專利名稱：用于頂板鉆頭尖的切削鑲片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在頂板鉆頭尖中使用的硬質(zhì)切削鑲片，這種頂板鉆頭尖具有在礦井頂板中鉆探孔眼的典型用途。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于在頂板鉆頭尖中使用的硬質(zhì)切削鑲片，這種硬質(zhì)切削鑲片由于在鉆探碎片排空上的改進(jìn)而在頂板錨桿支護(hù)操作中在鉆探孔眼的性能方面顯示出改進(jìn)。
背景技術(shù)：
地下礦物(例如像煤礦)的擴(kuò)采要求鏟掘出一條隧道。起初，這條隧道具有ー個(gè)無支撐的頂板。為了對(duì)地下隧道的ー個(gè)建立區(qū)域中的頂板進(jìn)行支撐并使其穩(wěn)定，在該頂板中鉆了多個(gè)孔眼。用于鉆探這些孔的裝置包括帶有ー根長(zhǎng)軸(即鉆鋼)的鉆頭，該長(zhǎng)軸被附接到一個(gè)鉆頭尖上。授予Rein，Sr.(萊因)等人的美國(guó)專利號(hào)6，533，049和授予Wang (王)的美國(guó)專利號(hào)6，598，688各自顯示了一種在頂板鉆頭尖組件中有用的、用于鉆探此類孔眼的鉆鋼。授予威爾柏恩(Wilburn)的美國(guó)專利號(hào)3，554，306顯示了對(duì)于鉆探多個(gè)頂板錨桿孔眼有用的ー種鉆桿組件。—種頂板鉆頭尖可拆開地直接地亦或通過使用一個(gè)夾頭而安裝到該鉆鋼的其遠(yuǎn)端處。授予佘伊爾(Sheirer)的美國(guó)專利號(hào)5，927，411和授予伍茲(Woods)等人的美國(guó)專利號(hào)5，833，017各自顯示了ー種頂板鉆頭尖組件。為了開始這種鉆探操作，于是將該頂板鉆頭尖壓靠在頂板上并且操作該鉆探裝置以使得在該頂板中鉆探出ー個(gè)孔眼。這些孔眼可以在兩英尺至大于二十英尺之間延伸進(jìn)入到該頂板之中。將這些孔眼用樹脂填滿，并且將多個(gè)頂板錨桿固定在這些孔眼之內(nèi)。然后將一個(gè)頂板支架，如頂板面板，附接到這些頂板錨桿上。正如大家可以理解的，鉆探操作產(chǎn)生了鉆探碎片。重要的是將這種鉆探碎片從孔眼的附近移除。更具體地說，重要的是從將這種鉆探碎片從以下位置的附近去除在此位置中該硬質(zhì)切削鑲片起初與地層接合以便減少對(duì)硬質(zhì)切削鑲片的磨損并且提高鉆探操作的總效率。因此，往往非常希望的是提供一種在鉆探操作過程中更好地排空鉆探碎片的改進(jìn)型硬質(zhì)切削鑲片。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，一種用于同頂板鉆頭尖一起使用的硬質(zhì)鑲片包括ー個(gè)第一側(cè)面以及ー個(gè)第二側(cè)面，該第二側(cè)面與該第一側(cè)面是相反的并且總體上與其平行，其中該第一側(cè)面和第二側(cè)面在該硬質(zhì)鑲片的縱向尺寸上延伸。該硬質(zhì)鑲片還包括ー個(gè)第一傾斜上表面以及ー個(gè)第二傾斜上表面，這兩者均被定位在該第一側(cè)面與第二側(cè)面之間。該硬質(zhì)鑲片進(jìn)ー步包括ー個(gè)第一蹼狀凹ロ(webbed notch)以及ー個(gè)第二蹼狀凹ロ，這兩個(gè)凹ロ被結(jié)構(gòu)化并且被安排在該硬質(zhì)鑲片的上表面上用于在鉆探操作過程中將鉆探碎片從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除或者排空。
根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，一種用于同頂板鉆頭尖一起使用的硬質(zhì)鑲片包括一個(gè)第一側(cè)面以及ー個(gè)第二側(cè)面，該第二側(cè)面與該第一側(cè)面是相反的并且總體上與其平行，其中該第一側(cè)面和第二側(cè)面在該硬質(zhì)鑲片的縱向尺寸上延伸。該硬質(zhì)鑲片還包括ー個(gè)第一傾斜上表面以及ー個(gè)第二傾斜上表面，這兩者均被定位在該第一側(cè)面與第二側(cè)面之間。該硬質(zhì)鑲片還包括用于在鉆探操作的過程中從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除或排空鉆探碎片的裝置。