CN202483446U - 一种钻、扩定心组合钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有扩孔定心功能的组合钻头。其目的是为了提供一种钻、扩定心组合钻头，能够避免岩心垫的形成，实现钻头高效钻进，提高钻头的使用寿命。本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，包括若干成孔切削齿、切割翼，在成孔切削齿的内端之间形成凹芯，本装置还包括定心破碎钻头，定心破碎钻头包括定心钻头主体和至少一个定心切削齿，定心破碎钻头固定安装在凹芯内，定心切削齿穿过成孔钻头主体的轴线，定心切削齿的切削角a为10度至12度，定心切削齿的最外端绕成孔钻头主体的轴线旋转所形成的圆的半径为R1，成孔切削齿的最内端绕成孔钻头主体1的轴线旋转所形成的圆的半径为R2，R2＜R1。

Description

一种钻、扩定心组合钻头

技术领域

本实用新型涉及一种钻头，尤其涉及一种带有扩孔定心功能的组合钻头。

背景技术

煤矿的安全是煤矿生产的重要条件，瓦斯是影响煤矿安全生产的重要因素之一，采煤工作面瓦斯突出、煤层瓦斯爆炸已在煤炭生产时造成很大的经济损失和人员伤亡。全国的高瓦斯矿井都把治理瓦斯当作安全工作的重点，现在高瓦斯矿井普遍采用“先抽、后采”的采煤工艺。即先通过与煤层相邻的岩层把要开采的煤层钻通，然后把煤层的孔扩大，增加煤层瓦斯的涌出量，用抽排设备把瓦斯抽出。其中抽瓦斯的通道主要通过钻孔、扩孔两步进行：首先通过岩石向煤层方向钻一导向孔。然后退出钻头、钻杆；然后换上扩孔钻，将扩孔钻和钻杆深入煤层进行扩孔。但是采用这种工艺在钻到煤层时，需要将钻头、钻杆退出后再换上扩孔钻，深入煤层扩孔，造成无效钻孔时间长，工作效率低。申请人的专利CN 202073499U公开的组合钻头能够在钻孔的同时进行扩孔，解决了上述技术问题，但是如图1所示，由于该组合钻头的三个成孔切削齿2’朝成孔向钻头主体1’轴线的内端之间形成一凹芯3’，由于凹芯3’的存在，钻头在钻进时，结合图2所示，凹芯3’处岩芯断裂，形成如大小为φ44×15的岩芯垫5’，虽然在凹芯3’上设置若干切割刃4’，但是由于钻头转动时，岩芯垫5’随之滑动，导致凹芯处无法切割，形成挤压，钻进速度慢，而且钻头容易卡钻、跑偏，凹芯切割刃4’损坏严重，钻头寿命低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种钻、扩定心组合钻头，能够避免岩心垫的形成，实现钻头高效钻进，提高钻头的使用寿命。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，在成孔钻头主体的前部固定安装有若干成孔切削齿，在成孔钻头主体的中部安装有切割翼，在成孔切削齿朝向成孔钻头主体轴线的内端之间形成凹芯，本装置还包括定心破碎钻头，定心破碎钻头包括定心钻头主体和固定安装在定心钻头主体前端面上的至少一个定心切削齿，定心切削齿的切削刃沿定心钻头主体的径向设置，定心破碎钻头固定安装在凹芯内，定心钻头主体的轴线与成孔钻头主体的轴线重合，定心切削齿穿过成孔钻头主体的轴线，定心切削齿的切削角a为10度至12度，定心切削齿的最外端绕成孔钻头主体的轴线旋转所形成的圆的半径为R1，成孔切削齿的最内端绕成孔钻头主体的轴线旋转所形成的圆的半径为R2，R2＜R1。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述凹芯内开设有右旋螺纹孔，在定心钻头主体的圆周面与下端面结合处开设有第一环形直角凹槽，在第一环形直角凹槽的圆周面上设置有右旋螺纹，定心钻头主体的下端安装在凹芯的右旋螺纹孔内，在第一环形直角凹槽的水平台阶与定心钻头主体的圆周面的结合处开设有第二环形直角凹槽，定心切削齿的最外端与定心钻头主体的圆周面平齐，成孔切削齿的最内端位于第二环形直角凹槽内，成孔切削齿位于第二环形直角凹槽的部分的长度为B，0.1≤B≤0.8毫米。定心钻头主体与成孔钻头主体通过右旋螺纹连接，在钻头工作时，能够有效的防止定心破碎钻头松动。通过设定成孔切削齿位于第二环形直角凹槽的部分的长度，既能够防止形成圆桶状岩壁，又避免成孔切削齿上出现过多的不做功切削刃。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述成孔钻头主体的前端面上开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有顶丝，顶丝的前端压紧定心钻头主体的第一环形直角凹槽的圆周面。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述成孔切削齿的切削角β为10度至12度。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述定心切削齿的个数为2个，对称设置，定心钻头主体内开设有第一水道，第一水道与成孔钻头主体内的第二水道连通，在定心钻头主体的前端开设有2个第一出水孔，第一出水孔与定心切削齿间隔分布。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述切割翼安装在成孔钻头主体的中部侧表面的安装孔内，切割翼的后部与安装孔靠近成孔钻头主体后部的位置通过中心轴铰接，切割翼绕中心轴旋转后能够完全放入安装孔中，在切割翼的上端面，并且靠近切割翼前部的位置上开设有出气口，切割翼的内部开设有出气管路，出气管路与出气口连接，出气管路的另一端通过中心轴上的管路与成孔钻头主体上的第二水道连通。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述成孔钻头主体中部的外表面上开设有一环形槽，环形槽位于中心轴的前方，并且靠近切割翼前部的位置；环形槽内安装有限位弹簧。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述安装孔是横截面为矩形的矩形孔，矩形孔的中心线与成孔钻头主体的轴线垂直相交，中心轴的轴线与成孔钻头主体的轴线垂直相交。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述每个成孔切削齿的切削刃、每个定心切削齿的切削刃和切割翼的切削刃上均安装有聚晶金刚石复合片。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，其中所述成孔钻头主体的中部侧表面开设有减重孔，减重孔位于中心轴的上方，减重孔为通孔，且穿过成孔钻头主体的轴线，减重孔的孔深方向与安装孔的孔深方向垂直。减重孔不仅能够起到减重作用，而且便于清洗切割翼。

