專利名稱：Pdc鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆頭，尤其涉及一種帶有擴(kuò)孔功能的鉆頭。
背景技術(shù)：
煤礦的安全是煤礦生產(chǎn)的重要條件，瓦斯是影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一， 采煤工作面瓦斯突出、煤層瓦斯爆炸已在煤炭生產(chǎn)時(shí)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。全國的高瓦斯礦井都把治理瓦斯當(dāng)作安全工作的重點(diǎn)，現(xiàn)在高瓦斯礦井普遍采用“先抽、后采”的采煤工藝。即先通過與煤層相鄰的巖層把要開采的煤層鉆通，然后把煤層的孔擴(kuò)大， 增加煤層瓦斯的涌出量，用抽排設(shè)備把瓦斯抽出，其中抽瓦斯的通道主要通過鉆孔、擴(kuò)孔兩步進(jìn)行，現(xiàn)有技術(shù)中采取PDC鉆、擴(kuò)單翼組合鉆頭來完成鉆孔、擴(kuò)孔，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，在鉆頭主體1’的前部用安裝有若干切削齒2’，中部側(cè)表面上開設(shè)有一矩形孔9’，矩形孔9’內(nèi)安裝有一切割翼6’，切割翼6’的后部與矩形孔9’靠近鉆頭主體1’后部的位置通過中心軸 5’鉸接，切割翼6’的前部固定安裝有若干切削齒2’，在切割翼6’的上端面，并且靠近切割翼6’前部的位置上開設(shè)有出氣口 7’，鉆頭主體1’中部的外表面上開設(shè)有一環(huán)形槽10’，環(huán)形槽10’內(nèi)安裝有限位彈簧11’，用于防止切割翼6’從矩形孔9’內(nèi)旋出。PDC鉆、擴(kuò)單翼組合鉆頭的工作原理是將鉆頭與鉆桿連接，開啟鉆機(jī)將鉆頭前移至巖石表面，開始鉆孔； 當(dāng)鉆頭上的限位彈簧距離巖石表面1. 5厘米時(shí)，鉆機(jī)停止工作，將限位彈簧取下，然后開啟鉆機(jī)繼續(xù)鉆孔，在到達(dá)煤層后，通過控制壓縮空氣從切割翼6’上的出氣口噴出，形成一個(gè)反向推力，使切割翼6’打開一個(gè)角度，與煤層13’接觸；如圖2所示，當(dāng)鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并向前進(jìn)給時(shí)，在推力和離心力的共同作用下，切割翼6’完全打開，形成煤層13’全尺寸擴(kuò)孔；根據(jù)巖石孔的出屑情況及鉆進(jìn)扭矩變化，確定已經(jīng)完成鉆孔、擴(kuò)孔作業(yè)后，切換鉆機(jī)檔位，使鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊后退，當(dāng)鉆頭切割翼接觸到巖石內(nèi)壁時(shí)，巖石給切割翼一個(gè)推力，迫使切割翼回到鉆體內(nèi)，完成一個(gè)瓦斯抽排孔的鉆、擴(kuò)作業(yè)。但該鉆頭只適于較軟的煤層，對(duì)于較硬的煤層，單翼旋轉(zhuǎn)切割時(shí)，鉆頭受力不平衡，易產(chǎn)生顫抖，工作不平穩(wěn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡便、工作穩(wěn)定的組合式鉆頭，能夠用于較硬煤層的鉆、擴(kuò)孔。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，在鉆頭主體的前部固定安裝有若干切削齒， 鉆頭主體的后部設(shè)置有安裝體，其中在鉆頭主體的中部側(cè)表面上開設(shè)有一通孔，通孔內(nèi)安裝有兩個(gè)切割翼，兩個(gè)切割翼上下對(duì)稱布置，每個(gè)切割翼的后部均通過中心軸與通孔鉸接， 每個(gè)切割翼均能夠完全放入通孔中，每個(gè)切割翼上固定安裝有若干切削齒，在兩個(gè)切割翼前部且相對(duì)的端面上開設(shè)有出氣口，每個(gè)切割翼的內(nèi)部開設(shè)有出氣管路，出氣管路的一端與出氣口連接，出氣管路的另一端均通過中心軸上的管路與鉆頭主體上的管路連通，鉆頭主體前部和切割翼前部安裝的切削齒均為聚晶金剛石復(fù)合片。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述每個(gè)切割翼上的切削齒均為單面設(shè)置，且兩個(gè)切割翼上的切削齒在不同側(cè)上。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述鉆頭主體的中部側(cè)表面上開設(shè)有兩個(gè)與通孔相連通的安裝孔，安裝孔為臺(tái)階孔，兩個(gè)安裝孔分別與兩個(gè)切割翼相對(duì)，每個(gè)切割翼與安裝孔相對(duì)的側(cè)面上均開設(shè)有槽，每個(gè)安裝孔內(nèi)均設(shè)置有一定位裝置，每個(gè)定位裝置均包括連接體、彈性體和固定體，連接體的內(nèi)端端面為圓弧面、圓錐面或者圓臺(tái)面，連接體的內(nèi)端穿過安裝孔的小孔后嵌合在對(duì)應(yīng)的槽內(nèi)，連接體的最大外徑處位于安裝孔的大孔內(nèi)，彈性體的內(nèi)端與連接體的外端接觸，彈性體的外端與固定體的內(nèi)端接觸，固定體固定安裝在安裝孔的大孔內(nèi)。