(gè)螺紋聯(lián)接器，并確保當(dāng)夾具被移動(dòng)到夾緊位置且夾頭反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，僅有所需的聯(lián)接器被脫離聯(lián)接。
最好，鉆桿具有彼此連通的軸向通道，沖洗液通過該通道被輸送到一相聯(lián)的鉆頭。最好，穿過至少一個(gè)鉆桿的軸向通道包括一個(gè)非回流閥，從而在重新開始鉆探之前，在一鉆桿加到鉆桿柱上之后，縮短沖洗液輸送到鉆頭的延遲時(shí)間。
最好，鉆桿具有六邊形的橫截面，或者任何其他適當(dāng)?shù)臋M截面，且鉆桿可以是經(jīng)選擇性熱處理或是全部熱處理的鍛造或焊接桿。
本發(fā)明還提供一種使用在上述擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)中的延長鉆桿。
附圖簡述下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)的縱向側(cè)視圖；圖2是使用在圖1所示系統(tǒng)中的延長桿的縱向側(cè)視圖；圖3是在圖4-圖5中所示擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)中使用的一種作為替換的直接傳動(dòng)夾頭的局部剖視的縱向側(cè)視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)的局部剖視的縱向側(cè)視圖；圖4A是沿圖4中A-A線的橫截面圖；
圖4B是沿圖4中B-B線的橫截面圖；圖5是使用在圖4所示系統(tǒng)中的延長桿的縱向側(cè)視圖；圖6是使用在圖1、2和3所示系統(tǒng)中的鉆頭的側(cè)視圖和端視圖；以及圖7是使用在圖4和圖5所示系統(tǒng)中的鉆頭的側(cè)視圖和端視圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述參照附圖中的圖1和圖2，本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，其總體用20表示，該系統(tǒng)使用安裝在具有一對(duì)夾緊夾具27的采礦/頂部篩選機(jī)(未示出)上的一傳動(dòng)夾頭21。該傳動(dòng)夾頭可以是由美國的McSweeney公司(McSweeney′s，Inc.)制造的TL2型傳動(dòng)夾頭，且該傳動(dòng)夾頭直接可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)一串延長桿22，(再參見圖2)，這些延長桿22通過一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接器23聯(lián)接在一起，聯(lián)接器包括相互配合的、在延長桿一端的右旋纜索螺紋陰套節(jié)24和在延長桿另一端上的右旋纜索螺紋陽連接件25。當(dāng)這些鉆桿聯(lián)接在一起時(shí)，鉆桿的端部通過圍繞著陽連接件25的肩部22a支承在圍繞著套節(jié)24的進(jìn)口的端面22b上而彼此相互抵靠。在最遠(yuǎn)的鉆桿的最遠(yuǎn)端上的陽連接件25聯(lián)接有一個(gè)鉆頭(在圖1和圖2中未示出)，其可以是在圖6中示出的鉆頭16。
軸向通道28穿過各鉆桿，并彼此連通，沖洗液可通過該通道被輸送到相聯(lián)的鉆頭。在該優(yōu)選實(shí)施例中，穿過每個(gè)鉆桿的通道28在28a處呈臺(tái)階形，以提供在通道的較大直徑部和較小直徑部之間的過渡，從而形成作為球閥機(jī)構(gòu)的一部分的閥座，該機(jī)構(gòu)的另外部分由不銹鋼或玻璃球29構(gòu)成，其可根據(jù)需要選擇性地抵靠或離開閥座28a，從而在重新開始鉆探之前，在一鉆桿加到鉆桿柱上之后，縮短沖洗液輸送到鉆頭的延遲時(shí)間。
圖3示出了使用在圖4-5所示擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)中的一種修正(替換)的直接傳動(dòng)夾頭，實(shí)際上該夾頭是一種優(yōu)選的傳動(dòng)夾頭，該夾頭是一種模塊式組件21a，其包括一陽傳動(dòng)件21b，該傳動(dòng)件具有一傳動(dòng)軸21c，并與帶有一套節(jié)21e的陰傳動(dòng)件21d相聯(lián)接。傳動(dòng)件通過螺栓21f插入彈簧墊圈21i，穿過在陽傳動(dòng)件21b的孔21g旋入在陰傳動(dòng)件21d的帶螺紋的盲孔21h中而相聯(lián)接。陰、陽傳動(dòng)件也可被“鉤”在一起，即互鎖。套節(jié)21e中容納有一密封件21j，其可由模制在一不銹鋼的襯墊體周圍的聚氨酯形成，而且其抵靠在陽傳動(dòng)件21b的端部的一臺(tái)階21k上。本實(shí)施例中的模塊式傳動(dòng)夾頭由兩個(gè)可分開的部分形成，從而使傳動(dòng)件21b和21d可根據(jù)不同的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行互換，并且當(dāng)密封件21j磨損后可進(jìn)行更換。
