專利名稱:具有兩種排渣方式的潛孔鉆具的制作方法
本發(fā)明涉及到供鉆巖用的鉆具。更具體地是一種能配用中心有孔或中心無孔鉆頭的潛孔鉆具。
在本發(fā)明之前，有人設(shè)計了一種潛孔型鉆巖機，試圖解決能在廣泛風(fēng)壓條件下作業(yè)，以提高鉆孔的速度。但是這種類型的鉆巖機，仍然分有閥或無閥配氣，在排渣形式上采取中心或旁側(cè)排渣，而且各自配有互不通用的中心有孔或中心無孔鉆頭。不僅如此，這種類型的鉆巖機在作業(yè)時，遇到松、軟、硬有裂縫等復(fù)雜巖層時，其鉆頭結(jié)構(gòu)又受到限制，以致塌孔、卡鉆頻繁，鉆速急劇下降，一些松、軟物卡死活塞，造成不能正常作業(yè)。
本發(fā)明的目的在于，設(shè)計的潛孔鉆具，能夠解決活塞在沖程和回程的瞬間使其風(fēng)壓能得到充分利用;并且具有中心和旁側(cè)排渣的效果;同時能配用各種結(jié)構(gòu)形式的鉆頭，特別是一種中心有孔螺旋結(jié)構(gòu)形式的鉆頭，以適應(yīng)在復(fù)雜巖層上正常潛孔的需要。
本發(fā)明潛孔鉆具為了達到上述目的，在設(shè)計上采取了以下結(jié)構(gòu)和部件，即由一個圓錐體，其上截面有一接口連接壓縮空氣源，下截面連接一個抗磨損的外殼與一個接在外殼下端的卡鉆套以卡住鉆頭;在外殼內(nèi)設(shè)有一個皺形分離傘和異物儲藏室，其下端有一個氣壓分配室和圓錐換向器，在其兩側(cè)有一換向氣座，分配的氣壓通過在外殼內(nèi)壁與內(nèi)缸之間的兩個風(fēng)壓通道的循環(huán)，使上、下氣室形成各自的風(fēng)壓回路，活塞與內(nèi)缸之間有一壓差通道，其上端設(shè)置補充氣室，下端連接通道交換器，在其作用下將風(fēng)流換到中心氣道或旁側(cè)氣道，無孔活塞在風(fēng)壓作用下，對螺旋鉆頭的中心氣道風(fēng)流換到中心氣道或旁側(cè)氣道，無孔活塞在風(fēng)壓作用下，對螺旋鉆頭的中心氣道風(fēng)流進行擠壓噴射，實現(xiàn)中心和旁側(cè)同時排渣。
本發(fā)明設(shè)計的圓錐換向器重量與活塞重量之比在0.1∶0.15的范圍;活塞直徑與潛孔孔徑之比在0.6∶0.61的范圍;下氣室進氣截面與上氣室進氣截面之比在0.65∶0.66的范圍;補充氣室直徑與上氣室直徑之比在0.72∶0.725的范圍;補充氣室深度與上氣室直徑之比在0.26∶0.27的范圍;壓差通道截面與下氣室進氣截面之比在0.2∶0.215的范圍;螺旋鉆頭的底截面與潛孔孔徑之比在1∶2的范圍;無孔活塞上截面是中心氣道截面的2.9～3倍;氣壓分配室腔內(nèi)呈不規(guī)則凸凹形狀;兩個風(fēng)壓通道在外殼內(nèi)壁與內(nèi)缸之間。
由于上述條件，本發(fā)明潛孔鉆具在對比試驗實例中，取得了難以預(yù)料的積極效果，在廣泛風(fēng)壓條件下，特別是在4～6kg/cm2的低風(fēng)壓下作業(yè)，與傳統(tǒng)的和歐洲專利辦事處1984年5月公報的刊號0099594 A2專利文獻所述及國內(nèi)同類型的潛孔鉆具作對比試驗更顯示了本發(fā)明的優(yōu)越性和積極效果。以下面例舉試驗實例。
本發(fā)明與J150中心有孔的球齒鉆頭配用，排渣中心旁側(cè)同時進行，與三段式150旁側(cè)排渣的潛孔鉆具作臺班潛孔效率比較，試驗用YQ150A型潛孔鉆機，該鉆機共兩根鉆桿、轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，由操作人員在石灰?guī)r層進行，8小時為一臺班，試驗記錄見表一
