專利名稱：防塌孔鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在煤層中鉆孔的工具，特別是一種在鉆孔過(guò)程中防止所鉆 出的孔塌陷的鉆具。
背景技術(shù)：
在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止發(fā)生水或瓦斯突出事故，在掘進(jìn)之前需要在 煤層中打釋放孔，將煤層中的水或者瓦斯釋放出來(lái)以消除煤層應(yīng)力，然后在孔 內(nèi)放置炸藥進(jìn)行爆破。目前煤礦中使用的鉆爆破孔、探水孔、探瓦斯孔等深孔 的設(shè)備，都是由鉆機(jī)帶動(dòng)一個(gè)可以加長(zhǎng)的鉆桿，鉆桿前端設(shè)置一個(gè)鉆頭。鉆頭 的外徑都大于鉆桿的外徑，在鉆孔過(guò)程中，鉆桿一般不與孔壁接觸，在鉆孔完 成后將鉆桿連同鉆頭一起撤出。由于很多煤礦上地質(zhì)條件惡劣，巖層應(yīng)力很大， 煤層有時(shí)過(guò)硬或過(guò)軟，在鉆孔過(guò)程中或者鉆孔完成后，經(jīng)常出現(xiàn)所鉆出的孔發(fā) 生塌陷，造成鉆進(jìn)深度不夠，極大的影響了成孔和鉆孔效率，塌孔后煤層中的 水或者瓦斯不能及時(shí)釋放，也影響炸藥的放置深度，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鉆孔效率和成孔幾率高的、能夠防 止所鉆出的孔發(fā)生塌陷的鉆具。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所釆取的技術(shù)方案是
一種防塌孔鉆具，包括鉆桿、設(shè)置在鉆桿前端的鉆頭，鉆桿的外表面帶有
螺旋體。螺旋體的外面設(shè)置有套管；鉆頭上設(shè)置有與鉆頭體活動(dòng)連接的張縮鉆 刃，張縮鉆刃張開時(shí)的直徑尺寸與套管的外徑相應(yīng)，'即張縮鉆刃張開時(shí)的直徑 尺寸略大于套管的外徑。鉆頭和鉆桿內(nèi)設(shè)置有互相連通的通水孔。套管為聚氯 乙烯材料制成的管，套管與鉆機(jī)連接，其旋轉(zhuǎn)方向與鉆桿相反。
4本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述張縮鉆刃與鉆頭體的連接靠銷軸和彈簧連 接。張縮鉆刃上相對(duì)切削刃的另一端和鉆頭體上均設(shè)置有互相對(duì)應(yīng)的孔，在此 孔內(nèi)設(shè)置連接張縮鉆刃與鉆頭體的銷軸，在銷軸上設(shè)置有撐開張縮鉆刃的彈簧。 張縮鉆刃的連接端通過(guò)銷軸連接在鉆頭體內(nèi)，彈簧使張縮鉆刃張開，鉆孔時(shí)使
鉆刃靠緊在鉆頭體上；在鉆孔完成后或者中途退鉆時(shí)，張縮鉆刃受到孔壁、套
管壁的壓力而向中心收縮，從而將鉆頭及鉆桿順利從套管中抽出。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述鉆頭體上設(shè)置有與鉆桿連接的四方柄，鉆 桿前端設(shè)有與鉆頭的四方柄對(duì)應(yīng)的四方孔，鉆桿與鉆頭通過(guò)四方柄連接，四方 柄插在四方孔內(nèi)；鉆頭體、四方柄及鉆桿內(nèi)部均設(shè)置有互相連通的為鉆頭通水 或者通氣的通水孔，鉆頭體上的通水孔的出口對(duì)應(yīng)鉆頭的鉆刃，四方柄與鉆桿 的連接處設(shè)置有密封裝置。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述四方柄上設(shè)置有彈性橫銷，鉆桿壁 上設(shè)置有與彈性橫銷對(duì)應(yīng)的橫銷卡孔。