一种新型扩孔钻头设备及其扩孔方法

本发明属于钻探技术的旋挖钻机，特别是涉及一种新型扩孔钻头设备及其扩孔方法。

背景技术：

1、无论隧道基坑施工，还是煤矿地下开采，都要用到钻杆和钻头对土体或围岩进行支护，在对土体或围岩进行钻孔后，使用扩孔钻头对岩石进行扩孔能够有效增强锚杆抗拉拔能力，对围岩稳定性控制效果更好。

2、目前存在的问题是，一方面由于钻杆不可能整体拉出和送入，因此在更换扩孔钻头前，需要通过钻机将钻杆从钻孔内逐节拆卸后全部取出，只有将所有的钻杆拆卸取出后，才能将原钻头从钻孔内取出，更换扩孔钻头后，还要进行反向操作才能将更换后的扩孔钻头重新送入钻孔的头端；钻孔越深，更换扩孔钻头的过程就越漫长；显然，目前更换扩孔钻头的方式严重地拖延了钻探施工的进度，还大幅增加了无效的施工量；另一方面，目前大多数扩孔钻头多采用顶端推杆挤压刀具从侧向伸出，切削围岩的结构，在土体或软岩时能够使用，在岩层强度较大时，刀具破岩能力不足，扩孔效果往往达不到设计的效果。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种新型扩孔钻头设备及其扩孔方法，在扩孔时只需要施工较短的钻孔后即可进行钻头更换，将钻进工序与扩孔工序融为一体，在钻进的同时实现扩孔，扩孔长度根据现场施工需要可以自由控制，扩孔结构一次成型，能够较大程度减轻更换扩孔钻头的工作量，并且破岩能力较强，适用的岩层范围较广。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型扩孔钻头设备，包括扩孔钻头和钻杆连接头，所述扩孔钻头包括钻头底座、空心螺栓、限位块、弹簧、滑杆和刀具，所述钻杆连接头的一端连接钻杆，所述钻杆连接头的另一端与钻头底座连接，所述钻头底座的下部为圆柱体结构且表面设置有外螺纹，所述钻头底座的中心内部贯穿设置有通孔，通孔靠近圆柱体结构的下部设有一段与空心螺栓相契合的内螺纹，所述钻头底座的顶端设有带刀齿的圆台，圆台沿正中进行切缝，在切缝的两边加工有对称的滑动槽，在滑动槽的顶端设有未与圆台贯穿的限位部，在滑动槽末端位置的钻头底座上切有宽度略大于切缝的限位槽，所述限位块设置在限位槽内。

3、具体的，所述空心螺栓的外表面设置有螺纹，并与通孔上的内螺纹相契合，所述空心螺栓的内表面为光滑的圆孔。

4、所述限位块为长方体，所述限位块的数量为2，分别插入在对称分布的2个限位槽内。

5、所述弹簧位于通孔的内部，并安装在所述空心螺栓的上侧。

6、所述滑杆整体结构为t形，滑杆的横向长度与钻头底座的直径相同，滑杆的竖向结构为空心圆杆且穿设在通孔内，滑杆的外径宽度与切缝的宽度相同。

7、所述刀具的上端为两翼式钻头刀具，刀具的下端设置有与滑动槽相匹配的滑轨，滑轨与刀具为一体成型结构。

8、为了更好的效果，所述钻头底座螺纹连接在钻杆连接头上，钻杆连接头的中部贯穿有与通孔和钻杆连通的圆孔，用于输送水或空气。

9、所述圆台的内部设有与钻头底座的通孔相连通的排渣孔。

10、基于一个总的发明构思，本发明还提供一种新型扩孔钻头设备的扩孔方法，包括如下步骤：

11、步骤1）：使用普通钻头在选定位置进行钻孔，钻进至指定深度时，取出钻杆；

12、步骤2）：将新型扩孔钻头设备安装在钻杆上，使扩孔钻头被送至已经成型的钻孔孔底，在原钻孔基础上继续钻进，扩孔钻头受钻机推力顶在孔底岩石上，刀具会自动张开并随钻杆旋转推进切割孔底岩石，一次形成圆柱形扩孔结构；

13、步骤3）：在扩孔成型后停止推进，后退钻杆，扩孔钻头上张开的刀具受到弹簧的弹力自动复位；

14、步骤4）：将孔内钻杆全部抽出，完成钻工施工后，将锚固剂填入钻孔内，并将锚杆索放入，待锚固剂凝固一定时间后，拧紧端部螺母，施加预紧力，完成扩孔锚固。

15、其中，步骤2）中，圆台的内部设有与钻头底座的通孔相连通的排渣孔，滑杆的竖向结构为空心圆杆且穿设在通孔内，钻机连通气泵或水泵，水或空气依次通过空心的钻杆、钻杆连接头、空心螺栓、钻头底座的通孔、圆台的排渣孔，并冲洗钻头上的钻渣后顺着钻孔流出。

