CN108222841A - 一种复合凿岩钻具及凿岩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合凿岩钻具及凿岩方法，其中复合凿岩钻具，包括钻杆、潜孔冲击器和牙轮钻头，钻杆一端为钻头端，潜孔冲击器沿钻杆的中心轴线套设于钻头端，围绕钻杆的中心轴线在钻头端上沿周向设置多个牙轮钻头，潜孔冲击器上设有冲击器钻头，冲击器钻头的工作面沿钻杆的工作前进方向的伸出长度大于牙轮钻头的工作面沿钻杆的工作前进方向的伸出长度；其中凿岩方法，采用上述的复合凿岩钻具进行凿岩，首先让冲击器钻头接触岩面并钻凿出小孔径的中心孔，然后牙轮钻头开始接触中心孔周围的岩面并进行钻凿。本发明提供的复合凿岩钻具及凿岩方法，能够实现大直径深度凿岩，从而提高钻孔凿岩设备的效率，降低开采能耗。

Description

一种复合凿岩钻具及凿岩方法

技术领域

本发明涉及冲击凿岩设备领域，具体涉及一种复合凿岩钻具及凿岩方法。

背景技术

采矿业在我国的发展十分迅速，近几年矿业产值和采矿设备的投入都在以40％速度增长，其中露天黑色金属矿和有色金属矿的投资规模均已超过1000亿元。矿山开采主要包括露天开采、地下开采和海洋采矿三个部分，其中露天开采产量占矿山开采总量的60％以上。

在大型露天矿山开采中普遍采用钻孔***法对矿石进行破碎。现在矿山钻孔凿岩设备主要包括顶锤式液压凿岩钻机，潜孔钻机和牙轮钻机。而炮孔的参数决定了钻机的作业效率和能耗，同样的***区，如果炮孔直径增大，则炮孔间距可以增大，这样可以减小钻机由于频繁移位而造成的能量损耗；同样的炮孔直径和炮孔间距，增加炮孔深度，则钻机一次钻孔的***量迅速增加，同样降低了钻机的能耗，提高了钻孔效率。增加孔径和孔深，对钻孔凿岩设备提出了新的挑战。

因此，需要一种能够实现大直径深度凿岩，从而提高钻孔凿岩设备的效率，降低其开采能耗的复合凿岩钻具及凿岩方法以推动大型矿山钻孔凿岩关键技术的发展。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合凿岩钻具及凿岩方法，具体技术方案如下：

所述复合凿岩钻具包括钻杆、潜孔冲击器和牙轮钻头，所述钻杆一端为钻头端，所述潜孔冲击器沿所述钻杆的中心轴线套设于所述钻头端，围绕所述钻杆的中心轴线在所述钻头端上沿周向设置多个所述牙轮钻头，所述潜孔冲击器上设有冲击器钻头，所述冲击器钻头的工作面和所述牙轮钻头的工作面均朝向所述钻杆的工作前进方向，且所述冲击器钻头的工作面沿所述钻杆的工作前进方向的伸出长度大于所述牙轮钻头的工作面沿所述钻杆的工作前进方向的伸出长度。

优选地，所述牙轮钻头的工作面朝所述钻杆中心轴线倾斜，且所述牙轮钻头的轴线与所述钻杆的中心轴线的夹角为30°至45°。

优选地，所述钻杆包括沿钻杆中心轴线串联固定连接的过渡钻杆和钻头架，所述钻头架设置在所述钻头端，所述钻头架上设置有多个牙轮钻头。

优选地，所述钻杆内部沿中心轴线设有第一限位套和第二限位套用于套设所述潜孔冲击器，所述第一限位套远离所述潜孔冲击器设有所述冲击器钻头的一端设置，所述第二限位套靠近所述潜孔冲击器设有所述冲击器钻头的一端设置。

优选地，所述潜孔冲击器一端设有冲击器钻头，所述潜孔冲击器另一端设有连接头用于外接钻具带动所述潜孔冲击器转动。

利用上述复合凿岩钻具进行凿岩作业的方法，具体包括如下步骤：

步骤一、所述潜孔冲击器上设有的所述冲击器钻头接触岩面并钻凿出小孔径的中心孔；

步骤二、推进所述复合凿岩钻具，所述牙轮钻头开始接触岩面并进行钻凿，围绕所述中心孔形成大口径的钻孔。

优选地，将外部动力机构与所述复合凿岩钻具连接并推向工作点，使所述钻杆旋转并带动所述牙轮钻头和所述潜孔冲击器旋转

应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

(1)本发明在钻杆上同时配备牙轮钻头和潜孔冲击器，且潜孔冲击器和牙轮钻头一前一后设置，潜孔冲击器上的冲击器钻头靠前，牙轮钻头靠后，在钻凿操作中，冲击器钻头首先接触工作岩层并钻凿出小口径的中心孔，通过钻凿中心孔使得被钻岩石内部形成自由面，有利于牙轮钻头进一步扩孔钻凿，提高破岩效率，同时由于冲击器的冲击凿岩，中心孔周围岩石被预先损伤，降低了后续牙轮钻头钻凿岩石时的扭矩，大大提高了钻孔效率，减少了钻具磨损，显著降低了开采能耗

(2)本发明中牙轮钻头的轴线与钻杆的中心轴线的夹角为30°至45°，最大程度实现牙轮钻凿扩孔的功；同时本发明中的钻杆分为过渡钻杆和钻头架，便于产品的生产成型以及装配。

