CN102691476A - 用于顶板钻头尖的切削镶片 - Google Patents
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Abstract
一种用于同顶板钻头尖一起使用的硬质切削镶片包括：一个第一蹼状凹口以及一个第二蹼状凹口，它们被结构化并且被安排在该硬质镶片上用于在钻探操作的过程中将钻探碎片从该硬质镶片的上表面上去除或者排空。在此还提供了一种与该硬质切削镶片结合的顶板钻头尖。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在顶板钻头尖中使用的硬质切削镶片，这种顶板钻头尖具有在矿井顶板中钻探孔眼的典型用途。更具体地说，本发明涉及一种用于在顶板钻头尖中使用的硬质切削镶片，这种硬质切削镶片由于在钻探碎片排空上的改进而在顶板锚杆支护操作中在钻探孔眼的性能方面显示出改进。
背景技术
地下矿物(例如像煤矿)的扩采要求铲掘出一条隧道。起初，这条隧道具有一个无支撑的顶板。为了对地下隧道的一个建立区域中的顶板进行支撑并使其稳定，在该顶板中钻了多个孔眼。用于钻探这些孔的装置包括带有一根长轴(即钻钢)的钻头，该长轴被附接到一个钻头尖上。授予Rein，Sr.(莱因)等人的美国专利号6,533,049和授予Wang(王)的美国专利号6,598,688各自显示了一种在顶板钻头尖组件中有用的、用于钻探此类孔眼的钻钢。授予威尔柏恩(Wilburn)的美国专利号3,554,306显示了对于钻探多个顶板锚杆孔眼有用的一种钻杆组件。
一种顶板钻头尖可拆开地直接地亦或通过使用一个夹头而安装到该钻钢的其远端处。授予佘伊尔(Sheirer)的美国专利号5,927,411和授予伍兹(Woods)等人的美国专利号5,833,017各自显示了一种顶板钻头尖组件。为了开始这种钻探操作，于是将该顶板钻头尖压靠在顶板上并且操作该钻探装置以使得在该顶板中钻探出一个孔眼。这些孔眼可以在两英尺至大于二十英尺之间延伸进入到该顶板之中。将这些孔眼用树脂填满，并且将多个顶板锚杆固定在这些孔眼之内。然后将一个顶板支架，如顶板面板，附接到这些顶板锚杆上。
正如大家可以理解的，钻探操作产生了钻探碎片。重要的是将这种钻探碎片从孔眼的附近移除。更具体地说，重要的是从将这种钻探碎片从以下位置的附近去除：在此位置中该硬质切削镶片起初与地层接合以便减少对硬质切削镶片的磨损并且提高钻探操作的总效率。
因此，往往非常希望的是提供一种在钻探操作过程中更好地排空钻探碎片的改进型硬质切削镶片。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于同顶板钻头尖一起使用的硬质镶片包括：一个第一侧面以及一个第二侧面，该第二侧面与该第一侧面是相反的并且总体上与其平行，其中该第一侧面和第二侧面在该硬质镶片的纵向尺寸上延伸。该硬质镶片还包括一个第一倾斜上表面以及一个第二倾斜上表面，这两者均被定位在该第一侧面与第二侧面之间。该硬质镶片进一步包括一个第一蹼状凹口(webbed notch)以及一个第二蹼状凹口，这两个凹口被结构化并且被安排在该硬质镶片的上表面上用于在钻探操作过程中将钻探碎片从该硬质镶片的上表面上去除或者排空。
根据本发明的另一个方面，一种用于同顶板钻头尖一起使用的硬质镶片包括：一个第一侧面以及一个第二侧面，该第二侧面与该第一侧面是相反的并且总体上与其平行，其中该第一侧面和第二侧面在该硬质镶片的纵向尺寸上延伸。该硬质镶片还包括一个第一倾斜上表面以及一个第二倾斜上表面，这两者均被定位在该第一侧面与第二侧面之间。该硬质镶片还包括用于在钻探操作的过程中从该硬质镶片的上表面上去除或排空钻探碎片的装置。
