CN103075105A - 旋风式喷射钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种旋风式喷射钻头，该钻头包括设有空腔的钻头体，在所述钻头体端部中间设置有与该空腔连通的取样口，所述钻头体端部设置有用于钻进和取样的切削刀头，所述钻头体壁上靠近切削刀头处设置有与空腔连通的旋流喷射孔，所述旋流喷射孔中心线与钻头体轴线在空间内相互交错，本发明旋风式喷射钻头通过喷射出旋转的压缩空气使煤屑压入取样通道，达到快速、准确的进行取样，且能够节省取样时间，取样时间减少到2～5分钟左右，提高取样深度达到100米以上、提高煤矿取样工作效率和安全性，降低瓦斯灾害事故。
Description
技术领域
本发明属于钻头领域，具体是涉及一种旋风式喷射钻头。
背景技术
目前煤矿瓦斯灾害治理以区域防治为主、局部措施为补充，区域瓦斯参数的快速测定技术成为急需解决的问题，因而深孔取样是需要解决的首要问题；现有深层瓦斯的取样方式主要有：岩心管取样、螺旋钻进孔口接煤粉、压风引射取样等，这些取样方法在取样过程中其取样时间普遍在30分钟左右，而且取样深度在30米左右。其主要原因在于钻头，使用这种普通钻头存在取样速度慢和取样深度浅，造成实际取样工作中取样时间长和不能定点取样的问题，严重阻碍了煤层开采的生产效力，制约着生产力的发展；
针对上述不足，需要研发一种新的深孔瓦斯取样钻头，使其能够快速、准确的进行取样，且能够节省取样时间、提高取样深度、提高煤矿取样工作效率和安全性，降低瓦斯灾害事故。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种旋风式喷射钻头，该钻头通过喷射出旋转的压缩空气使煤屑压入取样通道，达到快速、准确的进行取样，且能够节省取样时间、提高取样深度、提高煤矿取样工作效率和安全性，降低瓦斯灾害事故。
为达到上述目的，本发明旋风式喷射钻头包括设有空腔的钻头体，在所述钻头体端部中间设置有与该空腔连通的取样口，所述钻头体端部设置有用于钻进和取样的切削刀头，所述钻头体壁上靠近切削刀头处设置有与空腔连通的旋流喷射孔，所述旋流喷射孔中心线与钻头体轴线在空间内相互交错。
进一步，所述旋流喷射孔中心线与钻头体钻进方向形成5°～60°的夹角和切削刀头切削面形成30°～80°夹角。
进一步，所述切削刀头设置为3个或4个且均匀分布，所述旋流喷射孔中心线延长线穿过切削刀头的侧壁。
进一步， 所述切削刀头的侧壁设置为凹形曲面。
进一步，所述钻头体内空腔处安装有环形喷射器，环形喷射器与钻头体内壁之间形成环形内腔。
进一步，所述环形喷射器包括依次螺纹连接的第一管体、中间管体和第二管体，所述第一管体端部设置有与取样口连通的喇叭口形进料口，所述中间管体上与第一管体连接的端部处设置有与进料口连通的喇叭口形回风腔，所述第二管体上设置有与喇叭口形回风腔连通的出料口，所述第一管体上设置有连通环形内腔和回风腔的回风喷射孔。
进一步，所述第一管体端部外壁与钻头体螺纹密封连接，所述第二管体末端设置有密封槽和设在该密封槽内的密封圈。
本发明的有益效果在于：
1.本发明旋风式喷射钻头通过设置有旋流喷射孔，该旋流喷射孔喷射出旋转的压缩空气使煤屑压入取样口，达到快速、准确的进行取样，且能够节省取样时间、提高取样深度、提高煤矿取样工作效率和安全性，降低瓦斯灾害事故；
2.本发明旋风式喷射钻头通过设置有环形喷射器，通过该环形喷射器在取样时产生抽吸效果，可以提高取样速度；
3.本发明旋风式喷射钻头通过设置旋流喷射孔和环形喷射器后，该钻头取样深度可以达到100米以上，取样速度能够提高到500g/min，取样时间减少到2分钟左右。
附图说明
图1为本发明旋风式喷射钻头的剖视图；
图2为本发明旋风式喷射钻头中环形喷射器的剖视图。
附图标记：1-钻头体；2-切削刀头；3-环形喷射器；4-旋流喷射孔；5-取样口；6-环形空腔；7-回风喷射孔；8-第一管段；9-中间管段；10-第二管段；11-进料口；12-出料口； 13-回风腔；14-密封圈。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示为本发明旋风式喷射钻头的剖视图，本发明旋风式喷射钻头包括设有空腔的钻头体1，在所述钻头体1端部中间设置有与该空腔连通的取样口5，所述钻头体1端部设置有用于钻进和取样的切削刀头2，所述钻头体1壁上靠近切削刀头2处设置有与空腔连通的旋流喷射孔4，所述旋流喷射孔4中心线与钻头体1轴线在空间内相互交错，本实施例旋风式喷射钻头是通过配合双壁钻杆和钻机等设备使用。