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)另外的方面，頂板鉆頭尖包括一個(gè)狹長(zhǎng)的頂板鉆頭尖本體，該頂板鉆頭尖本體具有ー個(gè)前端和一個(gè)后端，其中該頂板鉆頭尖本體包含了一個(gè)在其前端的槽縫。該頂板鉆頭尖還包括一個(gè)被接收在該鉆頭尖本體的槽縫內(nèi)的硬質(zhì)鑲片，其中該硬質(zhì)鑲片包括ー個(gè)第一蹼狀凹ロ以及ー個(gè)第二蹼狀凹ロ，這兩個(gè)凹ロ被結(jié)構(gòu)化并且被安排在該硬質(zhì)鑲片的上表面上用于在鉆探操作的過程中將鉆探碎片從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除或排空。在對(duì)本說明書和附圖進(jìn)行回顧之后，將更全面地理解本發(fā)明的這些以及其他方 面。
圖I是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的ー種頂板鉆頭尖組件的等距視圖。圖2是圖I中根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的頂板鉆頭尖組件的等距視圖，其中該硬質(zhì)鑲片被從該頂板鉆頭尖本體處分解開。圖3是圖I和圖2中根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的硬質(zhì)鑲片的等距視圖。圖4是圖3中根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的硬質(zhì)鑲片的側(cè)面正視圖。圖5是圖3和圖4中根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的硬質(zhì)鑲片的俯視圖。
具體實(shí)施例方式參見圖I和圖2，顯示了根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的一個(gè)總體上被指定為10的頂板鉆頭尖組件。組件10包括一個(gè)頂板鉆頭尖本體20以及ー個(gè)硬質(zhì)切削鑲片30。頂板鉆頭尖本體20具有一個(gè)軸向前端22和一個(gè)軸向后端24。頂板鉆頭尖本體20具有一條中央縱向本體軸線A-A。制造頂板鉆頭尖本體20的優(yōu)選方法是冷成形。使用冷成形技術(shù)來制造頂板鉆頭尖本體20產(chǎn)生了多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)改進(jìn)這種頂板鉆頭尖自身的整體性能。授予比茲(Bise)的美國(guó)專利號(hào)6，915，867B2 (轉(zhuǎn)讓給美國(guó)賓夕法尼亞州拉特羅布市的肯納金屬有限公司(Kennametal Inc. of Latrobe,Pennsylvania)),其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在此,文中披露了通過冷成形技術(shù)制造的一種頂板鉆頭尖本體。盡管優(yōu)選的制造技術(shù)是冷成形，但應(yīng)理解的是粉末冶金技術(shù)也適合于制造頂板鉆頭尖本體20。粉末冶金技術(shù)提供了采用多種多樣的材料來制造該頂板鉆頭尖本體20的機(jī)會(huì)。這與要求機(jī)加工或大規(guī)模機(jī)加工的制造過程是大不相同的。頂板鉆頭尖本體20在其軸向前端22中包含了ー個(gè)直徑方向的槽縫26。硬質(zhì)切削鑲片30被接受在槽縫26中，使得頂板鉆頭尖本體20的ー個(gè)弓形或弧形的表面28被接收在硬質(zhì)鑲片30的底表面中形成的ー個(gè)弓形或弧形的表面32中。硬釬焊是可用來將硬質(zhì)鑲片30在槽縫26內(nèi)附接或附連在頂板鉆頭尖本體20上的ー種典型方法。因此，在硬質(zhì)切削鑲片30的底表面與限定了槽縫26的這些表面之間存在ー個(gè)硬釬焊接點(diǎn)。在這種應(yīng)用中有用的典型釬焊合金包括高溫釬焊合金。更具體地說，這些種類的釬焊包括以下這些由Handy&Harmon, Inc. , 859Third Avenue,New York,N. Y. 10022制造和銷售的Handy HI TEMP548釬焊合金。HANDY HI-TEMP 548釬焊合金具有一種標(biāo)稱的組分(按重量百分比計(jì))為54. 0% -56. 0%的銅；5· 5% -6. 5%的鎳；3· 5% -4. 5%的錳；0· 01% -O. 40%的硅；除了最大含量等于按重量計(jì)百分之O. 50的其他元素之外，余量是鋅。