一种高角度坡面钻孔用导向钻头的制作方法

本实用新型涉及钻头技术领域，具体为一种高角度坡面钻孔用导向钻头。

背景技术：

“老塘”原指矿山采空区中未封的隐藏在地下的空洞，这里泛指为隐藏在地下的各类空洞如废弃的矿山采掘巷道、采空区、溶蚀洞等。在这些“老塘”中，有的存水(称为老塘水)，有的为干塘。由于这些“老塘”没有图纸位置，给社会带来极大危害，其中老塘水是后续矿山开采的突水源之一，较浅的老塘又是地面塌陷的主要原因之一。因此，在矿区和人类生活区都需要对老塘进行治理。

但有的老塘底面，起伏较大，常有较陡的坡面，且在坡面的表面又沉积有薄层的泥土或长期空置生成薄层的生物层，当从地面钻遇老塘时，常常导致钻头顺坡下滑，钻杆折断，或使钻孔偏斜严重。又由于对老塘情况不明，其空间一般较大，使用固体物或浆液进行封填时，因下滑力过大，在封堵点难以停留而顺坡溜至远处，使得回填或封堵工程量过大，成本过高；

为此，提出一种高角度坡面钻孔用导向钻头。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高角度坡面钻孔用导向钻头，该装置在其钻头端部中心区域，改内凹为尖锥形外凸的导向切削钻，从而克服由于钻孔层面陡滑或因钻头回旋所致的钻头偏移设计钻孔几何中心线、钻具折断等钻探质量事故，相较于传统合金钻头其效率高、寿命长，并减轻了工人的劳动强度，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高角度坡面钻孔用导向钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的内部开设有水道，且钻头本体的一端外表面由端点起等距离焊接有金刚石复合片切削齿，所述金刚石复合片切削齿由聚晶金刚石层与碳化钨硬合金层组成；

所述钻头本体由圆锥台钢体、钻体一次成型构成。

通过采用上述技术方案，该装置在其钻头端部中心区域，改内凹为尖锥形外凸的导向切削钻，从而克服由于钻孔层面陡滑或因钻头回旋所致的钻头偏移设计钻孔几何中心线、钻具折断等钻探质量事故。

优选的，所述刀翼由三个非对称薄刀翼环形分布在钻头本体的一端，且刀翼表面也焊接有金刚石复合片切削齿。

通过采用上述技术方案，按力平衡法把它们沿周向均匀布置在所述钻头本体一端上，并形成深排屑槽，使钻头具有更高的机械钻速。

优选的，所述金刚石复合片切削齿采用高频钎焊技术进行固定。

通过采用上述技术方案，利用特殊的高频钎焊技术，固定金刚石复合片切削齿，在刀翼表面堆焊高性能耐磨材料，防止基体材料冲蚀。

优选的，所述金刚石复合片切削齿分为两种形状，且其分别为半圆锥形状与侧斜面形状。

通过采用上述技术方案，当为用于钻进中硬地层时采用半出刃的半圆锥形状，当为用于较松软地层时采用全出刃型。

优选的，所述水道由喷水嘴、水槽和排屑槽构成，其中喷水嘴固定在所述钻头本体一端上，排屑槽形成在钻头本体一端，所述钻头本体内部外璧加工形成水槽。

通过采用上述技术方案，金刚石复合片切削齿必须有合理的喷水嘴和水槽，以更好地冲洗岩屑和冷却金刚石复合片切削齿，在钻头本体加工时，每个刀翼前以及圆锥台钢体前均开设有喷水嘴，喷水嘴的总面积应大于钻头与岩心之间或者钻头与井壁之间的环状间隙面积，水口形状有矩形、半圆形、偏斜水口等。排屑槽目的是补充增加钻头内外环隙过水面积的不足，水槽必须与喷水嘴连接，这样水流空间大，便于冲洗岩粉，增强钻头的清洗、冷却效果，防止钻头泥包。

