防塌孔钻具.pdf

本发明公开了一种防塌孔钻具，包括钻杆、钻头，钻杆的外表面带有螺旋体，螺旋体上间隔设置有支撑片，螺旋体的外面设置有与钻机连接的与钻杆旋转方向相反的套管；钻头上设置有靠销轴和弹簧与钻头体连接的张缩钻刃和外径小于张缩钻刃外径的一级钻头，张缩钻刃张开时的直径与套管的外径相应。钻头体通过四方柄及卡销与钻杆连接，四方柄上设置有与钻杆壁上的横销卡孔对应的靠片簧弹动的弹性横销，钻头体、四方柄及钻杆内部均设置有互相连通的通水孔，钻头体内的通水孔与钻刃对应。本发明适用于各种地质煤层的探地质构造、煤厚、探放水、抽放瓦斯、煤体注水、卸防压力孔等，特别适用于在复杂条件下采用爆破法钻进。

1、  一种防塌孔钻具，包括钻杆、设置在钻杆前端的钻头，其特征在于：钻杆的外表面带有螺旋体，螺旋体的外面设置有套管；钻头上设置有与钻头体活动连接的张缩钻刃，张缩钻刃张开时的直径尺寸与套管的外径相应。

2、  根据权利要求1所述的防塌孔钻具，其特征在于所述张缩钻刃上相对切削刃的另一端和钻头体上均设置有互相对应的孔，在此孔内设置有连接张缩钻刃与钻头体的销轴，在销轴上设置有撑开张缩钻刃的弹簧。

3、  根据权利要求1所述的防塌孔钻具，其特征在于所述钻头体上设置有四方柄，钻杆前端设有与四方柄对应的四方孔，钻杆与钻头通过四方柄连接；钻头体、四方柄及钻杆内部均设置有互相连通的为钻头通水的通水孔，四方柄与钻杆的连接处设置有密封装置。

4、  根据权利要求3所述的防塌孔钻具，其特征在于：所述四方柄上设置有弹性横销，钻杆壁上设置有与弹性横销对应的横销卡孔。

5、  根据权利要求4所述的防塌孔钻具，其特征在于所述四方柄上的弹性横销设置在四方柄的内孔与外壁之间，四方柄的孔内、弹性横销的下面设置有片形的弹簧，片形的弹簧通过其端部的卡环固定在四方柄内孔端部；在弹性横销与四方柄壁之间设置有横销环及密封圈。