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述四方柄上的彈性橫銷設(shè)置在四方柄 的內(nèi)孔與外壁之間，四方柄的孔內(nèi)、橫銷的下面設(shè)置有片形的彈簧，片形的彈 簧通過(guò)其端部的卡環(huán)固定在四方柄內(nèi)孔端部；在彈性橫銷與四方柄壁之間設(shè)置 有橫銷環(huán)，橫銷環(huán)可以通過(guò)螺紋連接在四方柄上，也可以鑲嵌在四方柄上，橫 銷環(huán)的外部尺寸大于彈性橫銷，而其內(nèi)孔尺寸與彈性橫銷對(duì)應(yīng)配合，橫銷環(huán)與 卡彈性橫銷之間設(shè)置有密封圈。四方柄上密封裝置有兩處， 一處設(shè)置四方柄的 端部的大密封圈，另 一處設(shè)置在彈性橫銷處的小密封圈。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述四方柄的棱邊上和鉆桿上均設(shè)置有 互相對(duì)應(yīng)的卡銷槽，兩卡銷槽內(nèi)設(shè)置連接四方柄和鉆桿的卡銷。此卡銷組件和 上述的彈性橫銷組件可以同時(shí)存在于四方柄和鉆桿上，也可以單獨(dú)設(shè)置其中的
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于鉆頭體的前端還設(shè)置有外徑小于張縮鉆刃外徑 的一級(jí)鉆頭。鉆頭體上鉆有4個(gè)出水孔，分別給張縮鉆刃和一級(jí)鉆頭通水，以降低刀頭的溫度。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于所述鉆桿的后端亦設(shè)置有與鉆機(jī)連接的四方柄， 此四方柄上也設(shè)置有彈性橫銷和/或卡銷槽。
本發(fā)明的技術(shù)方案的進(jìn) 一步改進(jìn)在于所述螺旋體上間隔設(shè)置有與套管內(nèi)
壁接觸的支撐套管的尼龍材料制成的支撐片。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的技術(shù)進(jìn)步在于 本發(fā)明由于在鉆桿的外部設(shè)置了套管，套管在鉆機(jī)的帶動(dòng)下與鉆頭鉆桿一 起伸入的孔內(nèi)，套管可以釆用高強(qiáng)度抗阻燃聚氯乙烯材料，支撐鉆桿在套管中 高速旋轉(zhuǎn)。在鉆孔過(guò)程中或者鉆孔完成后，套管對(duì)孔壁起到支撐作用，因此可 以防止孔內(nèi)疏松的部位發(fā)生塌陷，增加了成孔率，提高了鉆孔效率。達(dá)到鉆進(jìn) 深度后，鉆桿外撤，鉆頭上的張縮鉆刃在孔壁和套管壁的壓迫下收縮，鉆桿帶
動(dòng)鉆頭撤出套管，套管留在孔內(nèi)，這樣可方便的將煤層內(nèi)的水或者瓦斯排出； 在向孔內(nèi)填放炸藥時(shí)，也能夠非常順利的伸到孔的底部。經(jīng)試驗(yàn)釆用本鉆孔工 具時(shí)鉆孔深度可比原來(lái)單純靠鉆桿鉆進(jìn)的深度深20 50米，且沒(méi)有出現(xiàn)塌孔和 卡鉆現(xiàn)象，用爆破法崩煤成功幾率大大增加。
張縮鉆刃與鉆頭體的靠銷軸和彈簧連接，可以使張縮鉆刃在撤鉆時(shí)能夠向 內(nèi)收縮，而在非撤鉆時(shí)處于張開狀態(tài)，鉆孔時(shí)通過(guò)工作面的壓力再次壓緊在鉆 頭體上。彈簧和銷軸的同時(shí)作用，可以使設(shè)置在鉆頭體上張縮鉆刃處于對(duì)稱狀 態(tài)，減少由于鉆刃不對(duì)稱而產(chǎn)生的增加鉆進(jìn)的扭矩、偏鉆、或者崩刃現(xiàn)象。
鉆頭與鉆桿、鉆桿與鉆機(jī)通過(guò)四方柄連接，不但連接時(shí)定位方便，而且可 以增加連接部分的扭矩強(qiáng)度。
