专利名称：防塌孔高效组合钻头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在煤层中钻孔的工具，特别是一种防塌孔高效 组合钻头。
背景技术：
在煤矿生产过程中，为了防止发生煤与瓦斯突出事故，在掘进之前 需要在煤层中打释放孔将煤层中的瓦斯释放出来以消除煤层应力。这是 突出煤层掘进工作面"四位一体"综合防突措施中很重要的环节。针对 防突钻孔的钻头近年来也有了很大的发展，从单一直径钻进的钻头逐渐 发展为多级、多刀翼钻进的钻头，使钻孔效率有了很大提高，但这些产 品目标都集中在提高钻头的切削效率或提高成孔率上，却无法解决瓦斯 富集煤层对钻头的影响，尤其是软煤层，机械强度极低，在地应力、瓦 斯压力的作用下，孔径很难保持设计值，经常会出现不均衡的塌孔。使 钻具出现抱钻、卡钻等现象，造成钻孔堵塞，形成孔内"隔墙"，致使钻 具丢在煤层中，掘进成本大大增加，而且一旦瓦斯释放不了，就很可能 在孔内形成高压瓦斯和瓦斯压力梯度，当孔内瓦斯压力梯度达到一定程 度，孔内高压瓦斯就会冲破上述"隔墙"引起煤与瓦斯突出事故。另外
由于防突孔要求深度都在10米以上，而煤层是有一定厚度和一定走向的，
这就要求钻孔要有一定的直线度和方向性，否则就失去了打孔的意义， 而很多钻头只能在钻孔直径上进行调整，却无法提高钻孔的直线度和方 向性。综上所述，解决不了这两个问题，就无法从根本上对钻进效率进
行提升，掘进成本的降低也就无从谈起。CN2537818Y公开了一种煤矿防 治煤与瓦斯突出的新型钻杆，其形成的钻孔截面比公知钻杆大20 30倍， 是在公知钻杆杆体上设置刀齿，钻孔形成后借助刀齿的截割作用迅速扩 孔。杆体有直线圆柱形、螺旋形两种；设置在钻杆杆体上的刀齿分别有 方形、圆柱形、圆锥形三种形式；刀齿与钻杆杆体的连接方式有丝扣式、
焊接式两种；截割钻杆与钻头的连接方式有丝扣与快速接头两种。截割 钻杆分为直线圆柱型与螺旋螺纹型两个系列，7种形式。CN2881070Y公 开了一种反锥式煤岩层钻头，包括垂直焊接在基板上的钻头辐板和钻头 杆。钻头辐板自圆心辐射状圆周均匀分布，在每个钻头辐板的斜边焊接 有一排合金刀头，基板的中孔与钻头杆的中孔相通，每个钻头辐板的斜 边向钻头后方的圆心倾斜构成反锥状，每个钻头辐板的最前端的锐角的 刀头分布在钻头的最大工作直径的圆周上。呈辐射状圆周均匀分布的钻 头辐板的数量至少是两个。CN2839545Y公开了一种用于高瓦斯钻深孔时 使用的高瓦斯防突深孔钻杆，包括钻杆，钻杆横截面至少由四个凸凹连 续面构成，并且各个钻杆连接处之间相互通有通孔，在每个钻杆的端部 设置有芯子，芯子和芯子之间通过螺纹连接后，芯子和芯子之间再以通 孔相通。这些技术对如何稳定钻孔的方向或者当发生塌孔和卡钻时，如 何使钻具顺利从孔中抽出，皆未给出指导性的技术方案。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种防塌孔 高效组合钻头，它能稳定钻孔的方向，当发生塌孔和卡钻时，能有效切 削堵塞钻孔的煤，使钻具顺利从孔中抽出，从而降低煤层突出的事故率， 降低煤矿防突的成本，使单位掘进深度的钻具消耗的成本降低。 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下 一种防塌孔高效组合钻头，具有与钻杆相连接的钻头柄、带切削翼 的一级钻头、扩孔钻头组，扩孔钻头组为分别固定安装于钻头柄上的带 切削翼的若干个扩孔钻头，其技术方案是在一级钻头与扩孔钻头组之间 具有一段起导向作用的、其旋转中心线与一级钻头和钻头柄的旋转中心 线共线的螺旋钻杆，该螺旋钻杆的两端分别与一级钻头和扩孔钻头组中 先进行扩孔作业的最前面的一个扩孔钻头固定连接，螺旋钻杆的直径大 于一级钻头的直径，而小于扩孔钻头组中直径最小的一个扩孔钻头的直 径；钻头柄在其尾端与扩孔钻头组之间的部分上固定安装有带切削翼的 防塌孔钻头，该防塌孔钻头的切削翼安装方向与扩孔钻头组中的若干个 扩孔钻头的切削翼安装方向相反，防塌孔钻头的直径小于扩孔钻头组中 直径最大的一个扩孔钻头的直径。