6、  根据权利要求3所述的防塌孔钻具，其特征在于：所述四方柄的棱边上和钻杆上均设置有互相对应的卡销槽，卡销槽内设置连接四方柄和钻杆的卡销。

7、  根据权利要求1或者3所述的防塌孔钻具，其特征在于：所述钻杆的后端亦设置有与钻机连接的四方柄，此四方柄上也设置有弹性横销和/或卡销槽。

8、  根据权利要求1所述的防塌孔钻具，其特征在于所述钻头体的前端还设置有外径小于张缩钻刃外径的一级钻头。

9、  根据权利要求1所述的防塌孔钻具，其特征在于所述螺旋体上间隔设置有与套管内壁接触的支撑套管的尼龙材料制成的支撑片。

10、  根据权利要求1所述的防塌孔钻具，其特征在于所述套管与钻机连接，其旋转方向与钻杆相反。

防塌孔钻具
技术领域
本发明涉及一种在煤层中钻孔的工具，特别是一种在钻孔过程中防止所钻出的孔塌陷的钻具。
背景技术
在煤矿生产过程中，为了防止发生水或瓦斯突出事故，在掘进之前需要在煤层中打释放孔，将煤层中的水或者瓦斯释放出来以消除煤层应力，然后在孔内放置炸药进行爆破。目前煤矿中使用的钻爆破孔、探水孔、探瓦斯孔等深孔的设备，都是由钻机带动一个可以加长的钻杆，钻杆前端设置一个钻头。钻头的外径都大于钻杆的外径，在钻孔过程中，钻杆一般不与孔壁接触，在钻孔完成后将钻杆连同钻头一起撤出。由于很多煤矿上地质条件恶劣，岩层应力很大，煤层有时过硬或过软，在钻孔过程中或者钻孔完成后，经常出现所钻出的孔发生塌陷，造成钻进深度不够，极大的影响了成孔和钻孔效率，塌孔后煤层中的水或者瓦斯不能及时释放，也影响炸药的放置深度，严重影响生产效率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种钻孔效率和成孔几率高的、能够防止所钻出的孔发生塌陷的钻具。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种防塌孔钻具，包括钻杆、设置在钻杆前端的钻头，钻杆的外表面带有螺旋体。螺旋体的外面设置有套管；钻头上设置有与钻头体活动连接的张缩钻刃，张缩钻刃张开时的直径尺寸与套管的外径相应，即张缩钻刃张开时的直径尺寸略大于套管的外径。钻头和钻杆内设置有互相连通的通水孔。套管为聚氯乙烯材料制成的管，套管与钻机连接，其旋转方向与钻杆相反。
本发明的进一步改进在于：所述张缩钻刃与钻头体的连接靠销轴和弹簧连接。张缩钻刃上相对切削刃的另一端和钻头体上均设置有互相对应的孔，在此孔内设置连接张缩钻刃与钻头体的销轴，在销轴上设置有撑开张缩钻刃的弹簧。张缩钻刃的连接端通过销轴连接在钻头体内，弹簧使张缩钻刃张开，钻孔时使钻刃靠紧在钻头体上；在钻孔完成后或者中途退钻时，张缩钻刃受到孔壁、套管壁的压力而向中心收缩，从而将钻头及钻杆顺利从套管中抽出。
本发明的进一步改进在于：所述钻头体上设置有与钻杆连接的四方柄，钻杆前端设有与钻头的四方柄对应的四方孔，钻杆与钻头通过四方柄连接，四方柄插在四方孔内；钻头体、四方柄及钻杆内部均设置有互相连通的为钻头通水或者通气的通水孔，钻头体上的通水孔的出口对应钻头的钻刃，四方柄与钻杆的连接处设置有密封装置。
上述技术方案的进一步改进在于：所述四方柄上设置有弹性横销，钻杆壁上设置有与弹性横销对应的横销卡孔。
上述技术方案的进一步改进在于：所述四方柄上的弹性横销设置在四方柄的内孔与外壁之间，四方柄的孔内、横销的下面设置有片形的弹簧，片形的弹簧通过其端部的卡环固定在四方柄内孔端部；在弹性横销与四方柄壁之间设置有横销环，横销环可以通过螺纹连接在四方柄上，也可以镶嵌在四方柄上，横销环的外部尺寸大于弹性横销，而其内孔尺寸与弹性横销对应配合，横销环与卡弹性横销之间设置有密封圈。四方柄上密封装置有两处，一处设置四方柄的端部的大密封圈，另一处设置在弹性横销处的小密封圈。
