一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头的制作方法
【专利摘要】一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，属于钻孔通护孔管用钻头。钻头胎体外部设置有三个中心对称的切削主翼，切削主翼之间各有一个排渣凹面，每个排渣凹面上各有一个排渣气孔；钻头胎体的中心是一个等直径的内孔，内孔的顶端高度低于切削主翼的高度，内孔孔口与每个排渣凹面之间有一个倾斜台面，每个倾斜台面上设置有一个牙片槽和一个销柱槽，两者在水平面上垂直相交；靠近内孔侧的牙片悬空，背面设置有一个聚晶金刚石复合片，底面设置有磁铁块；远离内孔侧的牙片被销柱固定在牙片槽里。牙片依靠磁力吸附在胎体上，当通护孔管时，牙片借助管的推力而翻转，使护孔管顺利通过。解决了松软煤层瓦斯抽采孔通护孔管效率低、工艺复杂的问题。
【专利说明】一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻孔通护孔管管用钻头，尤其是一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头。
技术背景
[0002]防止煤与瓦斯突出是我国煤矿面临的重要任务，国家《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定2012》要求瓦斯灾害严重的矿井必须进行瓦斯抽采，并实现抽采达标。目前松软煤层瓦斯抽采方法较少，主要是以顺层孔为主。但是松软煤层硬度值，钻孔变形、坍塌情况严重，造成瓦斯抽采失效，严重妨碍了瓦斯治理达标进度，同时造成大量的人力、财力资源浪费。为此，国内许多学者提出了向钻孔内下入护孔筛管以抵抗钻孔变形、坍塌失效的方法。中国专利(专利号:CN101446178A)公开了一种井下松软突出煤层中风压空气钻进工艺:钻孔成孔后不退钻，向钻杆内孔推入护孔管，护孔管到达钻头时顶钻头上的挡盖，使位于钻头胎体中的弹簧销压缩，从而使挡盖与胎体分离，护孔管继而进入到钻孔内。该方法能够解决护孔管在钻头处通过的难题，但是在实际应用由于打钻煤屑、钻具高温、复杂地质等因素影响，弹簧销孔容易被煤屑堵住，经常遇到打开失败的难题，导致整个钻孔护孔工艺失败。
[0003]为了解决松软煤层护孔问题，申请者已获授权中国专利(专利号ZL201210056522.4)，该专利公开了松软煤层瓦斯抽采钻孔协同式钻护一体化系统及工艺，作为该系统的丰富和完善，针对护孔管通过钻头难的问题，特申请公开一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是要提供一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，解决护孔管穿过钻头进入钻孔的难题。
[0005]本实用新型的目的通过以下方式实现:该钻头包括磁铁块、牙片、销柱、钻头胎体和聚晶金刚石复合片；钻头胎体外部设置有三个中心对称的切削主翼，三个切削主翼之间都有一个排渣凹面，每个排渣凹面上各有一个排渣出气孔；钻头胎体的中心是一个等直径的内孔，内孔的顶端高度低于切削主翼的高度，内孔孔口与每个排渣凹面之间有一个倾斜台面，每个倾斜台面上设置有一个牙片槽和一个销柱槽，两者在水平面上垂直相交；牙片的长度大于牙片槽的长度，靠近内孔侧的牙片悬空，其背面设置有一个聚晶金刚石复合片，其底面设置有磁铁块。
[0006]所述的牙片，在远离内孔侧的牙片有一个销柱孔，被销柱穿过；牙片的底面与牙片槽的底面之间有间距；销柱的长度大于牙片的宽度，销柱的两端通过焊接的方式固定在销柱槽内。
[0007]所述的牙片槽为类长方体形，其底面与内孔孔壁面相交；牙片槽深度为l(Tl5mm，宽度为15?20mm，三个牙片槽呈120°角分布在水平基准面上。
[0008]所述的销柱槽为长方体形，其底面高于牙片槽底面，与销柱孔底端在同一水平面上。
[0009]所述的聚晶金刚石复合片采用钎焊的方式焊接到牙片的背部，其切割面与水平面呈5 10°夹角。
[0010]所述的磁铁块为钕铁硼材质，宽度小于牙片宽度，其长度小于牙片悬空段长度，厚度不大于8mm。
[0011]本实用新型具有以下效果:
[0012]I)牙片靠磁铁块吸附在钻头胎体上，能够保障在正常打钻时牙片不会被压风冲开，同时能被护孔管顶开。这样相对于其他机械式开关，通过磁力控制可以避免打钻过程中煤屑、地质条件等因素影响造成的机械失效。
[0013]2)磁铁块的磁力大小可以通过调节磁铁强度和面积来控制，磁铁面积可以通过线切割的方式加工，所以在实际生产中，能够确保其磁吸力达到公式(I)的要求。
[0014]【专利附图】
【附图说明】:
[0015]图1为本实用新型的钻头俯视结构图。
[0016]图2为本实用新型未装配复合片及牙片的钻头俯视结构图。
[0017]图3为本实用新型的钻头主视结构图。
[0018]图4为本实用新型的牙片主视结构图。
