CN210049831U - 高压射流辅助阶梯型钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压射流辅助阶梯型钻头，包括钻头基体、钻帽和合金球齿；柱形结构的钻头基体的前端设有大径段，大径段的前端面上设有钻帽安装区域，钻头基体的几何轴心位置还设有高压冷却液通道Ⅰ；钻帽同轴固定密闭安装在钻帽安装区域上，钻帽的后端几何轴心位置设有高压冷却液通道Ⅱ，钻帽的前端面上设有多个轴向喷口，钻帽的柱形外表面上设有多个径向喷口，轴向喷口和径向喷口均与高压冷却液通道Ⅱ连通设置；多个合金球齿分别镶嵌安装在钻帽以及大径段的前端面上。本高压射流辅助阶梯型钻头能够在降低钻头在钻进过程中的磨损量的前提下保持钻进速度，进而可以实现提高钻进效率，特别适用于在矿山作业过程中对坚硬、复杂岩层的钻孔作业。

Description

高压射流辅助阶梯型钻头

技术领域

本实用新型涉及一种钻头，具体是一种适用于对坚硬岩层进行钻孔的高压射流辅助阶梯型钻头，属于矿山岩层钻探技术领域。

背景技术

矿山采矿作业过程中，无论是锚杆锚索等围岩支护作业、还是在煤层中钻孔泄压进行矿井瓦斯治理作业等生产作业，均需要利用钻机对岩层进行钻孔操作，但矿山采矿作业环境恶劣、钻探过程粉尘量大，严重危害井下作业人员的身体健康。在钻探过程中，不可避免地会遇到坚硬岩层，因坚硬岩层硬度高、研磨性强，会造成钻头钻入困难、对岩石的破坏作用弱、破岩效率不高的现象，因此目前对坚硬岩层进行钻孔通常采用镶焊有碳化钨的硬质合金钻头。但坚硬岩层对嵌于钻头上的合金齿的损伤依然很大，合金齿磨损严重，不仅会致使钻头温度过高、而且合金齿极易磨损破裂，从而导致钻具使用寿命降低；另外，钻头钻入坚硬岩层过程中因受阻会产生速度降低的现在，进而会导致钻进破碎岩层的周期加长、成本增加。为保证对坚硬岩层的有效钻孔成型、且降低钻孔粉尘量，目前通常采用端部具有冷却液喷口的硬质合金钻头，即在钻取过程中通过喷射冷却液实现降温，但依然存在钻头钻入困难、对岩石的破坏作用弱、破岩效率不高的问题。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种高压射流辅助阶梯型钻头，能够在降低钻头在钻进过程中的磨损量的前提下保持钻进速度，进而可以实现提高钻进效率，特别适用于在矿山作业过程中对坚硬、复杂岩层的钻孔作业。

为实现上述目的，本高压射流辅助阶梯型钻头包括钻头基体、钻帽和合金球齿；

所述的钻头基体是柱形结构，钻头基体的前端设有同轴设置的大径段，大径段的前端面的几何中心位置设有钻帽安装区域，钻头基体的后端设有钻杆安装结构，钻头基体的几何轴心位置还设有沿前后方向贯穿钻头基体的高压冷却液通道Ⅰ；

所述的钻帽同轴固定密闭安装在钻头基体的钻帽安装区域上、且柱形结构的钻帽的外径尺寸小于大径段的外径尺寸，钻帽的后端几何轴心位置设有与高压冷却液通道Ⅰ连通设置的高压冷却液通道Ⅱ，钻帽的前端面上设有多个中心对称分布设置的轴向喷口，轴向喷口的喷射方向沿钻帽的轴向方向设置，钻帽的柱形外表面上沿周向方向设有多个均布设置的径向喷口，径向喷口的喷射方向沿钻帽的径向方向设置，轴向喷口和径向喷口均与高压冷却液通道Ⅱ连通设置；

所述的合金球齿设置为多个，多个合金球齿分别镶嵌安装在钻帽的前端面以及大径段的钻帽安装区域以外的其他前端面表面区域上，且多个合金球齿相对于大径段的轴心位置中心对称均布设置。

作为本实用新型的进一步改进方案，大径段的前端面和钻帽的前端面上设有多个沿前端面径向方向设置的导屑凹槽Ⅰ、且多个导屑凹槽Ⅰ相对于大径段的轴心位置中心对称均布设置，大径段和钻帽的柱形外表面上还设有与导屑凹槽Ⅰ连通设置的导屑凹槽Ⅱ、且导屑凹槽Ⅱ沿前后方向贯通设置在大径段和钻帽的柱形外表面上。

作为本实用新型导屑凹槽Ⅱ的一种实施方式，导屑凹槽Ⅱ是沿大径段的轴向方向设置的直槽结构。

作为本实用新型导屑凹槽Ⅱ的另一种实施方式，导屑凹槽Ⅱ是配合钻头旋向呈螺旋形结构。

作为本实用新型的进一步改进方案，钻帽通过螺纹连接同轴固定安装在钻头基体的钻帽安装区域上。

作为本实用新型的一种实施方式，钻头基体的钻帽安装区域是沉孔结构、且沉孔结构的孔形内表面上设有内螺纹，钻帽的后端设有与钻头基体的沉孔结构的内螺纹配合的外螺纹结构，且沉孔结构的孔底平面与钻帽的后端面之间设有配合设置的密封圈安装凹槽和密封圈。

作为本实用新型大径段的前端面和钻帽的前端面的一种实施方式，大径段的前端面和钻帽的前端面是平面结构。

作为本实用新型大径段的前端面和钻帽的前端面的另一种实施方式，大径段的前端面和钻帽的前端面是弧形拱面结构。

与现有技术相比，将本高压射流辅助阶梯型钻头通过钻杆安装结构安装在空心钻杆上使用时，钻帽首先与岩层表面接触，在钻机通过钻杆传递的推力和扭矩作用下，钻帽首先在岩层表面钻出小孔，待大径段的前端面接触岩层表面后，启动高压冷却液泵入系统，高压冷却液经空心钻杆进入钻头基体内的高压冷却液通道Ⅰ、并经高压冷却液通道Ⅱ由轴向喷口和径向喷口喷出作用于岩体，由轴向喷口喷出的高压冷却液一方面对钻进方向的岩层进行轴向切割，另一方面对钻帽前端面上的合金球齿进行降温，由径向喷口喷出的高压冷却液一方面对钻出的小孔的内壁岩层进行径向切割形成缝隙、以便于钻头基体的继续钻入，另一方面对大径段前端面上的合金球齿进行降温。本高压射流辅助阶梯型钻头能够在降低钻头在钻进过程中的磨损量的前提下保持钻进速度，进而可以实现提高钻进效率，特别适用于在矿山作业过程中对坚硬、复杂岩层的钻孔作业。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是图1的左视图。

图中：1、钻头基体，11、大径段，12、钻杆安装结构，13、高压冷却液通道Ⅰ，2、钻帽，21、高压冷却液通道Ⅱ，22、轴向喷口，23、径向喷口，3、合金球齿。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明(以下以图1的左右方向为前后方向进行描述)。

如图1所示，本高压射流辅助阶梯型钻头包括钻头基体1、钻帽2和合金球齿3。

所述的钻头基体1是柱形结构，钻头基体1的前端设有同轴设置的大径段11，大径段11可以是圆柱形结构、也可以是前大后小的圆台结构，大径段11的前端面的几何中心位置设有钻帽安装区域，钻头基体1的后端设有钻杆安装结构12，钻头基体1通过钻杆安装部件12安装在钻杆上，钻头基体1的几何轴心位置还设有沿前后方向贯穿钻头基体1的高压冷却液通道Ⅰ13。

所述的钻帽2同轴固定密闭安装在钻头基体1的钻帽安装区域上、且柱形结构的钻帽2的外径尺寸小于大径段11的外径尺寸，钻帽2的后端几何轴心位置设有与高压冷却液通道Ⅰ13连通设置的高压冷却液通道Ⅱ21，钻帽2的前端面上设有多个中心对称分布设置的轴向喷口22，轴向喷口22的喷射方向沿钻帽2的轴向方向设置，钻帽2的柱形外表面上沿周向方向设有多个均布设置的径向喷口23，径向喷口23的喷射方向沿钻帽2的径向方向设置，轴向喷口22和径向喷口23均与高压冷却液通道Ⅱ21连通设置。

所述的合金球齿3设置为多个，如图2所示，多个合金球齿3分别镶嵌安装在钻帽2的前端面以及大径段11的钻帽安装区域以外的其他前端面表面区域上，且多个合金球齿3相对于大径段11的轴心位置中心对称均布设置。

将本高压射流辅助阶梯型钻头通过钻杆安装结构12安装在空心钻杆上使用时，钻帽2首先与岩层表面接触，在钻机通过钻杆传递的推力和扭矩作用下，钻帽2首先在岩层表面钻出小孔，待大径段11的前端面接触岩层表面后，启动高压冷却液泵入系统，高压冷却液经空心钻杆进入钻头基体1内的高压冷却液通道Ⅰ13、并经高压冷却液通道Ⅱ21由轴向喷口22和径向喷口23喷出作用于岩体。由轴向喷口22喷出的高压冷却液一方面对钻进方向的岩层进行轴向切割，另一方面对钻帽2前端面上的合金球齿3进行降温；由径向喷口23喷出的高压冷却液一方面对钻出的小孔的内壁岩层进行径向切割形成缝隙、以便于钻头基体1的继续钻入，另一方面对大径段11前端面上的合金球齿3进行降温。