上述技术方案的进一步改进在于：所述四方柄的棱边上和钻杆上均设置有互相对应的卡销槽，两卡销槽内设置连接四方柄和钻杆的卡销。此卡销组件和上述的弹性横销组件可以同时存在于四方柄和钻杆上，也可以单独设置其中的一种。
本发明的进一步改进在于：钻头体的前端还设置有外径小于张缩钻刃外径的一级钻头。钻头体上钻有4个出水孔，分别给张缩钻刃和一级钻头通水，以降低刀头的温度。
本发明的进一步改进在于：所述钻杆的后端亦设置有与钻机连接的四方柄，此四方柄上也设置有弹性横销和/或卡销槽。
本发明的技术方案的进一步改进在于：所述螺旋体上间隔设置有与套管内壁接触的支撑套管的尼龙材料制成的支撑片。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：
本发明由于在钻杆的外部设置了套管，套管在钻机的带动下与钻头钻杆一起伸入的孔内，套管可以采用高强度抗阻燃聚氯乙烯材料，支撑钻杆在套管中高速旋转。在钻孔过程中或者钻孔完成后，套管对孔壁起到支撑作用，因此可以防止孔内疏松的部位发生塌陷，增加了成孔率，提高了钻孔效率。达到钻进深度后，钻杆外撤，钻头上的张缩钻刃在孔壁和套管壁的压迫下收缩，钻杆带动钻头撤出套管，套管留在孔内，这样可方便的将煤层内的水或者瓦斯排出；在向孔内填放炸药时，也能够非常顺利的伸到孔的底部。经试验采用本钻孔工具时钻孔深度可比原来单纯靠钻杆钻进的深度深20～50米，且没有出现塌孔和卡钻现象，用爆破法崩煤成功几率大大增加。
张缩钻刃与钻头体的靠销轴和弹簧连接，可以使张缩钻刃在撤钻时能够向内收缩，而在非撤钻时处于张开状态，钻孔时通过工作面的压力再次压紧在钻头体上。弹簧和销轴的同时作用，可以使设置在钻头体上张缩钻刃处于对称状态，减少由于钻刃不对称而产生的增加钻进的扭矩、偏钻、或者崩刃现象。
钻头与钻杆、钻杆与钻机通过四方柄连接，不但连接时定位方便，而且可以增加连接部分的扭矩强度。
四方柄上弹性横销与钻杆壁的横销卡孔配合，在插接时横销会被压下，到达销孔处时再弹出，连接非常方便，在退钻杆时还可以起连接作用。四方柄上的卡销槽与卡销配合安装，在退钻杆时起连接作用，增大了连接强度，能有效的预防丢钻头的现象。张缩钻刃、四方柄及钻杆内部的互相连通的通水孔，可以在较硬的煤层中采用通水湿法钻进，从而软化煤体，提高效率，延长钻头的使用寿命；在较软的煤层中钻进时，可以通入压缩空气，加强排屑，提高效率，能有效地预防塌孔和卡钻；也可同时以任意比例的水、气混配通入钻头处进行钻进，从而降低煤尘，给刀片降温。四方柄上设置的密封装置是为了对钻头钻杆内的水、气进行密封。
四方柄上的弹性横销靠四方柄的孔内片形的弹簧支撑，片形的弹簧靠与四方柄的孔内配合卡环固定，方便安装和拆卸，片簧顺着通水的方向，不易堵塞通水孔，不影响通水、通气性能。钻杆插接时，横销能够方便的被压下、弹出。横销环的设置便于弹性横销的安装。
在钻头体的前端的一级钻头，在开始钻孔时可以起到定位作用，以防止起钻困难或者打偏孔，一级钻头先钻出定位孔，随后张缩钻刃与钻孔工作面接触并张紧，然后一级钻头与张缩钻刃一起钻进，同时钻机带动套管一起进入孔内。
钻杆上缠绕的螺旋体可以形成导煤槽，同时套管的旋转方向与钻杆的旋转方向相反，便于钻进时煤粉的导出，起到排煤粉的作用。在螺旋体上间隔设置的尼龙材料制成的支撑片，具有高耐磨性和抗阻燃性，不但可以支撑套管，而可以减小螺旋体与套管的摩擦力。本发明适用于各种地质煤层的探地质构造、煤厚、探放水、抽放瓦斯、煤体注水、卸防压力孔等，特别适用于在复杂条件下采用爆破法钻进。
附图说明
图1是本发明的结构简图；
图2是本发明的钻头的示意图；
