CN102220844A - 插接式金刚石复合片锚杆钻头及其连接套 - Google Patents

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孙荣军
侯超
姜政刚
戴永波
郭冬琼
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Abstract

本发明涉及一种插接式金刚石复合片锚杆钻头及其连接套。现有的钻头增大了钻头循环介质通道的过流面积,改善了钻头体的循环排粉和冷却系统,在钻头体翼端圆柱面上镶嵌焊接有硬质合金作为保径条,但是并没有解决钻头装卸困难、钻头使用寿命短,综合钻进效率低的问题。本发明钻头体上部设置有两翼结构的切削翼,钻头体的下部设置有内腔,钻头体外壁的下侧设置有固定销孔;所述的钻头体上的焊接面与钻头体的垂直面成锐角角度,焊接面上设置切削齿,在两翼的切削面方向上分别设置有循环介质通道;钻头体下部的内腔与连接套连接的端面上设置有退屑槽。本发明装卸更方便,提高了整体钻进效率,同时避免了连接套的过度消耗,降低了生产成本。

Description

插接式金刚石复合片锚杆钻头及其连接套
技术领域
[0001] 本发明属于巷道加固支护技术领域,涉及一种适用于软-中硬地层(煤层)巷道加固支护锚杆(锚索)孔施工用的插接式金刚石复合片锚杆钻头及其连接套。
背景技术
[0002] 锚杆(锚索)支护是近年来发展较快的一种井巷加固支护方法,其优点是:主动支护、施工简单方便、巷道支护成本低等,随着加固支护技术的发展及推广,支护过程中钻孔进尺工作量也越来越多,据不完全统计,2009年我国煤巷支护各类锚孔累计进尺总量上亿米,其中用于煤矿巷道支护的PDC锚杆钻头的消耗就达400万只左右,市场需求量非常之大,这就要求锚杆钻头具有钻进效率高、使用寿命长,方便装卸等特点,能够快速高效成孔。
[0003] 目前,我国煤矿井下锚杆支护钻孔施工用的锚杆钻头普遍采用一种两翼式螺纹连接结构,因为这种结构是MT/T984-2006《煤矿用金刚石复合片锚杆钻头》标准推荐采用的结构和连接形式,这种结构形式经过多年的推广应用,发现在使用中主要存在以下问题:1、 接头形式普遍采用螺纹连接形式,钻头在使用过程中装卸很不方便,甚至在装卸过程中容易对钻头体或切削刃造成提前损伤,导致钻头提前报废;2、钻头体的循环介质通道(俗称: 水眼)一般位于钻头体中部,由于受结构空间的限制,通道的直径不宜过大,在较软地层钻进时,由于排粉量大,经常出现排粉不畅,甚至造成钻头泥包、烧钻等现象;3、现有的锚杆钻头与钎杆的连接都需要一个变径接头,由于钻头、变径接头、钎杆均采用螺纹连接形式,在钻进过程中容易锁死,经常更换钻头需要和连接头一起更换,增加了钻孔施工的成本;4、钻进过程中遇破碎岩层经常会发生卡钻现象,卡钻后有时需要反转活动钻具,但丝扣形式的连接如果反转容易造成脱扣,而将发生掉钻事故。
[0004] 近年来,国内有关研究机构或个人在金刚石复合片钻头改型方面也作了一些工作,如:中国专利ZL:200820069609,两翼锚杆钻头,通过在钻头体两翼间设置直角退屑, 增大了钻头循环介质通道的过流面积,改善了钻头体的循环排粉和冷却系统;中国专利 ZL:201020167062, 一种复合片锚杆钻头,对钻头体的保径部分做了改进,在钻头体翼端圆柱面上镶嵌焊接有硬质合金作为保径条,提高了钻头体的耐磨性和保径效果,以上改进和完善虽取得了一定效果,但是并没有解决钻头装卸困难、钻头使用寿命短,综合钻进效率低的问题。
发明内容
[0005] 本发明所解决的技术问题是提供一种采用插接式连接结构金刚石复合片锚杆钻头及其连接套,可使用风力作为冲洗介质,改变了以往丝扣连接结构形式,使钻头的更换更方便,提高了锚孔施工的整体效率。
[0006] 为解决上述的技术问题,本发明采取的技术方案:
一种插接式金刚石复合片锚杆钻头,包括钻头体、切削齿,钻头体上部设置有两翼结构的切削翼,钻头体的下部设置有内腔,钻头体外壁的下侧设置有固定销孔;所述的钻头体上
3的焊接面与钻头体的垂直面成锐角角度,焊接面上设置切削齿,在两翼的切削面方向上分别设置有循环介质通道;所述的钻头体下部的内腔与连接套连接的端面上设置有退屑槽。
[0007] 上述的钻头体下部的内腔采用内六方形或内四方形结构。
[0008] 上述的焊接面和钻头垂直面的夹角为5°〜30°之间。
[0009] 上述的分别设置在两翼切削面方向上的循环介质通道的直径为5mm〜20mm,其中心平面与钻头体的垂直面8夹角为10°〜40°。
[0010] 上述的切削翼的冠部直径与连接头部位的直径相同,直径范围为20mnT40mm。
[0011] 上述的一种插接式金刚石复合片锚杆钻头的连接套,所述的连接套的内腔中心垂直设置有水眼,水眼的左右两侧分别水平设置有销孔,连接套上端的插头设置在钻头体的内腔内并且通过设置在左右两个销孔内的两个连接销与钻头体的固定销孔配合连接,连接套下端的连接头与钎杆连接。
[0012] 上述的连接套上端的插头采用外六方形或外四方形结构。
[0013] 上述的连接销包括设置有内腔的销体、弹簧、销头,销头设置在内腔内并且与内腔的侧壁之间设置弹簧。
[0014] 上述的连接销的销体通过螺旋丝扣与连接套的销孔连接。
[0015] 与现有技术相比,本发明的有益效果:
