一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头的制作方法

本实用新型属于瓦斯实验技术领域，具体涉及一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头。

背景技术：

2013年我国煤炭产量达到38.7亿吨，接近世界产量一半。煤炭在我国的一次能源消费结构中，约占70％，预计2040年有所降低但仍将占40％。随着开采深度的增加，一部分浅部开采的矿井逐渐进行深部开采，非突出矿井变为突出矿井，虽然经过几十年的摸索，我国在治理矿井瓦斯灾害方面取得了一定的成绩，但矿井瓦斯事故仍然存在。2014年2月12日，山西省阳泉煤业集团一煤矿突发煤与瓦斯突出，造成3人死亡；2014年2月28日，江西省乐平矿务局涌山煤矿发生煤与瓦斯突出事故，造成3人死亡；2014年10月9日，上饶县枫岭头镇永吉煤矿发生一起局部瓦斯爆炸事故，10名矿工被困井下。

为了治理瓦斯灾害，专利申请号为：201610117713.4、名称为：煤样水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验装置及其实验方法的中国发明专利，其公开了具体的实验步骤，即：

1)煤样经过破碎、粉碎、过筛、烘干、配样过程制成实验所需煤样；

2)气密性检查，充气后若计算机采集到的充气罐和煤样罐的压力保持6h不变，则气密性好；

3)利用真空泵对瓦斯吸附解吸测定系统中的充气罐和煤样罐进行抽真空处理，然后充入氦气测定煤样体积Vs和自由空间体积Vf，测定结束后再次进行真空抽气；

3)利用充气系统向充气罐中充入一定压力的瓦斯气体，观察计算机上的压力读数，当显示压力达到预定压力时，关闭充气系统中的高压储气瓶阀、减压阀和截止阀Ⅰ，记录吸附前的压力值p1；然后打开连通充气罐的充气罐截止阀和连通煤样罐的煤样罐截止阀，使气体在煤样罐中充分吸附达到平衡，并记录吸附达到稳定时的压力值p2；

4)打开单向阀，启动平流泵，当与平流泵相连的高精度压力表Ⅱ显示的压力大于与煤样罐相连的计算机显示的压力时，量筒中的水通过单向阀进入煤样罐，观察量筒中的水位的刻度变化，根据实际需要情况关闭平流泵，然后将注水后的煤样罐静置6h以上，使水分均匀分布于煤样中；

6)打开煤样罐截止阀、截止阀Ⅱ和稳流阀，使煤样罐与解吸测定仪连通，进行煤样的解吸过程；

7)改变煤样罐中的水分含量只需关闭煤样罐截止阀重复步骤4)即可；

8)绘制等温吸附曲线图并进行实验分析。

在上述实验方法中，煤样的采集至关重要，关系到整个实验的成功与否，现目前，常用的钻头主要由钻头体、花键、平头齿、勺型齿、刀翼、锥型齿、排泄槽、喷嘴、钻头尾部构成，钻头尾部采用球锥型结构，在球锥面上构成条相间120°的刀翼；刀翼沿钻头尾部的球锥面有一个螺旋形弧度，有利于岩屑和钻井介质的排出，平头齿镶嵌在刀翼的上端；勺型齿镶嵌在刀翼的中部；锥型齿镶嵌在刀翼下端，即钻头底部，钻头牙齿，包括平头齿、勺型齿、锥型齿，采用硬质合金材料并在其顶部烧结Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料。虽然，这种钻头提高了在软硬相间地层的破岩效率，但是，钻头快速在钻岩石或土层时，由于摩擦会产生大量的热量，损坏钻头导致钻头使用寿命不长。

技术实现要素：

本实用新型目的是：旨在提供一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头，用以解决现有的钻头设计缺陷存在钻头在快速钻岩石或土层时，由于摩擦会产生大量的热量，损坏钻头，导致钻头使用寿命不长的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头，包括钻头柱，所述钻头柱底端一体成型有钻体，所述的钻体由倒圆锥形钻件和环形挡圈一体成型，所述挡圈与钻件的顶端面正对，所述挡圈的外圆尺寸与钻件的顶端面所在圆的直径尺寸相等，所述钻件上设有若干个勺型齿，所述勺型齿均沿曲面焊接、且呈圈状布置3圈-5圈，每圈所述的勺型齿沿径向等角度均匀分布，所述勺型齿开口的朝向均相同，所述钻件开设有与勺型齿数量相等的第一流道，所述第一流道与钻件的顶端面垂直，所述第一流道的入口位于钻件的顶端面，所述一个第一流道的出口与一个勺型齿相对，所述钻头柱的外壁沿轴向开设有螺旋排泄槽，所述螺旋排泄槽的槽底沿螺旋的方向开设有多个出水孔，所述钻头柱的顶端外壁一体成型有集水球形壳，所述集水球形壳的中心正好在钻头柱的轴线上，所述钻头柱内开设有多条第二流道，所述第二流道的入口与集水球形壳的内腔相连通，所述第二流道的出口与出水孔相连通，所述集水球形壳相通连接有进水管，所述钻头柱的上端面中心位置开设有正六边形卡槽。

