CN104832095B - 单滑块式防堵型反循环钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单滑块式防堵型反循环钻头，由钻头体底部享有碎岩合金组成，钻头体开设有内喷孔、底喷孔、容渣环槽和滑槽，滑槽内装有滑块，钻头体底端面镶嵌有碎岩合金和限位合金，滑块上镶嵌有碎岩合金构成。滑块在孔底岩石的反作用力下，沿着滑槽向内滑动，缩小钻头中心孔底端入口，限制进入钻头中心反循环通道的岩块粒径，有效地防止了反循环通道岩块卡堵问题。在停钻进行强吹孔时，滑块在重力作用下，沿着滑槽向外滑动与限位合金接触时静止，扩大了钻头中心孔底端入口，将孔底残留的较大颗粒岩块在压缩空气的卷吸作用下沿着钻具中心通道上返。在下放扫描仪进行多层空区激光探测时，还可以为扫描仪伸出钻头底端进行激光探测让出中心通道。

Description

单滑块式防堵型反循环钻头
技术领域
本发明涉及一种与贯通式气动潜孔锤配套使用的反循环钻头，尤其是可用于矿山多层空区探测孔钻进、固体矿产勘探、水文水井钻凿、矿山爆破孔施工的单滑块式防堵型反循环钻头。
背景技术
当前我国绝大部分金属矿山由于之前几十年的无序开采及周边村民的私挖滥采，致使在矿山设计开采境界内存在大规模采空区及废旧坑道。这些采空区形态复杂，在空间位置上层层叠叠，高低不同，且有的采空区已经充水或者坍塌，甚至引起地表局部塌陷。这些采空区的存在将会对矿山的正常生产构成了严重的威胁，因此，必须要在矿山生产的同时对采空区进行探测。这其中，多层采空区的勘探与扫描是目前国内外矿山所面临的最大难题，而且严重影响着采矿生产。而采用常规的物探方法进行探测，准确率极低，无法满足矿山安全生产需要。只有解决多层空区探测和扫描的难题，才能有效地确保矿区内采矿作业人员和设备的安全，产生良好的安全经济效益和社会效益。
贯通式潜孔锤反循环钻进技术是一种先进的集成化钻进工艺。其工作原理为：压缩空气通过双壁钻杆中的环状间隙进入贯通式潜孔锤内部驱动活塞做功，做功后的废气经过多喷嘴引射器原理的反循环钻头后，在孔底产生强烈的卷吸作用，形成负压区，并将破碎下的岩心、岩屑卷吸进入钻头中心孔形成反循环。由于该钻进工艺具有钻进效率高、排渣能力不受地层条件影响、孔壁扰动小、成孔质量好等特点。因此采用贯通式潜孔锤反循环钻进技术穿越地下多层空区，并与钻孔式三维激光扫描仪联合完成多层空区的测量，可以为多层空区的勘探与扫描提供技术和设备支持。
而将贯通式潜孔锤反循环钻进技术应用于矿山多层空区探测孔施工领域，反循环钻头是其中关键环节，它除了具备高效破碎岩石的功能外，还必须具备卷吸孔底破碎的岩块、岩屑及外环间隙流体介质快速进入钻头中心孔形成稳定反循环流体的重要功能。目前，现有的反循环钻头的结构形式主要分两种：取心式和取样式。
若采用配备取心式钻头在矿山破碎地层钻进，在钻进过程中易发生钻具中心通道岩块卡堵现象。一旦产生卡堵，在卡堵部位流体运动受阻，气液两相流体尚可通过，而岩块和岩屑等固相颗粒物质将迅速挤塞，卡堵更为严重，导致潜孔锤排气压力增加，影响潜孔锤的正常工作，严重时潜孔锤停止工作，卡堵点以下钻具中心通道完全堵塞。若配备取样式反循环钻头在矿山破碎地层钻进，虽然在正常钻进时有效地防止岩块卡堵现象的出现，但是在对采空区进行三维激光探测时，由于取样式钻头中心孔底部采用的是固定内凸块的结构设计方式，扫描仪无法伸出钻头进行激光探测，也就无法同时实现多层空区钻探与探测这项先进工艺方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，结合矿山复杂地层情况和多层空区探测钻进需要，设计一种新型反循环钻头，使其具有防止反循环通道岩块卡堵现象的功能，又具备为扫描仪伸出钻头进行激光探测提供通道功能的单滑块式防堵型反循环钻头