16、本发明的有益效果：

17、1. 本发明在扩孔时只需要施工较短的钻孔后即可进行钻头更换，将钻进工序与扩孔工序融为一体，在钻进的同时实现扩孔；

18、2. 本发明扩孔结构一次成型，能够较大程度减轻更换扩孔钻头的工作量；

19、3.本发明破岩能力较强，适用的岩层范围较广；

20、4.本发明扩孔锚固能够有效增强锚杆抗拉拔能力，对围岩稳定性控制效果更好，与普通锚固方式相比，在相同的控制效果下扩孔锚固可以采用更大的间排距，能够有效降低锚固工作量与材料的使用量。

技术特征：

1.一种新型扩孔钻头设备，其特征在于：包括扩孔钻头和钻杆连接头，所述扩孔钻头包括钻头底座、空心螺栓、限位块、弹簧、滑杆和刀具，所述钻杆连接头的一端连接钻杆，所述钻杆连接头的另一端与钻头底座连接，所述钻头底座的下部为圆柱体结构且表面设置有外螺纹，所述钻头底座的中心内部贯穿设置有通孔，通孔靠近圆柱体结构的下部设有一段与空心螺栓相契合的内螺纹，所述钻头底座的顶端设有带刀齿的圆台，圆台沿正中进行切缝，在切缝的两边加工有对称的滑动槽，在滑动槽的顶端设有未与圆台贯穿的限位部，在滑动槽末端位置的钻头底座上切有宽度略大于切缝的限位槽，所述限位块设置在限位槽内。

2.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述空心螺栓的外表面设置有螺纹，并与通孔上的内螺纹相契合，所述空心螺栓的内表面为光滑的圆孔。

3.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述限位块为长方体，所述限位块的数量为2，分别插入在对称分布的2个限位槽内。

4.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述弹簧位于通孔的内部，并安装在所述空心螺栓的上侧。

5.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述滑杆整体结构为t形，滑杆的横向长度与钻头底座的直径相同，滑杆的竖向结构为空心圆杆且穿设在通孔内，滑杆的外径宽度与切缝的宽度相同。

6.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述刀具的上端为两翼式钻头刀具，刀具的下端设置有与滑动槽相匹配的滑轨，滑轨与刀具为一体成型结构。

7.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述钻头底座螺纹连接在钻杆连接头上，钻杆连接头的中部贯穿有与通孔和钻杆连通的圆孔，用于输送水或空气。

8.根据权利要求1所述的新型扩孔钻头设备，其特征在于：所述圆台的内部设有与钻头底座的通孔相连通的排渣孔。

9.一种权利要求1所述新型扩孔钻头设备的扩孔方法，其特征在于：包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述新型扩孔钻头设备的扩孔方法，其特征在于：步骤2）中，圆台的内部设有与钻头底座的通孔相连通的排渣孔，滑杆的竖向结构为空心圆杆且穿设在通孔内，钻机连通气泵或水泵，水或空气依次通过空心的钻杆、钻杆连接头、空心螺栓、钻头底座的通孔、圆台的排渣孔，并冲洗钻头上的钻渣后顺着钻孔流出。

技术总结
本发明提供一种新型扩孔钻头设备及其扩孔方法：包括扩孔钻头和钻杆连接头，扩孔钻头包括钻头底座、空心螺栓、限位块、弹簧、滑杆和刀具，钻杆连接头的一端连接钻杆，钻杆连接头的另一端与钻头底座连接；钻头底座在切缝的两边加工有对称的滑动槽；刀具通过滑轨固定在滑动槽，受阻力沿滑动槽下滑自动张开，旋转扩孔；刀具下滑推动滑杆下滑压缩弹簧，在扩孔结束后回退钻杆，弹簧推动滑杆上滑带动刀具上滑，刀具回复原位；将孔内钻杆全部抽出，圆柱形扩孔成型；本发明只需要施工较短的钻孔后即可进行钻头更换，在钻进的同时实现扩孔，扩孔结构一次成型，能够较大程度减轻更换扩孔钻头的工作量；并且破岩能力较强，适用的岩层范围较广。

技术研发人员：刘少伟,李小鹏,靳为华,王辉,付孟雄,张英,贺德印,贾后省,刘洪涛,李英明,朱永建,付建华,张贝,尚宾,程燕学
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12