CN109869096A - 金刚镀膜钻头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程钻探、煤层探矿钻具配件领域，尤其是金刚镀膜钻头。本发明包括破碎头、与破碎头一体成型且位于破碎头下端的第一连接端、设置于第一连接端下端的第二连接端和设置于第二连接端侧面下部的加固机构；钻杆连接端、第一磨料射流通道、第二磨料射流通道、第三磨料射流通道和磨料射流口相互连通；破碎头、第一连接端、第二连接端、防护套和弧形板的外壁上均设置有纳米金刚石镀膜层。本发明的金刚镀膜钻头，在沉积岩环形下钻孔时能够一边钻孔一边对孔壁进行固定，极大减轻了退钻过程中因塌陷而产生的掉钻现象；钻头采用分体式设计的同时确保钻头整体稳固性，钻探完成后将钻头拆分，对钻头内部磨料通道进行清洗，有效防止堵塞的产生。

Description

金刚镀膜钻头

技术领域

本发明涉及工程钻探、煤层探矿钻具配件领域，尤其是金刚镀膜钻头。

背景技术

在煤矿钻井过程中，钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。煤矿中巷道围岩主要为沉积岩，沉积岩强度较低，采用常规的钻头进行钻孔，特别是在打设深孔时，由于巷道围岩裂隙的发育，打钻后往往造成孔壁塌陷，甚至打孔区域大范围塌孔，使得钻头和钻杆难以退出。此外，为了加速钻孔效率，通常会在钻孔过程中配合加入磨料，但是由于采用磨料水射流与传统方式的联合钻进，导致装备复杂，施工工艺繁琐，在煤矿井下的适用范围较小，尤其是填加磨料困难，无法实现磨料的连续添加，导致影响施工进度。

中国专利CN104533293B授权公告的一种煤矿巷道岩土加固防塌孔钻头，包括同轴设置的前钻头和后钻头，前钻头与后钻头背向设置，所述后钻头的直径小于前钻头的直径；所述后钻头内设有钻杆安装孔，所述钻杆安装孔与后钻头同轴设置。该发明通过在前钻头尾部连接与之方向相反的后钻头，使得退杆时塌孔后的煤岩体可以被后钻头清理掉，方便钻头与钻杆退出。但是该技术为了方便将前钻头钻下的岩土顺利排出，设计时后钻头较前钻头小，导致在钻孔塌陷不严重时，后钻头对钻孔起不到很好的扩孔作用，而前钻头在退钻过程中仍易遇到阻碍而产生掉钻现象。

中国专利CN103556947B授权公告的一种煤矿井下自吸式磨料射流钻头及钻孔方法，包括磨料射流喷嘴、自吸装置和主体破碎齿结构。自吸装置由腔体、过滤网、位于腔体内的支撑环与位于腔体后端的进口喷嘴组成。本发明可使钻进过程中产生的煤岩屑经过滤网筛选，进入自吸装置腔体内部，与水射流充分混合后形成磨料射流，从磨料射流喷嘴喷出，对煤岩体进行先导破碎。所述钻头主体破碎结构由三枚切割片和三个主体破碎齿组成，在其机械破碎作用下形成终孔。该技术在使用时，自吸装置容易堵塞，且自吸装置吸入的颗粒较大时钻头内部狭小区域易形成堵塞，清理不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供金刚镀膜钻头，克服前述现有技术的不足，使钻头在沉积岩环形下钻孔时能够一边钻孔一边对孔壁进行固定，极大减轻了退钻过程中因塌陷而产生的掉钻现象，钻头采用分体式设计的同时确保钻头整体稳固性，钻探完成后将钻头拆分，对钻头内部磨料通道进行清洗，有效防止堵塞的产生。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种金刚镀膜钻头，包括破碎头、与破碎头一体成型且位于破碎头下端的第一连接端、设置于第一连接端下端的第二连接端和设置于第二连接端侧面下部的加固机构；所述破碎头上对称设置有多个破碎齿；所述第一连接端底面设置有内螺纹槽，所述第二连接端底面设置有外螺纹凸起，第一连接端和第二连接端通过内螺纹槽与外螺纹凸起的配合旋接固定；所述第二连接端下端设置有钻杆连接端，钻杆连接端上方设置有第一磨料射流通道，外螺纹凸起中心设置有上下贯穿的第二磨料射流通道，第一连接端中部设置有上下贯穿的第三磨料射流通道，破碎头中心设置有上下贯穿的磨料射流口，钻杆连接端、第一磨料射流通道、第二磨料射流通道、第三磨料射流通道和磨料射流口相互连通；所述加固机构包括左右对称设置有的电动伸缩杆和分别设置于第二连接端左右两侧且通过电动伸缩杆固定的弧形板。