以上實驗表明本發(fā)明比旁側(cè)排渣的潛孔鉆具提高效率29%。
例二鉆機與上述條件相同，本發(fā)明配用各種結(jié)構(gòu)形成的鉆頭，在正常的白云巖層上作潛孔效率的比較見表二
以上試驗表明在同等條件下螺旋鉆頭比其它結(jié)構(gòu)形式的鉆頭在正常的白云巖上潛孔效率提高17.7%。
例三本發(fā)明配用J150中心有孔球齒鉆頭與三段式?jīng)_擊器，配用四翼超前刃鉆頭，在有黃泥的白云巖上作潛孔比較，記錄見表三
試驗表明本發(fā)明可提高孔效率32.1%。
例四本發(fā)明與歐洲專利辦事處1984年5月公布的刊號0099594A2專利文獻所述例2，用90毫米的鉆頭，風(fēng)壓170磅/平方英寸，在石灰?guī)r上用41.5分潛孔53英尺，本發(fā)明見表一，在石灰?guī)r、風(fēng)壓5公斤/cm2的條件下，7小時潛孔90.2米，如果本發(fā)明，具備上述同等條件，可提高效率13%。而本發(fā)明的主要特征是上述專利而不具備的。
本發(fā)明的潛孔鉆具，其結(jié)構(gòu)和部件進一步用附圖1～4來表明，圖中所示陰影部分表示氣道和氣室，其它表示結(jié)構(gòu)特征。
本發(fā)明的潛孔鉆具由一個圓錐體接頭(1)，其上截面與壓縮氣源相連接，下端連接一個抗磨性的外殼(2)，和一個接在外殼前端的卡鉆套(3)，其邊側(cè)設(shè)有懸掛銷(5)、彈簧(6)、止退銷(7)，供提鉆離開巖工作面和開鉆時鉆頭接觸巖石的伸縮動作，伸是打開氣源。當氣源進入接頭(1)內(nèi)，有一個能分離異物的皺形分離傘(8)，隨氣源進入的異物分離到異物儲藏室(9)里，氣源繼續(xù)由分離器(10)，進入一個換向器座(11)的氣道(12)，和一個具有一定重量的圓錐換向器(13)的上端，沿外殼(2)，內(nèi)缸(14)之間的氣壓通道(15)到無孔活塞(16)沿壓差通道(17)進入下氣室(18)，使無孔活塞(16)啟動由A-B點上升。內(nèi)缸(14)的下端有一個氣道變換器(19)不斷分配到鉆頭中心氣道(20)及旁側(cè)氣道(21)里，無孔活塞(16)上端設(shè)有一補充氣室(22)，無孔活塞(16)抵至B點時換向座(11)封閉，并推動圓錐換向器(13)封閉，氣流通向下氣室道，迫使無孔活塞(16)返向，而補充氣室(22)與上氣室(24)氣體混合推動無孔活塞(16)，由B-A點沖擊作功。在沖擊的瞬間、壓差通道(17)隨時將剩余風(fēng)壓送入潛孔通道。而鉆頭中心氣道(20)里氣流借用無孔活塞(16)作功能進行擠壓使之成為一般噴射流，噴射性的將沖擊破碎的巖層送入潛孔孔腔。如遇有溶洞或裂縫，鉆頭中心氣道(20)的氣流失去噴射能力，這時以沖擊聲突變方式向操作者發(fā)出信號。頻率可變，鉆速降低，如巖層正常，鉆速則自動隨之增高，與中心無孔鉆頭配用由通道變換器(19)將中心氣流分配到旁側(cè)氣道(21)，實現(xiàn)傳遞信號。本發(fā)明適應(yīng)于高低風(fēng)壓，也適應(yīng)于干式或濕式鑿巖。螺旋鉆頭(4)，是由潛孔孔徑 1/2 的突出截面(28)，直接受沖擊功破碎巖層，其斜截面的巖層相應(yīng)被鑿松，由分布在鉆頭圓錐面(29)呈螺旋狀的合金柱通過沖擊和轉(zhuǎn)矩，進行崩潰性地破碎巖層。對松、軟的巖層或黃泥實質(zhì)上是崩潰性的擴孔。
