专利名称：推拉式导向扩张钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于扩孔的导向扩张钻头，尤其是用于煤矿地面大口径直排孔孔底扩张作业工程的推拉式导向扩张钻头。
背景技术：
煤矿地面大口径直排孔工程是从地面钻凿一个大口径钻孔，直至地下数百米，与地下巷道精确连通，并下入大口径套管。其作用是排放地下积水、瓦斯等，在煤矿发生突水、 瓦斯突发事故时显得尤为重要。随着国家对煤矿安全不断重视，这类工程将在煤矿大量施工。由于数百米大口径套管的重量有时会重达上百吨，钻孔设备承载能力有限，因此在下入套管时孔内必须灌满泥浆，利用泥浆的浮力减轻钻孔设备的承载力，为此钻孔不能钻透巷道，在钻至离巷道20m左右时即停止钻进，利用泥浆浮力下入大口径套管并固管。但如何精确施工直排孔底部20m钻孔任务，并且保持原有孔径、下入同径的套管，是现在钻孔工艺面临的一个急待解决的问题，因此有必要研制新型的钻头来完成施工任务。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种推拉式导向扩张钻头，通过导向孔钻进、推拉扩张的施工程序完成精确的钻孔任务。本实用新型的目的是由下述技术方案实现的一种推拉式导向扩张钻头，包括有转轴，转轴上设有键槽，所述转轴沿轴向从下至上顺序滑动设置有下导向体、扩张导向体， 跟随扩张导向体在所述转轴上还设置有扩孔收扩爪；所述扩张导向体的外径大于下导向体外径，所述扩张导向体下端面边缘围绕转轴均勻分布安装有多个地质钻孔用牙轮，所述扩张导向体的上端面设有环绕转轴的凸起锥面，所述扩张导向体通过键与转轴键槽配合滑动连接；所述扩孔收扩爪包括有一个固定座，固定座套入并固定在转轴上，所述固定座环绕转轴设置有锥形支撑体，锥形支撑体的内侧锥形面上环绕转轴均勻分布多个从内向外伸展的平面；所述扩孔收扩爪包括有一个直臂，直臂的一端在锥形支撑体内的平面上与支撑体铰接，直臂的另一端安装钎头，在扩孔收扩爪回收状态下，钎头滑动搭在扩张导向体的环形锥面上；转轴的下端设置有防止所述下导向体滑落的固定装置；转轴的上端设置连接钻杆的连接装置。所述钎头与直臂以转轴为中心呈内收状设置，所述内收状设置在钎头内侧形成卡口 ；所述扩张导向体径向外侧面与转轴中心线平行，当转轴向下移动、扩张导向体不动时， 所述扩张导向体的锥面将扩孔收扩爪直臂以铰接为轴顶开，钎头内侧卡口卡入扩张导向体外侧面，所述锥形支撑体的内侧平面与收扩爪的直臂紧密相贴。所述锥形支撑体的内侧锥形面从内向外伸展的平面两侧设有向上的凸起，两侧的凸起形成扩孔收扩爪夹持道。在所述扩张导向体上端锥面上对应所述钎头滑动的轨迹设置有钎头导向道。所述键槽是花键键槽。[0009]所述下导向体是一个圆柱体或棱柱体。所述锥形支撑体的内侧锥面环绕转轴均勻分布八个从内向外伸展的平面。所述扩张导向体和所述下导向体分别是由板材制成的壳体结构。所述转轴有一个下、上贯通的中心轴孔，该转轴的上部侧面有多个与所述中心轴孔相通的出水孔。本实用新型具有如下优点1、本实用新型的推拉式导向扩张钻头能够在扩孔收扩爪处于收缩的状态下下入直径较小的套管中，通过向孔底导向孔钻进、推拉扩张的施工程序完成精确的扩孔任务。2、由于本实用新型中扩张导向体和扩孔收扩爪采用锥面体结构的技术特征，所以保证了整个钻头的强度和刚度，进而提高了钻头的钻孔精度。3、由于本实用新型中扩孔收扩爪上采用设置收扩爪夹持道的技术特征，所以提高了收扩爪的强度和刚度，减轻了铰接件的负荷，提高了整个钻头的强度和刚度，进而提高了钻头的钻孔精度。