上述技术方案中，所述的一级钻头的直径可以为44mm，螺旋钻杆的 长度可以为400mm,扩孔钻头组可以为分别固定安装于钻头柄上的带切 削翼的两个扩孔钻头，这两个扩孔钻头的直径可以分别为76mm和110mm, 防塌孔钻头的直径可以为82mm，此技术方案用以钻进直径为110mm的 孔。
本实用新型吸取传统钻头的优点，采取了分级钻进，多刀翼切削的 方式。同时针对传统钻头的不足，从钻头结构出发，从两方面做了改进-
一、 由于钻孔要求钻进深度较深，所以对孔的直线度有较高要求， 为此，本实用新型在一级钻头与扩孔钻头组之间设置一段起导向作用的 螺旋钻杆，这样在后续钻进过程中，各扩孔钻头就能沿螺旋钻杆钻出的 小钻孔走向进行钻进，这样就在一定程度上稳定了钻孔的方向性，提高 了钻具的稳定性和钻进效率。
二、 由于在高瓦斯煤层中钻进，尤其是打深孔时，很容易发生塌孔， 为了解决塌孔给钻进带来的影响，本实用新型的钻头柄在其尾端与扩孔 钻头组之间的部分上固定安装有带切削翼的防塌孔钻头，当钻头正常向 前钻进时，它不起作用，当发生卡钻和塌孔，需要向后提钻时，防塌孔 钻头的切削翼就能有效切削堵塞钻孔的煤，消除上述"隔墙"，使钻具顺 利从孔中抽出。
经试验，采用这种结构的钻头比同等钻孔直径的其他钻头钻进速度 快一倍以上，而且大大缓解了卡钻和塌孔现象，增加了防突过程的安全 系数，降低了煤层突出的事故率，降低了煤矿防突的成本。也使单位掘 进深度的钻具消耗的成本大大降低。
图1为本实用新型的结构示意图。 图2为本实用新型在拆开状态的结构示意图。
具体实施方式
如图l、图2所示，本实用新型具有与钻杆相连接的钻头柄5、带切 削翼的一级钻头1、扩孔钻头组3、螺旋钻杆2、防塌孔钻头4。扩孔钻 头组3为分别固定安装于钻头柄上的带切削翼的若干个扩孔钻头，这若 干个扩孔钻头按扩孔作业的前后顺序直径依次变大，它们分别通过各自
的中心孔套装于钻头柄5上、并借助焊接分別与钻头柄固定连接。若干 个扩孔钻头的数量可以为一个或者两个或者三个及三个以上。当扩孔钻 头的数量为两个或者两个以上时，相邻的两个扩孔钻头通过位于两者之 间套装于钻头柄5上的轴套而隔开一段距离。本实施例中扩孔钻头组3 为分别固定安装于钻头柄上的带切削翼的两个扩孔钻头31、 32。在一级 钻头1与扩孔钻头组3之间具有一段起导向作用的、其旋转中心线(回 转中心线)与一级钻头和钻头柄的旋转中心线(或者扩孔钻头组的旋转 中心线)共线的螺旋钻杆2，该螺旋钻杆的两端分别与一级钻头1和扩 孔钻头组3中先进行扩孔作业的最前面的一个扩孔钻头固定连接(焊 接)，为确保一级钻头、螺旋钻杆、钻头柄这三者的旋转中心线共线，可 使螺旋钻杆的两端分别带有中心孔(盲孔)， 一级钻头在其与螺旋钻杆的 连接端具有插入螺旋钻杆该端的中心孔内与之配合的销轴，同时钻头柄 的顶端穿过钻头组3中先进行扩孔作业的最前面的一个扩孔钻头(对于 本实施例即为扩孔钻头31)而伸进螺旋钻杆另一端的中心孔内与之配合。 螺旋钻杆的直径大于一级钻头1的直径，而小于扩孔钻头组3中直径最 小的一个扩孔钻头的直径。