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
单滑块式防堵型反循环钻头，由钻头体2底部镶有碎岩合金7组成，钻头体2开设有内喷孔1、底喷孔3、容渣环槽6和滑槽8，滑槽8内装有滑块5，钻头体2底端面镶嵌有碎岩合金7和限位合金4，滑块5上镶嵌有碎岩合金7构成。
滑槽8在钻头体2底端，并向钻头中心孔内部倾斜，倾斜角度为65°,滑块5在滑槽8内滑动，滑槽8两侧分别设有底平面I，用以限制滑块5向内滑动的深度，当底平面I与滑块5两侧圆弧导向面的上端面II接触时，滑块5停止向内滑动，滑块5向内滑动的深度为45mm，滑槽8外侧镶嵌的限位合金4用于限制滑块5向外滑出钻头。
滑块5两侧为圆弧形导向面，与滑槽8两侧的导向面配合，滑块5背面设计为倾角为40°的倾斜面III，当滑块5在滑槽8内滑动遇卡时，用以从钻头中心孔下入通锤冲击该斜面解卡。
滑块5两侧分别设有圆弧形导向面，其直径为Φ16mm，并与滑槽8两侧的导向面配合，滑块5底部设有直径为Φ12mm的半圆形豁口IV与限位合金4配合接触，限制滑块5向外滑出钻头。
积极效果：滑块5在孔底岩石的反作用力下，沿着滑槽8向内滑动，缩小钻头中心孔底端入口，限制进入钻头中心反循环通道的岩块粒径，有效地防止了反循环通道岩块卡堵问题。在停钻进行强吹孔时，滑块5在重力作用下，沿着滑槽8向外滑动与限位合金接触时静止，扩大了钻头中心孔底端入口，将孔底残留的较大颗粒岩块在压缩空气的卷吸作用下沿着钻具中心通道上返。在下放扫描仪进行多层空区激光探测时，还可以为扫描仪伸出钻头底端进行激光探测让出中心通道。
附图说明
图1a为单滑块式防堵型反循环钻头结构图
图1b为图1a单滑块式防堵型反循环钻头的仰视图
图2为单滑块式防堵型反循环钻头底面结构图
图3为图1中滑块5的主视图
图4为图1中滑块5的背视图
图5、图6、图7为单滑块式防堵型反循环钻头装配后的实物照片
图8、图9为滑块5的实物照片。
1内喷孔，2钻头体，3底喷孔，4限位合金，5滑块，6容渣环槽，7碎岩合金，8滑槽；
I底平面，II上端面，III倾斜面，IV半圆形豁口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
单滑块式防堵型反循环钻头，由钻头体2底部镶有碎岩合金7组成，钻头体2开设有内喷孔1、底喷孔3、容渣环槽6和滑槽8，滑槽8内装有滑块5，钻头体2底端面镶嵌有碎岩合金7和限位合金4，滑块5上镶嵌有碎岩合金7构成。
滑槽8在钻头体2底端，并向钻头中心孔内部倾斜，倾斜角度为65°,滑块5在滑槽8内滑动，滑槽8两侧分别设有底平面I，用以限制滑块5向内滑动的深度，当底平面I与滑块5两侧圆弧导向面的上端面II接触时，滑块5停止向内滑动，滑块5向内滑动的深度为45mm，滑槽8外侧镶嵌的限位合金4用于限制滑块5向外滑出钻头。