1、改变传统的锚杆钻头接头的螺纹连接结构为内四方或者内六方插接结构,使钻头在使用过程中,装卸更方便,同时有效避免了钻头装卸过程中对切削齿或钻头体造成损伤;
2、改变传统的连接套的螺纹连接结构为插接式弹簧销固定结构,使锚杆钻头和钎杆的连接更方便和快捷,提高了整体钻进效率,同时避免了连接套的过度消耗,降低了生产成本;
3、改变了循环介质通道的结构形式、分布形式和数量,使钻头适用介质的范围扩大,适用性更强,同时避免了现有钻头排粉不畅的现象;
4、提高了锚杆钻头的孔内事故处理能力,采用插接式连接结构不仅装卸容易,同时可实现正、反转操作,改善了卡钻后不能反转的问题;
5、填补了国内锚杆钻头插接式连接形式的空白,丰富了锚杆钻头产品系列。
附图说明
[0016] 图1为本发明的结构示意图; 图2为图1的剖面图;
图3为图1的侧视图; 图4为图1的俯视图;
图5为本发明的内腔采用内六方形的仰视图; 图6为本发明的内腔采用内四方结构的仰视图; 图7为本发明的连接套的结构示意图; 图8为本发明的连接销的结构示意图; 图9为本发明的装配图。
具体实施方式[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0018] 参见图1-9,本发明包括钻头体4、切削齿1,钻头体4上部设置有两翼结构的切削翼2,钻头体4的下部设置有内腔5,钻头体4外壁的下侧设置有固定销孔6 ;所述的钻头体 4上的焊接面7与钻头体4的垂直面8成角度,焊接面7上设置切削齿1,在两翼的切削面方向上分别设置有循环介质通道3 ;所述的钻头体4下部的内腔5与连接套17连接的端面上设置有退屑槽9。
[0019] 上述的钻头体4下部的内腔5采用内六方形或内四方形结构,内六方形或内四方结构采用推削加工工艺完成,为方便的加工,在连接结构端部部设计有退屑槽9。
[0020] 上述的焊接面7和钻头垂直面8的夹角为5°〜30°之间。
[0021] 上述的分别设置在两翼切削面方向上的循环介质通道3的直径为5mm〜20mm,其中心平面与钻头体4的垂直面8夹角为10°〜40°。
[0022] 上述的切削翼2的冠部直径与连接头部位的直径相同,直径范围为20mm〜40mm。
[0023] 上述的插接式金刚石复合片锚杆钻头的连接套,连接套17 —般采用优特合金钢 (35CrMo或40CrNiMo等)经车铣加工而成,连接套17的内腔中心垂直设置有水眼12,水眼 12的左右两侧分别水平设置有销孔11,连接套17上端的插头10设置在钻头体4的内腔内并且通过设置在左右两个销孔11内的两个连接销18与钻头体4的固定销孔6配合连接, 连接套17下端的连接头13与钻杆连接,连接头13的接头形式根据钎杆的接头形式确定, 可以是螺旋丝扣式,也可是插接式。
[0024] 上述的连接套17上端的插头10采用外六方形或外四方形结构。
[0025] 连接销18包括设置有内腔的销体16、弹簧15、销头14,销头16设置在内腔内并且与内腔的侧壁之间设置弹簧15,连接销18是为固定钻头体和连接套17,防止在起下钻过程中,钻头体从连接套17上脱落而专门设计的一种定位销,为了方便装卸,该连接销18采用了弹簧销定为的原理,定位销和连接套17装配在一起,在与钻头体连接时,将连接套17的外六方端压入钻头体的内六方接头孔,弹簧销在到达钻头体的连接销18孔位置后会自动弹出,从而起到固定钻头体和连接套17的作用。
[0026] 连接销18与连接套17之间采用螺旋丝扣形式装配,为防止连接销18生锈失效, 连接销18 —般采用不锈钢材料制作。
[0027] 切削齿1选用优质金石复合片,采用火焰或感应钎焊工艺实现与钻头体的焊接; 钻头体4选用优质合金钢,采用车、铣加工而成。
[0028] 本发明可适用高压风作为为冲洗介质,提高了排粉效果,避免了泥包钻头现象的发生。
[0029] 本发明的钻头钢体的加工工艺:钻头体具体加工以机械加工为主,主要工艺流程为:选料下料——钻引导孔——掏退屑槽——倒开口角——冲压内?L——清理推屑—— 车外圆——统水眼及焊接面,具体来讲,首先优选相应规格45#钢作为主材,根据设计要求下料;然后,根据设计内插接孔尺寸,确定内接圆直径,以棒料中心为圆心,内接圆直径为孔径,钻一个一定(根据设计要求)深度的引导孔,再在孔底部位用车床膛一个退屑槽;采用插床或冲床进行内六方孔的加工,内六方孔采用冷冲成型工艺加工而成,为方便冲刀定位,在引导孔孔口事先进行倒角;采用车床加工外圆,然后对钻头体进行铣床加工两翼切削翼结构,并按照要求铣出焊接面和循环介质通道;根据钻头体基体强度要求,可进行热处理提高表面强度;完成内孔加工后,采用车床进行外圆加工,使外径达到设计要求;最后,采用铣床完成水眼及焊接面的加工。
[0030] 本发明的锚杆钻头主要针对软-中硬地层(煤层),加大了切削齿的外出刃量,增大了钻头体与孔壁的环状间隙,为破碎后的岩屑增加了排除的空间;增大循环介质通道的直径及数量,由原来的5mm左右提高到最大20mm,增加了循环介质流量;可采用高压空气作为循环介质,防止了采用清水作为循环介质时经常产生泥包现象的发生,提高了排粉顺畅度, 进尺效率;插接式连接结构不但装卸容易,同时可实现正、反转操作,消除了丝扣式连接由于丝扣咬死导致卸扣难的问题,卡钻后不能反转等问题等,弥补现有丝扣连接结构的不足, 提高了钻头的更换速率。

