一种松散土石层用金刚石取样钻头的制作方法

本实用新型涉及地质钻探技术领域，特别是涉及一种松散土石层用金刚石取样钻头。

背景技术：

地质钻探时，需要将地下的地质土层样品取出，并做记录，还需要对从地下取出的土样进行各种检测和分析，当遇到需要对松散的土层进行取样时，很难进行取样，因为松散的土样会顺着岩心管和取样钻头中间的通道散落掉下，并且在钻孔内形成堆积，松散的较大的颗粒物在钻孔内会累积2-3米的高度，严重影响了钻探取样的作业，不仅会导致取样深度错误，而且有可能导致岩心管根本取不到样土。

这种松散的土层取样时，钻孔很容易发生坍塌，也就是钻孔没有钻杆挤压的深度位置，很容易出现孔壁松散将钻头卡住，造成埋钻情况。

为了改变以上情况，所以需要一种专用的松散土石层取样机构，需要安装在钻头上，可是这样一来，安装的钻头的工作面就很厚，也就是钻头与土层水平的接触的面积就很大，导致钻头不是在钻孔而是变成了磨孔，非常容易造成烧钻的情况发生，而且这样靠磨的钻孔速度会很慢，明显达不到正常的钻孔速度。

基于此，本实用新型设计了一种松散土石层用金刚石取样钻头，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种松散土石层用金刚石取样钻头，本装置减少了水平面的环状工作面的面积，而将钻头改为锥体，不仅能够在钻孔的过程中很好的挤压孔壁，将孔壁压紧磨光，起到稳定孔壁的作用，减少了发生钻孔坍塌的情况，有效避免埋钻情况的发生，还能够减少摩擦面积，变成斜向挤压钻孔，从而起到减少烧钻的几率，有效提高了钻孔速度。

本实用新型是这样实现的：一种松散土石层用金刚石取样钻头，包括：

钻头本体，工作面为环形锥面，管状；

取样通道，为钻头本体内部的通道，贯穿钻头本体的两端；

切割刀片，包裹覆盖了钻头本体的工作面；

冷却水路，附着在取样通道侧壁和钻头本体外壁的凹槽，并将取样通道和钻头本体外壁从钻头本体的工作面处连通；

多个所述切割刀片和多个冷却水路相互间隔设置，多个所述切割刀片和多个冷却水路均匀的布满整个钻头本体的环形工作面。

进一步地，所述切割刀片的内环上还固定了内保径层，所述内保径层由钻头本体的环状底端延伸覆盖至取样通道的内壁上，所述切割刀片的外沿上还固定了外保径层，所述外保径层由钻头本体的工作锥面外沿延伸覆盖至钻头本体的外部侧壁上，所述每个被冷却水路隔开的切割刀片、外保径层和内保径层连为一体。

进一步地，所述切割刀片的厚度不低于5mm，所述外保径层和内保径层的厚度不大于1mm。

进一步地，所述冷却水路是由内水槽、端面水口、锥面水槽和外水槽相互依次连接而成，所述内水槽为开设在取样通道侧壁上的竖直凹槽，所述端面水口为钻头本体的内保径层上开设的缺口，所述锥面水槽为开设在切割刀片的倾斜的凹槽，所述外水槽为开设在钻头本体的外部侧壁上的凹槽，相互连接的所述锥面水槽和外水槽呈螺旋状分布。

进一步地，所述锥面水槽的轴线与端面水口的水平轴线的夹角b范围在15°-50°之间。

进一步地，所述锥面水槽和外水槽的螺旋角在45°-75°之间。

进一步地，所述切割刀片的锥面与钻头本体竖直外壁的夹角a角度范围在20°-60°之间。

进一步地，所述钻头本体的工作端外壁上设置了连接螺纹，所述钻头本体内部取样通道的侧壁上设置了内接螺纹，所述内接螺纹为沉头螺纹。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过控制将钻头本体的工作面由水平的改为倾斜的环形锥体，这样减少了水平的摩擦面积，钻杆的推力是向下的，如果钻头与土层水平的摩擦面积太大，很容易发生烧钻的情况，本装置通过减少了钻头上水平面摩擦的面积，来减少烧钻的情况，同时通过锥面将钻孔底部松散的土层挤压到钻孔侧壁上去，在通过钻头侧壁将松散的土质挤压紧密，使得土层不易松散塌陷，不容易在钻孔底部出现埋钻的情况，并且钻头本体的侧壁上有外保径层，会将松散的土层钻磨光滑，使得本装置提钻的时候更顺畅，而且通过这种锥体的钻头挤压松散的土层的钻孔方式，使得钻孔速度更快了，提高了钻孔、取样的效率，还有效减少了烧钻和埋钻的情况发生。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型钻头的整体外部正面示意图；