四方柄上彈性橫銷與鉆桿壁的橫銷卡孔配合，在插接時(shí)橫銷會(huì)被壓下，到 達(dá)銷孔處時(shí)再?gòu)棾觯B接非常方便，在退鉆桿時(shí)還可以起連接作用。四方柄上 的卡銷槽與卡銷配合安裝，在退鉆桿時(shí)起連接作用，增大了連接強(qiáng)度，能有效 的預(yù)防丟鉆頭的現(xiàn)象。張縮鉆刃、四方柄及鉆桿內(nèi)部的互相連通的通水孔，可 以在較硬的煤層中釆用通水濕法鉆進(jìn)，從而軟化煤體，提高效率，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命；在較軟的煤層中鉆進(jìn)時(shí)，可以通入壓縮空氣，加強(qiáng)排屑，提高效率，
能有效地預(yù)防塌孔和卡鉆；也可同時(shí)以任意比例的水、氣混配通入鉆頭處進(jìn)行
鉆進(jìn)，從而降低煤塵，給刀片降溫。四方柄上設(shè)置的密封裝置是為了對(duì)鉆頭鉆 桿內(nèi)的水、氣進(jìn)行密封。
四方柄上的彈性橫銷靠四方柄的孔內(nèi)片形的彈簧支撐，片形的彈簧靠與四 方柄的孔內(nèi)配合卡環(huán)固定，方便安裝和拆卸，片簧順著通水的方向，不易堵塞 通水孔，不影響通水、通氣性能。鉆桿插接時(shí)，橫銷能夠方便的被壓下、彈出。 橫銷環(huán)的設(shè)置便于彈性橫銷的安裝。
在鉆頭體的前端的一級(jí)鉆頭，在開始鉆孔時(shí)可以起到定位作用，以防止起 鉆困難或者打偏孔， 一級(jí)鉆頭先鉆出定位孔，隨后張縮鉆刃與鉆孔工作面接觸 并張緊，然后一級(jí)鉆頭與張縮鉆刃一起鉆進(jìn)，同時(shí)鉆機(jī)帶動(dòng)套管一起進(jìn)入孔內(nèi)。
鉆桿上纏繞的螺旋體可以形成導(dǎo)煤槽，同時(shí)套管的旋轉(zhuǎn)方向與鉆桿的旋轉(zhuǎn) 方向相反，便于鉆進(jìn)時(shí)煤粉的導(dǎo)出，起到排煤粉的作用。在螺旋體上間隔設(shè)置 的尼龍材料制成的支撐片，具有高耐磨性和抗阻燃性，不但可以支撐套管，而 可以減小螺旋體與套管的摩擦力。本發(fā)明適用于各種地質(zhì)煤層的探地質(zhì)構(gòu)造、 煤厚、探放水、抽放瓦斯、煤體注水、卸防壓力孔等，特別適用于在復(fù)雜條件 下釆用爆破法鉆進(jìn)。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖； 圖2是本發(fā)明的鉆頭的示意圖； 圖3是圖2的剖面示意圖； 圖4是圖1的橫剖示意圖。
其中01、鉆頭，02、套管，03、鉆桿，04、卡銷；
101、 一級(jí)鉆頭，102、張縮鉆刃，103、鉆頭體，104、四方柄，105、銷軸， 106、橫銷環(huán)，107、彈性橫銷，108、片簧，109、大密封圈，110、卡環(huán)，111、 小密封圈，112、卡銷槽，113、彈簧，114、通水孔；30、鉆桿芯，31、螺旋體，32、支撐片，33、螺栓，34、四方柄，35、卡 銷槽，36、橫銷卡孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明的防塌孔鉆具的整體結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括鉆桿03、設(shè)置在鉆桿03 前端的鉆頭01,鉆桿03主要由鉆桿芯30和固定焊接在其外表面的螺旋體31組 成，鉆頭01和鉆桿03內(nèi)設(shè)置有互相連通的通水孔114。螺旋體31的外面設(shè)置 有套管02。套管02為聚氯乙烯材料制成的管，套管與鉆機(jī)連接，其旋轉(zhuǎn)方向與 鉆桿相反。螺旋體31上間隔設(shè)置有與套管內(nèi)壁接觸的支撐套管02的尼龍材料 制成的支撐片32,每一組支撐片的長(zhǎng)度為一個(gè)螺旋周期，支撐片32通過(guò)螺栓 33固定連接在螺旋體31上。