參照圖4，本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)總體用10表示，該系統(tǒng)使用安裝在采礦/頂部篩選機(jī)(Mining/Roof bolter)(未示出)上的一傳動(dòng)夾頭11。該傳動(dòng)夾頭可為由美國的McSweeney公司制造的TL2型傳動(dòng)夾頭。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例并再結(jié)合圖5，該傳動(dòng)夾頭11在本優(yōu)選實(shí)施例中經(jīng)一夾頭適配器19可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)一串延長鉆桿12，這些鉆桿通過一個(gè)或多個(gè)聯(lián)接器13聯(lián)接在一起，這些聯(lián)接器包括相互配合的、在延長桿一端上的右旋纜索螺紋陰套節(jié)14和在延長桿另一端上的右旋纜索螺紋陽連接件15。當(dāng)這些鉆桿聯(lián)接在一起時(shí)，鉆桿的端部通過圍繞著陽連接件15的肩部12a支承在圍繞著套節(jié)14的進(jìn)口的端面12b上而彼此相互抵靠。在最遠(yuǎn)的鉆桿的最遠(yuǎn)端上的陽連接件15聯(lián)接有一個(gè)鉆頭(在圖4和圖5中未示出)，其可以是在圖7中示出的鉆頭16。
一對(duì)夾緊夾具17由采礦/頂部篩選機(jī)支承，用于在聯(lián)接鉆桿和使它們脫離聯(lián)接的過程中抓緊鉆桿柱。軸向通道18穿過各鉆桿，并彼此連通，沖洗液可通過該通道被輸送到相聯(lián)的鉆頭。
參照圖4-圖5，夾頭適配器19的內(nèi)部細(xì)節(jié)在圖4A中示出，其成形為具有20°轉(zhuǎn)動(dòng)偏移的六角形19a。一個(gè)夾頭適配器蓋19b如圖4B所示用螺釘19c螺合到該夾頭適配器的其余部分上。該蓋提供鉆桿可裝配在其中的一孔19d，其具有正常的六邊形。裝配在夾頭適配器19中的鉆桿的端部，包括由夾頭適配器非驅(qū)動(dòng)地嚙合的陰套節(jié)14，具有一個(gè)六邊形的外部12c，在其上面是一個(gè)圓形段12d。當(dāng)鉆桿端部裝配在夾頭適配器中時(shí)，鉆桿端部的六邊形12c與穿過夾頭適配器蓋19b的六邊形孔對(duì)齊。該鉆桿然后向下滑動(dòng)進(jìn)入夾頭適配器中直至其全部長度，當(dāng)開始正旋轉(zhuǎn)時(shí)，夾頭適配器相對(duì)于鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)20°，夾頭適配器中的六角形19a的驅(qū)動(dòng)平面與鉆桿上六邊形的端部12c抵靠嚙合，從而可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)鉆桿。鉆桿上設(shè)置圓形段12d是為了，當(dāng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)20°時(shí)，穿過夾頭適配器蓋19b的六邊形孔不會(huì)約束住鉆桿。只要在夾頭適配器中保持正旋轉(zhuǎn)，由于兩個(gè)六邊形錯(cuò)開20°鉆桿就不會(huì)被松脫，而為了使鉆桿松脫，鉆桿需要被轉(zhuǎn)動(dòng)20°從而六邊形12c的角部將與夾頭適配器蓋19b的六邊形孔19d對(duì)齊。如上所述的傳動(dòng)夾頭在夾頭和鉆桿之間提供了一種扭轉(zhuǎn)鎖定作用，從而由于當(dāng)保持正旋轉(zhuǎn)時(shí)鉆桿始終鎖定在傳動(dòng)夾頭中而提高了該鉆井系統(tǒng)的安全性。
根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例，鉆桿可如參照圖4-5所示實(shí)施例中描述的那樣，具有六邊形橫截面，或者具有圓形橫截面或任何其他適當(dāng)?shù)臋M截面形狀，從而它們?nèi)鐖D4-5所示實(shí)施例所述可由夾頭適配器19驅(qū)動(dòng)，或者如圖1、2和3所示實(shí)施例所述可由傳動(dòng)夾頭21或21a直接驅(qū)動(dòng)。鉆桿可以是經(jīng)選擇性熱處理或是全部熱處理的鍛造或焊接桿。
權(quán)利要求