4、由于本实用新型中扩张导向体上端的锥面上采用设置钎头导向道的技术特征，所以提高了钎头滑动精度。5、由于本实用新型中扩张导向体和下导向体采用壳体结构的技术特征，所以大大减轻了整个钻头的总重量，降低了钻孔设备的承载负荷，大大降低了钻头的制造成本。6、由于本实用新型的转轴采用贯通的中心轴孔等技术特征，所以提高了钻头冷却的效率，节约用水、减轻了水泵的负荷。7、本实用新型工作效率高，可大大缩短工程施工时间，降低工程成本，安全可靠， 结构简单，有利于保护花键槽，易于维修。
图1是本实用新型的推拉式导向扩张钻头收拢时的结构示意图；图2是本实用新型的推拉式导向扩张钻头张开时的结构示意图；图3是本实用新型的应用示意图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
实施例一如图1和图2所示的一种推拉式导向扩张钻头实施例，扩张钻头包括有转轴1，转轴上设有键槽3，所述转轴沿轴向从下至上顺序滑动设置有下导向体4、扩张导向体5，跟随扩张导向体在所述转轴上还设置有扩孔收扩爪6 ；所述扩张导向体的外径大于下导向体外径，所述扩张导向体下端面边缘围绕转轴均勻分布安装有多个地质钻孔用牙轮7，所述扩张导向体的上端面设有环绕转轴的凸起锥面8，所述扩张导向体通过键与转轴键槽配合滑动连接；所述扩孔收扩爪包括有一个固定座9，固定座套入并固定在转轴上，所述固定座环绕转轴设置有锥形支撑体10，锥形支撑体的内侧锥形面上环绕转轴均勻分布多个从内向外伸展的平面10-1 ；所述扩孔收扩爪包括有一个直臂2，直臂的一端在锥形支撑体内的平面上与锥形支撑体通过销轴2-1铰接，直臂的另一端安装钎头11，在扩孔收扩爪回收状态下，钎头滑动搭在扩张导向体的环形锥面上；转轴的下端设置有防止所述下导向体滑落的固定装置12 ；转轴的上端设置连接钻杆的连接装置13。本实施例中，所述转轴是圆柱体，根据实际需要还可以是棱柱体或其它形状柱体； 当圆柱体横截面为十字形的柱面体或横截面为人字形的柱面体时有利于将钻出的岩屑顺利通过孔底的导向孔排入巷道内。本实施例中，所述转轴键槽可以是单键槽或对称双键槽，由于键槽是用于带动扩张导向体的牙轮进行第一次扩孔，为了增加转轴带动扩张导向体的扭矩力，因此本实施例所述键槽采用的是花键槽。花键槽设置在所述转轴的下部，其长度小于所述扩张导向体和所述下导向体的总长度，这样当转轴向下移动时，扩张导向体的牙轮被第一次要扩的孔台阶顶住，此时转轴继续向下移动，扩张导向体处于顶开扩孔收扩爪位置时，花键槽被覆盖住不会有杂物落入键槽。实施例二 本实施例中的推拉式导向扩张钻头是在实施例一基础上对推拉式导向扩张钻头的进一步优化。如图2所示，所述钎头与直臂以转轴为中心呈内收状设置，所述内收状设置在钎头内侧形成卡口 14;所述扩张导向体径向外侧面5-1与转轴中心线平行，当所述扩张导向体的凸起锥面将扩孔收扩爪直臂以铰接为轴转动顶开、钎头内侧卡口卡入扩张导向体外侧面时，此时所述锥形支撑体的内侧平面10-1与收扩爪的直臂紧密相贴，从而实现了锥形支撑体的限位功能。为了提高所述直臂的强度，所述锥形支撑体的内侧锥形面从内向外伸展的平面两侧设有向上的凸起15，两侧的凸起与平面形成扩孔收扩爪夹持道。在所述扩张导向体的上端锥面上对应所述钎头滑动的轨迹设置钎头导向道16。实施例三本实施例中的推拉式导向扩张钻头是在实施例一基础上的优化。