带有气体逆止功能的定向钻头的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿井下坑道钻进的技术领域，尤其涉及一种带有气体逆止功能的定向钻头。


背景技术：

2.碎软突出煤层在我国淮南、淮北、阳泉和贵州等煤矿区普遍分布，具有煤体结构破碎，瓦斯含量高、压力大，煤层透气性差等特征，瓦斯治理难度大，煤与瓦斯突出事故多发，严重影响着矿井的安全高效生产。利用煤矿井下气动定向钻进技术施工定向钻孔进行瓦斯抽采是防治碎软煤层瓦斯事故，利用瓦斯清洁能源的有效技术途径。
3.煤矿井下气动定向钻进技术以井下移动式空压机输出压风为动力，驱动空气螺杆马达带动定向钻头回转碎岩，利用压风循环排出孔内钻渣，应用随钻测量系统实时监测钻孔轨迹。该技术具有钻孔轨迹可控、成孔深度大、钻进效率高和瓦斯治理效果好的技术优势。
4.气动定向钻进过程中加接钻杆时需要排出钻柱内残留气体进行孔内卸压，以防止残留带压气体喷出伤人。孔内卸压过程中由于残留气体快速卸压抽吸，以及孔内瓦斯正压力作用，孔内气体会携带煤渣和瓦斯通过定向钻头进入钻柱内，引起以下问题：
①
煤渣逆流进入空气螺杆马达后会损坏定、转子部件和密封组件，影响空气螺杆马达的使用寿命；
②
瓦斯通过钻柱逆流进入钻场，易引起钻场瓦斯超限，带来安全隐患。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种带有气体逆止功能的定向钻头，以解决煤渣逆流影响空气螺杆马达的使用寿命，以及瓦斯通过钻柱逆流进入钻场带来安全隐患的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以解决：
7.一种带有气体逆止功能的定向钻头，包括钻头本体，钻头本体的后端可拆卸式连接有分体接头，分体接头的后端为公扣端；
8.所述钻头本体内部设有长度方向与钻头本体的轴向一致的安装通道，安装通道为前小后大的阶梯状通道，安装通道内由前向后依次安装有弹簧限位块、复位弹簧、密封堵头和堵头限位块，其中，弹簧限位块设在阶梯状通道的台阶后端，复位弹簧的两端分别连接弹簧限位块和密封堵头；堵头限位块与钻头本体可拆卸式连接，堵头限位块中心开有前大后小的锥状空腔，密封堵头的后部为与锥状空腔配合的锥形，密封堵头能够在安装通道内移动，由复位弹簧进行复位，并由堵头限位块对后端限位；
9.进一步的，所述钻头本体前半部分外部由前至后依次设有多个正向切削齿、耐磨合金块和反向切削齿，其中，多个正向切削齿均匀设在钻头本体前端面上；多个耐磨合金块均匀设在钻头本体侧壁一周；钻头本体后部为锥形，多个反向切削齿均匀设在钻头本体后
部的侧壁上。
10.进一步的，所述钻头本体通过螺纹与分体接头连接。
11.进一步的，所述堵头限位块通过螺纹与钻头本体连接。
12.进一步的，所述弹簧限位块后部中心处设有凹槽内，密封堵头的前部中心处设有凹槽，复位弹簧的两端分别安装在弹簧限位块和密封堵头的凹槽内。
13.相较于现有技术，本实用新型具有如下技术效果：
14.(1)碎软煤层压风定向钻进过程中进行孔内卸压时，安装通道内由前向后依次安装的弹簧限位块、复位弹簧、密封堵头和堵头限位块的结构设计，使定向钻头具备气体逆止功能，避免煤渣逆流进入空气螺杆马达后损坏定、转子部件和密封组件，有利于提高空气螺杆马达的使用寿命，同时能够防止瓦斯通过钻柱逆流进入钻场，避免瓦斯超限带来的安全隐患。
15.(2)采用钻头本体和分体接头的可拆卸连接的分体式结构，能够方便、快捷更换内部组件，有利于提高钻头的使用寿命。