优选的，所述聚晶金刚石层厚度为0.7～1mm，所述碳化钨硬合金层厚度为3～6mm，所述金刚石复合片切削齿直径8～13mm。

通过采用上述技术方案，根据钻头本体直径不同可镶焊不同数量的金刚石复合片切削齿，或者将金刚石复合片切削齿切割成所需形状镶在站头上，这种钻头适用于钻进中硬地层，由于金刚石复合片切削齿两种材质组合具有良好的性能，既具有金刚石的硬度和耐磨性，又有碳化钨支撑体而加强了抗磨性和抗冲击性能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

坡面导向钻头在金刚石复合片无心钻头(也称为pdc钻头)的基础上，在其钻头端部中心区域，改内凹为尖锥形外凸的导向切削钻，从而克服由于钻孔层面陡滑或因钻头回旋所致的钻头偏移设计钻孔几何中心线、钻具折断等钻探质量事故，其中一端金刚石复合片切削齿为半出刃的半圆锥形状，侧斜面切削齿，根据地层硬度，当为用于钻进中硬地层时采用半出刃的半圆锥形状，当为用于较松软地层时采用全出刃型，金刚石复合片切削齿半出刃型，指金刚石复合片出露钢体的最大宽度h为复合片的直径d/2；金刚石复合片切削齿全出刃型，指金刚石复合片出露钢体的最大宽度h为复合片的直径d，全出刃型钻头具有排粉好、进尺快的优点，在圆锥台钢体表面堆焊高性能耐磨材料，防止基体材料冲蚀，复合片镶焊的切削角a和径向角β，如图4所示，(1)切削角a，由于复合片的碎岩方式主要是靠压碎剪切作用来破碎岩石，所以复合片在钻头体上的镶焊角度应采用负斜镶，即切削角a>90°,如图4所示，切削角a值可根据切削岩石的硬度来选择其大小，岩石较硬,a值大些，反之要小些，一般中硬岩层,a值取100°～105°。(2)径向角β。该角是切削具(复合片)表面和钻头径向平面之间的夹角，复合片钻头采用径向角进行镶焊，钻进时岩粉容易排出，不糊钻，进尺较快，β值一般取5°～15°间。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的钻头本体与刀翼的结合视图；

图3为本实用新型的聚晶金刚石层与碳化钨硬合金层的结合视图；

图4为本实用新型的金刚石复合片切削齿全出刃型与半出刃型的结合视图。

图中：

1、钻头本体；2、水道；3、圆锥台钢体；4、金刚石复合片切削齿；41、聚晶金刚石层；42、碳化钨硬合金层；5、刀翼。

具体实施方式

下面将结和本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图4，本实用新型提供一种技术方案：

如图1、图2以及图3所示，一种高角度坡面钻孔用导向钻头，包括钻头本体1，所述钻头本体1的内部开设有水道2，且钻头本体1的一端外表面由端点起等距离焊接有金刚石复合片切削齿4，所述金刚石复合片切削齿4由聚晶金刚石层41与碳化钨硬合金层42组成；所述钻头本体1由圆锥台钢体3、刀翼5以及钻体一次成型构成。

通过采用上述技术方案，该装置在其钻头端部中心区域，改内凹为尖锥形外凸的导向切削钻，从而克服由于钻孔层面陡滑或因钻头回旋所致的钻头偏移设计钻孔几何中心线、钻具折断等钻探质量事故。

