CN116201484A - 坑道钻机用钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种坑道钻机用钻头,属于钻孔设备技术领域。其包括扩孔输送部和开孔部,扩孔输送部包括第一筒毂、螺旋叶片、端盘和第一截齿组件,第一筒毂呈锥台状,端盘固定在第一筒毂的大径端,端盘上设有连通螺旋叶片内空间的过碎石口,开孔部包括第二筒毂、开孔刀和第二截齿组件,第二筒毂呈锥台状,且大径端固定设于端盘上,开孔刀固定设于第二筒毂顶部。本发明用在高应力岩壁截割过程中,首先开孔部通过开孔刀和件分别开一个小孔和应力槽,然后通过第一截齿组件扩孔,降低的钻孔和扩孔过程中的阻力,提高了该钻头坑道钻孔的效率和使用寿命,而且解决了螺旋叶片内碎石流拥挤问题。

Description

坑道钻机用钻头
技术领域
本发明涉及钻孔设备技术领域,具体地说,尤其涉及一种坑道钻机用钻头。
背景技术
坑道钻机是专门用在地下坑道 (巷道)内进行钻进的钻机,主要用于坑道 (巷道)内进行深部地质勘探、瓦斯抽放、注排水、通风等工程的施工。钻头是坑道钻机的主要的工作部件,其通过动力头连接在钻机机架上,使用时,动力头产生动力使钻具转动,泵站驱动动力头在机架上移动控制动力头和钻具的伸缩,实现钻孔操作。目前坑道钻机常用的钻头结构一般主要由筒毂、螺旋叶片、开孔刀、端盘等组成,钻头在动力头驱动下实现对岩壁的开孔,螺旋叶片固定在筒毂外围,用于向外输送钻孔产生的碎石块。现有技术中钻机钻头在对高应力岩壁进行钻孔时,钻头的截割钻孔阻力大,钻孔效率十分低,虽然可以采用增大钻机功率的方法来提高钻头对煤岩的截割钻孔的能力,但是该方法会导致钻头使用寿命大大降低。另外对于传统圆柱形筒毂而言,其各处断面面积无差,螺旋叶片装载碎石块时,常常因为钻孔进度过快,螺旋叶片卸载端的碎石无法及时排出,势必会导致钻孔堵塞现象的发生,导致增加进给阻力,并有可能造成螺旋叶片的损坏,而且随着钻孔速度的提升,堵塞现象将会更加严重。因此如何解决坑道钻机用钻头钻孔效率提高的同时避免钻孔内堵塞现象发生成为设计的重点和难点。
发明内容
本发明目的是提供一种坑道钻机用钻头,以克服现有技术中坑道钻机用钻头对高应力岩壁钻孔过程中钻孔效率低且钻孔内容易出现堵塞现象的缺陷。
本发明是采用以下技术方案实现的:
一种坑道钻机用钻头,包括扩孔输送部和开孔部,所述扩孔输送部包括第一筒毂、螺旋叶片、端盘和第一截齿组件,所述第一筒毂呈锥台状,所述端盘固定在第一筒毂的大径端,所述螺旋叶片螺旋固定在锥台状第一筒毂外表面,并且其最外边沿各点到第一筒毂中心轴的距离相等,多个所述第一截齿组件均匀分布于螺旋叶片和端盘上,所述端盘上设有连通螺旋叶片内空间的过碎石口,所述开孔部包括第二筒毂、开孔刀和第二截齿组件,所述第二筒毂呈锥台状,且大径端固定设于端盘上,所述开孔刀固定设于第二筒毂顶部,多个所述第二截齿组件均匀固定在第二筒毂外表面,所述第一截齿组件的齿尖所形成的圆柱形包络面最大直径大于第二截齿组件的齿尖所形成的圆柱形包络面最大直径。
优选的,所述开孔刀包括四个呈十字分布的三角形刀片,四个呈十字分布的三角形刀片外包络面呈锥体状。
优选的,所述螺旋叶片外边沿连接有高于螺旋叶片上表面的螺旋状的辅助叶片。
优选的,所述辅助叶片与螺旋叶片连接处采用圆弧过渡。
优选的,所述第一筒毂的锥顶半角为10°。
优选的,所述端盘顶部设有凹陷部。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明的第一筒毂为锥台状,第一筒毂上固定有螺旋叶片,且螺旋叶片最外边沿各点到第一筒毂中心轴的距离相等,因此从钻孔面到采空面滚筒叶片深度沿着第一筒毂剖面线性增大,螺旋叶片输送空间也越来越大,并在排放处达到最大值,可有效解决碎石流拥挤问题,提高螺旋叶片的输送效率,进而降低了该钻头的进给阻力;