應(yīng)該理解的是無意通過列舉ー種特定釬焊合金來限制本發(fā)明范圍。在本發(fā)明的ー個(gè)方面中，頂板鉆頭尖本體20可以是例如在授予Swope (史沃普)等人(轉(zhuǎn)讓給美國(guó)賓夕法尼亞州拉特羅布市的肯納金屬有限公司)的美國(guó)專利公開號(hào)2010/0187019AI (其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在此)中所說明的。然而，應(yīng)理解的是無意通過說明、圖示或者通過引用結(jié)合而在此陳述在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以使用的這些類型的頂板鉆頭尖本體來限制本發(fā)明的范圍。參見圖I到圖5，將會(huì)更加詳細(xì)地說明硬質(zhì)切削鑲片30。硬質(zhì)切削鑲片30典型地 包括一種硬質(zhì)材料，例如像燒結(jié)碳化(鈷)鎢。對(duì)于硬質(zhì)切削鑲片30有用的常規(guī)燒結(jié)碳化(鈷)鎢材料包括鈷-鎢碳化物的一種組合物，其中鈷的范圍在大約按重量計(jì)百分之2與大約按重量計(jì)百分之12之間，余量是碳化鎢和經(jīng)確認(rèn)的雜質(zhì)。更具體地說，用于硬質(zhì)鑲片30的一種優(yōu)選組合物包括大約按重量計(jì)百分之6的鈷以及余量的碳化鎢和經(jīng)確認(rèn)的雜質(zhì)。應(yīng)該理解的是無意通過列舉特定的燒結(jié)碳化物組合物或燒結(jié)碳化物組合物的范圍來限制本發(fā)明的范圍。硬質(zhì)鑲片30具有一個(gè)頂部的上(或者軸向向前)表面34，該表面提供了兩個(gè)傾斜表面，具體地ー個(gè)第一傾斜上表面36以及ー個(gè)第二傾斜上表面38。硬質(zhì)切削鑲片30進(jìn)ー步具有ー對(duì)側(cè)表面40、42以及ー對(duì)相反的邊緣或者端表面44、46。在ー個(gè)方面,這些側(cè)面40,42總體上是平坦的且總體上彼此平行并且總體上平行于鑲片30的一條縱向軸線L-L而延伸。硬質(zhì)鑲片30還包括多個(gè)切削表面，具體的是ー個(gè)第一切削表面48以及ー個(gè)第二切削表面50。在ー個(gè)方面,切削表面48延伸到末端44并且是鄰近于該第一傾斜上表面36。類似地，切削表面50延伸到末端46并且是鄰近于該第二傾斜上表面38。這些切削表面包括與地層接合的多個(gè)切削刃，這樣在頂板鉆頭尖組件10旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們切削(鉆削)出ー個(gè)孔眼。這樣的鉆探產(chǎn)生了鉆探碎片(包括灰塵和較大的地層顆粒和片)。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，硬質(zhì)鑲片30包括ー個(gè)第一蹼狀凹ロ 52以及ー個(gè)第二蹼狀凹ロ 54。這些蹼狀凹ロ 52、54被結(jié)構(gòu)化并且安排在硬質(zhì)鑲片30的上表面34上，用于在鉆探操作過程中協(xié)助將鉆探碎片從硬質(zhì)鑲片30的上表面34上去除或排空。在本發(fā)明的ー個(gè)方面，第一蹼狀凹ロ 52和第二蹼狀凹ロ 54被定位在硬質(zhì)鑲片30的上表面34的總體上中央的部分處。第一蹼狀凹ロ 52是總體上鄰近于第二蹼狀凹ロ 54。例如，第一蹼狀凹ロ 52是鄰近于側(cè)面40并且總體上在第一傾斜上表面36的一個(gè)內(nèi)端56與第二傾斜上表面38的第二切削表面50之間延伸。類似地，第二蹼狀凹ロ 54是鄰近于側(cè)面42并且總體上在第二傾斜上表面38的ー個(gè)第一內(nèi)端58與第一傾斜上表面36的切削表面48之間延伸。第一蹼狀凹ロ 52和第二蹼狀凹ロ 54可以具有不同的形狀和構(gòu)形，用于在鉆探操作的過程中最有效地協(xié)助將鉆探碎片從硬質(zhì)鑲片30的上表面34上去除。在ー個(gè)方面，第一蹼狀凹ロ 52和第二蹼狀凹ロ 54具有總體上凹的形狀或構(gòu)形。有利的是，在鉆探操作的過程中當(dāng)硬質(zhì)鑲片30以箭頭R所指示的方向(參見圖5)旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)鉆探碎片總體上是在箭頭Ml指示的方向上移動(dòng)時(shí)第一蹼狀凹ロ 52的形狀和構(gòu)形提供了有待從該硬質(zhì)鑲片的上表面34上去除或排空的鉆探碎片類似地，硬質(zhì)鑲片在箭頭R的方向上的旋轉(zhuǎn)為第二蹼狀凹ロ 54提供了從上表面34上去除或排空這些鉆探碎片，這樣使得這些碎片總體上在箭頭M2的方向上移動(dòng)。