一种煤矿井下大直径随钻扩孔钻头制造技术

本发明专利技术公开了一种煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，包括同轴连接的领眼钻头和扩眼钻头；领眼钻头包括领眼钻头体、围绕领眼钻头体周向设置的多个领眼刀翼、设置在领眼刀翼布齿面上的切削齿和领眼刀翼保径面上的保径合金，相邻领眼刀翼之间形成第一排屑槽，第一排屑槽内设置有第一水眼；扩眼钻头包括扩眼钻头体、围绕扩眼钻头体周向设置的多个扩眼刀翼、设置在相邻扩眼刀翼之间的支护肋板、设置在扩眼刀翼布齿面上的切削齿和扩眼刀翼保径面上的保径合金，相邻扩眼刀翼之间形成第二排屑槽，第二排屑槽内设置有第二水眼；本发明专利技术为领眼钻头和扩眼钻头组成的两级切削结构，可合理分配钻压，实现边钻边扩的钻进方式，提高大直径联络巷钻孔的成孔效率。孔的成孔效率。孔的成孔效率。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下大直径随钻扩孔钻头


[0001]本专利技术属于煤矿井钻进
，具体涉及一种煤矿井下大直径随钻扩孔钻头。

技术介绍

[0002]随着煤矿开采深度的增加，井下施工条件日益复杂，常规巷道施工技术已不能满足井下巷道施工的需求。大直径钻孔技术为煤矿生产中部分巷道施工开辟了新的施工途径，能够代替煤仓溜煤眼、联络巷道等，在巷道通风、抢险救援及井下管道铺设等方面发挥突出优势。
[0003]钻孔直径越大，越有利于开展管道铺设、巷道通风等作业，而针对大直径钻孔，目前通常采用“先导孔施工+分级扩孔”的成孔工艺，存在辅助作业时间长、扩孔成孔效率低的缺点。
[0004]公告号CN209724230U的专利文献提出了一种随钻扩孔钻头，该钻头的导向部分和扩孔部分采用非同轴心的偏心式结构，在裸眼钻孔至设计井深后，下入该钻头穿过裸眼段随钻扩孔钻进，无法满足煤炭全孔段大直径联络巷成孔要求，且存在煤粉排渣困难的问题。公告号CN 104763348 A的专利文献提出了一种嵌固仿生喷嘴的钻扩一体化钻具，该钻具针对注浆施工提出，由先导钻头、多级扩孔器、冲击器等部件组成，需要配置多级扩孔器才能完成最终成孔作业，各级扩孔钻头之间环空间隙小，煤粉排渣能力弱。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提供了一种煤矿井大直径随钻扩孔钻头，通过边钻边扩的方式以提高大直径钻孔的成孔效率，并延长钻头寿命，降低施工成本。
[0006]本专利技术具体采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，包括同轴连接的领眼钻头和扩眼钻头；所述领眼钻头包括领眼钻头体、围绕领眼钻头体周向设置的多个领眼刀翼、设置在领眼刀翼布齿面上的切削齿和领眼刀翼保径面上的保径合金，相邻领眼刀翼之间形成第一排屑槽，所述第一排屑槽内设置有第一水眼；
[0008]所述扩眼钻头包括扩眼钻头体、围绕扩眼钻头体周向设置的多个扩眼刀翼、设置在相邻扩眼刀翼之间的支护肋板、设置在扩眼刀翼布齿面上的切削齿和扩眼刀翼保径面上的保径合金，相邻扩眼刀翼之间形成第二排屑槽，所述第二排屑槽内设置有第二水眼；
[0009]所述扩眼钻头体与领眼钻头体同轴心连接；所述扩眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径大于领眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径。
[0010]优选的，所述领眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径D1与扩眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径D2的比值h满足公式(15)，
[0011]h＝
‑
6.78777624401209k3+8.0441811186145k2‑
3.73768694982173k+1.29372621712326
ꢀꢀꢀ
(15)
[0012]式(15)中，k为钻压分配比。
[0013]更优选的，h＝0.62～0.68。
[0014]优选的，第一水眼的直径d1与第二水眼的直径d2的比值为其中，n为第一水眼的数量，m为第二水眼的数量。
[0015]优选的，所述扩眼刀翼可拆卸连接在扩眼钻头体上。
[0016]具体的，所述扩眼钻头体上设置有第一定位凹槽和第二定位凹槽，所述扩眼刀翼上设置有第三定位凹槽，第三定位凹槽底部设置有螺栓孔；所述扩眼刀翼插入第一定位凹槽中，所述支护肋板的其中一端插入第二定位凹槽中，支护肋板两侧分别设置有凸起，所述凸起分别插入相邻两个扩眼刀翼的第三定位凹槽中，并通过螺栓固定。
[0017]优选的，多个支护肋板围绕扩眼钻头体呈螺旋线型排布。
[0018]优选的，所述扩眼刀翼和支护肋板上均设置有孔洞。
[0019]优选的，所述领眼刀翼布齿面的内锥区设置有圆柱形PDC切削齿，所述领眼刀翼布齿面的鼻部区设置有斧式脊状PDC切削齿，所述领眼刀翼布齿面的外锥区设置有三棱凸脊PDC切削齿。
[0020]优选的，所述领眼刀翼布齿面的轮廓线由第一直线段、第一圆弧段、第二圆弧段依次相切连接而成，所述第二圆弧段与领眼刀翼保径面连接；所述第一直线段与竖直方向的夹角为77.5
°
～87.5
°
，所述领眼刀翼布齿面轮廓线最高点与领眼钻头中心线的距离为0.3D1～0.34D1，D1为领眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径。
