CN1242872C - 滑动伸缩的封闭式冲击钻头 - Google Patents

Abstract

一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，包括：一个钻头套，该钻头套具有多个形成于其中心部分内部的连接孔、一个向下突出的凸起、一个具有一内导向面的支承凸起、一个从下端部的中心向上形成的连接部分以及一个垂直形成于中心的气压供应孔；一个导向钻头，该导向钻头具有一个连接凸起，该凸起被与钻头套的连接部分装配和耦合、一个形成于钻头套的连接孔的延长线上的连接通孔、一个形成于中心的气压供应孔、一个形成于下端面的气压释放孔、一个曲线形的细长滑动孔，该滑动孔在顺时针方向从内侧向外侧形成于上端外表面，而钻头套凸起的下端面依靠在该上端外表面上、以及多个垂直形成于连接凸起和细长滑动孔的下端的气压释放孔；一个滑动翼钻头，它具有一个从上端突出并位于钻头套的下端内表面上的导向凸起，以及一个形成于下端的销孔，滑动翼钻头被与一导向销连接并被固定在导向钻头的细长滑动孔中；多个由杆形金属材料制成的锁销，锁销被与钻头套的连接孔和导向钻头的连接通孔配合；以及一个由杆形合成树脂制成的垫圈，在锁销与钻头套的连接孔和导向钻头的连接通孔配装之后，该垫圈填满了剩余空间。

Description

滑动伸缩的封闭式冲击钻头

技术领域

本发明涉及一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，尤其是涉及一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，它能防止设备的损坏，因为即使冲击钻头扩张，由于气压土粉和岩粉也不能进入孔隙中，从小间隙释放的气压可以防止土粉和岩粉的进入，钻头可以很容易地回复到它的初始状态，它能快速地钻孔，因为当钻头被开启时，从钻头传送的外部压力被全部和均匀地施加，它不会被损坏，因为钻头的一支承轴(supporting axis)被一个滑块水平地扩张，因而分散了外部的冲击震动。

背景技术

通常，钻探是要在地面形成一个小孔以研究地层的结构或尺寸，以获得岩石层的各种知识，或者采集石油、天然气、温泉或地下水。

钻孔根据使用目的可以有不同的尺寸，比如，长度从几米到几千米，直径从几毫米到几十厘米。目前，人们利用具有几米直径的大尺寸钻孔来作为垂直坑道。

根据一种开凿方法，钻孔被分为冲击式钻孔和旋转式钻孔，所述冲击式钻孔用于震动钻头以挤压并钻穿岩石，所述旋转式钻孔用于钻岩石而镶嵌硬质合金的钻头压紧并旋转岩石表面。全世界最深的钻孔是在美国一油区所钻的孔，深8000米。

因为被用于大型孔的钢管必须很长，所以规定长度的钢管彼此连接以延长钢管的长度。然而，为了更换钻头或者将钢管(钻管)插入钻孔，必须提升钢管(也称为“钻杆”)以便进行不同的研究。

为此，必须安装很大的提升塔，而且也必须设置电力设备或者泥浆钻孔设备，所述泥浆钻孔设备用于移走挖掘物并防止护壁倒塌。你在油区所见到的提升塔意谓着正在进行钻孔。

而且，在矿区获得地下矿床很重要。在矿区进行钻孔是为了构造出料口、通风孔、运送矿砂或软泥的通道或者铺设电缆的通道。

通常，进行钻孔是为了在开矿之前研究地质状况和矿床或者初步研究(被称为“先行试钻”)。

采矿钻孔在数值范围上要比采油钻孔小，但是可以在矿井内外的任何方向、任何角度或深度上钻孔。因为，通过旋转式钻孔，棒形岩心可以从岩石中取出，所以能够很好地研究岩石的质量和等级以及矿床的性能。

通过冲击式钻孔，可以检验钻孔期间从孔中产生的岩粉，从而确定岩石的质量和等级。用于采集岩心的钻孔被称为岩心钻孔，而用于采集岩粉的钻孔被称为矿泥钻孔。因为钻孔允许将研究用的各种测量工具和试验用的设备插入孔中，所以钻孔是作为一个用于研究岩石层内部的结构和状态的孔。而且，钻孔可以用于发电站的水坝建造和建筑物的地基检验之目的。

