一种盲天井钻机的扩孔刀头的制作方法
【专利摘要】一种盲天井钻机的扩孔刀头，包括三牙轮钻头，所述三牙轮钻头的锥形公螺纹旋接在超前稳定导向短接的上端；所述超前稳定导向短接的锥形公螺纹旋接在推杆的上端；所述推杆分别和刀盘、中心刀座、正刀座、边刀座焊接为一体；所述中心刀座、正刀座和边刀座上分别安装有用于切削岩石的中心滚刀、正滚刀和边滚刀，所述中心滚刀、正滚刀和边滚刀统称为滚刀；所述刀盘的四周均布安装有四个稳定滚轮；所述刀盘的上端布置有喷水管系。利用本实用新型，能有效控制因偏载和破岩冲击而造成的扩孔刀头偏摆，提高钻进偏斜精度，还可减小扩孔刀头偏摆带来的钻杆循环附加弯矩，延长钻杆和钻具的使用寿命。
【专利说明】一种盲天井钻机的扩孔刀头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种扩孔刀头，特别是涉及一种盲天井钻机的扩孔刀头。
【背景技术】
[0002]天井是矿山重要的井巷工程，其工程量约占采准切割工程量的40?50%，而盲天井工程约占天井工程量的10?20%左右。长期以来，传统的盲天井施工方法多为普通凿爆法，该方法掘进速度慢，工效低，木材消耗大，通风差，劳动强度大，作业条件差，安全事故多，因此，盲天井掘进已成为矿山生产中急需解决的关键问题之一。用盲天井钻机钻进天井，不但能提高生产效率，而且还能为矿山节省大量木材和资金，是一种安全可靠的盲天井施工方法。
[0003]盲天井钻机通常采用由下向上直接扩孔成井的钻进方式，因此，盲天井钻机的扩孔刀头是受推力。众所周知，受推力物体比受拉力物体的稳定性要差，盲天井钻机的扩孔刀头如不采取任何措施就很容易发生偏摆现象，而偏摆会引起钻进偏斜或产生钻杆循环附加弯矩导致钻杆发生断裂。因此，盲天井钻机的扩孔刀头的稳定防偏是成败的关键之一。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述不足，提供一种直接向上扩孔成井的盲天井钻机的扩孔刀头，可减缓刀头偏摆，提闻钻进偏斜精度，延长钻杆和钻具的使用寿命。
[0005]本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是:一种盲天井钻机的扩孔刀头，包括三牙轮钻头，所述三牙轮钻头的锥形公螺纹旋接在超前稳定导向短接的上端；所述超前稳定导向短接的锥形公螺纹旋接在推杆的上端；所述推杆分别和刀盘、中心刀座、正刀座、边刀座焊接为一体；所述中心刀座、正刀座和边刀座上分别安装有用于切削岩石的中心滚刀、正滚刀和边滚刀，所述中心滚刀、正滚刀和边滚刀统称为滚刀；所述刀盘的四周均布安装有四个稳定滚轮；所述刀盘的上端布置有喷水管系。
[0006]进一步，所述超前稳定导向短接的外圆表面镶有分布稠密的硬质合金齿，硬质合金齿的外廓直径与所述三牙轮钻头的外廓直径相同。因此，硬质合金齿可支撑在三牙轮钻头钻出的超前孔壁上，形成第一级稳定导向机构。
[0007]进一步，所述扩孔刀头旋转时，稳定滚轮所形成的外廓直径与所述边滚刀形成的外廓直径相同。因此，稳定滚轮可支撑在扩孔刀头扩出的井壁上，形成第二级稳定导向机构。
[0008]进一步，所述稳定滚轮包括端盖、芯轴、轴承、滚轮圈、滚柱；所述端盖固定于滚轮圈上；所述端盖的内孔设有密封圈，所述密封圈与芯轴形成动密封；所述滚轮圈的表面设有硬质合金齿；所述轴承和滚柱形成一套滚动摩擦副，可有效减少稳定滚轮与井壁的摩擦阻力。
[0009]进一步，所述滚刀的表面镶有硬质合金齿，硬质合金齿的形状为球形、弹头形或楔形；硬质合金齿的大小、形状及布齿密度与欲钻的岩石硬度有关。通常软岩选用楔形齿，中硬岩选用弹头形齿，硬岩选用球形齿；岩石越硬则布齿密度越大。