本实施例中，所述锥形支撑体的内侧锥形面上环绕转轴均勻分布八个从内向外伸展的平面，所述直臂有八个，八个直臂分别设置在所述八个平面上，数量的多少根据实际需要而设置。实施例四本实施例中的推拉式导向扩张钻头是在实施例一基础上对扩张导向体和下导向体的优化。如图1和图2所示，所述扩张导向体和所述下导向体分别是由板材制成的壳体结构，当下导向体与转轴同时转动时，在所述下导向体的下端板上设置花键，下导向体的上端与扩张导向体的下端板固定连接，扩张导向体下端板上设置有花键，下导向体与扩张导向体的花键在转轴键槽中配合滑动，将下导向体与扩张导向体与转轴滑动连接。实施例五本实施例中的推拉式导向扩张钻头是在实施例一基础上对转轴的优化。如图1和图2所示，所述转轴有一个上、下贯通的中心轴孔17，该转轴的上部侧面有多个与所述中心轴孔相通的出水孔18。本实施例中，所述转轴的下端是一个轴头19，轴头的直径小于转轴的直径，轴头的上端形成一个环形台阶，所述固定装置包括固定盘20、固定密封帽21和销轴22，所述轴头上依次套装所述固定盘和固定密封帽，所述轴头和所述固定密封帽有同轴的销孔，所述销轴插入所述销孔中；所述连接装置是设置在所述转轴上端面中心部的螺纹锥孔。本实施例中，所述轴头是截锥形轴头，所述固定密封帽的内壁形状与所述轴头相应。所述连接装置还可以是设置在所述转轴上端面中心部的螺纹柱形孔，还可以是轴销连接结构。本实用新型的工作原理是在煤矿地面大口径直排孔下入大口径套管并固管上， 利用钻孔导向技术钻进一个Φ450πιπι的导向孔与巷道连通，孔内泥浆随即流入巷道。本直排孔最上20m必须扩至直径850mm，才能通过巷道向上逐节焊接大口径套管短节，直至与地面下入的同径套管对接。如图3所示，本实用新型可以通过螺纹锥孔方便地连接在钻杆的下部，钻杆将钻头吊起，在扩张导向体和下导向体的重力作用下，收扩爪处于收缩状态，钻杆能够顺利地将钻头送入套管中一直到达孔底，到达孔底后，下导向体顺势插入孔底的导向孔中，牙轮压至孔底岩层台阶上，钎头靠向孔壁。钻杆给转轴向下的压力，该压力通过扩张导向体上端的锥面推动钎头沿锥面方向向外滑动，收扩爪顺势向外扩张。在钻杆的转动作用下，转轴通过扩孔收扩爪带动钎头转动，此时钎头开始扩张钻孔工作，与此同时，转轴通过花键带动下导向体转动，下导向体带动与其固定连接的扩张导向体转动，扩张导向体又带动与其连接的牙轮公转，牙轮在公转的同时还沿着孔底岩层滚动，形成自转，牙轮的自转对孔底岩层向下钻孔。为了将钻出的岩砂排出，钻杆需将钻头吊起，使岩屑顺着导孔排入巷道并在孔口加接钻杆，然上再重复上述动作进行推拉钻孔。为了达到最佳扩孔效果，在扩孔过程中，扩张导向体的卡头卡住收扩爪的卡口是极为重要的，它可以保证扩孔的直径保持一致，提高钻孔的质量。下导向体通过孔底导向孔进行精确的定位，能确保最上20米的扩孔与巷道的精确对接。为了在扩孔过程中，对钻头进行有效的冷却，并节约用水，降低水泵的负荷，本实用新型可以通过空心钻杆将地面上泵入钻杆中的水引入转轴的中心轴孔中，通过多个出水口均勻地喷射到钻头的工作面上，这样既达到了冷却钻头的目的，同时对钻头的工作面进行有效的清洗，使钻头始终处于良好的工作状态，最终完成20米的扩孔任务。