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述鉆頭主體的中部側(cè)表面上開設(shè)有兩個(gè)與通孔相連通的安裝孔，兩個(gè)安裝孔分別與兩個(gè)切割翼相對(duì)，每個(gè)切割翼與安裝孔相對(duì)的側(cè)面上均開設(shè)有槽，每個(gè)安裝孔內(nèi)均設(shè)置有一定位裝置，每個(gè)定位裝置均包括連接體、 彈性體和固定體，連接體的內(nèi)端為圓弧面、圓錐面或者圓臺(tái)面，連接體的內(nèi)端嵌合在對(duì)應(yīng)的槽內(nèi)，彈性體的內(nèi)端與連接體的外端接觸，彈性體的外端與固定體的內(nèi)端接觸，固定體固定安裝在安裝孔的大孔內(nèi)，當(dāng)切割翼旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接體的內(nèi)端保持與切割翼接觸。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述每個(gè)安裝孔的軸線均垂直于切割翼的側(cè)面，連接體為鋼球，彈性體為壓簧。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述通孔是橫截面為矩形的矩形孔，通孔的中心線與鉆頭主體的軸線垂直相交。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述中心軸的軸線與鉆頭主體的軸線垂直相交。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中所述每個(gè)切割翼的后端面均為圓弧面， 圓弧面的半徑不大于中心軸的軸線到通孔后側(cè)面的距離。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本實(shí)用新型通過在鉆頭主體上設(shè)置對(duì)稱分布的兩個(gè)切割翼，使鉆頭在煤層擴(kuò)孔時(shí)，受力均勻，減小中心軸和切割翼承受的彎矩，采用這種結(jié)構(gòu)，能夠用于較硬煤層的鉆、擴(kuò)孔，工作穩(wěn)定。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭通過設(shè)置定位裝置，其中鋼球在壓簧壓力作用下嵌合在切割翼的槽內(nèi)，克服鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力，使切割翼在鉆頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不能打開；在加大壓縮空氣或水的壓力后，形成高速射流，克服鋼球?qū)Σ鄣淖枇Γ骨懈钜泶蜷_。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭作進(jìn)一步說明。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)PDC鉆、擴(kuò)單翼組合鉆頭的主視剖視圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)PDC鉆、擴(kuò)單翼組合鉆頭的主視剖視圖(切割翼完全張開)；圖3為本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭的主視剖視圖；圖4為本實(shí)用新型中切割翼的剖面圖；圖5為本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭的俯視剖視圖；圖6為本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭的主視剖視圖(切割翼部分張開)；圖7為本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭的主視剖視圖(切割翼完全張開)；
4[0022]圖8為本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭的主視剖視圖(切割翼部分收回)。
具體實(shí)施方式