[0010]进一步，所述喷水管系由管接头、主管、支管1、支管I1、支管III组成；所述支管1、支管II和支管III分别与主管连接，所述管接头旋接在推杆中上部的螺孔内；所述主管、支管1、支管II和支管III均设有若干喷水孔，所述喷水孔对准每一把滚刀，以便在钻进过程中冷却刀具和灭除破碎岩石产生的粉尘。
[0011]进一步，所述推杆的下端设有与钻杆或钻杆稳定器旋接的锥形公螺纹，还设有用于拆卸钻杆连接螺纹的方形卡口。
[0012]进一步，所述刀盘是由钢板焊接而成的箱型结构。其中钢板为多种形状不一的厚钢板。
[0013]进一步，所述稳定滚轮通过固定件可拆卸地固定在刀盘的四周。
[0014]本实用新型的工作原理为:通过钻杆或钻杆稳定器将盲天井钻机的回转扭矩和推力传到扩孔刀头上，位于扩孔刀头最上端的三牙轮钻头首先钻出盲天井的超前孔；超前稳定导向短接的外圆支撑在超前孔壁上，形成第一级稳定导向机构；在刀盘上布置的中心滚刀、正滚刀和边滚刀组成一套扩孔刀具，对超前孔进行扩孔作业，直接形成盲天井；喷水管系对准每一把滚刀喷射高压水，形成的水雾不仅可以冷却刀具，还可以灭除破碎岩石产生的粉尘；滚刀切削下来的岩渣随着水雾呈自由落体落入井下；布置在刀盘周边的四个稳定滚轮支撑在扩出的井壁上，形成第二级稳定导向机构，限制扩孔刀头的自由偏摆。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有的有益效果:采用本实用新型可使盲天井钻机实现直接向上钻进成井的盲天井钻进工艺；通过超前稳定导向短接支撑在三牙轮钻头钻出的超前孔壁上所形成的一级稳定导向机构以及四个稳定滚轮支撑在扩孔刀头扩出的井壁上所形成的二级稳定导向机构，一方面能有效控制因偏载和破岩冲击而造成的扩孔刀头偏摆，起钻进导向作用，提高钻进偏斜精度，另一方面可减小扩孔刀头偏摆带来的钻杆循环附加弯矩，延长钻杆和钻具的使用寿命；滚刀和稳定滚轮磨损后可拆卸更换，提高了灵活性和便利性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型一实施例的立体结构示意图；
[0017]图2为图1所示实施例的主视图；
[0018]图3为图2所示实施例的俯视图；
[0019]图4为图2所示实施例沿A-A方向的剖面示意图；
[0020]图5为图1所示实施例喷水管系的俯视图；
[0021]图6为图1所示实施例稳定滚轮的结构剖面示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023]参照图f图4，本实施例盲天井钻机的扩孔刀头包括三牙轮钻头1，是用于钻超前孔的钻具，三牙轮钻头I的锥形公螺纹旋接在超前稳定导向短接2的上端；超前稳定导向短接2的锥形公螺纹又旋接在推杆9的上端；推杆9分别和刀盘7、中心刀座4-1、4-2、正刀座6-1、6-2、边刀座5-1、5-2、5-3和5_4焊为一体；刀盘7是由多种形状不一的厚钢板焊接而成的、形状较复杂的箱型结构；中心刀座4-1、4-2、正刀座6-1、6-2和边刀座5-1、5_2、5_3、5-4上分别安装有用于切削岩石的中心滚刀3-3、3-7、正滚刀3-1、3-5和边滚刀3_2、3_4、3-6、3-8(统称为滚刀),滚刀3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7>3-8通过螺检固定在相对应的中心刀座 4-1、4-2、正刀座 6-1、6-2 或边刀座 5_1、5-2、5-3、5_4 上，滚刀 3_1、3-2、3-3、3_4、3-5、3-6、3-7、3-8磨损后可以拆卸更换；刀盘7的四周均布安装有四个稳定滚轮8,稳定滚轮8通过螺栓固定，磨损后可以拆卸更换；刀盘7的上端布置有喷水管系10-1、10-2 ;推杆9的下端设有可与钻杆或钻杆稳定器旋接的锥形公螺纹，还设有用于拆卸钻杆连接螺纹的方形卡口。