根据使用目的和地层(地质状况)，用于钻孔的冲击钻头具有不同的标准和结构，可分为直接钻孔式冲击钻头和间接钻孔式冲击钻头。

直接钻孔式冲击钻头被用于好的地质状况的地层或者用于钻浅孔，当安装在冲击式钻机上的钻头套旋转时钻地层而未使用钢管。

间接钻孔式冲击钻头是当钢管被插入钻孔中时钻地层，在形成了比钢管直径大的孔之后，安装在冲击式钻机上的钻头套和钻头被通过钢管取出。

所述间接钻孔式冲击式钻机具有的缺点是，随着冲击式钻机进入地层深处，其压力大大地增加，由能量产生的负载使冲击钻头中断。

而且，因为冲击钻头必须形成比所插入钢管的直径大的钻孔，同时钢管被插入地层直至钻孔的深度，这就很难插入钢管，由于钻孔过程中要产生巨大的负载，冲击钻头可能被损坏，假如钻孔不是足够大，则很难取出所插入的冲击钻头。

因此，提供一种更坚固的冲击钻头，并研制能够进行快速钻孔的新产品，现在，人们已经进行了各种开发，并有了两种类型的产品：一种是偏心旋转型，另一种是扩张型。

偏心旋转型是指，当钻头在它与同心圆分离的状态下偏心旋转时钻孔。然而，由于偏心动作而不可能快速钻孔，而且尽管负载小，冲击钻头或者钻头套的颈部却易折断，所以不能被广泛使用。

扩张型的结构是，两个或者三个多驱动冲击钻头在钻头套的底部扩张。然而，扩张型具有几个问题是，钻头不能实现它所有的功能，即使承受小冲击也容易被折断，因为钻头之间的间距太远而且用于支承钻头的支承部分又被省去，因而钻孔成本昂贵。

根据冲击钻头的种类和标准的不同，其成本也不同。间接钻孔式冲击钻头是一种至少五百万元(朝鲜、韩国)至二千或三千万元的昂贵产品，因而，冲击钻头在进行钻孔时必须细心操作。假如钻头损坏，就对建造成本产生影响。

为了解决上述问题，韩国专利No.303201披露了一种用于扩大钻孔的冲击钻头的结构，即使在恶劣的条件下，它也能高效率地进行钻孔作业，它由与本发明相同的发明人发明。

图14显示一种现有技术使用状态的示范图，图15为一横截面图，显示一种钻头套、多操作钻头和试验钻头彼此连接的状态，图16为一仰视图，显示一种多操作钻头被连接到钻头套上的状态和多操作钻头的操作状态。

传统的冲击钻头包括垂直的和直角的气压供应孔106和208以及气压释放孔107和205，钻头板装配孔105，设置在中间部分的阶梯式的多操作钻头支承面204和一均匀分布的下表面，下销孔203，轴承半圆孔109和201，联结销半圆孔110和202以通过将内圆周和外圆周配装而形成圆的轴承孔和销孔，一圆的导向头孔112，一六角体形的导向钻头孔111，一废弃物排放通道114和207，一形成在外圆周上的花键103。因而，当以角度100°(±10°)向前和向后旋转时，以均匀间距连接到冲击钻头上的5个多操作钻头400就能够钻出比插入地层的钢管大的孔。

在所述传统的钻孔扩张冲击钻头中，钻头套100和导向钻头(pilotbit)200被做成整体，当冲击式钻机12a振动时，钻头套100和导向钻头200同时顺时针方向旋转。此时，多操作钻头400首先向比钻头套100的外径小的内侧合拢(折叠)，然后，当钻头套100和导向钻头200旋转并接触地面时，多操作钻头400接触地面并全部打开，并沿图16所示的箭头方向以100°角度旋转。因而，多操作钻头400能够形成比钻头套100和钢管10a直径大的孔并掘进地下。

然而，当多操作钻头400在上部销401上旋转并在钻头套100的下端凸起115之间扩张时，在导向钻头200的上端面与钻头套100的下端面之间的部分便形成了孔，在那里当多操作钻头400被合拢，而孔中被填满了土粉和岩粉。

因此，钻孔完成之后，其直径大于钢管10a直径的扩张多操作钻头400不能被合拢和回复到它的初始状态，且不能通过钢管10a被取出。毕竟，具有多操作钻头400的钻头套100被丢弃在地下，因而不能再使用昂贵的设备了。

而且，因为多操作钻头400通过上部销和下部销401被轴向连接在导向钻头200和钻头套100上，并在上部销和下部销401上旋转，而且，当多操作钻头400扩张时，外部冲击就集中在上部销和下部销上，所以多操作钻头400可能被损坏。

发明内容

因此，本发明提供一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，它基本避免了因现有技术的局限和缺点所产生的一个或更多问题。

