本技术革新了地质钻孔施工领域,特别推出了一种内排直角梯形钻头及其施工方法,专为长大地质钻孔设计。该技术包括内排式长大钻孔施工装置、定芯导向排屑装置和固定旋转支承装置,旨在提高施工效率和钻孔质量。
背景技术
随着社会经济的快速发展,对矿产资源的需求量在不断增加,部分浅部的矿产资源开采和应用已提前进入枯竭期。因此,加大深部矿产资源勘探,探寻地球深部新的矿产资源,具有重要的现实意义。地质钻探是矿产资源勘探的重要手段,特别是深部矿产资源勘探,急需研制深部矿产资源勘探所必须的长距离、大直径地质钻进装置。
通常地质钻探会遇到各类事故,其中塌孔现象尤为常见,约占各类钻探事故的50%,钻孔塌孔严重影响施工进度。塌孔事故处理难度较大,处理过程中容易出现埋钻、卡钻等情况,最终导致钻孔报废,钻具丢失。因此,地质钻探中防止钻孔塌孔尤为重要,特别是长距离、大直径地质钻孔更容易造成钻孔塌孔、卡钻。造成钻孔塌孔主要与地层中岩层硬度不同、地质构造存在、地层溶蚀以及断层破碎带的密切相关。地质钻探过程不易掌握压力,对软岩层钻进过快,而积聚的岩粉不能快速排出,造成堵塞或钻进泵压异常、憋泵现象,导致孔内回转阻力增大。当钻孔长距离接触煤层时也会造成塌孔,导致大量煤岩屑无法正常排出;当钻孔穿过地质构造变化带遇到硬岩或破碎的煤岩层时,钻进时就会出现钻孔掉渣,造成钻孔堵塞、埋钻现象。
此外,钻孔偏斜是地质钻探急需解决的另一个关键问题,特别是当钻孔长度和孔径较大时,更容易造成整个钻孔偏斜而偏离设计位置。造成钻孔偏斜的原因与地质条件、钻具结构、钻进技术措施及设备质量等诸多因素相关。当地质钻探由软地层钻进到硬地层时,由于钻进地层的倾斜和非均质性,使得钻头受力不平而发生弯曲导致钻头倾斜,造成钻孔偏斜。
高效排屑是地质钻孔快速钻进的重要保障。中国专利CN202021862119.7公开了一种煤矿地质钻矿取样装置,该装置仅适合用来取样,但对于消耗磨损较大的长大地质钻孔钻进则不适宜,不能够做到快速排屑,也不能够精准定位实现快速施工。中国专利CN201922003262.4公开了一种煤矿地质钻矿取样装置,虽然该装置设置有内孔排屑功能,但是排屑和钻进分开,仅能够排出部分尘屑,不能够在高速钻进施工过程快速排屑。
造成地质钻孔塌孔、埋钻、卡钻以及钻孔偏斜,除受水文地质条件、地层岩性影响外,还与地质钻孔的长度、孔径及排屑功能密切相关。当地质钻孔长度较大时,容易造成钻孔偏斜,钻进过程排屑困难、卡钻现象;当地质钻孔孔径较大时,由于钻进过程孔壁悬空面积较大,容易造成钻孔塌孔、卡钻现象。因此,急需研制一种能够在长大地质钻孔钻进过程中同步定芯、实时孔壁支撑、快速排屑的钻进装置,以解决上述技术难题和关键问题,避免长距离、大直径地质钻孔钻进过程中钻孔偏斜、塌孔、卡钻现象,保证长大地质钻孔快速施工。
实现思路