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整体式螺旋钻杆：结构原理与技术特征

发布时间:

2026-08-11

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研制背景与技术动因

松软煤层（煤的坚固性系数f<1）具有煤质松软、渗透性差、瓦斯含量高及压力大的地质特征。在此类地层中施工瓦斯抽采孔时，喷孔、塌孔与抱钻等孔内事故频发，导致成孔深度浅、成孔率低，直接制约瓦斯抽采效率与矿井安全。中风压空气钻进技术配合宽翼片螺旋钻杆的应用，显著改善了松软煤层的成孔能力，但传统焊接式螺旋钻杆的固有缺陷逐渐暴露：螺旋翼片与杆体采用热熔焊接，工艺稳定性差，易出现"过焊"损伤母材或"脱焊"导致翼片脱落；且焊接对杆体与翼片材质匹配要求苛刻，选材不当会加速翼片磨损，大幅缩短钻杆寿命。

针对上述问题，整体式螺旋钻杆采用厚壁管材整体铣削工艺，将螺旋翼片与杆体加工为连续整体，并配合接头结构优化与螺纹表面强化，形成具有更高可靠性的替代方案。

制造工艺核心

整体式螺旋钻杆以厚壁无缝钢管为坯料，利用数控铣床在管体表面铣削出单头、双头或三头螺旋槽，形成与杆体同材质的连续螺旋翼片。该工艺从根本上消除了焊接热影响区，翼片与母体的材料一致性保证了耐磨性能的均匀性。接头与杆体之间采用摩擦焊接技术连接，具有高效、节能及低污染的特点，机械化程度与生产效率均高于传统电弧焊接。摩擦焊接完成后，对焊缝热影响区实施热处理，以恢复并提升接头的综合力学性能。杆体整体经普通回火热处理，获得稳定的强度与韧性匹配。

技术特点分析

1. 设备兼容性

整体式螺旋钻杆可直接适配现有煤矿全液压钻机，无需对钻机动力头、夹持器及配套钻具进行结构改造，不增加施工程序与劳动强度，具备良好的工程替换性。

2. 螺旋槽参数设计

螺旋槽的铣削深度与宽度参照焊接式宽翼片螺旋钻杆的排渣截面进行等效设计，在保证杆体整体扭转强度的前提下，维持足够的搅粉与排粉能力。铣槽根部采用圆弧过渡，降低应力集中系数，避免钻进过程中槽根萌生疲劳裂纹。

3. 双顶结构与偏梯形螺纹接头

接头采用双顶结构设计，螺纹牙型选用偏梯形，其抗拉强度与抗扭强度较常规钻杆接头分别提高约30%与40%。针对松软煤层快速下护孔筛管的工艺需求，接头提供常规通径与大通径两种规格，以匹配不同的下管作业要求。

4. 螺纹表面硬化处理

接头螺纹是钻杆的力学薄弱环节，粘扣失效是螺纹最常见的损伤形式。整体式螺旋钻杆对螺纹进行表面硬化处理，硬度由处理前的HRC 30–35提升至HRC 45–50，增幅约50%。硬化层显著提高了螺纹表面的抗粘扣性能与耐磨性能，延长了接头的重复拆装寿命。

工程定位

整体式螺旋钻杆通过材料-结构-工艺的一体化设计，解决了焊接式螺旋钻杆在翼片连接可靠性及耐磨性方面的瓶颈。其应用范围覆盖两方面：一是在松软煤层中替代焊接式螺旋钻杆进行风压钻进；二是在岩石钻孔中替代常规外平钻杆，兼顾排渣与强度需求。该产品的技术核心在于以整体加工取代异质连接，以等材质耐磨性取代焊接匹配性，从而将钻杆的失效模式由翼片脱落、断裂转变为均匀的磨损失效，提升了钻具全生命周期的可预测性。

关键词:

益矿科技整体式螺旋钻杆

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