CN85102035A - 具有两种排渣方式的潜孔钻具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到供钻岩用的钻具，更具体的是，一种能配用中心有孔或中心无孔的潜孔钻具。本发明设计的潜孔钻具，主要是解决活塞在冲程和回程的瞬间使其风压能得到充分利用，并且能有中心和旁侧排渣的效果，同时设计了一种中心有孔螺旋结构的钻头，以适应各种复杂岩层潜孔的需要。本发明的潜孔钻具，与中心有孔钻头配用，具有中心、旁侧同时排渣，与中心无孔钻头配用则单一的旁侧排渣。

Description

本发明涉及到供钻岩用的钻具。更具体地是一种能配用中心有孔或中心无孔钻头的潜孔钻具。

在本发明之前，有人设计了一种潜孔型钻岩机，试图解决能在广泛风压条件下作业，以提高钻孔的速度。但是这种类型的钻岩机，仍然分有阀或无阀配气，在排渣形式上采取中心或旁侧排渣，而且各自配有互不通用的中心有孔或中心无孔钻头。不仅如此，这种类型的钻岩机在作业时，遇到松、软、硬有裂缝等复杂岩层时，其钻头结构又受到限制，以致塌孔、卡钻频繁，钻速急剧下降，一些松、软物卡死活塞，造成不能正常作业。

本发明的目的在于，设计的潜孔钻具，能够解决活塞在冲程和回程的瞬间使其风压能得到充分利用;并且具有中心和旁侧排渣的效果;同时能配用各种结构形式的钻头，特别是一种中心有孔螺旋结构形式的钻头，以适应在复杂岩层上正常潜孔的需要。

本发明潜孔钻具为了达到上述目的，在设计上采取了以下结构和部件，即由一个圆锥体，其上截面有一接口连接压缩空气源，下截面连接一个抗磨损的外壳与一个接在外壳下端的卡钻套以卡住钻头;在外壳内设有一个皱形分离伞和异物储藏室，其下端有一个气压分配室和圆锥换向器，在其两侧有一换向气座，分配的气压通过在外壳内壁与内缸之间的两个风压通道的循环，使上、下气室形成各自的风压回路，活塞与内缸之间有一压差通道，其上端设置补充气室，下端连接通道交换器，在其作用下将风流换到中心气道或旁侧气道，无孔活塞在风压作用下，对螺旋钻头的中心气道风流换到中心气道或旁侧气道，无孔活塞在风压作用下，对螺旋钻头的中心气道风流进行挤压喷射，实现中心和旁侧同时排渣。

本发明设计的圆锥换向器重量与活塞重量之比在0.1∶0.15的范围;活塞直径与潜孔孔径之比在0.6∶0.61的范围;下气室进气截面与上气室进气截面之比在0.65∶0.66的范围;补充气室直径与上气室直径之比在0.72∶0.725的范围;补充气室深度与上气室直径之比在0.26∶0.27的范围;压差通道截面与下气室进气截面之比在0.2∶0.215的范围;螺旋钻头的底截面与潜孔孔径之比在1∶2的范围;无孔活塞上截面是中心气道截面的2.9～3倍;气压分配室腔内呈不规则凸凹形状;两个风压通道在外壳内壁与内缸之间。

由于上述条件，本发明潜孔钻具在对比试验实例中，取得了难以预料的积极效果，在广泛风压条件下，特别是在4～6kg/cm²的低风压下作业，与传统的和欧洲专利办事处1984年5月公报的刊号0099594 A2专利文献所述及国内同类型的潜孔钻具作对比试验更显示了本发明的优越性和积极效果。以下面例举试验实例。

本发明与J150中心有孔的球齿钻头配用，排渣中心旁侧同时进行，与三段式150旁侧排渣的潜孔钻具作台班潜孔效率比较，试验用YQ150A型潜孔钻机，该钻机共两根钻杆、转速30转/分，由操作人员在石灰岩层进行，8小时为一台班，试验记录见表一：

以上实验表明：本发明比旁侧排渣的潜孔钻具提高效率29%。

例二：

钻机与上述条件相同，本发明配用各种结构形成的钻头，在正常的白云岩层上作潜孔效率的比较见表二：

以上试验表明：在同等条件下螺旋钻头比其它结构形式的钻头在正常的白云岩上潜孔效率提高17.7%。

例三：

本发明配用J150中心有孔球齿钻头与三段式冲击器，配用四翼超前刃钻头，在有黄泥的白云岩上作潜孔比较，记录见表三：

试验表明：本发明可提高孔效率32.1%。

例四：

本发明与欧洲专利办事处1984年5月公布的刊号0099594A2专利文献所述例2，用90毫米的钻头，风压170磅/平方英寸，在石灰岩上用41.5分潜孔53英尺，本发明见表一，在石灰岩、风压5公斤/cm²的条件下，7小时潜孔90.2米，如果本发明，具备上述同等条件，可提高效率13%。而本发明的主要特征是上述专利而不具备的。