正常钻进时，钻机带动旋风式喷射钻头向前钻进，切削刀头2破碎煤岩，旋流喷射孔4和取样口5同时喷射压缩空气进行钻进排渣，实现钻孔，其中旋流喷射孔4喷射出压缩空气是旋转状态。
取样时，旋流喷射孔4继续喷射出旋转的压缩空气，取样口5停止喷射压缩空气而采用抽气状态，通过切削刀头2破碎下的煤屑在旋流喷射孔4喷出压缩空气的旋流作用和取样口5的抽吸作用下被压入取样口5内，并通过双壁钻杆快速输送至孔口。
进一步，所述旋流喷射孔中心线4与钻头体1钻进方向形成5°～60°的夹角和切削刀头2切削面形成30°～80°夹角。
进一步，所述切削刀头2设置为3个或4个且均匀分布，所述旋流喷射孔4中心线延长线穿过切削刀头2的侧壁，所述切削刀头2的侧壁表面设置为凹形曲面，本实施例优选的所述旋流喷射孔4设置为4个，通过旋流喷射孔4喷射出旋转的的压缩空气在切削刀头2的侧壁的作用下，旋转的范围更大，将更多的煤屑压入至取样口5。
进一步，所述钻头体1内空腔处安装有环形喷射器3，环形喷射器3与钻头体1内壁之间形成环形内腔6，压缩空气通过环形内腔6后由旋流喷射孔4喷射出，通过设有环形喷射器3，被压入取样口5的煤屑被吸入环形喷射器3通道内，本实施例中环形喷射器3在取样时可以产生较好抽吸效果，提高取样速度，且通过旋流喷射孔4和环形喷射器3的组合可以实现双壁钻杆内气流控制和固气比控制，实现煤层快速取样的目的，相比较现有的岩心管取样、螺旋钻进孔口接煤粉、常规的压风引射取样等，该结构简单且取样工艺简单。
如图2所示为本发明旋风式喷射钻头中环形喷射器的剖视图，所述环形喷射器3包括依次螺纹连接的第一管体8、中间管体9和第二管体10，所述第一管体8端部设置有与取样口5连通的喇叭口形进料口11，所述中间管体9上与第一管体8连接的端部处设置有与进料口11连通的喇叭口形回风腔13，所述第二管体10上设置有与喇叭口形回风腔13连通的出料口12，所述第一管体8壁上设置有连通环形内腔6和回风腔13的回风喷射孔7，优选的回风喷射孔7均布设置在第一管体8壁上，所述第一管体8端部外壁与钻头体1螺纹密封连接，所述第二管体末端设置有密封槽和设在该密封槽内的密封圈14，在取料时，压缩空气一部分通过环形内腔6后由旋流喷射孔4喷射出，另一部分通过回风喷射孔7进入喇叭口形回风腔12，在压缩空气和喇叭口形回风腔13作用下，使环形喷射器3进料口11产生抽吸效果，从而使煤粉通过出料口12进入双壁钻杆内管，并输送至孔口，实现快速取样，本实施例可以通过环形喷射器3的回风喷射孔7调节合理固气比。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种旋风式喷射钻头，包括设有空腔的钻头体，在所述钻头体端部中间设置有与该空腔连通的取样口，所述钻头体端部设置有用于钻进和取样的切削刀头，其特征在于：所述钻头体壁上靠近切削刀头处设置有与空腔连通的旋流喷射孔，所述旋流喷射孔中心线与钻头体轴线在空间内相互交错。
2.如权利要求1所述的旋风式喷射钻头，其特征在于：所述旋流喷射孔中心线与钻头体钻进方向形成5°～60°夹角和切削刀头切削面形成30°～80°夹角。
3.如权利要求1或2所述的旋风式喷射钻头，其特征在于：所述切削刀头设置为3个或4个且均匀分布，所述旋流喷射孔中心线延长线穿过切削刀头的侧壁。
4. 如权利要求3所述的旋风式喷射钻头，其特征在于： 所述切削刀头的侧壁设置为凹形曲面。
5.如权利要求1、2或4任一项所述的旋风式喷射钻头，其特征在于：所述钻头体内空腔处安装有环形喷射器。
6.如权利要求5所述的旋风式喷射钻头，其特征在于：所述环形喷射器包括依次螺纹连接的第一管体、中间管体和第二管体，所述第一管体端部设置有与取样口连通的喇叭口形进料口，所述中间管体上与第一管体连接的端部处设置有与进料口连通的喇叭口形回风腔，所述第二管体上设置有与喇叭口形回风腔连通的出料口，所述第一管体上设置有连通环形内腔和回风腔的回风喷射孔。
7.如权利要求6所述的旋风式喷射钻头，其特征在于：所述第一管体端部外壁与钻头体螺纹密封连接，所述第二管体末端设置有密封槽和设在该密封槽内的密封圈。
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