如圖3、圖4、圖5所示，本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，在鉆頭主體1的前部固定安裝有若干切削齒2，鉆頭主體1的后部設(shè)置有安裝體3，在鉆頭主體1的中部側(cè)表面上開設(shè)有一橫截面為矩形的通孔4，通孔4的中心線與鉆頭主體1的軸線垂直相交，通孔4 內(nèi)安裝有兩個(gè)切割翼5，兩個(gè)切割翼5上下對(duì)稱布置，每個(gè)切割翼5的后部均通過中心軸8 與通孔4鉸接，中心軸8的軸線與鉆頭主體1的軸線垂直相交，每個(gè)切割翼5均能夠完全放入通孔4中，每個(gè)切割翼5的后端面均為圓弧面，圓弧面的半徑等于于中心軸8的軸線到通孔4后側(cè)面的距離。每個(gè)切割翼5上固定安裝有若干切削齒2，每個(gè)切割翼5上的切削齒2 均為單面設(shè)置，且兩個(gè)切割翼5上的切削齒2在不同側(cè)上，在兩個(gè)切割翼5前部且相對(duì)的端面上開設(shè)有出氣口 6，每個(gè)切割翼5的內(nèi)部開設(shè)有出氣管路7，出氣管路7的一端與出氣口 6 連接，出氣管路7的另一端均通過中心軸8上的管路與鉆頭主體1上的管路連通，鉆頭主體1前部和切割翼5前部安裝的切削齒2均為聚晶金剛石復(fù)合片。在鉆頭主體1的中部側(cè)表面上開設(shè)有兩個(gè)與通孔4相連通的安裝孔9，安裝孔9為臺(tái)階孔，兩個(gè)安裝孔9分別與兩個(gè)切割翼5相對(duì)，且安裝孔9的軸線垂直于切割翼5的側(cè)面， 每個(gè)切割翼5與安裝孔9相對(duì)的側(cè)面上均開設(shè)有槽10，每個(gè)安裝孔9內(nèi)均設(shè)置有一定位裝置11，每個(gè)定位裝置11均包括連接體12、彈性體13和固定體14，連接體12為鋼球，彈性體 13為壓簧，固定體14為螺釘，鋼球部分穿過安裝孔9的小孔后嵌合在對(duì)應(yīng)的槽10內(nèi)，壓簧的內(nèi)端與鋼球的外端接觸，壓簧的外端與螺釘?shù)膬?nèi)端接觸，螺釘固定安裝在安裝孔9的大孔內(nèi)。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭在工作時(shí)，首先把鉆頭后部的安裝體與鉆桿連接，開啟鉆機(jī)將鉆頭前移至巖石表面，開始鉆孔；在鉆進(jìn)過程中，根據(jù)地質(zhì)參數(shù)、鉆進(jìn)深度、鉆進(jìn)扭矩變化和排屑情況判斷是否達(dá)到煤層，在到達(dá)煤層后，如圖6所示，加大壓縮空氣壓力到2MPa-2. 5MPa (原壓縮空氣壓力為IMPa)，使壓縮空氣通過兩個(gè)切割翼5上的出氣口噴出，兩切割翼5噴出射流相互作用，形成兩個(gè)反向推力，克服彈簧-鋼球?qū)η懈钜淼淖枇?，使切割?打開一個(gè)角度，與煤層16接觸；當(dāng)鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并向前進(jìn)給時(shí)，如圖7所示， 在推力和離心力的共同作用下，兩切割翼5完全打開，形成煤層16全尺寸擴(kuò)孔；根據(jù)巖石孔的出屑情況及鉆進(jìn)扭矩變化，確定已經(jīng)完成鉆孔、擴(kuò)孔作業(yè)后，切換鉆機(jī)檔位，使鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊后退，如圖8所示，當(dāng)鉆頭切割翼5接觸到巖石內(nèi)壁時(shí)，巖石給切割翼一個(gè)推力，迫使切割翼回到鉆體內(nèi)，若工作煤層是多層煤層時(shí)，當(dāng)切割翼5回到鉆體內(nèi)時(shí)，鉆機(jī)換擋，前移至下一層巖層17，繼續(xù)鉆孔，到達(dá)第二煤層后打開切割翼，實(shí)現(xiàn)多層煤層的鉆、擴(kuò)孔。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中安裝孔還可以為通孔，其外端加工有螺紋，安裝孔軸線到中心軸(與安裝孔內(nèi)鋼球接觸的切割翼的中心軸)軸線的距離小于切割翼(與安裝孔內(nèi)鋼球接觸的切割翼)后端圓弧面的半徑。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其中連接體還可以為圓臺(tái)或者圓錐。以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，在鉆頭主體(1)的前部固定安裝有若干切削齒(2)， 鉆頭主體(1)的后部設(shè)置有安裝體(3)，其特征在于在鉆頭主體(1)的中部側(cè)表面上開設(shè)有一通孔(4)，所述通孔(4)內(nèi)安裝有兩個(gè)切割翼(5)，所述兩個(gè)切割翼(5)上下對(duì)稱布置， 每個(gè)切割翼(5)的后部均通過中心軸(8)與通孔(4)鉸接，所述每個(gè)切割翼(5)均能夠完全放入通孔(4)中，每個(gè)切割翼(5)上固定安裝有若干切削齒(2)，在兩個(gè)切割翼(5)前部且相對(duì)的端面上開設(shè)有出氣口(6)，所述每個(gè)切割翼(5)的內(nèi)部開設(shè)有出氣管路(7)，所述出氣管路(7)的一端與出氣口(6)連接，出氣管路(7)的另一端均通過中心軸(8)上的管路與鉆頭主體(1)上的管路連通，所述鉆頭主體(1)前部和切割翼(5)前部安裝的切削齒 (2)均為聚晶金剛石復(fù)合片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述每個(gè)切割翼(5) 上的切削齒(2)均為單面設(shè)置，且兩個(gè)切割翼(5)上的切削齒(2)在不同側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述鉆頭主體(1)的中部側(cè)表面上開設(shè)有兩個(gè)與通孔(4)相連通的安裝孔(9)，所述安裝孔(9)為臺(tái)階孔，兩個(gè)安裝孔(9)分別與兩個(gè)切割翼(5)相對(duì)，每個(gè)切割翼(5)與安裝孔(9)相對(duì)的側(cè)面上均開設(shè)有槽(10)，所述每個(gè)安裝孔(9)內(nèi)均設(shè)置有一定位裝置(11)，所述每個(gè)定位裝置(11)均包括連接體(12)、彈性體(13)和固定體(14)，所述連接體(12)的內(nèi)端端面為圓弧面、圓錐面或者圓臺(tái)面，所述連接體(12)的內(nèi)端穿過安裝孔(9)的小孔后嵌合在對(duì)應(yīng)的槽(10)內(nèi)， 所述連接體(12)的最大外徑處位于安裝孔(9)的大孔內(nèi)，所述彈性體(13)的內(nèi)端與連接體(12)的外端接觸，彈性體(13)的外端與固定體(14)的內(nèi)端接觸，固定體(14)固定安裝在安裝孔(9)的大孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述鉆頭主體(1)的中部側(cè)表面上開設(shè)有兩個(gè)與通孔(4)相連通的安裝孔(9)，兩個(gè)安裝孔(9)分別與兩個(gè)切割翼(5)相對(duì)，每個(gè)切割翼(5)與安裝孔(9)相對(duì)的側(cè)面上均開設(shè)有槽(10)，所述每個(gè)安裝孔 (9)內(nèi)均設(shè)置有一定位裝置(11)，所述每個(gè)定位裝置(11)均包括連接體(12)、彈性體(13) 和固定體(14)，所述連接體(12)的內(nèi)端為圓弧面、圓錐面或者圓臺(tái)面，所述連接體(12)的內(nèi)端嵌合在對(duì)應(yīng)的槽(10)內(nèi)，所述彈性體(13)的內(nèi)端與連接體(12)的外端接觸，彈性體 (13)的外端與固定體(14)的內(nèi)端接觸，固定體(14)固定安裝在安裝孔(9)的大孔內(nèi)，當(dāng)切割翼(5)旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接體(12)的內(nèi)端保持與切割翼(5)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述每個(gè)安裝孔 (9)的軸線均垂直于切割翼(5)的側(cè)面，所述連接體(12)為鋼球，所述彈性體(13)為壓簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述通孔(4)是橫截面為矩形的矩形孔，所述通孔(4)的中心線與鉆頭主體(1)的軸線垂直相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述中心軸⑶的軸線與鉆頭主體(1)的軸線垂直相交。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，其特征在于所述每個(gè)切割翼(5) 的后端面均為圓弧面，所述圓弧面的半徑不大于中心軸(8)的軸線到通孔(4)后側(cè)面的距罔ο
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有擴(kuò)孔功能的鉆頭。其目的是為了提供一種操作簡便、工作穩(wěn)定的組合式鉆頭，能夠用于較硬煤層的鉆、擴(kuò)孔。本實(shí)用新型PDC鉆、擴(kuò)雙翼組合鉆頭，在鉆頭主體的前部固定安裝有若干切削齒，在鉆頭主體的中部側(cè)表面上開設(shè)有一通孔，通孔內(nèi)安裝有兩個(gè)上下對(duì)稱布置的切割翼，每個(gè)切割翼均與通孔鉸接，在兩個(gè)切割翼相對(duì)的端面上開設(shè)有出氣口，切割翼的內(nèi)部開設(shè)有出氣管路，出氣管路的一端與出氣口連接，出氣管路的另一端均通過中心軸上的管路與鉆頭主體上的管路連通。本實(shí)用新型通過在鉆頭主體上設(shè)置兩個(gè)切割翼，使鉆頭在煤層擴(kuò)孔時(shí)，受力均勻，減小中心軸和切割翼承受的彎矩，能夠用于較硬煤層的鉆、擴(kuò)孔，工作穩(wěn)定。
文檔編號(hào)E21B10/43GK202181847SQ20112023759
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者喬志軍, 沈康明 申請(qǐng)人:淮南市志君鉆探機(jī)具有限責(zé)任公司