本发明的一个目的是，提供一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，它能能防止设备的损坏，因为即使冲击钻头扩张，由于气压土粉和岩石粉末也不能进入孔隙中，从小间隙释放的气压可以防止土粉和岩粉的进入，钻头可以很容易地回复到它的初始状态，它能快速地钻孔，因为当钻头被开启时，从钻头传送的外部压力被全部和均匀地施加，它不会被损坏，因为钻头的一支承轴被一个滑块水平地扩张，因而分散了外部冲击。

本发明的其它优点、目的和特征将在下面的描述中进行阐述，本领域普通技术人员根据下面的阐述将更加清楚本发明，或者从本发明的实践中得到启示。通过下面在说明书、权利要求书和附图中所描述的结构，将能够认识和实现本发明的目的和其他优点。

为实现本发明的这些目的和优点，正如这里具体和广泛描述的一样，一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，它被连接到插入钢管内的冲击式钻机的下端，当供给气压时旋转并钻出一个钻孔，它包括：一个钻头套，其具有一上端部，所述上端部设有被连接到冲击式钻机下端的一花键和一环形孔，多个形成于其中心部分内部的连接孔，和一个向外突出于一个上部外圆周上的冲击爪，以及具有一个下端部，所述下端部设有一个向下突出的凸起，一个具有一内部导向面的支承凸起，一个从下端部的中心向上形成的连接部分，和一个垂直形成于中心的气压供应孔；一个导向钻头，其突出于上端部，所述导向钻头具有一个连接凸起，该凸起被与钻头套的连接部分装配和耦合，一个连接通孔形成于钻头套的连接孔的延长线上，一个气压供应孔形成于中心，一个气压释放孔形成于下端面，一个曲线形的细长滑动孔在顺时针方向从内侧向外侧形成于上端外表面，而钻头套的凸起的下端面依靠在该上端外表面上，多个垂直形成于连接凸起和细长滑动孔的下端的气压释放孔，以及多个被插入导向钻头一侧的高强度的破碎销；一个滑动翼钻头(sliding wing bit)，它具有一导向凸起，凸起从上端突出并位于钻头套的下端内表面上，以及一个形成于下端的销孔，所述滑动翼钻头被与一导向销连接并被固定在导向钻头的细长滑动孔中，当所述滑动翼钻头因摩擦力而沿细长滑动孔滑动时，它被扩张，而当它被在相反方向上旋转时，它被回复到其初始位置；由杆形金属材料制成的锁销，所述锁销被与钻头套的连接孔和导向钻头的连接通孔配合；以及一由杆形合成树脂制成的垫圈，在锁销与钻头套的连接孔及导向钻头的连接通孔配装之后，该垫圈填满了剩余空间。

应当知道，本发明的上述概述和下面的详细描述都是示范性的和解释性的说明，权利要求书对本发明提供了进一步的说明。

附图简介

本发明的附图使得可以进一步理解本发明，它被包含于本申请并组成本申请的一部分，显示出本发明的具体实施例，而且与描述一起用于解释本发明的原理。其中：

图1示出本发明的一种钻头套的正视图；

图2示出图1的仰视图；

图3示出本发明的一种滑动翼钻头的正视图；

图4示出图3的俯视图；

图5示出图3的仰视图；

图6示出图3的右视图；

图7示出本发明的一种导向钻头的正视图；

图8示出图7的俯视图；

图9示出图7的仰视图；

图10示出图7的局部侧视剖面图；

图11示出一侧视剖面图，显示一滑动翼钻头和所述导向钻头被连接到钻头套以及滑动翼钻头被扩张的状态；

图12示出一平面局部剖视图，显示所述滑动翼钻头被扩张的状态；

图13示出一平面局部剖视图，显示所述滑动翼钻头被回复的状态；

图14示出一种现有技术使用状态的示范图；

图15示出一剖面图，显示现有技术的一钻头套、一多操作钻头和一导向钻头被连接的状态；

图16示出一仰视图，显示所述现有技术的多操作钻头被连接到钻头套上的状态以及多操作钻头的操作状态。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的优选实施例。

根据本发明的一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，包括：一钻头套30，气压被供应到所述钻头套中并且钻头套30与一建筑结构连接，在其上部可滑动地密封有一滑动翼钻头10，并向下冲击一钢管60，所述滑动翼钻头10具有一在被密封条件下可滑动地扩张的滑动端并扩张和钻孔，以及一导向钻头20，它被连接到所述钻头套30的下表面，当滑动密封和支承所述滑动翼钻头10时进行钻孔作业。

图1示出本发明的一种钻头套的正视图，图2示出图1的仰视图。在所述滑动翼钻头10和所述导向钻头20被连接并被插入钢管60中的条件下，所述钻头套30被连接到一冲击式钻机(未示出)上。在上述条件下，钻头套30钻孔。被插入钢管60中的钻头套30上端部窄而下端机体宽。