根据本发明的一个另外的方面，顶板钻头尖包括一个狭长的顶板钻头尖本体，该顶板钻头尖本体具有一个前端和一个后端，其中该顶板钻头尖本体包含了一个在其前端的槽缝。该顶板钻头尖还包括一个被接收在该钻头尖本体的槽缝内的硬质镶片，其中该硬质镶片包括一个第一蹼状凹口以及一个第二蹼状凹口，这两个凹口被结构化并且被安排在该硬质镶片的上表面上用于在钻探操作的过程中将钻探碎片从该硬质镶片的上表面上去除或排空。
在对本说明书和附图进行回顾之后，将更全面地理解本发明的这些以及其他方面。
附图说明
图1是根据本发明的一个方面的一种顶板钻头尖组件的等距视图。
图2是图1中根据本发明的一个方面的顶板钻头尖组件的等距视图，其中该硬质镶片被从该顶板钻头尖本体处分解开。
图3是图1和图2中根据本发明的一个方面的硬质镶片的等距视图。
图4是图3中根据本发明的一个方面的硬质镶片的侧面正视图。
图5是图3和图4中根据本发明的一个方面的硬质镶片的俯视图。
具体实施方式
参见图1和图2，显示了根据本发明的一个方面的一个总体上被指定为10的顶板钻头尖组件。组件10包括一个顶板钻头尖本体20以及一个硬质切削镶片30。顶板钻头尖本体20具有一个轴向前端22和一个轴向后端24。顶板钻头尖本体20具有一条中央纵向本体轴线A-A。制造顶板钻头尖本体20的优选方法是冷成形。使用冷成形技术来制造顶板钻头尖本体20产生了多项优点，这些优点改进这种顶板钻头尖自身的整体性能。授予比兹(Bise)的美国专利号6,915,867B2(转让给美国宾夕法尼亚州拉特罗布市的肯纳金属有限公司(Kennametal Inc.of Latrobe，Pennsylvania))，其内容通过引用全部结合在此，文中披露了通过冷成形技术制造的一种顶板钻头尖本体。
尽管优选的制造技术是冷成形，但应理解的是粉末冶金技术也适合于制造顶板钻头尖本体20。粉末冶金技术提供了采用多种多样的材料来制造该顶板钻头尖本体20的机会。这与要求机加工或大规模机加工的制造过程是大不相同的。
顶板钻头尖本体20在其轴向前端22中包含了一个直径方向的槽缝26。硬质切削镶片30被接受在槽缝26中，使得顶板钻头尖本体20的一个弓形或弧形的表面28被接收在硬质镶片30的底表面中形成的一个弓形或弧形的表面32中。硬钎焊是可用来将硬质镶片30在槽缝26内附接或附连在顶板钻头尖本体20上的一种典型方法。因此，在硬质切削镶片30的底表面与限定了槽缝26的这些表面之间存在一个硬钎焊接点。在这种应用中有用的典型钎焊合金包括高温钎焊合金。更具体地说，这些种类的钎焊包括以下这些：由Handy&Harmon，Inc.，859Third Avenue，New York，N.Y.10022制造和销售的Handy HITEMP 548钎焊合金。HANDY HI-TEMP 548钎焊合金具有一种标称的组分(按重量百分比计)为54.0％-56.0％的铜；5.5％-6.5％的镍；3.5％-4.5％的锰；0.01％-0.40％的硅；除了最大含量等于按重量计百分之0.50的其他元素之外，余量是锌。应该理解的是无意通过列举一种特定钎焊合金来限制本发明范围。
在本发明的一个方面中，顶板钻头尖本体20可以是例如在授予Swope(史沃普)等人(转让给美国宾夕法尼亚州拉特罗布市的肯纳金属有限公司)的美国专利公开号2010/0187019A1(其内容通过引用全部结合在此)中所说明的。然而，应理解的是无意通过说明、图示或者通过引用结合而在此陈述在本发明的范围内可以使用的这些类型的顶板钻头尖本体来限制本发明的范围。
参见图1到图5，将会更加详细地说明硬质切削镶片30。硬质切削镶片30典型地包括一种硬质材料，例如像烧结碳化(钴)钨。对于硬质切削镶片30有用的常规烧结碳化(钴)钨材料包括钴-钨碳化物的一种组合物，其中钴的范围在大约按重量计百分之2与大约按重量计百分之12之间，余量是碳化钨和经确认的杂质。更具体地说，用于硬质镶片30的一种优选组合物包括大约按重量计百分之6的钴以及余量的碳化钨和经确认的杂质。应该理解的是无意通过列举特定的烧结碳化物组合物或烧结碳化物组合物的范围来限制本发明的范围。