本实用新型一种钻、扩定心组合钻头与现有技术不同之处在于本实用新型钻头的凹芯内固定安装定心破碎钻头，通过定心破碎钻头能够在钻孔的同时，避免现有技术中不取芯钻头在钻孔中的形成的岩芯垫，实现钻头的高效钻进，同时由于将定心破碎钻头的定心切削齿的切削角a为10度至12度，在钻进时形成锥孔，起到定心作用，防止跑偏、卡钻，磨损钻头，从而达到提高钻头钻、扩孔效率，延长钻头使用寿命的目的。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为现有技术PDC钻、扩组合钻头的立体图；

图2为现有技术PDC钻、扩组合钻头钻进时岩层的剖面图；

图3为本实用新型一种钻、扩定心组合钻头的主视图；

图4为图1中I处的放大图；

图5为图4的俯视图；

图6为图5中沿A-A方向的剖视图；

图7为图4的立体图；

图8为本实用新型一种钻、扩定心组合钻头的主视剖视图；

图9为本实用新型一种钻、扩定心组合钻头的左视图(局部)；

图10为本实用新型一种钻、扩定心组合钻头的使用状态图。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型一种钻、扩定心组合钻头，包括成孔钻头主体1、若干固定安装在成孔钻头主体1前端的成孔切削齿2、安装在成孔钻头主体1中部的切割翼3和定心破碎钻头5。

如图4、图5所示，本实施例中成孔切削齿2的个数为3个，3成孔切削齿2均匀分布在成孔钻头主体1前端的圆周面上，且每个成孔切削齿2的切削刃均沿成孔钻头主体1的径向设置，结合图6所示，成孔切削齿2的切削角β为10度至12度，本实施例中切削角β为10度。在成孔切削齿2朝向成孔钻头主体1轴线的内端之间形成凹芯4。