滑块5两侧为圆弧形导向面，与滑槽8两侧的导向面配合，滑块5背面设计为倾角为40°的倾斜面III，当滑块5在滑槽8内滑动遇卡时，用以从钻头中心孔下入通锤冲击该斜面解卡。
滑块5两侧分别设有圆弧形导向面，其直径为Φ16mm，并与滑槽8两侧的导向面配合，滑块5底部设有直径为Φ12mm的半圆形豁口IV与限位合金4配合接触，限制滑块5向外滑出钻头。
实施例1
如图2所示，单滑块式防堵型反循环钻头的钻头体2底端设有向钻头中心孔内部倾斜的滑槽8，该滑槽的倾斜角度为65°，滑块5在滑槽8内滑动自如，滑槽8两侧分别设有底平面I，用以限制滑块5向内滑动的深度，当这两处底平面I与滑块5两侧圆弧导向面的上端面II接触时，滑块5停止向内滑动，滑块5向内滑动的深度为45mm，滑槽8外侧镶嵌的限位合金4用于限制滑块5向外滑出钻头。
滑块5与孔底岩石接触的两个平面分别镶嵌有碎岩合金7；滑块5两侧设有直径为Φ16mm圆弧形导向面，与滑槽8两侧的导向面配合；滑块5背面设有倾角为40°的倾斜面III，用以在滑块5在滑槽8内滑动遇卡时，从钻头中心孔下入通锤冲击该斜面解卡使用；滑块5底部设有直径为Φ12mm的半圆形豁口IV，用以与限位合金4接触配合，限制滑块5向外滑出钻头。
在正常碎岩钻进时，滑块5在孔底岩石的反作用力下，沿着钻头体2上的滑槽8向内滑动，缩小钻头中心孔底端入口大小，限制进入钻头及上部钻具系统中心反循环通道的岩块颗粒大小，有效地防止反循环通道发生岩块卡堵。在停钻进行强吹孔时，滑块5在重力作用下，沿着滑槽8向外滑动至滑块5与限位合金4接触时静止，扩大了钻头中心孔底端入口大小，将孔底残留的较大颗粒岩块在压缩空气的卷吸作用下进入钻头中心孔并沿着钻具中心通道上返。在下放扫描仪进行多层空区激光探测时，还可以为扫描仪伸出钻头底端进行激光探测让出中心通道。
单滑块式防堵型反循环钻头的加工装配顺序为：首先将镶嵌好碎岩合金的滑块5装入钻头体的滑槽8内，然后再将限位合金4敲入或压入。

Claims (3)

1.一种单滑块式防堵型反循环钻头，由钻头体(2)底部镶有碎岩合金(7)组成，钻头体(2)开设有内喷孔(1)、底喷孔(3)、容渣环槽(6)和滑槽(8)，滑槽(8)内装有滑块(5)，钻头体(2)底端面镶嵌有碎岩合金(7)和限位合金(4)，滑块(5)上镶嵌有碎岩合金(7)构成；其特征在于：
滑槽(8)设在钻头体(2)底端，并向钻头中心孔内部倾斜，倾斜角度为65°,滑块(5)在滑槽(8)内滑动，滑槽(8)两侧分别设有底平面(I)，用以限制滑块(5)向内滑动的深度，当底平面(I)与滑块(5)两侧圆弧导向面的上端面(II)接触时，滑块(5)停止向内滑动，滑块(5)向内滑动的深度为45mm，滑槽(8)外侧镶嵌的限位合金(4)用于限制滑块(5)向外滑出钻头。
2.根据权利要求1所述的单滑块式防堵型反循环钻头，其特征在于：滑块(5)两侧的圆弧形导向面与滑槽(8)两侧的导向面配合，滑块(5)背面设计为倾角为40°的倾斜面(III)，当滑块(5)在滑槽(8)内滑动遇卡时，用以从钻头中心孔下入通锤冲击该倾斜面解卡。
3.根据权利要求1所述的单滑块式防堵型反循环钻头，其特征在于：滑块(5)两侧分别设有圆弧形导向面，其直径为Φ16mm，滑块(5)底部设有直径为Φ12mm的半圆形豁口(IV)与限位合金(4)配合接触，限制滑块(5)向外滑出钻头。
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