硬质镶片30具有一个顶部的上(或者轴向向前)表面34，该表面提供了两个倾斜表面，具体地一个第一倾斜上表面36以及一个第二倾斜上表面38。硬质切削镶片30进一步具有一对侧表面40、42以及一对相反的边缘或者端表面44、46。在一个方面，这些侧面40、42总体上是平坦的且总体上彼此平行并且总体上平行于镶片30的一条纵向轴线L-L而延伸。
硬质镶片30还包括多个切削表面，具体的是一个第一切削表面48以及一个第二切削表面50。在一个方面，切削表面48延伸到末端44并且是邻近于该第一倾斜上表面36。类似地，切削表面50延伸到末端46并且是邻近于该第二倾斜上表面38。这些切削表面包括与地层接合的多个切削刃，这样在顶板钻头尖组件10旋转时，它们切削(钻削)出一个孔眼。这样的钻探产生了钻探碎片(包括灰尘和较大的地层颗粒和片)。
在本发明的另一个方面，硬质镶片30包括一个第一蹼状凹口52以及一个第二蹼状凹口54。这些蹼状凹口52、54被结构化并且安排在硬质镶片30的上表面34上，用于在钻探操作过程中协助将钻探碎片从硬质镶片30的上表面34上去除或排空。
在本发明的一个方面，第一蹼状凹口52和第二蹼状凹口54被定位在硬质镶片30的上表面34的总体上中央的部分处。第一蹼状凹口52是总体上邻近于第二蹼状凹口54。例如，第一蹼状凹口52是邻近于侧面40并且总体上在第一倾斜上表面36的一个内端56与第二倾斜上表面38的第二切削表面50之间延伸。类似地，第二蹼状凹口54是邻近于侧面42并且总体上在第二倾斜上表面38的一个第一内端58与第一倾斜上表面36的切削表面48之间延伸。
第一蹼状凹口52和第二蹼状凹口54可以具有不同的形状和构形，用于在钻探操作的过程中最有效地协助将钻探碎片从硬质镶片30的上表面34上去除。在一个方面，第一蹼状凹口52和第二蹼状凹口54具有总体上凹的形状或构形。有利的是，在钻探操作的过程中当硬质镶片30以箭头R所指示的方向(参见图5)旋转时，当钻探碎片总体上是在箭头M1指示的方向上移动时第一蹼状凹口52的形状和构形提供了有待从该硬质镶片的上表面34上去除或排空的钻探碎片类似地，硬质镶片在箭头R的方向上的旋转为第二蹼状凹口54提供了从上表面34上去除或排空这些钻探碎片，这样使得这些碎片总体上在箭头M2的方向上移动。
在本发明的另一个方面，一个中央切削表面60在第一蹼状凹口52与第二蹼状凹口54之间延伸。中央切削表面60可以具有不同的形状和构形。在本发明的一个方面，该中央切削表面总体上是凹的(参见，例如，图3和图4)。有利的是，当中央切削表面60的区域中的钻探碎片被接收在第一和第二蹼状凹口52、54之中并且从上表面34上排空时，中央切削表面60的总体上凹的形状防止了钻探碎片材料在硬质镶片30的中央部分处积聚，并且有助于将钻探碎屑有效去除或排空而离开硬质镶片30的上表面34，如在此说明的。
在另一个方面，中央切削表面60在第一末端切削表面48与第二末端切削表面50之间延伸。这提供了一个从硬质镶片的末端44延伸到硬质镶片30的相反末端46的连续切削表面，从而提供了孔眼的更有效的钻探。
在另一个方面，与已知的镶片设计相比较，硬质镶片30并且具体的第一和第二蹼状凹口52、54的所述构形和几何形状通过减小施加到硬质镶片30中央的轴向力而提高了硬质镶片30的强度和使用寿命。
虽然出于解说目的已在上面说明了本发明的多个具体实施方案，但是对于本领域的普通技术人员而言明显的是在不背离如所附权利要求书中限定的本发明的情况下可以进行对本发明的细节做出多种改变。
Claims (20)
1.一种用于同顶板钻头尖一起使用的硬质镶片，该硬质镶片包括：
一个第一侧面和一个第二侧面，该第二侧面与该第一侧面相反并且与其总体上平行，该第一侧面和第二侧面在该硬质镶片的纵向尺寸上延伸；