[0024]超前稳定导向短接2的外圆表面镶有布置稠密的硬质合金齿，以提高其表面耐磨性；硬质合金齿的外廓直径与三牙轮钻头I的外廓直径相同，因此，硬质合金齿可支撑在三牙轮钻头I钻出的超前孔壁上，形成第一级稳定导向机构。
[0025]扩孔刀头旋转时，稳定滚轮8所形成的外廓直径与边滚刀3-2、3-4、3-6、3_8形成的外廓直径相同，因此，稳定滚轮8可支撑在扩孔刀头扩出的井壁上，形成第二级稳定导向机构。
[0026]滚刀3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8的表面镶有硬质合金齿，硬质合金齿的大小、形状(可以是球形、弹头形或楔形)及布齿密度与欲钻的岩石硬度有关；通常软岩选用楔形齿，中硬岩选用弹头形齿，硬岩选用球形齿；岩石越硬布齿密度越大。
[0027]参照图5，所述喷水管系10-1、10-2由管接头10-1-1、主管10-1-2、支管I 10-1-3、支管II 10-1-4、支管III 10-1-5组成。管接头10-1-1旋接在推杆9中上部的螺孔内；主管10-1-2、支管I 10-1-3、支管II 10-1-4和支管III 10-1-5均设有若干喷水孔，喷水孔对准每一把滚刀3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8，以便在钻进过程中冷却刀具和灭除破碎岩石产生的粉尘。
[0028]参照图6，稳定滚轮8包括芯轴8-1、端盖8-3、轴承8_5、滚轮圈8_7、滚柱8_6。端盖8-3通过内六角螺钉8-4固定于滚轮圈8-7上；端盖8-3的内孔设有密封圈8_2 ;密封圈8-2与芯轴8-1形成动密封，避免外部的岩渣进入稳定滚轮82的内部，同时也防止稳定滚轮8内部的润滑油外溢；拆除螺堵8-9，可向稳定滚轮8内部添加润滑油；滚轮圈8-7的表面设有硬质合金齿，提高了滚轮圈8-7的耐磨性；轴承8-5和滚柱8-6形成一套滚动摩擦副，可有效减少稳定滚轮8与井壁的摩擦阻力。
[0029]本实施例在工作前，先将钻杆旋接在推杆9下端的锥形公螺纹内。工作时，通过钻杆将盲天井钻机的回转扭矩和推力传到扩孔刀头上，位于扩孔刀头最上端的三牙轮钻头I首先钻出盲天井的超前孔，以确定需爆破岩石的深度和厚度；然后将超前稳定导向短接2的外圆表面所镶有的硬质合金齿支撑在超前孔壁上，形成第一级稳定导向机构，以限制扩孔刀头在进行扩孔作业时的自由偏摆；再将刀盘7上布置的中心滚刀3-3、3-7、正滚刀3-1、3-5和边滚刀3-2、3-4、3-6、3-8组成一套扩孔刀具，对所钻出的超前孔进行扩孔作业，直接形成盲天井；其中中心滚刀3-3、3-7、正滚刀3-1、3-5和边滚刀3-2、3_4、3-6、3_8与超前孔内壁的接触位置通过调节钻杆实现。扩孔结束后，喷水管系10-1、10-2对准每一把滚刀3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8，分别向其表面喷射高压水，形成的水雾不仅可冷却刀具，还可灭除破碎岩石产生的粉尘；滚刀3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8切削下来的岩渣随着水雾呈自由落体落入井下；将布置在刀盘7周边的四个稳定滚轮8支撑在扩出的盲天井井壁上，形成第二级稳定导向机构，以限制扩孔刀头在进一步进行深度扩孔作业时的自由偏摆。待扩孔刀头完成全部作业后，通过推杆9下端的方形卡口将钻杆从螺纹连接处拆下。