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，ー個(gè)中央切削表面60在第一蹼狀凹ロ 52與第二蹼狀凹ロ 54之間延伸。中央切削表面60可以具有不同的形狀和構(gòu)形。在本發(fā)明的ー個(gè)方面，該中央切削表面總體上是凹的(參見，例如，圖3和圖4)。有利的是，當(dāng)中央切削表面60的區(qū)域中的鉆探碎片被接收在第一和第二蹼狀凹ロ 52、54之中并且從上表面34上排空時(shí)，中央切削表面60的總體上凹的形狀防止了鉆探碎片材料在硬質(zhì)鑲片30的中央部分處積聚，并且有助于將鉆探碎屑有效去除或排空而離開硬質(zhì)鑲片30的上表面34，如在此說明的。在另ー個(gè)方面，中央切削表面60在第一末端切削表面48與第二末端切削表面50之間延伸。這提供了一個(gè)從硬質(zhì)鑲片的末端44延伸到硬質(zhì)鑲片30的相反末端46的連續(xù)切削表面，從而提供了孔眼的更有效的鉆探。在另ー個(gè)方面，與已知的鑲片設(shè)計(jì)相比較，硬質(zhì)鑲片30并且具體的第一和第二蹼狀凹ロ 52、54的所述構(gòu)形和幾何形狀通過減小施加到硬質(zhì)鑲片30中央的軸向カ而提高了硬質(zhì)鑲片30的強(qiáng)度和使用壽命。雖然出于解說目的已在上面說明了本發(fā)明的多個(gè)具體實(shí)施方案，但是對(duì)于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員而言明顯的是在不背離如所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的情況下可以進(jìn)行對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)做出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于同頂板鉆頭尖一起使用的硬質(zhì)鑲片，該硬質(zhì)鑲片包括 ー個(gè)第一側(cè)面和ー個(gè)第二側(cè)面，該第二側(cè)面與該第一側(cè)面相反并且與其總體上平行，該第一側(cè)面和第二側(cè)面在該硬質(zhì)鑲片的縱向尺寸上延伸； ー個(gè)第一傾斜上表面以及ー個(gè)第二傾斜上表面，這兩者均被定位在該第一側(cè)面與第二側(cè)面之間；以及 ー個(gè)第一蹼狀凹ロ以及ー個(gè)第二蹼狀凹ロ，這兩個(gè)凹ロ被結(jié)構(gòu)化并且被安排在該硬質(zhì)鑲片的上表面上，用于在鉆探操作的過程中將鉆探碎片從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除。
2.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，其中該第一蹼狀凹ロ被定位在該硬質(zhì)鑲片的上表面的一個(gè)總體上中央的部分處。
3.如權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)鑲片，其中該第二蹼狀凹ロ被定位在該硬質(zhì)鑲片的上表面的總體上中央的部分處，總體上是鄰近于該第一蹼狀凹ロ。
4.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，其中該第一蹼狀凹ロ是鄰近于該第一側(cè)面，并且總體上在該第一傾斜上表面與第二傾斜上表面之間延伸。
5.如權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)鑲片，其中該第二蹼狀凹ロ是鄰近于該第二側(cè)面，并且總體上在該第一傾斜上表面與第二傾斜上表面之間延伸。
6.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，進(jìn)一歩包括在該第一蹼狀凹ロ與該第二蹼狀凹ロ之間延伸的ー個(gè)切削表面。
7.如權(quán)利要求6所述的硬質(zhì)鑲片，其中在該第一蹼狀凹ロ與該第二蹼狀凹ロ之間延伸的切削表面的至少ー個(gè)部分是總體上凹的。