一个第一倾斜上表面以及一个第二倾斜上表面，这两者均被定位在该第一侧面与第二侧面之间；以及
一个第一蹼状凹口以及一个第二蹼状凹口，这两个凹口被结构化并且被安排在该硬质镶片的上表面上，用于在钻探操作的过程中将钻探碎片从该硬质镶片的上表面上去除。
2.如权利要求1所述的硬质镶片，其中该第一蹼状凹口被定位在该硬质镶片的上表面的一个总体上中央的部分处。
3.如权利要求2所述的硬质镶片，其中该第二蹼状凹口被定位在该硬质镶片的上表面的总体上中央的部分处，总体上是邻近于该第一蹼状凹口。
4.如权利要求1所述的硬质镶片，其中该第一蹼状凹口是邻近于该第一侧面，并且总体上在该第一倾斜上表面与第二倾斜上表面之间延伸。
5.如权利要求2所述的硬质镶片，其中该第二蹼状凹口是邻近于该第二侧面，并且总体上在该第一倾斜上表面与第二倾斜上表面之间延伸。
6.如权利要求1所述的硬质镶片，进一步包括在该第一蹼状凹口与该第二蹼状凹口之间延伸的一个切削表面。
7.如权利要求6所述的硬质镶片，其中在该第一蹼状凹口与该第二蹼状凹口之间延伸的切削表面的至少一个部分是总体上凹的。
8.如权利要求1所述的硬质镶片，进一步包括相反的第一和第二末端，这些末端各自在该第一侧面与该第二侧面之间延伸。
9.如权利要求8所述的硬质镶片，进一步包括从该第一末端延伸到该第二末端的一个切削表面。
10.如权利要求9所述的硬质镶片，其中该切削表面从该第一末端到该第二末端是连续的。
11.如权利要求9所述的硬质镶片，其中该切削表面包括：
一个第一末端切削表面，该第一末端切削表面延伸到该第一末端并且邻近于该第一倾斜上表面；以及
一个第二末端切削表面，该第二末端切削表面延伸到该第二末端并且邻近于该第二倾斜上表面。
12.如权利要求11所述的硬质镶片，其中该切削表面进一步包括从该第一末端切削表面延伸到该第二末端切削表面的一个中央切削表面。
13.如权利要求12所述的硬质镶片，其中该中央切削表面的至少一个部分将该第一蹼状凹口和该第二蹼状凹口分开。
14.如权利要求1所述的硬质镶片，其中该第一蹼状凹口总体上是凹的。
15.如权利要求1所述的硬质镶片，其中该第二蹼状凹口总体上是凹的。
16.一种用于同顶板钻头尖一起使用的硬质镶片，该硬质镶片包括：
一个第一侧面和一个第二侧面，该第二侧面与该第一侧面相反并且与其总体上平行，该第一侧面和第二侧面在该硬质镶片的纵向尺寸上延伸；
一个第一倾斜上表面以及一个第二倾斜上表面，这两者均被定位在该第一侧面与第二侧面之间；以及
用于在钻探操作的过程中从该硬质镶片的上表面上去除钻探碎片的装置。
17.如权利要求16所述的硬质镶片，其中该用于去除钻探碎片的装置包括一个第一蹼状凹口以及一个第二蹼状凹口，该第一蹼状凹口被定位在该硬质镶片的上表面的一个中央部分处并且该第二蹼状凹口被定位在该硬质镶片的上表面的总体上中央的部分处、邻近于该第一蹼状凹口。
18.如权利要求1所述的硬质镶片，进一步包括一个连续的切削表面，该连续的切削表面从该硬质镶片的一个第一末端延伸到该硬质镶片的一个第二末端。
19.一种顶板钻头尖，包括：
一个狭长的顶板钻头尖本体，该顶板钻头尖本体具有一个前端以及一个后端，该顶板钻头尖本体包括在其前端处的一个槽缝；以及
一个被接收在该钻头尖本体的槽缝内的硬质镶片，该硬质镶片包括一个第一蹼状凹口以及一个第二蹼状凹口，这两个凹口被结构化并且被安排在该硬质镶片的上表面上，用于在钻探操作的过程中将钻探碎片从该硬质镶片的上表面上去除。
20.如权利要求19所述的顶板钻头尖，其中该槽缝包括一个弓形表面部分，用于接收在该硬质镶片的底表面中形成的一个弧形表面部分。
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Application publication date: 20120926 |