本发明的潜孔钻具，其结构和部件进一步用附图1～4来表明，图中所示阴影部分表示气道和气室，其它表示结构特征。

本发明的潜孔钻具由一个圆锥体接头（1），其上截面与压缩气源相连接，下端连接一个抗磨性的外壳（2），和一个接在外壳前端的卡钻套（3），其边侧设有悬挂销（5）、弹簧（6）、止退销（7），供提钻离开岩工作面和开钻时钻头接触岩石的伸缩动作，伸是打开气源。当气源进入接头（1）内，有一个能分离异物的皱形分离伞（8），随气源进入的异物分离到异物储藏室（9）里，气源继续由分离器（10），进入一个换向器座（11）的气道（12），和一个具有一定重量的圆锥换向器（13）的上端，沿外壳（2），内缸（14）之间的气压通道（15）到无孔活塞（16）沿压差通道（17）进入下气室（18），使无孔活塞（16）启动由A-B点上升。内缸（14）的下端有一个气道变换器（19）不断分配到钻头中心气道（20）及旁侧气道（21）里，无孔活塞（16）上端设有一补充气室（22），无孔活塞（16）抵至B点时换向座（11）封闭，并推动圆锥换向器（13）封闭，气流通向下气室道，迫使无孔活塞（16）返向，而补充气室（22）与上气室（24）气体混合推动无孔活塞（16），由B-A点冲击作功。在冲击的瞬间、压差通道（17）随时将剩余风压送入潜孔通道。而钻头中心气道（20）里气流借用无孔活塞（16）作功能进行挤压使之成为一般喷射流，喷射性的将冲击破碎的岩层送入潜孔孔腔。如遇有溶洞或裂缝，钻头中心气道（20）的气流失去喷射能力，这时以冲击声突变方式向操作者发出信号。频率可变，钻速降低，如岩层正常，钻速则自动随之增高，与中心无孔钻头配用由通道变换器（19）将中心气流分配到旁侧气道（21），实现传递信号。本发明适应于高低风压，也适应于干式或湿式凿岩。螺旋钻头（4），是由潜孔孔径 1/2 的突出截面（28），直接受冲击功破碎岩层，其斜截面的岩层相应被凿松，由分布在钻头圆锥面（29）呈螺旋状的合金柱通过冲击和转矩，进行崩溃性地破碎岩层。对松、软的岩层或黄泥实质上是崩溃性的扩孔。

本发明潜孔钻具，适应高低风压，特别在4～6公斤/cm²的低风压下显示了较高的钻速。在与中心有孔的钻头配用，具有中心、旁侧同时排渣的功能，当作业时遇到松、软物堵塞钻头中心孔时，不需停机清洗，则自动转为旁侧排渣，遇到正常岩层之后堵塞在钻头中心孔的松、软物自动脱落，则又恢复到中心、旁侧同时排渣，在与中心无孔的钻头配用，又是单一的旁侧排渣。不仅上述效果显示了优越性，本潜孔钻具所涉及的螺旋结构的钻头，解决了在作业时不卡钻、塌孔的难题，而且在松、软岩层上作业时，也有与正常岩层潜孔钻速一致的效果。

Claims (3)

1、一种供钻岩用的潜孔型钻具，本发明的特征在于用无孔活塞打中心有孔钻头的潜孔钻具的外壳(2)内包括设有一个皱形分离伞(8)和异物储藏室(9)，其下端有一个气压分配室(10)和圆锥换向器(13)，在其两侧有换向器座(11)，外壳(2)内壁与内缸(14)之间有两个气压通道(15)，活塞(16)与内缸(14)上气室(24)之同有一压差通道(17)，无孔活塞(16)上端设有一补充气室(22)，下端设有一下气室(18)联接一个通道变换器(19)，在其作用下，将风流变换到中心气道(20)旁侧气道(21)，无孔活塞(16)在风压作用下对螺旋钻头(4)的中心气道(20)风流进行挤压喷射，实现中心和旁侧同时排渣。

2、根据权利要求1所述，其特征在于皱形分离伞（8）的皱形槽容积与异物储藏室（9）的容积之比在1∶1的范围;圆锥换向器（13的重量与无孔活塞（16）的重置之比在0.1∶0.15的范围;无孔活塞（16）的上截面直径与潜孔孔径之比在0.6∶0.61的范围;下气室（18）进气截面与上气室（24）进气截面之比在0.65∶0.66的范围;补充气室（22）的直径与上气室（24）直径之比在0.72∶0.725的范围;补充气室（22）深度与上气室直径之比在0.26∶0.27的范围;压差通道（17）截面与下气室（18）进气截面之比在0.2∶0.215的范围;螺旋钻头（4）的底截面与潜孔孔径之比在1∶2的范围;无孔活塞（16）上截面是中心气道（20）截面的2.9～3倍;气压分配（10）腔内呈不规则的凸凹形状。

3、根据权利要求1～2所述、其特征在于螺旋钻头（4）分三翼和四翼两种形式，其圆锥面上的合金柱分布呈规则螺旋流线状，其钻头圆锥面与中心气道（20）垂直，夹角为15°

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