如图5、图6所示，定心破碎钻头5包括定心钻头主体6和固定安装在定心钻头主体6前端面上的两个定心切削齿7，两个定心切削齿7对称设置，定心切削齿7的切削刃沿定心钻头主体6的径向设置。在成孔钻头主体1的凹芯4内加工有右旋螺纹孔，在定心钻头主体6的圆周面与下端面结合处开设有第一环形直角凹槽8，在第一环形直角凹槽8的圆周面上设置有右旋螺纹，定心钻头主体6的下端安装在凹芯4的右旋螺纹孔内。在成孔钻头主体1的前端面上开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有顶丝10，顶丝10的前端压紧定心钻头主体6的第一环形直角凹槽8的圆周面。定心钻头主体6的轴线与成孔钻头主体1的轴线重合，定心切削齿7穿过成孔钻头主体1的轴线，结合图4所示，定心切削齿7的切削角a为10度至12度，本实施例中切削角a为10度。定心切削齿7的最外端绕成孔钻头主体1的轴线旋转所形成的圆的半径为R1，成孔切削齿2的最内端绕成孔钻头主体1的轴线旋转所形成的圆的半径为R2，R2＜R1，本实施例中通过以下结构实现，在第一环形直角凹槽8的水平台阶与定心钻头主体6的圆周面的结合处开设有第二环形直角凹槽9，定心切削齿7的最外端与定心钻头主体6的圆周面平齐，成孔切削齿2的最内端位于第二环形直角凹槽9内，成孔切削齿2位于第二环形直角凹槽9的部分的长度为B，0.1≤B≤0.8毫米，本实施例中B选用0.75毫米。

在定心钻头主体6内开设有第一水道11，在成孔钻头主体1开设有第二水道12，第一水道11与第二水道12连通，结合图7所示，在定心钻头主体6的前端开设有2个第一出水孔13，第一出水孔13与定心切削齿7间隔分布，在成孔钻头主体1的前端也开设有3个第二出水孔21，第二出水孔21与成孔切削齿2间隔分布。

如图8、图9所示，切割翼3安装在成孔钻头主体1的中部侧表面的安装孔14内。安装孔14是横截面为矩形的，安装孔14的中心线与成孔钻头主体1的轴线垂直相交。切割翼3的后部与安装孔14靠近成孔钻头主体1后部的位置通过中心轴15铰接，中心轴15的轴线与成孔钻头主体1的轴线垂直相交，切割翼3绕中心轴15旋转后能够完全放入安装孔14中，在切割翼3的上端面，并且靠近切割翼3前部的位置上开设有出气口16，切割翼3的内部开设有出气管路17，出气管路17与出气口16连接，出气管路17的另一端通过中心轴15上的管路与成孔钻头主体1上的第二水道连通。在成孔钻头主体1中部的外表面上开设有一环形槽18，环形槽18位于中心轴15的前方，并且靠近切割翼3前部的位置，环形槽18内安装有限位弹簧19。结合图3所示，在成孔钻头主体1的中部侧表面开设有减重孔20，减重孔20位于中心轴15的上方，减重孔20为通孔，且穿过成孔钻头主体1的轴线，减重孔20的孔深方向与安装孔14的孔深方向垂直。本实施例中每个成孔切削齿2的切削刃、每个定心切削齿7的切削刃和切割翼3的切削刃上均安装有聚晶金刚石复合片。

本实用新型在工作时，把一种钻、扩定心组合钻头的尾部锥型螺纹与钻杆连接，开启钻机将钻头前端移至岩石表面，按岩石种类选定钻进参数，开始钻孔，钻进压力调到正常钻进压力的1/3，先钻φ50的引导孔，待钻进15mm后，调到正常钻进压力钻孔，当钻头上的限位弹簧距离岩石表面1.5厘米时，钻机停止工作，通过拉动限位弹簧的把手，将限位弹簧取下，然后开启钻机继续钻孔，在钻进过程中，根据地质参数、钻进深度、钻进扭矩变化和排屑情况判断是否达到煤层，在到达煤层后，如图10所示，通过控制压缩空气从切割翼3上的出气口喷出，形成一个反向推力，使切割翼3打开一个角度，与煤层22接触；当钻头继续旋转并向前进给时，在推力和离心力的共同作用下，切割翼3完全打开，形成煤层22全尺寸扩孔；根据岩石孔的出屑情况及钻进扭矩变化，确定已经完成钻孔、扩孔作业后，切换钻机档位，使钻头边旋转边后退，当钻头切割翼接触到岩石内壁时，岩石给切割翼一个推力，迫使切割翼回到钻体内，完成一个瓦斯抽排孔的钻、扩作业。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻、扩定心组合钻头，在成孔钻头主体(1)的前部固定安装有若干成孔切削齿(2)，在成孔钻头主体(1)的中部安装有切割翼(3)，在成孔切削齿(2)朝向成孔钻头主体(1)轴线的内端之间形成凹芯(4)，其特征在于：还包括定心破碎钻头(5)，所述定心破碎钻头(5)包括定心钻头主体(6)和固定安装在定心钻头主体(6)前端面上的至少一个定心切削齿(7)，所述定心切削齿(7)的切削刃沿定心钻头主体(6)的径向设置，所述定心破碎钻头(5)固定安装在凹芯(4)内，所述定心钻头主体(6)的轴线与成孔钻头主体(1)的轴线重合，所述定心切削齿(7)穿过成孔钻头主体(1)的轴线，所述定心切削齿(7)的切削角a为10度至12度，所述定心切削齿(7)的最外端绕成孔钻头主体(1)的轴线旋转所形成的圆的半径为R1，成孔切削齿(2)的最内端绕成孔钻头主体(1)的轴线旋转所形成的圆的半径为R2，R2＜R1。