1.一種與半自動(dòng)鉆機(jī)一起使用的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)包括多個(gè)延長桿(12；22)，它們構(gòu)成一鉆桿柱，且每一鉆桿都具有在它們之間相配合的陰、陽螺紋聯(lián)接器(13；23)，其特征在于，所述聯(lián)接器為右旋纜索螺紋聯(lián)接器，而且在使用時(shí)，鉆機(jī)的一傳動(dòng)夾頭(11；21)直接驅(qū)動(dòng)相聯(lián)的延長桿(12；22)的陰螺紋端(14；24)的外側(cè)，從而在夾頭和一組夾具(17；27)之間僅有一個(gè)螺紋聯(lián)接器，并確保當(dāng)夾具被移動(dòng)到夾緊位置且夾頭反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，僅有所需的聯(lián)接器被脫離聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，其特征在于，鉆桿(12；22)具有彼此連通的軸向通道(18；28)，沖洗液通過該通道被輸送到一相聯(lián)的鉆頭(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，其特征在于，穿過至少一個(gè)鉆桿(22)的軸向通道(28)包括一個(gè)非回流閥(28a，29)，從而在重新開始鉆探之前，在一鉆桿加到鉆桿柱上之后，縮短沖洗液輸送到鉆頭(16)的延遲時(shí)間。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，其特征在于，鉆桿(12；22)具有六邊形或圓形的橫截面，或者任何其他適當(dāng)?shù)臋M截面，從而它們可被傳動(dòng)夾頭(11；21)或是直接驅(qū)動(dòng)，或是經(jīng)一適配器(19；21a)來驅(qū)動(dòng)，該適配器內(nèi)具有一相似橫截面形狀的套節(jié)(19d；21e)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)，其特征在于，傳動(dòng)夾頭或適配器和直接與它們相聯(lián)的鉆桿之間的協(xié)作是這樣的；它們之間有限的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)使相應(yīng)的橫截面錯(cuò)開，從而防止鉆桿分離，同時(shí)保持驅(qū)動(dòng)嚙合。
6.一種使用在根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)中的延長鉆桿，所述鉆桿在相對(duì)端具有陽螺紋(15；25)和陰螺紋(14；24)，其特征在于，所述螺紋為右旋纜索螺紋，而且鉆桿的陰螺紋端(14；24)的外側(cè)具有六邊形或圓形橫截面，或者任何其他適當(dāng)?shù)臋M截面，從而其可被可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的延長桿，其特征在于，鉆桿(12；22)具有一軸向通道(18；28)，沖洗液可通過該通道被輸送到一相聯(lián)的鉆頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的延長桿，其特征在于，穿過鉆桿(22)的軸向通道(28)包括一非回流閥(28a，29)。
全文摘要
一種與半自動(dòng)鉆機(jī)一起使用的擴(kuò)邊鉆井系統(tǒng)。該鉆井系統(tǒng)包括構(gòu)成一鉆桿柱的多個(gè)延長桿22且在它們之間具有相配合的陰、陽螺紋聯(lián)接器23且為右旋纜索螺紋聯(lián)接器,鉆機(jī)的一夾頭21或是直接驅(qū)動(dòng)或是經(jīng)一適配器驅(qū)動(dòng)相聯(lián)的延長桿的陰螺紋端24的外側(cè),從而在夾頭和一對(duì)夾具27之間僅有一個(gè)螺紋聯(lián)接器,并確保當(dāng)夾具移到夾緊位置且夾頭反向旋轉(zhuǎn)時(shí),僅有所需的聯(lián)接器被脫離聯(lián)接。鉆桿可具有彼此連通的軸向通道28,沖洗液通過該通道被輸送到一相聯(lián)的鉆頭且穿過至少一個(gè)鉆桿的軸向通道包括一個(gè)非回流閥28a、29,從而在重新開始鉆探前,在一鉆桿加到鉆桿柱上后,縮短沖洗液輸送到鉆頭的延遲時(shí)間。
文檔編號(hào)E21B17/00GK1260858SQ9880615
公開日2000年7月19日 申請日期1998年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月11日
發(fā)明者邁克爾·麥克萊恩, 史蒂文·韋弗 申請人:桑德維克公司