采用本实用新型的技术方案，取样人员可将该钻头通过卡槽与动力装置连接，启动动力装置，在钻头钻岩石或土层时，碎石或土层沿着螺旋排泄槽向上排出，通过进水管向集水球形壳内加水，加入的水通过第二过流道向下从出水孔流出并沿着螺旋排泄槽继续向下流动，最后流到钻件表面，由于挡圈的作用，可以起到集水的作用，然后水从第一流道继续往下流，流到勺型齿的位置，从而对勺型齿进行针对性的降温处理，使钻头在快速钻开岩石或土层时散热效果较佳，从而在很大程度上延长了钻头的使用寿命。

进一步，所述最下面的一圈勺型齿与钻件的最底端尖部之间的距离尺寸为2㎝-3㎝。这样的结构设计，导向效果较佳，进一步提高了钻头钻岩石或土层的速度，从而提高取样效率。

进一步，所述挡圈的厚度尺寸为2㎝-3㎝。这样的结构设计，进一步延长了钻头的使用寿命。

进一步，所述集水球形壳的厚度尺寸为1㎝-2㎝。这样的结构设计，进一步延长了钻头的使用寿命。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头实施例的立体结构示意图一；

图2为本实用新型一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头实施例的立体结构示意图二；

图3为本实用新型一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头实施例中钻体的立体结构示意图；

图示中的符号说明如下：

1.钻头柱；10.出水孔；11.卡槽；2.钻体；20.钻件；200.第一流道；201.勺型齿；21.挡圈；3.集水球形壳；4.进水管。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1-图3所示，本实用新型的一种水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验煤样专用钻头，包括钻头柱1，其特征在于：钻头柱1底端一体成型有钻体2，钻体2由倒圆锥形钻件20和环形挡圈21一体成型，挡圈21与钻件20的顶端面正对，挡圈21的外圆尺寸与钻件20的顶端面所在圆的直径尺寸相等，钻件20上设有若干个勺型齿201，勺型齿201均沿曲面焊接、且呈圈状布置3圈-5圈，每圈勺型齿201沿径向等角度均匀分布，勺型齿201开口的朝向均相同，钻件20开设有与勺型齿201数量相等的第一流道200，第一流道200与钻件20的顶端面垂直，第一流道200的入口位于钻件20的顶端面，一个第一流道200的出口与一个勺型齿201相对，钻头柱1的外壁沿轴向开设有螺旋排泄槽，螺旋排泄槽的槽底沿螺旋的方向开设有多个出水孔10，钻头柱1的顶端外壁一体成型有集水球形壳3，集水球形壳3的中心正好在钻头柱1的轴线上，钻头柱1内开设有多条第二流道，第二流道的入口与集水球形壳3的内腔相连通，第二流道的出口与出水孔10相连通，集水球形壳3相通连接有进水管4，钻头柱1的上端面中心位置开设有正六边形卡槽11。

本实施例中，取样人员可将该钻头通过卡槽11与动力装置连接，启动动力装置，在钻头钻岩石或土层时，碎石或土层沿着螺旋排泄槽向上排出，通过进水管4向集水球形壳3内加水，加入的水通过第二过流道向下从出水孔10流出并沿着螺旋排泄槽继续向下流动，最后流到钻件20表面，由于挡圈21的作用，可以起到集水的作用，然后水从第一流道200继续往下流，流到勺型齿201的位置，从而对勺型齿201进行针对性的降温处理。

作为优选最下面的一圈勺型齿201与钻件20的最底端尖部之间的距离尺寸为2㎝-3㎝。这样的结构设计，导向效果较佳，进一步提高了钻头钻岩石或土层的速度，从而提高取样效率。实际上，也可以根据实际情况具体考虑改善导向效果的其他结构设计。

作为优选挡圈21的厚度尺寸为2㎝-3㎝。这样的结构设计，进一步延长了钻头的使用寿命。实际上，也可以根据实际情况具体考虑进一步延长钻头使用寿命的其他结构设计。

作为优选，集水球形壳3的厚度尺寸为1㎝-2㎝。这样的结构设计，进一步延长了钻头的使用寿命。实际上，也可以根据实际情况具体考虑进一步延长钻头使用寿命的其他结构设计。

上述实施例仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。