Claims (9)

1. 一种插接式金刚石复合片锚杆钻头,其特征在于:包括钻头体(4)、切削齿(1),钻头体(4)上部设置有两翼结构的切削翼(2),钻头体(4)的下部设置有内腔(5),钻头体(4)外壁的下侧设置有固定销孔(6);所述的钻头体(4)上的焊接面(7)与钻头体(4)的垂直面 (8)成角度,焊接面(7)上设置切削齿(1),在两翼的切削面方向上分别设置有循环介质通道(3);所述的钻头体(4)下部的内腔(5)与连接套(17)连接的端面上设置有退屑槽(9)。
2.根据权利要求1所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头,其特征在于:所述的钻头体 (4)下部的内腔(5)采用内六方形或内四方形结构。
3.根据权利要求1或2所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头,其特征在于:所述的焊接面(7)和钻头垂直面(8)的夹角为5°〜30°之间。
4.根据权利要求3所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头,其特征在于:所述的分别设置在两翼切削面方向上的循环介质通道(3)的直径为5mm〜20mm,其中心平面与钻头体(4) 的垂直面(8)夹角为10°〜40°。
5.根据权利要求4所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头,其特征在于:所述的切削翼 (2)的冠部直径与连接头部位的直径相同,直径范围为20mnT40mm。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头的连接套, 其特征在于:所述的连接套(17)的内腔中心垂直设置有水眼(12),水眼(12)的左右两侧分别水平设置有销孔(11),连接套(17)上端的插头(10)设置在钻头体(4)的内腔内并且通过设置在左右两个销孔(11)内的两个连接销(18)与钻头体(4)的固定销孔(6)配合连接,连接套(17)下端的连接头(13)与钎杆连接。
7.根据权利要求6所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头的连接套,其特征在于:所述的连接套(17)上端的插头(10)采用外六方形或外四方形结构。
8.根据权利要求7所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头的连接套,其特征在于:所述的连接销(18)包括设置有内腔的销体(16)、弹簧(15)、销头(14),销头(16)设置在内腔内并且与内腔的侧壁之间设置弹簧(15)。
9.根据权利要求8所述的插接式金刚石复合片锚杆钻头的连接套,其特征在于:所述的连接销(18)的销体(16)通过螺旋丝扣与连接套(17)的销孔(11)连接。
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