鉆頭01主要部件包括鉆頭體103、張縮鉆刃102、與鉆桿03插接的四方柄 104以及一級(jí)鉆頭101,張縮鉆刃102設(shè)置在鉆頭體103上。張縮鉆刃102與鉆 頭體103的連接靠銷軸105和彈簧113連接一一鉆頭體103上設(shè)置有通孔，銷 軸105穿在通孔內(nèi)，張縮鉆刃102的一端設(shè)置有切削刃，另一端為連接端，連 接端上設(shè)置有與鉆頭體103上的通孔及銷軸105對(duì)應(yīng)的孔，銷軸通過(guò)鉆頭體103 和張縮鉆刃102上的通孔將張縮鉆刃102連接在鉆頭體103內(nèi)，在銷軸105上 兩個(gè)張縮鉆刃102之間上設(shè)置彈簧113，張縮鉆刃102對(duì)應(yīng)彈簧的位置處開有容 納彈簧的槽，彈簧113為扭簧，扭簧使張縮鉆刃張開靠緊在鉆頭體上；張縮鉆 刃102張開時(shí)的尺寸略大于套管02的外徑。
所述鉆頭體103上設(shè)置有與鉆桿03的鉆桿芯30連接的四方柄104,鉆桿芯 30前端的孔為四方孔，四方柄104插在四方孔內(nèi)，四方柄104上設(shè)置有卡銷槽 112，鉆桿03前端的四方孔壁上也設(shè)有卡銷槽，四方柄104和鉆桿03前端的四 方孔插接在一起，并通過(guò)卡銷04將兩者連接。在四方柄104上還設(shè)置有彈性橫 銷107，在鉆桿芯30的壁上與彈性橫銷107對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置有橫銷卡孔36; 所述四方柄上的彈性橫銷107設(shè)置在四方柄的內(nèi)孔與外壁之間，四方柄的孔內(nèi)、彈性橫銷107的下面設(shè)置有片簧108,片簧108通過(guò)其端部設(shè)置的卡環(huán)固定在四 方柄內(nèi)孔端部，在四方柄104的壁上安裝彈性橫銷107的位置還設(shè)置有橫銷環(huán) 106，彈性橫銷107穿在橫銷環(huán)106內(nèi)，橫銷環(huán)106通過(guò)螺紋連接在四方柄104 的螺紋孔內(nèi)，在橫銷環(huán)106與彈性橫銷107之間設(shè)置有小密封圈111。在四方柄 104的端部也設(shè)置有大密封圈109，用于四方柄與鉆桿內(nèi)孔之間的密封，保證鉆 桿和鉆頭的連接處不漏水。鉆頭體103的前端還設(shè)置有外徑小于張縮鉆刃外徑 的一級(jí)鉆頭101。鉆頭體上鉆有與鉆頭內(nèi)的通水孔連通的出水孔，分別給張縮鉆 刃和一級(jí)鉆頭通水，以降低鉆頭的溫度并沖洗煤屑。在鉆孔完成后或者中途退 鉆時(shí)，張縮鉆刃102受到孔壁、套管壁的壓力而向中心收縮，從而將鉆頭01及 鉆桿03順利從套管02中抽出。
鉆桿03的后端也設(shè)有與鉆機(jī)連接的四方柄34。此四方柄的結(jié)構(gòu)及與鉆機(jī)的 連接方式與鉆頭與鉆桿的連接方式相同。同樣具有橫銷組件和密封件以及卡銷 槽35。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一級(jí)鉆頭鉆孔直徑4)68，張縮鉆刃的兩個(gè)刀片在cb 75~ (J)llO的范圍內(nèi)變動(dòng)，兩刀片為常開狀態(tài)，張縮鉆刃鉆孔直徑d)110,撤鉆 時(shí)，兩刀片碰到套管端面回收至套管內(nèi)。
9
權(quán)利要求
