整體式螺旋鉆桿刻槽鉆桿的特點(diǎn)

針對焊接式螺旋鉆桿配合風(fēng)壓鉆進(jìn)松軟煤層時，易出現(xiàn)螺旋翼片開裂、脫焊及不耐磨等現(xiàn)象，導(dǎo)致成孔難甚至報廢等問題，通過銑屑方式在厚壁管材中加工出螺旋槽，改進(jìn)鉆桿接頭，對螺紋進(jìn)行表面處理，研制出整體式螺旋鉆桿。通過現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：整體式螺旋鉆桿具有良好的綜合機(jī)械性能，成孔能力強(qiáng)，使用壽命長，既可替代焊接式螺旋鉆桿在松軟煤層中進(jìn)行風(fēng)壓鉆進(jìn)，也可替代常規(guī)外平鉆桿施工巖石鉆孔。

松軟煤層鉆進(jìn)所遇到的問題

松軟煤層是指煤的硬度系數(shù)f<1的煤層，具有煤質(zhì)松軟，滲透性差，瓦斯含量高、壓力大等特點(diǎn)。瓦斯抽采鉆孔施工過程中，容易發(fā)生噴孔、塌孔、抱鉆等孔內(nèi)事故，導(dǎo)致鉆孔成孔深度淺、成孔率低、瓦斯抽采效果差[1]等問題，已成為煤礦安全高效開采亟待解決的難題。 

在長期的鉆探實踐中，國內(nèi)一些煤礦企業(yè)先后進(jìn)行了松軟煤層空氣鉆進(jìn)技術(shù)的試驗與應(yīng)用。采用寬翼片螺旋鉆桿配合風(fēng)壓鉆進(jìn)技術(shù)以后，松軟煤層的成孔深度和成孔率有了大幅度提高，而中風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)技術(shù)成為松軟煤層中一種有效可行的鉆孔施工工藝。

目前國內(nèi)普遍使用寬翼片螺旋鉆桿，螺旋翼片多采用熱熔焊接的方式加工而成。這種加工方式對焊接工藝水平要求較高，實際加工過程中焊接質(zhì)量的可控性與穩(wěn)定性較差。受焊接工藝水平影響，不可避免地產(chǎn)生“過焊”或者“脫焊”等問題?！斑^焊”會造成桿體的損傷，使用過程中易發(fā)生沿螺旋翼片與桿體焊縫部位的斷裂現(xiàn)象；“脫焊”則是因焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成鉆桿使用時螺旋翼片的脫落。此外，熱熔焊接對桿體與螺旋翼片的材質(zhì)要求較高。為了保證螺旋翼片與鉆桿體間良好的焊合性，需優(yōu)選兩者的材料性能。如隨意選用，除了易出現(xiàn)過焊、脫焊等非正常現(xiàn)象以外，還會造成鉆桿螺旋翼片的過快磨損，大幅降低了鉆桿的使用壽命。 

成整體式螺旋鉆桿的制造工藝

這種鉆桿采用整體銑削方式，在厚壁管材中銑出, 整體式螺旋鉆桿的研制及應(yīng)用有一定參數(shù)的螺旋槽，從而形成螺旋翼片。由于采用數(shù)控銑床加工而成，可有效控制螺旋槽加工精度，所形成的螺旋翼片與桿體為一整體，其材質(zhì)與鉆桿母體材質(zhì)相同，耐磨性大大提高，徹底解決了傳統(tǒng)焊接式螺旋鉆桿過焊、焊接不牢、螺旋翼片磨損過快等問題。

整體式螺旋鉆桿特點(diǎn) 

1）與常規(guī)煤礦全液壓鉆機(jī)的適用性，即鉆桿的使用無需對現(xiàn)有的鉆機(jī)進(jìn)行改造，不會增加鉆探施工程序和工人勞動強(qiáng)度；其

2）在鉆桿軸向布置單頭、雙頭或三頭螺旋銑槽，既要保證鉆桿整體強(qiáng)度，又要保證鉆桿攪粉、排粉能力。 

3）接頭采用雙頂結(jié)構(gòu)，選用偏梯形牙型，抗拉強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度較常規(guī)鉆桿分別提高30%和40%；考慮到松軟煤層快速下護(hù)孔篩管技術(shù)的使用，接頭設(shè)計有常規(guī)通徑和大通徑兩種。

4）螺旋銑槽主要參數(shù)有銑槽深度、寬度及銑槽結(jié)構(gòu)。銑槽深度和寬度參照焊接式寬翼片螺旋鉆桿翼片，銑槽角采用圓弧過度，降低應(yīng)力集中現(xiàn)象。 

5）接頭采用摩擦焊接技術(shù)。該技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和無污染等特點(diǎn)，機(jī)械化程度高，生產(chǎn)效率高。

6）接頭采用熱處理工藝 對焊縫熱影響區(qū)進(jìn)行熱處理，提高其綜合機(jī)械性能。 

7）整體式螺旋鉆桿采用普通回火熱處理工藝。

8）螺紋表面處理 接頭是鉆桿的薄弱環(huán)節(jié)，接頭粘扣是最常見的失效形式。整體式螺旋鉆桿螺紋進(jìn)行表面硬化處理，處理后的表面硬度可達(dá)HRC45-50，較表面處理前硬度HRC30-35提高約50%，極大提高了螺紋的抗粘扣性能與耐磨性能。