8.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，進(jìn)一歩包括相反的第一和第二末端，這些末端各自在該第一側(cè)面與該第二側(cè)面之間延伸。
9.如權(quán)利要求8所述的硬質(zhì)鑲片，進(jìn)一歩包括從該第一末端延伸到該第二末端的ー個(gè)切削表面。
10.如權(quán)利要求9所述的硬質(zhì)鑲片，其中該切削表面從該第一末端到該第二末端是連續(xù)的。
11.如權(quán)利要求9所述的硬質(zhì)鑲片，其中該切削表面包括 ー個(gè)第一末端切削表面，該第一末端切削表面延伸到該第一末端并且鄰近于該第一傾斜上表面；以及 ー個(gè)第二末端切削表面，該第二末端切削表面延伸到該第二末端并且鄰近于該第二傾斜上表面。
12.如權(quán)利要求11所述的硬質(zhì)鑲片，其中該切削表面進(jìn)ー步包括從該第一末端切削表面延伸到該第二末端切削表面的ー個(gè)中央切削表面。
13.如權(quán)利要求12所述的硬質(zhì)鑲片，其中該中央切削表面的至少ー個(gè)部分將該第一蹼狀凹口和該第二蹼狀凹ロ分開。
14.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，其中該第一蹼狀凹ロ總體上是凹的。
15.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，其中該第二蹼狀凹ロ總體上是凹的。
16.一種用于同頂板鉆頭尖一起使用的硬質(zhì)鑲片，該硬質(zhì)鑲片包括 ー個(gè)第一側(cè)面和ー個(gè)第二側(cè)面，該第二側(cè)面與該第一側(cè)面相反并且與其總體上平行，該第一側(cè)面和第二側(cè)面在該硬質(zhì)鑲片的縱向尺寸上延伸；ー個(gè)第一傾斜上表面以及ー個(gè)第二傾斜上表面，這兩者均被定位在該第一側(cè)面與第二側(cè)面之間；以及 用于在鉆探操作的過程中從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除鉆探碎片的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的硬質(zhì)鑲片，其中該用于去除鉆探碎片的裝置包括ー個(gè)第一蹼狀凹ロ以及ー個(gè)第二蹼狀凹ロ，該第一蹼狀凹ロ被定位在該硬質(zhì)鑲片的上表面的ー個(gè)中央部分處并且該第二蹼狀凹ロ被定位在該硬質(zhì)鑲片的上表面的總體上中央的部分處、鄰近于該第一蹼狀凹ロ。
18.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)鑲片，進(jìn)一歩包括一個(gè)連續(xù)的切削表面，該連續(xù)的切削表面從該硬質(zhì)鑲片的ー個(gè)第一末端延伸到該硬質(zhì)鑲片的ー個(gè)第二末端。
19.ー種頂板鉆頭尖,包括 一個(gè)狹長(zhǎng)的頂板鉆頭尖本體，該頂板鉆頭尖本體具有ー個(gè)前端以及ー個(gè)后端，該頂板鉆頭尖本體包括在其前端處的ー個(gè)槽縫；以及 一個(gè)被接收在該鉆頭尖本體的槽縫內(nèi)的硬質(zhì)鑲片，該硬質(zhì)鑲片包括ー個(gè)第一蹼狀凹ロ以及ー個(gè)第二蹼狀凹ロ，這兩個(gè)凹ロ被結(jié)構(gòu)化并且被安排在該硬質(zhì)鑲片的上表面上，用于在鉆探操作的過程中將鉆探碎片從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除。
20.如權(quán)利要求19所述的頂板鉆頭尖，其中該槽縫包括ー個(gè)弓形表面部分，用于接收在該硬質(zhì)鑲片的底表面中形成的ー個(gè)弧形表面部分。
全文摘要
一種用于同頂板鉆頭尖一起使用的硬質(zhì)切削鑲片包括一個(gè)第一蹼狀凹口以及一個(gè)第二蹼狀凹口，它們被結(jié)構(gòu)化并且被安排在該硬質(zhì)鑲片上用于在鉆探操作的過程中將鉆探碎片從該硬質(zhì)鑲片的上表面上去除或者排空。在此還提供了一種與該硬質(zhì)切削鑲片結(jié)合的頂板鉆頭尖。
文檔編號(hào)E21B10/46GK102691476SQ201210078789
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者C·A·斯沃普, D·E·比塞, S·D·科爾文 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司