1、一種防塌孔鉆具，包括鉆桿、設(shè)置在鉆桿前端的鉆頭，其特征在于鉆桿的外表面帶有螺旋體，螺旋體的外面設(shè)置有套管；鉆頭上設(shè)置有與鉆頭體活動(dòng)連接的張縮鉆刃，張縮鉆刃張開時(shí)的直徑尺寸與套管的外徑相應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述張縮鉆刃上相對(duì)切 削刃的另一端和鉆頭體上均設(shè)置有互相對(duì)應(yīng)的孔，在此孔內(nèi)設(shè)置有連接張縮鉆 刃與鉆頭體的銷軸，在銷軸上設(shè)置有撐開張縮鉆刃的彈簧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述鉆頭體上設(shè)置有四 方柄，鉆桿前端設(shè)有與四方柄對(duì)應(yīng)的四方孔，鉆桿與鉆頭通過(guò)四方柄連接；鉆 頭體、四方柄及鉆桿內(nèi)部均設(shè)置有互相連通的為鉆頭通水的通水孔，四方柄與 鉆桿的連接處設(shè)置有密封裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述四方柄上設(shè)置有 彈性橫銷，鉆桿壁上設(shè)置有與彈性橫銷對(duì)應(yīng)的橫銷卡孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述四方柄上的彈性橫 銷設(shè)置在四方柄的內(nèi)孔與外壁之間，四方柄的孔內(nèi)、彈性橫銷的下面設(shè)置有片 形的彈簧，片形的彈簧通過(guò)其端部的卡環(huán)固定在四方柄內(nèi)孔端部；在彈性橫銷 與四方柄壁之間設(shè)置有橫銷環(huán)及密封圈。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述四方柄的棱邊上 和鉆桿上均設(shè)置有互相對(duì)應(yīng)的卡銷槽，卡銷槽內(nèi)設(shè)置連接四方柄和鉆桿的卡銷。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述鉆桿的后 端亦設(shè)置有與鉆機(jī)連接的四方柄，此四方柄上也設(shè)置有彈性橫銷和/或卡銷槽。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述鉆頭體的前端還設(shè) 置有外徑小于張縮鉆刃外徑的一級(jí)鉆頭。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述螺旋體上間隔設(shè)置 有與套管內(nèi)壁接觸的支撐套管的尼龍材料制成的支撐片。
10、根據(jù)權(quán)利要求l所述的防塌孔鉆具，其特征在于所述套管與鉆機(jī)連接, 其旋轉(zhuǎn)方向與鉆桿相反。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防塌孔鉆具，包括鉆桿、鉆頭，鉆桿的外表面帶有螺旋體，螺旋體上間隔設(shè)置有支撐片，螺旋體的外面設(shè)置有與鉆機(jī)連接的與鉆桿旋轉(zhuǎn)方向相反的套管；鉆頭上設(shè)置有靠銷軸和彈簧與鉆頭體連接的張縮鉆刃和外徑小于張縮鉆刃外徑的一級(jí)鉆頭，張縮鉆刃張開時(shí)的直徑與套管的外徑相應(yīng)。鉆頭體通過(guò)四方柄及卡銷與鉆桿連接，四方柄上設(shè)置有與鉆桿壁上的橫銷卡孔對(duì)應(yīng)的靠片簧彈動(dòng)的彈性橫銷，鉆頭體、四方柄及鉆桿內(nèi)部均設(shè)置有互相連通的通水孔，鉆頭體內(nèi)的通水孔與鉆刃對(duì)應(yīng)。本發(fā)明適用于各種地質(zhì)煤層的探地質(zhì)構(gòu)造、煤厚、探放水、抽放瓦斯、煤體注水、卸防壓力孔等，特別適用于在復(fù)雜條件下采用爆破法鉆進(jìn)。
文檔編號(hào)E21B10/00GK101566046SQ20091007471
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者劉占宏, 劉水東, 張躍普 申請(qǐng)人:石家莊中煤裝備制造有限公司