16.(3)钻头本体侧壁上均匀设有多个耐磨合金块，有助于提高钻头的使用寿命；
17.(4)钻头本体后部侧壁上均匀设有多个反向切削齿，在钻进过程中遇到卡钻情况时，能够反向切削卡钻位置的煤系地层，提高处理卡钻孔内复杂情况的成功率。
附图说明
18.图1为带有气体逆止功能的定向钻头结构图。
19.图中标号含义：1-钻头本体、2-弹簧限位块、3-复位弹簧、4-密封堵头、5-堵头限位块、6-分体接头、7-反向切削齿、8-耐磨合金块、9-正向切削齿。
具体实施方式
20.下面通过实施例，结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
21.实施例：
22.参见图1，本实施例给出的一种带有气体逆止功能的定向钻头，包括钻头本体1，钻头本体1的后端可拆卸式连接有分体接头6，分体接头6的后端为公扣端，用于连接空气螺杆马达。
23.钻头本体1内部设有长度方向与钻头本体1的轴向一致的安装通道，安装通道为前小后大的阶梯状通道，安装通道内由前向后依次安装有弹簧限位块2、复位弹簧3、密封堵头4和堵头限位块5，其中，弹簧限位块2设在阶梯状通道的台阶后端，复位弹簧3的两端分别连接弹簧限位块和密封堵头4；堵头限位块5与钻头本体1可拆卸式连接，堵头限位块5中心开有前大后小的锥状空腔，密封堵头4的后部为与锥状空腔配合的锥形，密封堵头4能够在安装通道内移动，由复位弹簧3进行复位，并由堵头限位块5对后端限位；
24.上述技术方案中，碎软煤层压风定向钻进过程中进行孔内卸压时，安装通道内由前向后依次安装的弹簧限位块、复位弹簧、密封堵头和堵头限位块的结构设计，使定向钻头具备气体逆止功能，避免煤渣逆流进入空气螺杆马达后损坏定、转子部件和密封组件，有利于提高空气螺杆马达的使用寿命，同时能够防止瓦斯通过钻柱逆流进入钻场，避免瓦斯超限带来的安全隐患。
25.作为本实用新型的一种优选方式，钻头本体1前半部分外部由前至后依次设有多个正向切削齿9、耐磨合金块8和反向切削齿7，其中，多个正向切削齿9均匀设在钻头本体1前端面上，用于碎岩钻进；多个耐磨合金块8均匀设在钻头本体1侧壁，用于加强钻头的耐磨性；钻头本体1后部为锥形，多个反向切削齿7均匀设在钻头本体1后部的侧壁上，在卡钻时用于反向碎岩钻进，有助于解除卡钻。
26.优选的，钻头本体1通过螺纹与分体接头6连接，螺接方式能够保证可方便拆卸，同时连接比较紧密稳定，安装方式方便易行。
27.优选的，堵头限位块5通过螺纹与钻头本体1连接。
28.优选的，弹簧限位块2后部中心处设有凹槽内，密封堵头4的前部中心处设有凹槽，复位弹簧3的两端分别安装在弹簧限位块2和密封堵头4的凹槽内。凹槽的设计使得复位弹簧3的运动定向性更强，从而使得密封堵头4在安装通道内的移动更加稳定。
29.优选的，钻头本体1前端为四翼结构，每一翼上均设有3个耐磨合金块8，每一翼后部的侧壁上均设有2个反向切削齿。
30.参见图1，本实用新型的带有气体逆止功能的定向钻头的工作流程如下：
31.步骤1：气动定向钻进过程中，在压风作用下密封堵头4压缩复位弹簧3向孔底方向(向前)移动，脱离堵头限位块5后，钻头本体1安装通道打开，允许压风通过。
32.步骤2：气动定向钻进过程中需要加接钻杆时，先进行孔内卸压，卸压过程中在两端气体压力差和复位弹簧3的弹力作用下，复位弹簧3带动密封堵头4向后移动，由堵头限位块5对其后端限位，密封堵头4与堵头限位块5配合起到密封作用，防止孔内气体携带钻渣和瓦斯反向逆流进入钻柱内。
33.步骤2：重复步骤1至步骤2，实现带有气体逆止功能的定向钻头正向通风和反向逆止的功能。