进一步的，所述与金刚镀膜钻头连接的钻杆为空腔结构，射流用磨料从钻杆空腔结构内输入。

进一步的，所述钻杆外径为第二连接端的外径的0.7-0.75倍。

进一步的，所述第一磨料射流通道呈下宽上窄的锥形结构，第一磨料射流通道的下端直径与钻杆空腔结构的内径大小相同，第一磨料射流通道的上端直径为其下端直径的0.32-0.37倍。

进一步的，所述第二磨料射流通道呈柱状结构，第二磨料射流通道的直径等于第一磨料射流通道的上端直径，第二磨料射流通道的直径为外螺纹凸起的外径的0.45-0.5倍。

进一步的，所述第三磨料射流通道呈下宽上窄的锥形结构，第三磨料射流通道的下端直径等于第二磨料射流通道的直径，第三磨料射流通道上端直径为其下端直径的0.58-0.62倍。

进一步的，所述磨料射流口呈下宽上窄的锥形结构，磨料射流口的下端直径等于第三磨料射流通道的上端直径，磨料射流口的上端直径为其下端直径的0.82-0.86倍。

进一步的，所述加固机构的弧形板为四分之一圆弧板，电动伸缩杆处于完全伸出状态时，两个弧形板位于同一圆周，且该圆周的直径比金刚镀膜钻头所钻的钻孔直径大2-10mm。

进一步的，所述第一连接端外壁中上部设置有第一环形凹槽，所述第二连接端的外壁中部设置有第二环形凹槽，所述第一连接端和第二连接端外壁设置有防护套，所述防护套分为左右对称的两部分，防护套左右对称的两部分接触端均设置有耳板，通过螺栓和螺母穿过耳板将防护套固定为一体，防护套内设置有与第一环形凹槽相配合的第一环形凸起和与第二环形凹槽相配合的第二环形凸起，防护套上端形状与破碎头下端的形状相配合，电动伸缩杆完全收缩时，弧形板与防护套下端相接触。

进一步的，所述破碎头、第一连接端、第二连接端、防护套和弧形板的外壁上均设置有纳米金刚石镀膜层。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的金刚镀膜钻头具有以下有益效果：(1)钻头在沉积岩环形下钻孔时能够一边钻孔一边对孔壁进行固定，极大减轻了退钻过程中因塌陷而产生的掉钻现象；(2)钻头采用分体式设计的同时确保钻头整体稳固性，钻探完成后将钻头拆分，对钻头内部磨料通道进行清洗，有效防止堵塞的产生；(3)钻头表现设置纳米金刚石镀膜层，极大延长了其使用寿命。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明防护套结构示意放大图；