2.根据权利要求1所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述凹芯(4)内开设有右旋螺纹孔，在所述定心钻头主体(6)的圆周面与下端面结合处开设有第一环形直角凹槽(8)，在第一环形直角凹槽(8)的圆周面上设置有右旋螺纹，所述定心钻头主体(6)的下端安装在凹芯(4)的右旋螺纹孔内，在第一环形直角凹槽(8)的水平台阶与定心钻头主体(6)的圆周面的结合处开设有第二环形直角凹槽(9)，所述定心切削齿(7)的最外端与定心钻头主体(6)的圆周面平齐，所述成孔切削齿(2)的最内端位于第二环形直角凹槽(9)内，成孔切削齿(2)位于第二环形直角凹槽(9)的部分的长度为B，0.1≤B≤0.8毫米。

3.根据权利要求2所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述成孔钻头主体(1)的前端面上开设有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有顶丝(10)，所述顶丝(10)的前端压紧所述定心钻头主体(6)的第一环形直角凹槽(8)的圆周面。

4.根据权利要求3所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述成孔切削齿(2)的切削角β为10度至12度。

5.根据权利要求4所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述定心切削齿(7)的个数为2个，对称设置，所述定心钻头主体(6)内开设有第一水道(11)，第一水道(11)与所述成孔钻头主体(1)内的第二水道(12)连通，在定心钻头主体(6)的前端开设有2个第一出水孔(13)，所述第一出水孔(13)与定心切削齿(7)间隔分布。

6.根据权利要求5所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述切割翼(3)安装在成孔钻头主体(1)的中部侧表面的安装孔(14)内，所述切割翼(3)的后部与安装孔(14)靠近成孔钻头主体(1)后部的位置通过中心轴(15)铰接，所述切割翼(3)绕中心轴(15)旋转后能够完全放入安装孔(14)中，在所述切割翼(3)的上端面，并且靠近切割翼(3)前部的位置上开设有出气口(16)，所述切割翼(3)的内部开设有出气管路(17)，所述出气管路(17)与出气口(16)连接，出气管路(17)的另一端通过中心轴(15)上的管路与成孔钻头主体(1)上的第二水道(12)连通。

7.根据权利要求6所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述成孔钻头主体(1)中部的外表面上开设有一环形槽(18)，所述环形槽(18)位于中心轴(15)的前方，并且靠近切割翼(3)前部的位置；所述环形槽(18)内安装有限位弹簧(19)。

8.根据权利要求7所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述安装孔(14)是横截面为矩形的矩形孔，所述安装孔(14)的中心线与成孔钻头主体(1)的轴线垂直相交，所述中心轴(15)的轴线与成孔钻头主体(1)的轴线垂直相交。

9.根据权利要求8所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述每个成孔切削齿(2)的切削刃、每个定心切削齿(7)的切削刃和切割翼(3)的切削刃上均安装有聚晶金刚石复合片。

10.根据权利要求9所述的一种钻、扩定心组合钻头，其特征在于：所述成孔钻头主体(1)的中部侧表面开设有减重孔(20)，所述减重孔(20)位于中心轴(15)的上方，所述减重孔(20)为通孔，且穿过成孔钻头主体(1)的轴线，所述减重孔(20)的孔深方向与安装孔(14)的孔深方向垂直。

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