图3是图2的剖面示意图；
图4是图1的横剖示意图。
其中：01、钻头，02、套管，03、钻杆，04、卡销；
101、一级钻头，102、张缩钻刃，103、钻头体，104、四方柄，105、销轴，106、横销环，107、弹性横销，108、片簧，109、大密封圈，110、卡环，111、小密封圈，112、卡销槽，113、弹簧，114、通水孔；
30、钻杆芯，31、螺旋体，32、支撑片，33、螺栓，34、四方柄，35、卡销槽，36、横销卡孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
本发明的防塌孔钻具的整体结构如图1所示，包括钻杆03、设置在钻杆03前端的钻头01，钻杆03主要由钻杆芯30和固定焊接在其外表面的螺旋体31组成，钻头01和钻杆03内设置有互相连通的通水孔114。螺旋体31的外面设置有套管02。套管02为聚氯乙烯材料制成的管，套管与钻机连接，其旋转方向与钻杆相反。螺旋体31上间隔设置有与套管内壁接触的支撑套管02的尼龙材料制成的支撑片32，每一组支撑片的长度为一个螺旋周期，支撑片32通过螺栓33固定连接在螺旋体31上。
钻头01主要部件包括钻头体103、张缩钻刃102、与钻杆03插接的四方柄104以及一级钻头101，张缩钻刃102设置在钻头体103上。张缩钻刃102与钻头体103的连接靠销轴105和弹簧113连接——钻头体103上设置有通孔，销轴105穿在通孔内，张缩钻刃102的一端设置有切削刃，另一端为连接端，连接端上设置有与钻头体103上的通孔及销轴105对应的孔，销轴通过钻头体103和张缩钻刃102上的通孔将张缩钻刃102连接在钻头体103内，在销轴105上两个张缩钻刃102之间上设置弹簧113，张缩钻刃102对应弹簧的位置处开有容纳弹簧的槽，弹簧113为扭簧，扭簧使张缩钻刃张开靠紧在钻头体上；张缩钻刃102张开时的尺寸略大于套管02的外径。
所述钻头体103上设置有与钻杆03的钻杆芯30连接的四方柄104，钻杆芯30前端的孔为四方孔，四方柄104插在四方孔内，四方柄104上设置有卡销槽112，钻杆03前端的四方孔壁上也设有卡销槽，四方柄104和钻杆03前端的四方孔插接在一起，并通过卡销04将两者连接。在四方柄104上还设置有弹性横销107，在钻杆芯30的壁上与弹性横销107对应的位置处设置有横销卡孔36；所述四方柄上的弹性横销107设置在四方柄的内孔与外壁之间，四方柄的孔内、弹性横销107的下面设置有片簧108，片簧108通过其端部设置的卡环固定在四方柄内孔端部，在四方柄104的壁上安装弹性横销107的位置还设置有横销环106，弹性横销107穿在横销环106内，横销环106通过螺纹连接在四方柄104的螺纹孔内，在横销环106与弹性横销107之间设置有小密封圈111。在四方柄104的端部也设置有大密封圈109，用于四方柄与钻杆内孔之间的密封，保证钻杆和钻头的连接处不漏水。钻头体103的前端还设置有外径小于张缩钻刃外径的一级钻头101。钻头体上钻有与钻头内的通水孔连通的出水孔，分别给张缩钻刃和一级钻头通水，以降低钻头的温度并冲洗煤屑。在钻孔完成后或者中途退钻时，张缩钻刃102受到孔壁、套管壁的压力而向中心收缩，从而将钻头01及钻杆03顺利从套管02中抽出。
钻杆03的后端也设有与钻机连接的四方柄34。此四方柄的结构及与钻机的连接方式与钻头与钻杆的连接方式相同。同样具有横销组件和密封件以及卡销槽35。
本发明的一个实施例的一级钻头钻孔直径φ68，张缩钻刃的两个刀片在φ75～φ110的范围内变动，两刀片为常开状态，张缩钻刃钻孔直径φ110，撤钻时，两刀片碰到套管端面回收至套管内。