具体的，如图2所示，所述刀翼5由三个非对称薄刀翼5环形分布在钻头本体1的一端，且刀翼5表面也焊接有金刚石复合片切削齿4。

通过采用上述技术方案，按力平衡法把它们沿周向均匀布置在所述钻头本体1一端上，并形成深排屑槽，使钻头具有更高的机械钻速。

具体的，如图1所示，所述金刚石复合片切削齿4采用高频钎焊技术进行固定。

通过采用上述技术方案，利用特殊的高频钎焊技术，固定金刚石复合片切削齿4，在刀翼5表面堆焊高性能耐磨材料，防止基体材料冲蚀。

具体的，如图4所示，所述金刚石复合片切削齿4分为两种形状，且其分别为半圆锥形状与侧斜面形状。

通过采用上述技术方案，当为用于钻进中硬地层时采用半出刃的半圆锥形状，当为用于较松软地层时采用全出刃型。

具体的，如图1所示，所述水道2由喷水嘴、水槽和排屑槽构成，其中喷水嘴固定在所述钻头本体1一端上，排屑槽形成在钻头本体1一端，钻头本体1内部外璧加工形成水槽。

通过采用上述技术方案，刀翼5以及金刚石复合片切削齿4必须有合理的喷水嘴和水槽，以更好地冲洗岩屑和冷却刀翼5以及金刚石复合片切削齿4，在钻头本体1加工时，每个刀翼5前以及圆锥台钢体3前均开设有喷水嘴，喷水嘴的总面积应大于钻头与岩心之间或者钻头与井壁之间的环状间隙面积，水口形状有矩形、半圆形、偏斜水口等，排屑槽目的是补充增加钻头内外环隙过水面积的不足，水槽必须与喷水嘴连接，这样水流空间大，便于冲洗岩粉，增强钻头的清洗、冷却效果，防止钻头泥包。

具体的，如图3所示，所述聚晶金刚石层41厚度为0.7～1mm，所述碳化钨硬合金层42厚度为3～6mm，所述金刚石复合片切削齿4直径8～13mm。

通过采用上述技术方案，根据钻头本体1直径不同可镶焊不同数量的金刚石复合片切削齿4，或者将金刚石复合片切削齿4切割成所需形状镶在站头上，这种钻头适用于钻进中硬地层，由于金刚石复合片切削齿4两种材质组合具有良好的性能，既具有金刚石的硬度和耐磨性，又有碳化钨支撑体而加强了抗磨性和抗冲击性能。

工作原理：坡面导向钻头在金刚石复合片无心钻头也称为pdc钻头的基础上，在其钻头端部中心区域，改内凹为尖锥形外凸的导向切削钻，从而克服由于钻孔层面陡滑或因钻头回旋所致的钻头偏移设计钻孔几何中心线、钻具折断等钻探质量事故，其中一端金刚石复合片切削齿4为半出刃的半圆锥形状，侧斜面切削齿，根据地层硬度，当为用于钻进中硬地层时采用半出刃的半圆锥形状，当为用于较松软地层时采用全出刃型，金刚石复合片切削齿4半出刃型，指金刚石复合片出露钢体的最大宽度h为复合片的直径d/2；金刚石复合片切削齿4全出刃型，指金刚石复合片出露钢体的最大宽度h为复合片的直径d，全出刃型钻头具有排粉好、进尺快的优点，在圆锥台钢体3表面堆焊高性能耐磨材料，防止基体材料冲蚀，复合片镶焊的切削角a和径向角β如图4所示，(1)切削角a，由于复合片的碎岩方式主要是靠压碎剪切作用来破碎岩石，所以复合片在钻头体上的镶焊角度应采用负斜镶，即切削角a>90°,如图4所示，切削角a值可根据切削岩石的硬度来选择其大小，岩石较硬,a值大些，反之要小些，一般中硬岩层,a值取100°～105°，径向角β。该角是切削具(复合片)表面和钻头径向平面之间的夹角，复合片钻头采用径向角进行镶焊，钻进时岩粉容易排出，不糊钻，进尺较快，β值一般取5°～15°间。

使用方法：

①、装钻头时上到底拧紧。

②、钻孔内应无异物。

③、钻头下至孔底后先轻提钻慢钻，以减轻钻具体重给导向钻头头部切削齿的压力，以防沿坡面下滑或钻头回旋产生的孔位偏移。

④、钻进4～5cm后，导向钻头初步发挥导向作用时，再适当加压钻进。

⑤、适当泵量钻进0.2-0.3m后，提钻换正常无心金刚石复合片钻头按正常规程钻进。

⑥、钻进时不能断水，如听到不正常的振动声或进尺过慢，应及时提钻检查。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。