(2)本发明设置有截割包络面直径由大到小的第一截齿组件、第二截齿组件和开孔刀,在进行在高应力岩壁钻孔作业时,首先由截割能力最强的开孔刀在岩壁上钻出一个小孔,然后由第二截齿组件在小孔的基础上进一步在高应力岩壁上开一条应力卸载槽,最后由第一截齿组件在应力卸载槽的基础上进一步扩孔,由于小孔和应力卸载槽可有效降低第一截齿组件和第二截齿组件的钻孔和扩孔的阻力,因此解决了高应力坑道的机械化钻孔困难的问题,有效提升了高应力岩壁的钻孔效率,并且将截割应力分散,提高了第一截齿组件、第二截齿组件和开孔刀的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图;
图2是本发明的俯视图;
图3是本发明的扩孔输送部的剖面图;
图4是本发明的螺旋叶片和辅助叶片的结构示意图。
图中:1、扩孔输送部; 11、第一筒毂;12、螺旋叶片;13、端盘;14、第一截齿组件;15、凹陷部;16、过碎石口;17、辅助叶片;2、开孔部;21、第二筒毂;22、开孔刀;23、第二截齿组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示,一种坑道钻机用钻头,包括扩孔输送部1和开孔部2。
扩孔输送部1包括第一筒毂11、螺旋叶片12、端盘13和第一截齿组件14,第一筒毂11呈锥台状,端盘13固定在第一筒毂11的大径端,多头的螺旋叶片12为螺旋固定在第一筒毂11外表面,并且螺旋叶片12最外边沿各点到第一筒毂11中心轴的距离相等,多个第一截齿组件14均匀分布于螺旋叶片12和端盘13上,端盘13上设有连通螺旋叶片12内空间的过碎石口16。
开孔部2包括第二筒毂21、开孔刀22和第二截齿组件23,第二筒毂21呈锥台状,且其大径端固定设于端盘13上,开孔刀22固定设于第二筒毂21顶部,多个第二截齿组件23均匀固定在第二筒毂21外表面,第一截齿组件14的截齿齿尖所形成的圆柱形包络面最大直径大于第二截齿组件23的截齿齿尖所形成的圆柱形包络面最大直径,因此在驱动力扭矩不变的前提下,第二截齿组件23的截割能力比第一截齿组件14强,有利于开孔部2对高应力岩壁的截割钻孔。
如图3所示,由于螺旋叶片12最外边沿各点到第一筒毂11中心轴的距离相等,采用锥台状第一筒毂11的扩孔输送部1的结构特点是从钻孔面到采空面螺旋叶片12深度沿着第一筒毂11剖面线性增大,输送空间也越来越大,并在排放处达到最大值,即多个螺旋叶片12之间的间隙也在逐渐增大,这与碎石流的变化规律相适应,可有效解决碎石流拥挤问题,提高螺旋叶片12的运输效率。
锥台状的第二筒毂21相比于圆柱状的第二筒毂21 增大了其截割表面积,因此可以在其上安装更多的第二截齿组件23,在驱动力扭矩不变的前提下,第二筒毂21顶部的第二截齿组件23相对于底部第二截齿组件23具有更大的截割能力,从而提升了第二筒毂21上第二截齿组件23的截割效率,而且锥台状的第二筒毂21使其从顶端到端盘13位置的外部空间逐渐收窄,进而实现在挤压力作用下将第二筒毂21上截齿截割下的碎石块导向端盘13上的过碎石口16,提升过碎石口16的碎石的通过效率。
作为优选的实施例,开孔刀22包括四个呈十字分布的三角形刀片,四个呈十字分布的三角形刀片外包络面呈锥体状,锥体状开孔刀22顶部具有较高的截割能力,旋转过程中可很容易在坑道内壁首先开凿出一个小孔,并在推进过程中进一步逐渐扩大孔径,从而减小进一步钻孔的阻力,提高了开孔刀22钻孔效率。
作为优选的实施例,端盘13顶部设有凹陷部15。由于端盘13顶部设置有凹陷部15,使端盘13外周先与孔壁接触,大大减少了端盘13与孔壁的接触面积,进而有效减少端盘13与孔壁的摩擦,提高端盘13寿命;同时,凹陷部15可以实现聚拢碎石块,便于将第二筒毂21上的第二截齿组件23截割下的碎石通过端盘13的过碎石口16进入螺旋叶片12中,有效提高了运输效率。