本發(fā)明潛孔鉆具，適應(yīng)高低風(fēng)壓，特別在4～6公斤/cm2的低風(fēng)壓下顯示了較高的鉆速。在與中心有孔的鉆頭配用，具有中心、旁側(cè)同時排渣的功能，當作業(yè)時遇到松、軟物堵塞鉆頭中心孔時，不需停機清洗，則自動轉(zhuǎn)為旁側(cè)排渣，遇到正常巖層之后堵塞在鉆頭中心孔的松、軟物自動脫落，則又恢復(fù)到中心、旁側(cè)同時排渣，在與中心無孔的鉆頭配用，又是單一的旁側(cè)排渣。不僅上述效果顯示了優(yōu)越性，本潛孔鉆具所涉及的螺旋結(jié)構(gòu)的鉆頭，解決了在作業(yè)時不卡鉆、塌孔的難題，而且在松、軟巖層上作業(yè)時，也有與正常巖層潛孔鉆速一致的效果。
權(quán)利要求
1.一種供鉆巖用的潛孔型鉆具，本發(fā)明的特征在于用無孔活塞打中心有孔鉆頭的潛孔鉆具的外殼(2)內(nèi)包括設(shè)有一個皺形分離傘(8)和異物儲藏室(9)，其下端有一個氣壓分配室(10)和圓錐換向器(13)，在其兩側(cè)有換向器座(11)，外殼(2)內(nèi)壁與內(nèi)缸(14)之間有兩個氣壓通道(15)，活塞(16)與內(nèi)缸(14)上氣室(24)之同有一壓差通道(17)，無孔活塞(16)上端設(shè)有一補充氣室(22)，下端設(shè)有一下氣室(18)聯(lián)接一個通道變換器(19)，在其作用下，將風(fēng)流變換到中心氣道(20)旁側(cè)氣道(21)，無孔活塞(16)在風(fēng)壓作用下對螺旋鉆頭(4)的中心氣道(20)風(fēng)流進行擠壓噴射，實現(xiàn)中心和旁側(cè)同時排渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述，其特征在于皺形分離傘(8)的皺形槽容積與異物儲藏室(9)的容積之比在1∶1的范圍;圓錐換向器(13的重量與無孔活塞(16)的重置之比在0.1∶0.15的范圍;無孔活塞(16)的上截面直徑與潛孔孔徑之比在0.6∶0.61的范圍;下氣室(18)進氣截面與上氣室(24)進氣截面之比在0.65∶0.66的范圍;補充氣室(22)的直徑與上氣室(24)直徑之比在0.72∶0.725的范圍;補充氣室(22)深度與上氣室直徑之比在0.26∶0.27的范圍;壓差通道(17)截面與下氣室(18)進氣截面之比在0.2∶0.215的范圍;螺旋鉆頭(4)的底截面與潛孔孔徑之比在1∶2的范圍;無孔活塞(16)上截面是中心氣道(20)截面的2.9～3倍;氣壓分配(10)腔內(nèi)呈不規(guī)則的凸凹形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1～2所述、其特征在于螺旋鉆頭(4)分三翼和四翼兩種形式，其圓錐面上的合金柱分布呈規(guī)則螺旋流線狀，其鉆頭圓錐面與中心氣道(20)垂直，夾角為15°
專利摘要
本發(fā)明涉及到供鉆巖用的鉆具，更具體的是，一種能配用中心有孔或中心無孔的潛孔鉆具。本發(fā)明設(shè)計的潛孔鉆具，主要是解決活塞在沖程和回程的瞬間使其風(fēng)壓能得到充分利用，并且能有中心和旁側(cè)排渣的效果，同時設(shè)計了一種中心有孔螺旋結(jié)構(gòu)的鉆頭，以適應(yīng)各種復(fù)雜巖層潛孔的需要。本發(fā)明的潛孔鉆具，與中心有孔鉆頭配用，具有中心、旁側(cè)同時排渣，與中心無孔鉆頭配用則單一的旁側(cè)排渣。
文檔編號E21B4/00GK85102035SQ85102035
公開日1987年1月17日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者朱宏章 申請人:武漢鋼鐵公司技術(shù)部導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan