CN212508091U - 一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用pdc钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，包括钻头本体、围绕钻头本体周向布置的刀翼、设置在刀翼冠部的切削齿和设置在刀翼腰部的保径体；刀翼冠部包括依次设置的第一直线段、圆弧段和第二直线段，第一直线段、第二直线段均与圆弧段相切，第二直线段与刀翼腰部连接。本实用新型的钻头冠部轮廓呈直线‑圆弧‑直线的过渡形状，可以排布更多的切削齿，可使钻头与钻进岩石具有更高的适用性，降低了单切削齿破碎岩石的体积，提高了钻头寿命。本实用新型的刀翼冠部的每一个切削齿切削轨道不同，使钻头具有更多切削自由面，从而提高硬岩钻进破岩效率。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿机械设备技术领域，涉及一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头。
背景技术
在煤矿井下岩层钻孔施工中，多采用内凹型和平底型PDC钻头钻进，这两种钻头结构简单，在中硬以下地层取得了良好的使用效果。但是随着煤矿开采深度的增加，岩石的硬度逐步增加，在硬岩钻进中，常规内凹型及平底型PDC钻头经常因钻头磨损严重导致钻进效率低，或者因更换钻头导致辅助作业时间长等问题，特别是在长钻孔钻进中，该问题尤为突出。
为了克服煤矿井下硬岩钻进效率低的问题，目前行业内经常采用的方法为采用孕镶金刚石钻进，但是孕镶金刚石钻进效率低，且需要设备的钻速较高，一度制约煤矿井下硬岩钻进效率与钻头寿命。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提出一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，解决现有的钻头在硬岩钻进中钻头磨损、钻进效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，包括钻头本体、围绕钻头本体周向布置的刀翼、设置在刀翼冠部的切削齿和设置在刀翼腰部的保径体；所述的刀翼冠部包括依次设置的第一直线段、圆弧段和第二直线段，第一直线段、第二直线段均与圆弧段相切，第二直线段与刀翼腰部连接；
所述的第一直线段与钻头本体中心轴线的夹角为70°～75°，第二直线段与钻头本体中心轴线的夹角为0°～7°。
优选的，所述的圆弧段的圆弧半径为28～35mm。
优选的，所述的刀翼冠部的整体高度为40～60mm。
优选的，所述的切削齿沿着刀翼冠部分层错峰布置。
具体的，第一直线段上相邻切削齿的中心间距为4～5mm，圆弧段和第二直线段上相邻切削齿的中心间距为2～3mm。
进一步的，每个所述的刀翼腰部设置有多排反向合金体，所述的反向合金体呈阶梯状排布。
具体的，相邻刀翼之间形成排屑槽，排屑槽内设置有水眼。
具体的，刀翼腰部加工有保径齿槽，所述的保径体为镶焊在刀翼腰部的保径齿槽内的保径合金或敷焊在刀翼腰部的保径齿槽内的碳化钨氧化层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型的钻头冠部轮廓呈直线-圆弧-直线的过渡形状，可以排布更多的切削齿，可使钻头与钻进岩石具有更高的适用性，降低了单切削齿破碎岩石的体积，提高了钻头寿命。
(2)本实用新型的刀翼冠部的每一个切削齿切削轨道不同，使钻头具有更多切削自由面，从而提高硬岩钻进破岩效率。
(3)本实用新型的钻头采用多层反向切削齿，提高了钻头的反向切削能力，能够有效提高钻头事故处理能力。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本实用新型实施例记载的钻头结构示意图。
图2是本实用新型实施例记载的钻头结构示意图。
图3是本实用新型实施例记载的钻头本体的剖面示意图。
图中各标号表示为：
1-钻头本体，2-刀翼，3-切削齿，4-保径体，5-反向合金体，6-排屑槽，7-水眼；
201-刀翼冠部，202-刀翼腰部，203-第一直线段，204-圆弧段，205-第二直线段。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。
本实用新型具体实施例公开了一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，如图1所示，该PDC钻头包括钻头本体1、围绕钻头本体1周向布置的刀翼2、设置在刀翼冠部201的切削齿3以及设置在刀翼腰部202的保径体4。相邻刀翼2之间形成排屑槽6，排屑槽6内设置有水眼7，钻井液经水眼7喷出并顺着排屑槽6携带岩屑返出孔底。
如图3所示，刀翼2包括刀翼冠部201和刀翼腰部202，刀翼腰部202为沿钻头本体1竖直面部分。刀翼冠部201包括依次设置的第一直线段203、圆弧段204和第二直线段205，第一直线段203、第二直线段205均与圆弧段204相切，第二直线段205与刀翼腰部202连接。本实施例的刀翼冠部201剖面形成呈直线-圆弧-直线的形状，可以排布更多的切削齿3，可使钻头与钻进岩石具有更高的适用性，降低了单切削齿破碎岩石的体积，提高了钻头寿命。
具体的，本实施例中第一直线段203与钻头本体1中心轴线的夹角a为70°～75°，第二直线段205与钻头本体1中心轴线的夹角为0°～7°。更优选的，圆弧段204的圆弧半径为28～35mm，刀翼冠部201的整体高度h为40～60mm。
具体的，本实施例中刀翼的数量为3～4个，钻头中排布3～4个水眼7。
作为本实施例的优选方案，刀翼2的前段(即靠近钻头中心处的部分)为直线，后端为螺旋线形，增加切削效果。
作为本实施例的优选方案，切削齿3沿着刀翼冠部201分层错峰布置，即每个切削齿3在不同圆周上。这样每一个切削齿3的切削轨道都不同，使钻头具有更多切削自由面，从而提高硬岩钻进破岩效率。具体的，切削齿3采用优质金刚石复合片或硬质合金。
具体的，第一直线段203上相邻切削齿3的中心间距为4～5mm，圆弧段204和第二直线段205上相邻切削齿3的中心间距为2～3mm。
本实施例中，切削齿3的切削角度优选15°～18°，侧转角为5°～8°，该钻头采用与煤矿顶底板地层相适应的切削角度、侧转角度以及刀翼结构参数，能够提高钻头在相应岩层的钻进效率。
作为本实施例的优选方案，每个刀翼腰部202设置有多排反向合金体5，一般为2～4排，这些反向合金体5呈阶梯状排布。反向合金体5刃角为25°～35°。具体的，反向合金体5采用YG8优质硬质合金。
具体的，实施例的刀翼腰部202加工有保径齿窝槽，保径体4为镶焊在刀翼腰部202的保径齿窝槽内的保径合金或敷焊在刀翼腰部202的保径齿窝槽内的碳化钨氧化层，分别如图1和图2所示。具体的，保径合金采用金刚石聚晶或者YG8优质硬质合金。
具体的，实施例的钻头本体1采用机械加工、铸造、锻造或者粉末冶金烧结而成。具体加工工艺如下：首先采用机械加工、铸造、锻造或粉末冶金烧结等方式加工出钻头体毛坯，然后按照要求铣出刀翼2、刀翼2上的切削齿窝槽和保径齿窝槽，然后加工水眼7。
本实用新型的PDC钻头主要用于煤矿井下岩层钻孔施工，亦可用于其他矿山或工程钻孔施工，对提高硬岩钻进钻速，延长钻头寿命具有一定效果。
在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。
Claims (8)
1.一种煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，包括钻头本体(1)、围绕钻头本体(1)周向布置的刀翼(2)、设置在刀翼冠部(201)的切削齿(3)和设置在刀翼腰部(202)的保径体(4)，其特征在于，
所述的刀翼冠部(201)包括依次设置的第一直线段(203)、圆弧段(204)和第二直线段(205)，第一直线段(203)、第二直线段(205)均与圆弧段(204)相切，第二直线段(205)与刀翼腰部(202)连接；
所述的第一直线段(203)与钻头本体(1)中心轴线的夹角为70°～75°，第二直线段(205)与钻头本体(1)中心轴线的夹角为0°～7°。
2.如权利要求1所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，所述的圆弧段(204)的圆弧半径为28～35mm。
3.如权利要求1所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，所述的刀翼冠部(201)的整体高度为40～60mm。
4.如权利要求1所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，所述的切削齿(3)沿着刀翼冠部(201)分层错峰布置。
5.如权利要求1或4所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，第一直线段(203)上相邻切削齿(3)的中心间距为4～5mm，圆弧段(204)和第二直线段(205)上相邻切削齿(3)的中心间距为2～3mm。
6.如权利要求1所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，每个所述的刀翼腰部(202)设置有多排反向合金体(5)，所述的反向合金体(5)呈阶梯状排布。
7.如权利要求1所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，相邻刀翼(2)之间形成排屑槽(6)，排屑槽(6)内设置有水眼(7)。
8.如权利要求1所述的煤矿井下顶底板穿层钻孔用PDC钻头，其特征在于，刀翼腰部(202)加工有保径齿槽，所述的保径体(4)为镶焊在刀翼腰部(202)的保径齿槽内的保径合金或敷焊在刀翼腰部(202)的保径齿槽内的碳化钨氧化层。
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