所述钻头套30的上端部具有一环形孔33和一花键32，所述花键与冲击式钻机的下端相配连接，而在所述冲击式钻机的内圆周设有一环和一花键。钻头套30的下端机体具有一冲击爪36，冲击爪36从所述下端部的上部向外突出，多个连接孔34，它们向内形成于中部，多个凸起38，它们在下部向下突出，以及一支承凸起35，所述支承凸起形成于下部并具有一内导向面35a。所述钻头套30的下端机体具有一废弃物排放通道37，其垂直形成于外圆周上。

所述凸起38与所述滑动翼钻头10连接并在旋转方向推动滑动翼钻头10。

所述支承凸起35设在两相邻凸起38之间的附近，所述支承凸起35的内导向面35a与滑动翼钻头10的导向凸起14接触以对滑动翼钻头10的滑动进行导向，而且，所述支承凸起35的下端面与所述滑动翼钻头10的上端面以滑动方式相互接触。

而且，所述钻头套30的内部下端与所述滑动翼钻头10的导向凸起14的上端以滑动方式相接触。

所述钻头套30具有一垂直形成于中心的气压供应孔31和一向上形成于下端中心的连接部39。

通过所述气压供应孔31供应的气压被以强压供应，并通过所述废弃物通道37和钢管60与钻孔时产生的土粉和岩粉一起排放到外面。

图3示出本发明一种滑动翼钻头的正视图，图4示出图3的俯视图，图5示出图3的仰视图，图6示出图3的右视图。所述滑动翼钻头10被连接在钻头套30与导向钻头20之间，随着钻头套30的旋转，当所述滑动翼钻头10通过一导向销13在导向钻头20的一细长滑动孔28上可滑动地旋转时，进行地下钻孔。所述滑动翼钻头10具有所述导向凸起14，它从内表面向上突起并位于所述钻头套30的下端的内表面，一销孔12，它形成于下端的中心以装配所述导向销13，以及多个破碎销29，它们设置在外侧面和下端侧面。

图7示出本发明一种导向钻头的正视图，图8示出图7的俯视图，图9示出图7的仰视图，图10示出图7的局部侧视剖面图。所述滑动翼钻头10通过刮除和挖掘钻孔的内表面而扩大钻孔，而导向钻头20是向下掘深钻孔。所述导向钻头20包括一个形成于最上端的圆形连接凸出部22，多个以均匀间距设置在中心端部的细长滑动孔28，以及一个导向凸起25，其以与所述细长滑动孔28相同的间距向外凸出。

所述细长滑动孔28在顺时针方向从内侧向外侧形成为一条曲线。因为滑动翼钻头10扩张时是被水平移动并均匀地突出的，而不向左或向右倾斜，一个正与外部压力接触的区域被均匀地扩大而不是向一侧倾斜，从而分散和吸收外部冲击，所以滑动翼钻头10才不被损坏。

因为外部冲击是同时施加在形成有滑动翼钻头10的3个部位上的，负载被均匀地施加而不是向一侧倾斜，因而滑动翼钻头10能够高速旋转。

图11示出一侧视剖面图，显示一滑动翼钻头和所述导向钻头被连接到钻头套以及滑动翼钻头被扩张的状态，图12示出一平面局部剖视图，显示所述滑动翼钻头被扩张的状态，图13示出一平面局部剖视图，显示所述滑动翼钻头被回复的状态。

当气压供应到插入钢管60中的冲击式钻机的下端时，所述钻头套30和所述导向钻头20旋转，而滑动翼钻头10被合拢到小于钻头套30外径的内部。此后，当钻头套30和导向钻头20旋转接触地面时，因为滑动翼钻头10的滑动面与地面之间产生摩擦力，滑动翼钻头10逐渐旋转。

此时，因为导向钻头20和钻头套30旋转得比滑动翼钻头10快，由于钻头套30的凸起38的推力，滑动翼钻头10的导向销13从导向钻头20的细长滑动孔28滑向外侧，然后，滑动翼钻头10的侧端向外突出和扩张。

