一种快速打捞钻头的方法及钻头打捞装置

技术领域

本发明涉及煤矿用机械装置领域，尤其涉及到煤炭应急灾害防治系统中强排水钻孔及所有大孔径立孔施工时钻头掉落进孔底后的打捞装置技术改进，具体是指一种快速打捞钻头的方法及钻头打捞装置。

背景技术

目前煤矿企业随着开采深度的不断加大，面临的问题也越来越多，其中承压水上开采就是问题之一。为加强矿井抗灾能力，面对矿井突水时，短时间内将水排到地面，保证矿井安全生产，需要施工大口径直排水钻孔。在施工钻孔时，由于孔径大，施工周期长，有钻头掉落的风险，或因孔径大需要多次扩孔，扩孔时扩孔钻头前面需要连接导向钻头，导向钻头在长时间的钻进过程中，由于震动频繁，有掉落进孔内的事故发生。因此打捞掉落的钻头是煤矿企业面对的重要问题，目前还没有符合实际操作的打捞装置，通常采用的方式是利用钻具将带有挂钩的钢丝绳下放，通过来回摆动钢丝绳使挂钩勾住掉落的钻头，然后提升，此种方式操作难度大，占用时间较长，严重影响施工效率。

发明内容

本发明针对承压水上开采有突水风险的矿井及大水矿井进行大口径直排水钻孔施工中的钻头掉落问题，提供一种快速打捞钻头的方法，实现了对掉落钻头的快速打捞。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种快速打捞钻头的方法，通过以下步骤实现：

步骤一，加工变径丝杠和加固矫正盘，将至少两个加固矫正盘套设在变径丝杠上，将变径丝杠和加固矫正盘进行焊接，焊接完成后放进直筒内，直筒开焊接窗，将加固矫正盘与直筒焊接，再将开焊接窗部位进行焊接封堵；本步骤设置至少两个加固矫正盘，使变径丝杠在钢性直筒内居中，保持垂直度，以防焊接不正引起钻头打捞装置在井内碰壁，造成装置损坏；

步骤二，沿周向在直筒下部切割上宽下窄的楔形干爪，相邻两楔形干爪之间形成的条孔向下贯穿直筒下边缘，变径丝杠、加固矫正盘和具有楔形干爪的直筒形成钻头打捞装置；切割出的楔形干爪，既能有一定的抗压能力，又具有一定的收缩能力，楔形干爪的抗压能力大小决定加多大的钻压能有效的将钻头取出；

步骤三，下放钻头打捞装置前，确定好钻头掉落位置，精确测量孔深，便于判断是否将钻头包进打捞装置内，将打捞装置下到孔底后，根据钻头打捞装置收缩距离判断是否将钻头包进钻头打捞装置内；

步骤四，将钻头打捞装置通过丝杠上端的公锥与钻具连接，然后开始缓慢下钻，下钻途中如果有轻微遇阻，缓慢转动钻机转盘，遇阻时避免加压下钻，以防打捞装置变形；采用缓慢下钻，以防钻头打捞装置在井内遇阻引起变形损坏；

步骤五，当钻头打捞装置下放到接近钻头掉落位置时，加大钻压下压，切割的楔形干爪碰触到孔底，由于压力增大，楔形干爪向里收缩，将钻头包住；

步骤六，缓慢提升钻具，取出掉落进孔内的钻头，避免生拉硬拽，以防钻头碰到孔壁，造成钻头二次脱落。

本方案还提供一种钻头打捞装置，包括直筒和沿直筒轴向延伸的丝杠，所述丝杠的上端设有与钻具适配的螺纹，丝杠的下端与所述直筒固接，直筒的侧壁上开设有若干沿轴向延伸且沿周向分布的条孔，所述条孔向下贯穿至直筒下边缘，相邻条孔之间形成上宽下窄的楔形干爪。

本方案在使用时，通过丝杠上端的螺纹与钻具连接，通过钻具将直筒下放，当直筒下放到接近钻头掉落位置时，加大钻压下压，切割的楔形状干抓由于压力增大，向里收缩，把钻头包进去，然后提升钻具，实现掉落进孔内的钻头取出；楔形干爪的形状上宽下窄，上宽使其具有一定的抗压能力，下窄是为了加大钻压下压时，便于楔形状干抓收缩，便于抓住钻头。