[0021]优选的，所述扩眼刀翼布齿面的轮廓线由第二直线段和第三圆弧段相切连接而成，所述第三圆弧段与扩眼刀翼保径面相切连接；所述第三圆弧段上设置有斧式脊状PDC切削齿和三棱凸脊PDC切削齿。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023](1)本专利技术采用领眼钻头和扩眼钻头组成的两级切削结构，结构设计可合理分配钻压，实现边钻边扩的钻进方式，提高大直径联络巷钻孔的成孔效率。
[0024](2)本专利技术扩眼钻头采用装配式结构，通过支护肋板将扩眼刀翼固定于扩眼钻头体上，一方面有利于根据岩石硬度灵活增减扩眼刀翼数量，既保证钻进效率又延长钻头寿命；另一方面可以根据扩眼刀翼上切削齿的磨损情况随时更换扩眼刀翼，有利于缩短钻头制造周期，时刻保持钻头的攻击性。
[0025]本专利技术的其他优点在具体实施方式中进行详细说明。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例记载的随钻扩孔钻头的整体结构示意图。
[0027]图2是本专利技术实施例记载的扩眼钻头体的结构示意图。
[0028]图3是本专利技术实施例记载的扩眼刀翼的结构示意图。
[0029]图4是本专利技术实施例记载的扩眼刀翼布齿示意图。
[0030]图5是本专利技术实施例记载的扩眼刀翼布齿面结构示意图。
[0031]图6是本专利技术实施例记载的领眼刀翼布齿面切削齿布置示意图。
[0032]图7是本专利技术实施例记载的领眼刀翼布齿面结构示意图。
[0033]图8是本专利技术实施例记载的扩眼刀翼布齿面轮廓线示意图。
[0034]图9是本专利技术实施例记载的领眼刀翼布齿面轮廓线示意图。
[0035]图10是领眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径D1与扩眼刀翼最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径D2比值计算的有限元仿真应力云图，其中(a)为有限元模型图，(b)为应力云图。
[0036]图11是有限元计算直径D1与直径D2的比值h与钻压分配比k的曲线图。
[0037]图12是有限元计算直径D1与直径D2的比值h与随钻扩孔钻头碎岩比功曲线。
[0038]图中各标号说明：
[0039]1‑
领眼钻头，2
‑
扩眼钻头，3
‑
切削齿，4
‑
保径合金，5
‑
反向合金，6
‑
螺栓，7
‑
岩石；
[0040]11
‑
领眼钻头体，12
‑
领眼刀翼，13
‑
第一排屑槽，14
‑
第一水眼；
[0041]121
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，其特征在于，包括同轴连接的领眼钻头(1)和扩眼钻头(2)；所述领眼钻头(1)包括领眼钻头体(11)、围绕领眼钻头体(11)周向设置的多个领眼刀翼(12)、设置在领眼刀翼布齿面(121)上的切削齿(3)和领眼刀翼保径面(122)上的保径合金(4)，相邻领眼刀翼(12)之间形成第一排屑槽(13)，所述第一排屑槽(13)内设置有第一水眼(14)；所述扩眼钻头(2)包括扩眼钻头体(21)、围绕扩眼钻头体(21)周向设置的多个扩眼刀翼(22)、设置在相邻扩眼刀翼(22)之间的支护肋板(23)、设置在扩眼刀翼布齿面(221)上的切削齿(3)和扩眼刀翼保径面(222)上的保径合金(4)，相邻扩眼刀翼(22)之间形成第二排屑槽(24)，所述第二排屑槽(24)内设置有第二水眼(25)；所述扩眼钻头体(21)与领眼钻头体(11)同轴心连接；所述扩眼刀翼(22)最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径大于领眼刀翼(12)最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径。2.如权利要求1所述的煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，其特征在于，所述领眼刀翼(12)最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径D1与扩眼刀翼(22)最外侧齿旋转一周形成的轮廓的直径D2的比值h满足公式(15)，h＝
‑
6.78777624401209k3+8.0441811186145k2‑
3.73768694982173k+1.29372621712326
ꢀꢀꢀ
(15)式(15)中，k为钻压分配比。3.如权利要求2所述的煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，其特征在于，h＝0.62～0.68。4.如权利要求1至3任一项所述的煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，其特征在于，第一水眼(14)的直径d1与第二水眼(25)的直径d2的比值为其中，n为第一水眼(14)的数量，m为第二水眼(25)的数量。5.如权利要求1所述的煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，其特征在于，所述扩眼刀翼(22)可拆卸连接在扩眼钻头体(21)上。6.如权利要求5所述的煤矿井下大直径随钻扩孔钻头，其特征在于，所述扩眼钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：居培，王传留，田宏杰，金新，高晓亮，许超，赵建国，魏宏超，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：