图2为本实用新型钻头半剖面图；

图3为本实用新型钻头本体的仰视图；

图4为本实用新型钻头本体示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-钻头本体，11-连接螺纹，2-取样孔，21-内接螺纹，3-切割刀片，31-外保径层，32-内保径层，4-冷却水路，41-端面水口，42-内水槽，43-锥面水槽，44-外水槽。

具体实施方式

请参阅图1至4所示，本实用新型提供一种技术方案：一种松散土石层用金刚石取样钻头，包括：

钻头本体1，工作面为环形锥面，管状；

取样通道2，为钻头本体1内部的通道，贯穿钻头本体1的两端；

切割刀片3，包裹覆盖了钻头本体1的工作面；

冷却水路4，附着在取样通道2侧壁和钻头本体1外壁的凹槽，并将取样通道2和钻头本体1的外壁从钻头本体1的工作面处连通；

多个所述切割刀片3和多个冷却水路4相互间隔设置，多个所述切割刀片3和多个冷却水路4均匀的布满整个钻头本体1的环形工作面，本装置减少了水平面的环状工作面的面积，而将钻头改为锥体，不仅能够在钻孔的过程中很好的挤压孔壁，将孔壁压紧磨光，起到稳定孔壁的作用，减少了发生钻孔坍塌的情况，有效避免埋钻情况的发生，还能够减少摩擦面积，变成斜向挤压钻孔，从而起到减少烧钻的几率，有效提高了钻孔速度。

其中，切割刀片3的内环上还固定了内保径层32，所述内保径层32由钻头本体1的环状底端延伸覆盖至取样通道2的内壁上，所述切割刀片3的外沿上还固定了外保径层31，所述外保径层31由钻头本体1的工作锥面外沿延伸覆盖至钻头本体1的外部侧壁上，所述每个被冷却水路4隔开的切割刀片3、外保径层31和内保径层32连为一体，形成分段式的锥体切割刀片3，能够对钻孔壁形成有效挤压，钻孔速度更快，并且通过外保径层31能够继续挤压和打磨孔壁，使得钻孔不易坍塌，不易发生埋钻情况；

切割刀片3的厚度不低于5mm，所述外保径层31和内保径层32的厚度不大于1mm，钻孔的工作面更耐磨，不易发生烧钻的情况，而内外两侧的打磨用的外保径层31和内保径层32不需要太厚，避免钻孔误差；

冷却水路4是由内水槽42、端面水口41、锥面水槽43和外水槽44相互依次连接而成，所述内水槽42为开设在取样通道2侧壁上的竖直凹槽，所述端面水口41为钻头本体1的内保径层32上开设的缺口，所述锥面水槽43为开设在切割刀片3的倾斜的凹槽，所述外水槽44为开设在钻头本体1的外部侧壁上的凹槽，相互连接的所述锥面水槽43和外水槽44呈螺旋状分布，通过内水槽42、端面水口41、锥面水槽43和外水槽44连通成冷却水路4能够有效的将切割刀片3分隔为多个互不影响的分段，从而达到流程的均匀分散的钻头本体1降温的效果，并且整个冷却水路4都是凹槽，是在钻头本体1上形成的类似沟渠的结构，这样的结构钻孔时不会被阻隔，能够持续有效降温；

锥面水槽43的轴线与端面水口41的水平轴线的夹角b范围在15°-50°之间，这个倾斜方向为顺流方向，这个角度能够使水流顺利流出没有阻挡；

锥面水槽43和外水槽44的螺旋角在45°-75°之间，这个角度范围能够有效通过离心力形成水流，能够将取样孔2内流出的冷却水快速的甩出，更快的进入钻头本体1外壁的外水槽44；

切割刀片3的锥面与钻头本体1竖直外壁的夹角a角度范围在20°-60°之间，这个角度范围能够使锥体的切割刀片3更好的对钻孔壁进行挤压；

钻头本体1的肥工作端外壁上设置了连接螺纹11，所述钻头本体1内部取样通道2的侧壁上设置了内接螺纹21，所述内接螺纹21为沉头螺纹，便于安装钻杆和取样机构。

在本实用新型的一个具体实施例中：

本实用新型遇到了土层松散，现有的钻头难以钻孔的技术问题；采用了将钻头本体1的工作面改为锥体，减少水平的摩擦面，从而减少摩擦面，形成切割的钻面，并且通过锥面挤压外部的松软土层的技术手段；该技术手段是遵循了减少摩擦面，改变受力方向，将硬磨的钻孔方式改为切割的钻孔方式，减少发热，锥面能有效挤压外壁松软土层，对外部进行塑形的规律；获得了使钻头本体1外部的土层跟容易被挤压成型，并且孔壁更加光滑，如此提高钻孔效率，并且提钻时更加顺畅，减少烧钻和埋钻情况发生几率的技术效果，具体如下：