作为优化，丝杠上还固接有至少两个沿轴向分布的加固矫正盘，所述加固矫正盘与直筒内壁固接且位于楔形干爪上方。本优化方案通过设置加固矫正盘，方便丝杠与直筒的连接，而且增加了直筒上部的强度，通过设置至少两个加固矫正盘，增大了丝杠与直筒连接的牢固性，而且利于保证丝杠的轴线竖直，避免加大钻压时装置整体发生倾斜；将加固矫正盘设置在楔形干爪上方，避免加固矫正盘妨碍楔形干爪收缩变形。

作为优化，所述加固矫正盘与直筒内壁焊接固定，直筒侧壁上开设有焊接窗。本优化方案的加固矫正盘与直筒内壁通过焊接固定，牢固性好，通过设置焊接窗，方便焊接操作。

作为优化，楔形干爪倾斜设置，且下端至直筒轴线的距离小于上端至直筒轴线的距离。本优化方案将楔形干爪设置为下端向内倾斜，更有利于楔形干爪的向内收缩，提高了抓取钻头的可靠性。

作为优化，所述丝杠的轴线与直筒的轴线重合。本优化方案将丝杠的轴线与直筒的轴线重合设置，保证了丝杠和直筒沿竖直方向传力，使各楔形干爪受力均匀。

作为优化，丝杠上端设置的螺纹为公锥螺纹。本优化方案将丝杠上端螺纹设置为公锥螺纹，更方便从钻具拆卸，进一步缩短了打捞钻头所占用的时间。

本发明的有益效果为：通过楔形干爪受压向内收缩，对掉落的钻头包住抓取，然后通过钻具的上移将掉落钻头从大口径直排水钻孔中打捞取出，无论钻头在孔内是倾斜状的还是平躺状，都能打捞成功，而且结构简单、降低了打捞钻头的难度、提高钻头打捞率、节省了处理钻孔事故时间。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明轴测视图；

图中所示：

1、丝杠，2、加固矫正盘，3、直筒，4、楔形干爪。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

一种快速打捞钻头的方法，通过以下步骤实现：

步骤一，加工变径丝杠和加固矫正盘，将至少两个加固矫正盘套设在变径丝杠上，将变径丝杠和加固矫正盘进行焊接，焊接完成后放进直筒内，直筒开焊接窗，将加固矫正盘与直筒焊接，再将开焊接窗部位进行焊接封堵；

步骤二，沿周向在直筒下部切割上宽下窄的楔形干爪，相邻两楔形干爪之间形成的条孔向下贯穿直筒下边缘，变径丝杠、加固矫正盘和具有楔形干爪的直筒形成钻头打捞装置；切割楔形状干抓时，切割的尺寸根据直筒的材质及壁厚来决定，切割形状上宽下窄，上宽是有一定的抗压能力，下窄是为了加大钻压下压时，楔形状干抓收缩，便于抓住钻头。