此时，所述滑动翼钻头10形成了比钻头套30和钢管60更宽的钻孔，并进一步将孔钻深。

此时，如图11所示，所述滑动翼钻头10的上端面可滑动地与钻头套30内表面的下端、所述支承凸起35的内导向面35a及所述支承凸起35的下表面相接触并被密封，所述滑动翼钻头10的内表面可滑动地与所述导向钻头20的导向凸起25接触并被密封，以及，所述滑动翼钻头10的下端面通过所述细长滑动孔28可滑动地与所述导向钻头20的上表面接触并被密封。在上述条件下，所述滑动翼钻头仅仅部分稍微向外突出，而其它部分被滑动地和封闭地接触并被钻头套30的下端面以及导向钻头20的上表面和侧端密封。于是，因为滑动翼钻头仅仅是被钻头套30的凸起38滑行，而强气压通过未密封部分的间隙而排放到外部，所以钻孔过程中产生的土粉和岩粉不能进入滑动翼钻头10中。

因为所形成的钻孔比钻头套30和钢管60大，钢管60能够容易地插入钻孔直至钻孔形成的深度。此时，钻孔产生的像土粉和岩粉这样的废弃物通过连续供应的气压而排放到外部。

特别地，在钻头套30与导向钻头20之间突出的滑动翼钻头10不能提供用于引导土粉和岩粉的空间及间隙，同时因为强气压通过小间隙和气压释放孔26，26a和26b被连续地释放，所以土粉和岩粉被排放到外部。

另外，所述钻头套30和导向钻头20被与一锁销40连接，而钻头套30与导向钻头20之间的空间被一合成树脂制成的垫圈50填充，以阻止土粉和岩粉进入。

当完成钻孔后冲击式钻机在相反方向上旋转时，钻头套30和导向钻头20也在相反方向上旋转，因摩擦力而扩张的滑动翼钻头在细长滑动孔28和导向钻头20的导向凸起25的导引下回复到它的初始位置，钻头套30能被容易地从钢管60中取出。

因此，根据本发明的用于扩大钻孔的冲击钻头的结构能够防止土粉和岩粉的进入，以便钻头能够回复到它的初始位置，设备不会被损坏，即使存在小的间隙，土粉和岩粉也不会进入。因为外力施加均匀，当冲击钻头被张开时就能快速钻孔，并且因为钻头的支承轴通过滑块被水平张开，同时外部冲击被均匀地分散，所以设备不会被损坏。

上述实施例仅仅是解释性的，不能被看作是对本发明的局限。本发明的启示可以被很容易地应用到其它类型的设备。本发明的描述只是说明性的，而不能限制权利要求书的范围。显然，本领域的普通技术人员可以对本发明进行多种变换、修改和变化。

Claims (2)

1、一种滑动伸缩的封闭式冲击钻头，它被连接到一个被插入钢管内的冲击式钻机的下端，当供给气压时旋转并钻出一个钻孔，它包括：

一个钻头套，它具有一上端部，所述上端部设有被连接到所述冲击式钻机下端的一花键和一环形孔、多个形成于其中心部分内部的连接孔、和一个向外突出于一个上部外圆周上的冲击爪，以及具有一个下端部，所述下端部设有一个向下突出的凸起、一个具有一内导向面的支承凸起、一个从下端部的中心向上形成的连接部分、和一个垂直形成于中心的气压供应孔；

一个导向钻头，它突出于所述上端部，所述导向钻头具有一个连接凸起，该凸起被与钻头套的连接部分装配和耦合，一个形成于所述钻头套的连接孔的延长线上的连接通孔，一个形成于导向钻头中心的气压供应孔，一个形成于下端面的气压释放孔，一个曲线形的细长滑动孔，该滑动孔在顺时针方向从内侧向外侧形成于上端外表面，而所述钻头套的凸起的下端面依靠在该上端外表面上，多个垂直形成于所述连接凸起和所述细长滑动孔的下端的气压释放孔，以及多个被插入所述导向钻头一侧的高强度的破碎销；

一个滑动翼钻头，它具有一导向凸起，所述凸起从上端突出并位于钻头套的下端内表面上，以及一个形成于下端的销孔，所述滑动翼钻头被与一导向销连接并被固定在导向钻头的细长滑动孔中，当所述滑动翼钻头因摩擦力而沿细长滑动孔滑动时，它被扩张，而当它沿相反方向旋转时，它被回复到其初始位置；

多个锁销，由杆形金属材料制成，所述锁销被与钻头套的连接孔和导向钻头的连接通孔配合；以及

一个垫圈，由杆形合成树脂制成，在所述锁销与钻头套的连接孔和导向钻头的连接通孔配装之后，该垫圈填满了剩余空间。

2、根据权利要求1所述的冲击钻头，其特征在于：所述导向钻头还包括一个导向凸起，所述导向凸起形成于导向钻头的连接凸起的下部上，当所述滑动翼钻头滑动时，所述导向凸起可滑动地导引所述滑动翼钻头的内表面，并在与所述细长滑动孔相同的轨迹上突出。

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