图3为本发明防护套拆分后的结构示意放大图；

其中，1破碎头、2第一连接端、3第二连接端、4内螺纹槽、5外螺纹凸起、6钻杆连接端、7第一磨料射流通道、8第二磨料射流通道、9第三磨料射流通道、10磨料射流口、11电动伸缩杆、12弧形板、13第一环形凹槽、14第二环形凹槽、15防护套、16耳板、17第一环形凸起、18第二环形凸起。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示实施例中，一种金刚镀膜钻头，包括破碎头1、与破碎头1一体成型且位于破碎头1下端的第一连接端2、设置于第一连接端2下端的第二连接端3和设置于第二连接端3侧面下部的加固机构；所述破碎头1上对称设置有多个破碎齿；所述第一连接端2底面设置有内螺纹槽4，所述第二连接端3底面设置有外螺纹凸起5，第一连接端2和第二连接端3通过内螺纹槽4与外螺纹凸起5的配合旋接固定；所述第二连接端3下端设置有钻杆连接端6，钻杆连接端6上方设置有第一磨料射流通道7，外螺纹凸起5中心设置有上下贯穿的第二磨料射流通道8，第一连接端2中部设置有上下贯穿的第三磨料射流通道9，破碎头1中心设置有上下贯穿的磨料射流口10，钻杆连接端6、第一磨料射流通道7、第二磨料射流通道8、第三磨料射流通道9和磨料射流口10相互连通；所述加固机构包括左右对称设置有的电动伸缩杆11和分别设置于第二连接端3左右两侧且通过电动伸缩杆11固定的弧形板12。

本实施例中，所述与金刚镀膜钻头连接的钻杆为空腔结构，射流用磨料从钻杆空腔结构内输入。所述钻杆外径为第二连接端3的外径的0.72倍。所述第一磨料射流通道7呈下宽上窄的锥形结构，第一磨料射流通道7的下端直径与钻杆空腔结构的内径大小相同，第一磨料射流通道7的上端直径为其下端直径的0.35倍。所述第二磨料射流通道8呈柱状结构，第二磨料射流通道8的直径等于第一磨料射流通道7的上端直径，第二磨料射流通道8的直径为外螺纹凸起5的外径的0.48倍。所述第三磨料射流通道9呈下宽上窄的锥形结构，第三磨料射流通道9的下端直径等于第二磨料射流通道8的直径，第三磨料射流通道9上端直径为其下端直径的0.6倍。所述磨料射流口10呈下宽上窄的锥形结构，磨料射流口10的下端直径等于第三磨料射流通道9的上端直径，磨料射流口10的上端直径为其下端直径的0.84倍。

本实施例中，所述加固机构的弧形板12为四分之一圆弧板，电动伸缩杆11处于完全伸出状态时，两个弧形板12位于同一圆周，且该圆周的直径比金刚镀膜钻头所钻的钻孔直径大2-10mm。

本实施例中，所述第一连接端2外壁中上部设置有第一环形凹槽13，所述第二连接端3的外壁中部设置有第二环形凹槽14，所述第一连接端2和第二连接端3外壁设置有防护套15，所述防护套15分为左右对称的两部分，防护套15左右对称的两部分接触端均设置有耳板16，通过螺栓和螺母穿过耳板16将防护套15固定为一体，防护套15内设置有与第一环形凹槽13相配合的第一环形凸起17和与第二环形凹槽14相配合的第二环形凸起18，防护套15上端形状与破碎头1下端的形状相配合，电动伸缩杆11完全收缩时，弧形板12与防护套15下端相接触。