权利要求1.一种推拉式导向扩张钻头，包括有转轴，转轴上设有键槽，其特征在于所述转轴沿轴向从下至上顺序滑动设置有下导向体、扩张导向体，跟随扩张导向体在所述转轴上还设置有扩孔收扩爪；所述扩张导向体的外径大于下导向体外径，所述扩张导向体下端面边缘围绕转轴均勻分布安装有多个地质钻孔用牙轮，所述扩张导向体的上端面设有环绕转轴的凸起锥面，所述扩张导向体通过键与转轴键槽配合滑动连接；所述扩孔收扩爪包括有一个固定座，固定座套入并固定在转轴上，所述固定座环绕转轴设置有锥形支撑体，锥形支撑体的内侧锥形面上环绕转轴均勻分布多个从内向外伸展的平面；所述扩孔收扩爪包括有一个直臂，直臂的一端在锥形支撑体内的平面上与支撑体铰接，直臂的另一端安装钎头，在扩孔收扩爪回收状态下，钎头滑动搭在扩张导向体的环形锥面上；转轴的下端设置有防止所述下导向体滑落的固定装置；转轴的上端设置连接钻杆的连接装置。
2.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述钎头与直臂以转轴为中心呈内收状设置，所述内收状设置在钎头内侧形成卡口 ；所述扩张导向体径向外侧面与转轴中心线平行，当转轴向下移动、扩张导向体不动时，所述扩张导向体的锥面将扩孔收扩爪直臂以铰接为轴顶开，钎头内侧卡口卡入扩张导向体外侧面，所述锥形支撑体的内侧平面与收扩爪的直臂紧密相贴。
3.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述锥形支撑体的内侧锥形面从内向外伸展的平面两侧设有向上的凸起，两侧的凸起形成扩孔收扩爪夹持道。
4.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于在所述扩张导向体上端锥面上对应所述钎头滑动的轨迹设置有钎头导向道。
5.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述键槽是花键键槽。
6.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述下导向体是一个圆柱体或棱柱体。
7.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述锥形支撑体的内侧锥面环绕转轴均勻分布八个从内向外伸展的平面。
8.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述扩张导向体和所述下导向体分别是由板材制成的壳体结构。
9.根据权利要求1所述的推拉式导向扩张钻头，其特征在于所述转轴有一个下、上贯通的中心轴孔，该转轴的上部侧面有多个与所述中心轴孔相通的出水孔。
专利摘要本实用新型涉及一种推拉式导向扩张钻头，包括有转轴，转轴上沿轴向从下至上顺序设置有下导向体、扩张导向体和扩孔收扩爪；本实用新型在收扩爪处于收缩的状态下下入直径较小的套管中，通过向孔底导向孔钻进、推拉扩张的施工程序完成精确的扩孔任务。本实用新型扩孔收扩爪采用锥面体结构的技术特征，保证了整个钻头的强度和刚度，进而提高了钻头的钻孔精度。收扩爪上采用收扩爪夹持道，提高了收扩爪的强度和刚度，减轻了铰接件的负荷，提高了整个钻头的强度和刚度，进而提高了钻头的钻孔精度。本实用新型扩张导向体和下导向体采用壳体结构的技术特征，大大减轻了整个钻头的总重量，降低了钻孔设备的承载负荷，降低了钻头的制造成本。
文档编号E21B10/26GK202023505SQ20112010062
公开日2011年11月2日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者丁祥发, 刘永彬, 张广海, 董恒义 申请人:北京大地高科煤层气工程技术研究院