作为优选的实施例,如图4所示,螺旋叶片12外边沿连接有高于螺旋叶片12上表面的螺旋状的辅助叶片17。利用辅助叶片17收拢碎石并抑制碎石的径向溢出,避免了碎石掉落在钻孔内部,从而提升装载率,增加了碎石块的轴向运输能力,进而保证了工作面的快速推进。进一步为了增强碎石在辅助叶片17与螺旋叶片12内部的通过性,辅助叶片17与螺旋叶片12连接处采用圆弧过渡。
作为优选的实施例,第一筒毂11的锥顶半角为10°当第一筒毂11的锥顶半角为10°时可保证螺旋叶片12的运输效率同时保证螺旋叶片12与第一筒毂11连接处具有较好的受力环境,避免连接处焊点受力不均匀导致的焊点脱落。其中,锥顶半角指的是第一筒毂11截面中心线与斜边的夹角。
本发明的工作原理:在高应力煤岩截割过程中,该钻头整体在动力头的驱动下旋转,开孔刀22首先在深井高应力煤岩上开一个小孔,并随着开孔刀22的推进,小孔孔径逐渐增大,当开孔刀22完全没入岩壁内,第二筒毂21上的第二截齿组件23与岩壁接触,并在深井高应力岩壁上小孔处进一步开一条应力卸载槽,小孔的存在大大降低了第二截齿组件23的截割阻力,截割下的碎石通过端盘13的过碎石口16进入螺旋叶片12中,螺旋叶片12将碎石块运输至钻孔外部,在下一刀岩壁截割过程中,螺旋叶片12和端盘13上面的第一截齿组件14在应力槽的基础上进一步扩孔,由于有应力槽的存在,第一截齿组件14在截割扩孔过程中的截割阻力明显减少,解决了高应力坑道的机械化钻孔困难的问题,提高了井下坑道的钻孔效率,并且将截割应力分散,提高了第一截齿组件14、第二截齿组件23和开孔刀22的使用寿命;同时,由于锥台状第一筒毂11的结构特点是从采煤面到采空面螺旋叶片12深度沿着第一筒毂11剖面线性增大,运输空间也越来越大,并在排放处达到最大值,因此第一截齿组件14和第二截齿组件23截割下的碎石块可快速输送至钻孔外部,避免了快速进给钻孔过程中螺旋叶片12内碎石堵塞现象的发生,可有效解决碎石流拥挤问题,提高运输效率,进而降低了钻孔进给阻力。

Claims (6)

1.一种坑道钻机用钻头,包括扩孔输送部(1)和开孔部(2),其特征在于:所述扩孔输送部(1)包括第一筒毂(11)、螺旋叶片(12)、端盘(13)和第一截齿组件(14),所述第一筒毂(11)呈锥台状,所述端盘(13)固定在第一筒毂(11)的大径端,所述螺旋叶片(12)螺旋固定在锥台状第一筒毂(11)外表面,并且其最外边沿各点到第一筒毂(11)中心轴的距离相等,多个所述第一截齿组件(14)均匀分布于螺旋叶片(12)和端盘(13)上,所述端盘(13)上设有连通螺旋叶片(12)内空间的过碎石口(16),所述开孔部(2)包括第二筒毂(21)、开孔刀(22)和第二截齿组件(23),所述第二筒毂(21)呈锥台状,且其大径端固定设于端盘(13)上,所述开孔刀(22)固定设于第二筒毂(21)顶部,多个所述第二截齿组件(23)均匀固定在第二筒毂(21)外表面,所述第一截齿组件(14)的齿尖所形成的圆柱形包络面的最大直径大于第二截齿组件(23)的齿尖所形成的圆柱形包络面的最大直径。
2.根据权利要求1所述的坑道钻机用钻头,其特征在于:所述开孔刀(22)包括四个呈十字分布的三角形刀片,四个呈十字分布的三角形刀片外包络面呈锥体状。
3.根据权利要求1所述的坑道钻机用钻头,其特征在于:所述螺旋叶片(12)外边沿连接有高于螺旋叶片(12)上表面的螺旋状的辅助叶片(17)。
4.根据权利要求3所述的坑道钻机用钻头,其特征在于:所述辅助叶片(17)与螺旋叶片(12)连接处采用圆弧过渡。
5.根据权利要求1所述的坑道钻机用钻头,其特征在于:所述第一筒毂(11)的锥顶半角为10°。
6.根据权利要求1所述的坑道钻机用钻头,其特征在于:所述端盘(13)顶部设有凹陷部(15)。
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