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实用新型在制作时，因为本装置是专门针对松软土层取样的，所以内部必须要设计中空的取样孔2，取样孔2上下轴线方向贯穿钻头本体，并且取样孔2与钻头本体1同轴线，因为本装置是需要专门搭载取样机构的，钻头本体1内部的取样孔2内需要通过内接螺纹21安装取样机构，再通过钻头本体1的连接螺纹11将搭载的取样机构一起安装在钻杆上，所以需要钻头本体1厚度比较大，而钻头制作时，是在钻头本体1工作端，也就是附图中所示的下端，通过电镀或者粉末冶金工艺制造出一定厚度的金刚石工作刃层，厚度一般在15mm以上，现有的钻头工作面是水平的，这样就会导致水平的摩擦面太宽，很容易因为摩擦阻力太大导致钻孔比较困难，而且摩擦面积太大，导致钻头本体1的摩擦面发热量过大而导致烧钻的情况，并且现有的钻头是直筒状的，提钻时容易被松散的孔壁卡住，取样时很容易发生钻孔坍塌，发生埋钻事故；

本装置就将钻头本体1的工作面改为了锥体，如图2所示，将切割刀片3倾斜设置，然后在钻头本体1的内外两侧与切割刀片3相连的位置增加外保径层31、内保径层32，同时在钻头本体1上开设冷却水路4，而冷却水路4是由内水槽42、端面水口41、锥面水槽43和外水槽44相互依次连接而成，并且是从钻头本体1的内的取样孔2壁上一直连接延伸到钻头本体1外壁上的，如此就将钻头本体1上整个环形的切割刀片3分隔为一段一段的，形成多个环状锥体的切割刀片3，并且冷却水路4形成的是一个螺旋状沟槽，这样切割刀片3、外保径层31、内保径层32也就形成了螺旋状的一段一段的切割面了，这样钻孔时受到的阻力更小，并且这个螺旋是顺流方向的，需要注意的是，钻头本体1上锥体与侧壁的竖直的夹角a角度为20-60°，而端面水口41与锥面水槽43轴线的夹角b角度范围是15-50°，本实施例取用a为45°，b为30°；

制作时需要确保，在取样孔2侧壁和钻头本体1外壁上，除了冷却水路4的位置，钻头本体1的工作端全部都要覆盖金刚石颗粒，形成金刚石钻头，这样钻头本体1就是切割刀片3、外保径层31和内保径层32连体后和冷却水路4相互间隔的金刚石钻头。

本实用新型在使用时，通过钻杆向下推挤钻头本体1，然后钻头本体在松软的土层下行钻孔，通过切割刀片3和内保径层32之间的棱角切割土层，然后切割刀片3将外部的土质挤压到钻孔的孔壁上，而土样通过取样孔2被不断的推挤上升，进入岩心管取样，本装置通过环形的锥体切割刀片3来切割挤压孔内土质，这样不仅减小了水平面的工作摩擦面积，而且将直筒状改为了环形的锥体状，锥体能够通过侧壁有效的将多余的松软土质挤压到钻孔侧壁上，形成挤压力，通过外保径层31将锥体的切割刀片3推挤出去的土质继续挤压到孔壁上，挤压更加紧密，同时将孔壁打磨光滑了，有效避免埋钻的情况发生，而钻杆内灌注的冷凝水会顺着取样孔2向下流动，冷凝水会顺着取样孔2分散流入多个不同的内水槽42，然后顺着内水槽42穿过端面水口41，接下来流入锥面水槽43，最后顺着流入连接的外水槽44，这样冷却水路4就能很好的对冷却水进行均匀的分散导流，有效的给钻头本体1形成降温，因为是松散土石层，水流能够有很好的穿过性，本装置能够将钻头的切割刀片3分为多段来进行均匀的分散降温，降温效果更佳。

钻头本体1的工作面就是指钻头本体1或者切割刀片3在下行切割的时候与土层的转动摩擦和切割的面，这个相对摩擦或者切割的面就是工作面，也就是最下端的面。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。