步骤三，下放钻头打捞装置前，确定好钻头掉落位置，精确测量孔深，将打捞装置下到孔底后，根据钻头打捞装置收缩距离判断是否将钻头包进钻头打捞装置内；

步骤四，将钻头打捞装置通过丝杠上端的公锥与钻具连接，然后开始缓慢下钻，下钻途中如果有轻微遇阻，缓慢转动钻机转盘，遇阻时避免加压下钻，以防打捞装置变形；

步骤五，当钻头打捞装置下放到接近钻头掉落位置时，加大钻压下压，切割的楔形干爪碰触到孔底，由于压力增大，楔形干爪向里收缩，将钻头包住；

步骤六，缓慢提升钻具，取出掉落进孔内的钻头，避免生拉硬拽，以防钻头碰到孔壁，造成钻头二次脱落。

如图1所示上述快速打捞钻头的方法中的钻头打捞装置，包括直筒3和沿直筒3轴向延伸的丝杠1，丝杠1的轴线与直筒的轴线重合，且丝杠1为变径丝杠。

丝杠的上端设有与钻具适配的螺纹，且该螺纹为公锥螺纹，丝杠的下端伸至直筒内且与所述直筒3固接。为了提高连接强度，本实施例的丝杠与直筒通过加固矫正盘2固接，在丝杠上套设固定两个沿轴向分布的加固矫正盘2，加固矫正盘的外径与直筒的内径适配，丝杆与加固矫正盘之间，以及加固矫正盘与直筒内壁之间均通过焊接固定，为使焊接操作更方便，在直筒侧壁上开设有焊接窗。

直筒的侧壁上开设有若干沿轴向延伸且沿周向分布的条孔，所述条孔向下贯穿至直筒下边缘，相邻条孔之间形成上宽下窄的楔形干爪4，加固矫正盘位于楔形干爪4上方。楔形干爪倾斜设置，且下端至直筒轴线的距离小于上端至直筒轴线的距离。

制作时，先在变径丝杠上焊接加固矫正盘，然后把变径丝杠及加固矫正盘整体塞进直筒内，在直筒上开焊接窗，将加固矫正盘与直筒焊接，然后在直筒下部侧壁上割出楔形状干爪。切割直筒的楔形状干爪时，切割的尺寸根据直筒的材质及壁厚来决定。由楔形状干抓的抗压能力大小来决定加多大的钻压能有效的将钻头取出。

以某煤矿大口径直排孔打捞钻头为例，本发明的实施方式为：

某煤矿为增加矿井排水能力，施工直径φ426mm直排水钻孔一个。在进行二开扩孔时，为保证钻孔垂直度，在扩孔钻头前面连接导向钻头。因岩层过硬，频繁跳钻，造成导向钻头掉落进孔底。针对上述工程概况，设计一种钻头打捞装置，并通过以下步骤实现：

步骤一，用现场钻杆制作加工变径丝杠1，变径丝杠的长度为2m；加工加固矫正盘2，加固矫正盘尺寸与直筒内径尺寸一致；将加固矫正盘套设在变径丝杠上，并进行焊接固定，保证加固矫正盘平面与丝杠垂直；焊接完成后塞进钢性直筒内，直筒直径根据孔径及钻头大小选择，直筒高度为2m，直筒开窗，焊接加固矫正盘与直筒，焊接直筒开窗部位；

步骤二，钢性直筒下部切割楔形状干爪，切割楔形干爪时，切割的尺寸根据直筒的材质及壁厚来决定，本发明为采用直径426mm、壁厚8mm的钢性直筒，在直筒下部共切割高度70cm，宽度9cm的楔形干爪7个，干爪之间间隔10cm，楔形干爪的形状上宽下窄；

步骤三，下放打捞装置前，先下趟钻杆，精确丈量钻具，确定好钻头掉落位置，精确测量孔深，将打捞装置下到孔底后，根据装置收缩距离判断是否将钻头包进打捞装置内；

步骤四，将钻具与钻头打捞装置连接，开始缓慢下钻，下钻途中如果有轻微遇阻，缓慢转动钻机转盘，遇阻时不要加压下钻，以防打捞装置变形；

步骤五，当钻头打捞装置下放到接近钻头掉落位置时，加大钻压下压，切割的楔形状干爪接触到孔底，由于压力增大，向里收缩，把钻头包进去，取出掉落进孔内的钻头；

步骤六，缓慢提钻，严禁生拉硬拽，以防钻头碰到孔壁，造成钻头二次脱落。

本发明结合大口径直排水钻孔钻头打捞成功经验，不管钻头在孔内是倾斜状还是平躺状，都能打捞成功，降低了打捞钻头的难度、提高钻头打捞率、节省了处理钻孔事故时间，对实际工程具有较大的现实意义；而且在实施时，可采用现场备品、备件制作，就地取材、结构简单，无需定做成品打捞器，节省了时间、成本；本发明无需复杂程序，简单易复制；本发明可用于所有大口径钻孔施工时因各种原因造成钻头脱落的打捞工作，具有可控性好、适用性强等优点。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。