本实施例中，所述破碎头1、第一连接端2、第二连接端3、防护套15和弧形板12的外壁上均设置有纳米金刚石镀膜层。

工作原理：本发明的金刚镀膜钻头，安装时，将第一连接端2与第二连接端3旋接固定，两半式的防护套15中第一环形凹槽13和第一环形凸起17对应，第二环形凹槽14和第二环形凸起18对应，将两半式的防护套15通过螺栓和螺母固定锁紧，形成稳固的钻头整体；使用时，磨料从钻杆输入，经第一磨料射流通道7进行一次增压后通过第二磨料射流通道8进入第三磨料射流通道9二次增压，然后从磨料射流口10增压射流出，对沉积岩表面形成破坏，破碎头1对破坏的沉积岩表面进行钻孔，钻进过程中，加固机构的弧形板12随钻杆和破碎头1快速旋转，由于弧形板位于的圆周直径较钻孔直径大2-10mm，弧形板对本身较松的沉积岩钻孔表面形成旋转压紧，对钻孔增固，推杆时控制电动伸缩杆11收缩，弧形板12与第二连接端3接触，收回钻头，钻头收出后将钻杆拆下，拆开钻头的防护套15，对第一磨料射流通道7、第二磨料射流通道8、第三磨料射流通道9和磨料射流口10进行反冲冲洗。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种金刚镀膜钻头，其特征在于：包括破碎头、与破碎头一体成型且位于破碎头下端的第一连接端、设置于第一连接端下端的第二连接端和设置于第二连接端侧面下部的加固机构；所述破碎头上对称设置有多个破碎齿；所述第一连接端底面设置有内螺纹槽，所述第二连接端底面设置有外螺纹凸起，第一连接端和第二连接端通过内螺纹槽与外螺纹凸起的配合旋接固定；所述第二连接端下端设置有钻杆连接端，钻杆连接端上方设置有第一磨料射流通道，外螺纹凸起中心设置有上下贯穿的第二磨料射流通道，第一连接端中部设置有上下贯穿的第三磨料射流通道，破碎头中心设置有上下贯穿的磨料射流口，钻杆连接端、第一磨料射流通道、第二磨料射流通道、第三磨料射流通道和磨料射流口相互连通；所述加固机构包括左右对称设置有的电动伸缩杆和分别设置于第二连接端左右两侧且通过电动伸缩杆固定的弧形板。

2.根据权利要求1所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述与金刚镀膜钻头连接的钻杆为空腔结构，射流用磨料从钻杆空腔结构内输入。

3.根据权利要求2所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述钻杆外径为第二连接端的外径的0.7-0.75倍。

4.根据权利要求3所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述第一磨料射流通道呈下宽上窄的锥形结构，第一磨料射流通道的下端直径与钻杆空腔结构的内径大小相同，第一磨料射流通道的上端直径为其下端直径的0.32-0.37倍。

5.根据权利要求4所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述第二磨料射流通道呈柱状结构，第二磨料射流通道的直径等于第一磨料射流通道的上端直径，第二磨料射流通道的直径为外螺纹凸起的外径的0.45-0.5倍。

6.根据权利要求5所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述第三磨料射流通道呈下宽上窄的锥形结构，第三磨料射流通道的下端直径等于第二磨料射流通道的直径，第三磨料射流通道上端直径为其下端直径的0.58-0.62倍。

7.根据权利要求5所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述磨料射流口呈下宽上窄的锥形结构，磨料射流口的下端直径等于第三磨料射流通道的上端直径，磨料射流口的上端直径为其下端直径的0.82-0.86倍。

8.根据权利要求1所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述加固机构的弧形板为四分之一圆弧板，电动伸缩杆处于完全伸出状态时，两个弧形板位于同一圆周，且该圆周的直径比金刚镀膜钻头所钻的钻孔直径大2-10mm。

9.根据权利要求1所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述第一连接端外壁中上部设置有第一环形凹槽，所述第二连接端的外壁中部设置有第二环形凹槽，所述第一连接端和第二连接端外壁设置有防护套，所述防护套分为左右对称的两部分，防护套左右对称的两部分接触端均设置有耳板，通过螺栓和螺母穿过耳板将防护套固定为一体，防护套内设置有与第一环形凹槽相配合的第一环形凸起和与第二环形凹槽相配合的第二环形凸起，防护套上端形状与破碎头下端的形状相配合，电动伸缩杆完全收缩时，弧形板与防护套下端相接触。

10.根据权利要求9所述的一种金刚镀膜钻头，其特征在于：所述破碎头、第一连接端、第二连接端、防护套和弧形板的外壁上均设置有纳米金刚石镀膜层。