钻头柄5在其尾端与扩孔钻头组3之间的部 分上固定安装有带切削翼的防塌孔钻头4，该防塌孔钻头的切削翼(固 定)安装方向与扩孔钻头组中的若干个扩孔钻头的切削翼安装方向相反。 防塌孔钻头4通过其中心孔套装于钻头柄5上、并借助焊接与钻头柄固 定连接，扩孔钻头组3中最后进行扩孔作业的一个扩孔钻头与防塌孔钻 头4通过位于两者之间套装于钻头柄5上的另一轴套而隔开一段距离。 防塌孔钻头是从钻头柄的顶端套进的，其一侧由所述的另一轴套限位， 其另一侧由钻头柄上的轴肩限位。防塌孔钻头4的直径小于扩孔钻头组 3中直径最大的一个扩孔钻头的直径。 一级钻头1带有两个切削翼，两 个扩孔钻头31、 32以及防塌孔钻头4分别带有三个切削翼。带切削翼的 一级钻头l以及带切削翼的(结构相同的)两个扩孔钻头31、 32本身的 结构为己有技术，防塌孔钻头4本身的结构与扩孔钻头31或者扩孔钻头 32的结构可以相同，即防塌孔钻头具有与钻头柄固定连接的刀架、固定 于刀架上的切削翼(切削刀片)。当然，防塌孔钻头也可以带有两个或者 多个切削翼。
以钻进直径为110mm的孔为例，所述的一级钻头1的直径为44mm， 螺旋钻杆2的长度为400mm,两个扩孔钻头31、 32的直径分别为76mm 和llOmm,防塌孔钻头4的直径为82mm。
权利要求1、一种防塌孔高效组合钻头，具有与钻杆相连接的钻头柄(5)、带切削翼的一级钻头(1)、扩孔钻头组(3)，扩孔钻头组(3)为分别固定安装于钻头柄上的带切削翼的若干个扩孔钻头，其特征在于在一级钻头(1)与扩孔钻头组(3)之间具有一段起导向作用的、其旋转中心线与一级钻头和钻头柄的旋转中心线共线的螺旋钻杆(2)，该螺旋钻杆的两端分别与一级钻头(1)和扩孔钻头组(3)中先进行扩孔作业的最前面的一个扩孔钻头固定连接，螺旋钻杆的直径大于一级钻头(1)的直径，而小于扩孔钻头组(3)中直径最小的一个扩孔钻头的直径；钻头柄(5)在其尾端与扩孔钻头组(3)之间的部分上固定安装有带切削翼的防塌孔钻头(4)，该防塌孔钻头的切削翼安装方向与扩孔钻头组中的若干个扩孔钻头的切削翼安装方向相反，防塌孔钻头(4)的直径小于扩孔钻头组(3)中直径最大的一个扩孔钻头的直径。
2、 根据权利要求1所述的组合钻头，其特征在于所述的一级钻头(1) 的直径为44mm，螺旋钻杆(2)的长度为400mm,扩孔钻头组(3)为分 别固定安装于钻头柄上的带切削翼的两个扩孔钻头(31、 32)，这两个扩 孔钻头的直径分别为76mm和110mm,防塌孔钻头(4)的直径为82mm。
专利摘要一种防塌孔高效组合钻头，具有钻头柄、一级钻头、扩孔钻头组，在一级钻头与扩孔钻头组之间具有一段起导向作用的螺旋钻杆，该螺旋钻杆的两端分别与一级钻头和扩孔钻头组中先进行扩孔作业的最前面的一个扩孔钻头固定连接，螺旋钻杆的直径大于一级钻头的直径，而小于扩孔钻头组中直径最小的一个扩孔钻头的直径；钻头柄在其尾端与扩孔钻头组之间的部分上固定安装有带切削翼的防塌孔钻头，防塌孔钻头的直径小于扩孔钻头组中直径最大的一个扩孔钻头的直径。它能稳定钻孔的方向，当发生塌孔和卡钻时，能有效切削堵塞钻孔的煤，使钻具顺利从孔中抽出，从而降低了煤层突出的事故率，降低了煤矿防突的成本，使单位掘进深度的钻具消耗的成本大大降低。
文档编号E21B10/26GK201062490SQ20072010220
公开日2008年5月21日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者刘占宏, 刘水东, 吴华亮, 张素景, 张跃普 申请人:石家庄中煤装备制造有限公司;河北冀凯实业集团有限公司