[0019]图中，1、牙片；2、销柱；3、排渣气孔；4、聚晶金刚石复合片；5、钻头胎体；6、内孔；
7、排渣凹面；8、倾斜台面；9、销柱槽；10、牙片槽；11、切削主翼；12、磁铁块；13销柱孔。
[0020]【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述:
[0022]实施例1:施工钻孔直径为89mm，孔深100m，钻头胎体直径为89mm，内孔直径为39mm，钻头钻进时内孔风压为0.2MPa。钻头由磁铁块12、牙片1、销柱2、钻头胎体5和聚晶金刚石复合片4组成。其中钻头胎体5外部设置有三个中心对称的切削主翼11，三个切削主翼11之间都有一个排渣凹面7，每个排渣凹面7上各有一个排渣气孔3。钻头胎体5的中心是一个等直径的内孔，内孔的顶端高度低于切削主翼11的高度，内孔孔口与每个排渣凹面7之间有一个倾斜台面8，每个倾斜台面8上设置有一个牙片槽10和一个销柱槽9，两者在水平面上垂直相交。牙片I的长度大于牙片槽10的长度，靠近内孔侧的牙片I悬空，其背面设置有一个聚晶金刚石复合片4，其底面设置有磁铁块12。远离内孔侧的牙片I有一个销柱孔13，被销柱2穿过。牙片I的底面与牙片槽10的底面之间有间距。销柱2的长度大于牙片I的宽度，销柱2的两端通过焊接的方式固定在销柱槽9内。
[0023]在图1中，所述聚晶金刚石复合片4采用钎焊的方式焊接到牙片I的背部，其切割面与水平面呈10°夹角。
[0024]所述牙片I宽度为18mm，与内孔风流接触面积为3X320mm2。
[0025]在图2中，所述牙片槽10为类长方体形，其底面与内孔孔壁面相交。牙片槽10深度为12mm，宽度为20mm，三个牙片槽呈120°角分布在水平基准面上。
[0026]所述销柱槽9为长方体形，其底面高于牙片槽10底面8mm，与销柱孔13底端在同
一水平面上。
[0027]在图4中，所述磁铁块12为钕铁硼材质，宽度小于牙片I宽度，其长度小于牙片I悬空段长度，厚度不大于8mm。其磁力大小由公式(I)确定。
【权利要求】
1.一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，其特征在于:该钻头包括磁铁块、牙片、销柱、钻头胎体和聚晶金刚石复合片；钻头胎体外部设置有三个中心对称的切削主翼，三个切削主翼之间都有一个排渣凹面，每个排渣凹面上各有一个排渣出气孔；钻头胎体的中心是一个等直径的内孔，内孔的顶端高度低于切削主翼的高度，内孔孔口与每个排渣凹面之间有一个倾斜台面，每个倾斜台面上设置有一个牙片槽和一个销柱槽，两者在水平面上垂直相交；牙片的长度大于牙片槽的长度，靠近内孔侧的牙片悬空，其背面设置有一个聚晶金刚石复合片，其底面设置有磁铁块。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，其特征在于:所述的牙片，在远离内孔侧的牙片有一个销柱孔，被销柱穿过；牙片的底面与牙片槽的底面之间有间距；销柱的长度大于牙片的宽度，销柱的两端通过焊接的方式固定在销柱槽内。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，其特征在于:所述的牙片槽为类长方体形，其底面与内孔孔壁面相交；牙片槽深度为l(Tl5mm，宽度为15~20mm，三个牙片槽呈120°角分布在水平基准面上。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，其特征在于:所述的聚晶金刚石复合片采用钎焊的方式焊接到牙片的背部，其切割面与水平面呈5^10°夹角。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，其特征在于:所述的销柱槽为长方体形，其底面高于牙片槽底面，与销柱孔底端在同一水平面上。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头，其特征在于:所述磁铁块宽度小于牙片宽度，其长度小于牙片悬空段长度，厚度不大于8mm ;其磁力大小由以下公式确定:
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>> 式中Fg——外界提供的护孔管推力，N ; Fs-磁吸力，N ； Fcmax——送管阻力，N; Ps——钻杆内风压，MPa; β——牙片放置倾角，° ; We0——每米护孔管的重量，kg/m ； μ——护孔管在钻杆内孔的摩擦系数，常数； H-护孔管总长，m ； Θ—钻孔倾角，° ; α—钻孔弯曲段圆心角，° ; S—牙片深入钻头内孔受压风作用面积，m2。
【文档编号】E21B10/46GK203742461SQ201420039016
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】张建国, 高峰, 吕有厂, 周福宝, 代志旭, 刘春 , 吴建亭, 王玉杰, 肖翔 申请人:平顶山天安煤业股份有限公司, 中国矿业大学