(3)本发明通过设置限位套稳定潜孔冲击器套设在钻杆内部，结构简单可靠；同时本发明中的潜孔冲击器一端设有连接头以便于外接动力机构带动钻具转动。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例1的复合凿岩钻具的结构示意图；

其中，1、牙轮钻头，2、钻杆，2.1、过渡钻杆，2.2、钻头架，3、潜孔冲击器，3.1、连接头，3.2、冲击器钻头，4、第一限位套，5、第二限位套，6、中心孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种复合凿岩钻具，参见图1，包括钻杆2、潜孔冲击器3和牙轮钻头1，所述钻杆2一端为钻头端，所述潜孔冲击器3沿所述钻杆2的中心轴线套设于所述钻头端，围绕所述钻杆2的中心轴线在所述钻头端上沿周向设置多个所述牙轮钻头1，所述潜孔冲击器3上设有冲击器钻头3.2，所述冲击器钻头3.2的工作面和所述牙轮钻头1的工作面均朝向所述钻杆2的工作前进方向，且所述冲击器钻头3.2的工作面沿所述钻杆2的工作前进方向的伸出长度大于所述牙轮钻头1的工作面沿所述钻杆2的工作前进方向的伸出长度。

所述牙轮钻头1的工作面朝所述钻杆2中心轴线倾斜，且所述牙轮钻头1的轴线与所述钻杆2的中心轴线的夹角为30°至45°。

所述钻杆2包括沿钻杆2中心轴线串联固定连接的过渡钻杆2.1和钻头架2.2，所述钻头架2.2设置在所述钻头端，多个所述牙轮钻头1设置在所述钻头架2.2上。

所述钻杆2内部沿中心轴线设有第一限位套4和第二限位套5用于套设所述潜孔冲击器3，所述第一限位套4远离所述潜孔冲击器3设有所述冲击器钻头3.2的一端设置，所述第二限位套5靠近所述潜孔冲击器3设有所述冲击器钻头3.2的一端设置。

所述潜孔冲击器3一端设有冲击器钻头3.2，所述潜孔冲击器3另一端设有连接头3.1用于外接钻具带动所述潜孔冲击器3转动。

上述复合凿岩钻具工作时，首先将外部动力机构与所述复合凿岩钻具连接并推向工作点，使所述钻杆2旋转并带动所述牙轮钻头1和所述潜孔冲击器3旋转；然后推动所述复合凿岩钻具向前，所述潜孔冲击器3上设有的所述冲击器钻头3.2首先接触岩面并钻凿出小孔径的中心孔6；最后继续推进所述复合凿岩钻具，所述牙轮钻头1开始接触岩面并进行钻凿，围绕所述中心孔6形成大口径的钻孔。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合凿岩钻具，其特征在于，包括钻杆(2)、潜孔冲击器(3)和牙轮钻头(1)，所述钻杆(2)一端为钻头端，所述潜孔冲击器(3)沿所述钻杆(2)的中心轴线套设于所述钻头端，围绕所述钻杆(2)的中心轴线在所述钻头端上沿周向设置多个所述牙轮钻头(1)，所述潜孔冲击器(3)上设有冲击器钻头(3.2)，所述冲击器钻头(3.2)的工作面和所述牙轮钻头(1)的工作面均朝向所述钻杆(2)的工作前进方向，且所述冲击器钻头(3.2)的工作面沿所述钻杆(2)的工作前进方向的伸出长度大于所述牙轮钻头(1)的工作面沿所述钻杆(2)的工作前进方向的伸出长度。

2.根据权利要求1所述的复合凿岩钻具，其特征在于，所述牙轮钻头(1)的工作面朝所述钻杆(2)中心轴线倾斜，且所述牙轮钻头(1)的轴线与所述钻杆(2)的中心轴线的夹角为30°至45°。

3.根据权利要求1所述的复合凿岩钻具，其特征在于，所述钻杆(2)包括沿钻杆(2)中心轴线串联固定连接的过渡钻杆(2.1)和钻头架(2.2)，所述钻头架(2.2)设置在所述钻头端，所述钻头架(2.2)上设置有多个牙轮钻头(1)。

4.根据权利要求1所述的复合凿岩钻具，其特征在于，所述钻杆(2)内部沿中心轴线设有第一限位套(4)和第二限位套(5)用于套设所述潜孔冲击器(3)，所述第一限位套(4)远离所述潜孔冲击器(3)设有所述冲击器钻头(3.2)的一端设置，所述第二限位套(5)靠近所述潜孔冲击器(3)设有所述冲击器钻头(3.2)的一端设置。

5.根据权利要求1所述的复合凿岩钻具，其特征在于，所述潜孔冲击器(3)一端设有冲击器钻头(3.2)，所述潜孔冲击器(3)另一端设有连接头(3.1)用于外接钻具带动所述潜孔冲击器(3)转动。

6.一种凿岩方法，其特征在于，采用如权利要求1至5任一项所述的复合凿岩钻具，具体包括如下步骤：

步骤一、所述潜孔冲击器(3)上设有的所述冲击器钻头(3.2)接触岩面并钻凿出小孔径的中心孔(6)；

步骤二、推进所述复合凿岩钻具，所述牙轮钻头(1)开始接触岩面并进行钻凿，围绕所述中心孔(6)形成大口径的钻孔。

7.根据权利要求6所述的凿岩方法，其特征在于，将外部动力机构与所述复合凿岩钻具连接并推向工作点，使所述钻杆(2)旋转并带动所述牙轮钻头(1)和所述潜孔冲击器(3)旋转。