为了便于碎屑排出，作为本实用新型的进一步改进方案，如图2所示，大径段11的前端面和钻帽2的前端面上设有多个沿前端面径向方向设置的导屑凹槽Ⅰ、且多个导屑凹槽Ⅰ相对于大径段11的轴心位置中心对称均布设置，大径段11和钻帽2的柱形外表面上还设有与导屑凹槽Ⅰ连通设置的导屑凹槽Ⅱ、且导屑凹槽Ⅱ沿前后方向贯通设置在大径段11和钻帽2的柱形外表面上。

作为本实用新型导屑凹槽Ⅱ的一种实施方式，导屑凹槽Ⅱ是沿大径段11的轴向方向设置的直槽结构。

作为本实用新型导屑凹槽Ⅱ的另一种实施方式，导屑凹槽Ⅱ是配合钻头旋向呈螺旋形结构。

为了便于更换钻帽2以保证钻孔效率，作为本实用新型的进一步改进方案，钻帽2通过螺纹连接同轴固定安装在钻头基体1的钻帽安装区域上。螺纹连接的旋向需与钻杆的旋向相反设置以防止钻孔过程中钻帽2的脱落。

为了便于加工制作，作为本实用新型的一种实施方式，如图1所示，钻头基体1的钻帽安装区域是沉孔结构、且沉孔结构的孔形内表面上设有内螺纹，钻帽2的后端设有与钻头基体1的沉孔结构的内螺纹配合的外螺纹结构，且沉孔结构的孔底平面与钻帽2的后端面之间设有配合设置的密封圈安装凹槽和密封圈。

作为本实用新型大径段11的前端面和钻帽2的前端面的一种实施方式，如图1所示，大径段11的前端面和钻帽2的前端面是平面结构。

作为本实用新型大径段11的前端面和钻帽2的前端面的另一种实施方式，大径段11的前端面和钻帽2的前端面是弧形拱面结构。

Claims (8)

1.一种高压射流辅助阶梯型钻头，包括钻头基体(1)和合金球齿(3)；钻头基体(1)是柱形结构，钻头基体(1)的前端设有同轴设置的大径段(11)，钻头基体(1)的后端设有钻杆安装结构(12)，钻头基体(1)的几何轴心位置还设有沿前后方向贯穿钻头基体(1)的高压冷却液通道Ⅰ(13)；合金球齿(3)设置为多个、且多个合金球齿(3)相对于大径段(11)的轴心位置中心对称均布设置；其特征在于，

所述的大径段(11)的前端面的几何中心位置设有钻帽安装区域；

高压射流辅助阶梯型钻头还包括钻帽(2)，钻帽(2)同轴固定密闭安装在钻头基体(1)的钻帽安装区域上、且柱形结构的钻帽(2)的外径尺寸小于大径段(11)的外径尺寸，钻帽(2)的后端几何轴心位置设有与高压冷却液通道Ⅰ(13)连通设置的高压冷却液通道Ⅱ(21)，钻帽(2)的前端面上设有多个中心对称分布设置的轴向喷口(22)，轴向喷口(22)的喷射方向沿钻帽(2)的轴向方向设置，钻帽(2)的柱形外表面上沿周向方向设有多个均布设置的径向喷口(23)，径向喷口(23)的喷射方向沿钻帽(2)的径向方向设置，轴向喷口(22)和径向喷口(23)均与高压冷却液通道Ⅱ(21)连通设置；

多个合金球齿(3)分别镶嵌安装在钻帽(2)的前端面以及大径段(11)的钻帽安装区域以外的其他前端面表面区域上。

2.根据权利要求1所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，大径段(11)的前端面和钻帽(2)的前端面上设有多个沿前端面径向方向设置的导屑凹槽Ⅰ、且多个导屑凹槽Ⅰ相对于大径段(11)的轴心位置中心对称均布设置，大径段(11)和钻帽(2)的柱形外表面上还设有与导屑凹槽Ⅰ连通设置的导屑凹槽Ⅱ、且导屑凹槽Ⅱ沿前后方向贯通设置在大径段(11)和钻帽(2)的柱形外表面上。

3.根据权利要求2所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，导屑凹槽Ⅱ是沿大径段(11)的轴向方向设置的直槽结构。

4.根据权利要求2所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，导屑凹槽Ⅱ是配合钻头旋向呈螺旋形结构。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，钻帽(2)通过螺纹连接同轴固定安装在钻头基体(1)的钻帽安装区域上。

6.根据权利要求5所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，钻头基体(1)的钻帽安装区域是沉孔结构、且沉孔结构的孔形内表面上设有内螺纹，钻帽(2)的后端设有与钻头基体(1)的沉孔结构的内螺纹配合的外螺纹结构，且沉孔结构的孔底平面与钻帽(2)的后端面之间设有配合设置的密封圈安装凹槽和密封圈。

7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，大径段(11)的前端面和钻帽(2)的前端面是平面结构。

8.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高压射流辅助阶梯型钻头，其特征在于，大径段(11)的前端面和钻帽(2)的前端面是弧形拱面结构。

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