[0030]本实施例可使盲天井钻机实现向上直接钻进成井的盲天井钻进工艺，并设有一级稳定导向机构和二级稳定导向机构，能有效控制因偏载和破岩冲击而造成的扩孔刀头偏摆，提高钻进偏斜精度，还可减小扩孔刀头偏摆带来的钻杆循环附加弯矩，延长钻杆和钻具的使用寿命。
【权利要求】
1.一种盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，包括三牙轮钻头，所述三牙轮钻头的锥形公螺纹旋接在超前稳定导向短接的上端；所述超前稳定导向短接的锥形公螺纹旋接在推杆的上端；所述推杆分别和刀盘、中心刀座、正刀座、边刀座焊接为一体；所述中心刀座、正刀座和边刀座上分别安装有用于切削岩石的中心滚刀、正滚刀和边滚刀，所述中心滚刀、正滚刀和边滚刀统称为滚刀；所述刀盘的四周均布安装有四个稳定滚轮；所述刀盘的上端布置有喷水管系。
2.根据权利要求1所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述超前稳定导向短接的外圆表面镶有分布稠密的硬质合金齿，硬质合金齿的外廓直径与所述三牙轮钻头的外廓直径相同。
3.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述扩孔刀头旋转时，稳定滚轮所形成的外廓直径与所述边滚刀形成的外廓直径相同。
4.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述稳定滚轮包括端盖、芯轴、轴承、滚轮圈、滚柱；所述端盖固定于滚轮圈上；所述端盖的内孔设有密封圈，所述密封圈与芯轴形成动密封；所述滚轮圈的表面设有硬质合金齿；所述轴承和滚柱形成一套滚动摩擦副。
5.根据权利要求3所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述稳定滚轮包括端盖、芯轴、轴承、滚轮圈、滚柱，所述端盖固定于滚轮圈上；所述端盖的内孔设有密封圈，所述密封圈与芯轴形成动密封；所述滚轮圈的表面设有硬质合金齿；所述轴承和滚柱形成一套滚动摩擦副。
6.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述滚刀的表面镶有硬质合金齿，硬质合金齿的形状为球形、弹头形或楔形；硬质合金齿的大小、形状及布齿密度与欲钻的岩石硬度有关。
7.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述喷水管系由管接头、主管、支管1、支管I1、支管III组成；所述支管1、支管II和支管III分别与主管连接，所述管接头旋接在推杆中上部的螺孔内；所述主管、支管1、支管II和支管III均设有若干喷水孔，所述喷水孔对准每一把滚刀。
8.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述推杆的下端设有与钻杆或钻杆稳定器旋接的锥形公螺纹，还设有用于拆卸钻杆连接螺纹的方形卡口。
9.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述刀盘是由钢板焊接而成的箱型结构。
10.根据权利要求1或2所述盲天井钻机的扩孔刀头，其特征在于，所述稳定滚轮通过固定件可拆卸地固定在刀盘的四周。
【文档编号】E21B10/34GK203742454SQ201420112768
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】任巍, 尹复辰, 黄小伟 申请人:长沙矿山研究院有限责任公司