矿用多级调节的钻头

281 编辑：中冶有色技术网来源：河南驰振科技有限公司

2024-12-17 13:29:36

权利要求

1.一种矿用多级调节的钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的内部设置有内循环降温通道，所述钻头本体的外部设置有刀翼，所述刀翼上设置有多个沿其长度方向分布的齿座，所述齿座上设置有PDC刀片，其特征在于，所述刀翼包括3个呈圆形阵列分布在钻头本体的头部的固定刀翼，所述固定刀翼的头端靠近钻头本体的中心且其尾端延伸至钻头本体的侧面，所述钻头本体的侧面设置有3组中间活动刀翼和3个尾段活动刀翼，所述中间活动刀翼包括与钻头本体嵌套配合的中间弧板，所述中间弧板上设置有与固定刀翼的尾端配合的中间刀翼，所述尾段活动刀翼包括与钻头本体嵌套配合的尾段弧板，所述尾段弧板上设置有尾段刀翼，所述中间活动刀翼和尾段活动刀翼通过旋转调节可与固定刀翼形成三刀翼、六刀翼和九刀翼，所述中间弧板和尾段弧板上均设置有多个连接钻头本体的定位销，所述定位销用于对中间活动刀翼和尾段活动刀翼进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述固定刀翼的底部设置有第一台阶口，所述第一台阶口的内侧设置有第一楔口，所述第一台阶口和第一楔口朝向PDC刀片的工作面方向均为堵面，所述中间活动刀翼的顶部设置有与第一台阶口和第一楔口呈面面配合的中间3面立体翼阶。

3.根据权利要求2所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述中间活动刀翼的底部设置有第二台阶口，所述第二台阶口的内侧设置有第二楔口，所述第二台阶口和第二楔口朝向PDC刀片的工作面方向均为堵面，所述尾段活动刀翼的顶部设置有与第二台阶口和第二楔口呈面面配合的尾段3面立体翼阶。

4.根据权利要求3所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述中间3面立体翼阶包括与钻头本体的侧面倾斜衔接的第一楔面，所述第一楔面的底部设置有第一水平台面，所述第一楔面和第一水平台面的侧面设置有第一斜阶面，所述第一斜阶面的底部设置有第一支撑水平台面，所述尾段3面立体翼阶包括与钻头本体的侧面倾斜衔接的第二楔面，所述第二楔面的底部设置有第二水平台面，所述第二楔面和第二水平台面的侧面设置有第二斜阶面，所述第二斜阶面的底部设置有第二支撑水平台面，所述中间3面立体翼阶和尾段3面立体翼阶在朝向PDC刀片的旋转工作方向的棱边上均设置有硬质合金体。

5.根据权利要求1所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述钻头本体的侧面设置有与中间弧板和尾段弧板对应的嵌槽，所述嵌槽包括外环段，所述外环段朝向钻头中心的一侧设置有多个轴向间隔分布的内环段，所述内环段与外环段的组合断面呈T字形，所述内环段上设置有圆环段，所述圆环段的断面直径大于内环段的轴向深度，所述中间弧板的外侧和尾段弧板的外侧均与钻头本体的侧面位于同一锥面上，所述中间弧板的内侧和尾段弧板的内侧均设置有多个与内环段一一对应的凸板，所述凸板上设置有与圆环段配合的环形凸起。

6.根据权利要求5所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述钻头本体上设置有用来连接定位销的销孔，所述销孔的数量倍数于同一水平台面上定位销的数量。

7.根据权利要求6所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述定位销为锥形销且与销孔紧配合。

8.根据权利要求1所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述钻头本体的头部设置有分布在相邻固定刀翼之间的耐磨堆焊层，所述耐磨堆焊层的尾端延伸至钻头本体的侧面。

9.根据权利要求1所述的一种矿用多级调节的钻头，其特征在于，所述固定刀翼、中间活动刀翼和尾段活动刀翼依次对接后形成的三刀翼呈螺旋结构。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于矿山机械设备领域，涉及煤矿钻机，尤其涉及一种矿用多级调节的钻头。

背景技术

[0002]机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。煤矿开采前需要先进行钻探，钻探用的钻头现在多采用金刚石钻头。该钻头多为一体式钻头，整个钻头没有活动的零部件，结构比较简单，具有抗冲击的能力，而且金刚石钻头在软-中硬地层中钻进时，有速度快、进尺多、寿命长、工作平稳、井下事故少、井身质量好等优点。根据金刚石钻头的刀翼数量可以将其分为三刀翼、四刀翼、五刀翼、六刀翼、七刀翼和八刀翼。如现有专利CN219528932U公开了一种具有内循环降温功能的煤矿钻探用钻头，该钻头是固定六刀翼，其除了具有普通金刚石钻头的优点外，还能够循环降温，以提高其钻探寿命;再如CN202021338623.7公开了一种矿用三刀翼均布的PDC钻头，该钻头具有耐磨性好，钻进能力强的特点。

[0003]由于大多数金刚石钻头为固定刀翼，刀翼数量对其钻探能力的影响是，刀翼少则钻头容易吃入地层，复合钻进机械钻速高，但遇到软煤层的话，会出现憋泵的情况;刀翼多则钻头难以吃入地层，复合钻进机械钻速偏低，但在软-中硬煤层中的稳定较好。因此，固定数量的刀翼钻头在实际钻探作业中一般会通过评估来选择相应的钻头，不过钻头的实际利用率会降低，特别是作为耗材的话，会增加钻探作业的成本。

[0004]现有专利CN105443043A公开了一种可改变刀翼数量的PDC钻头，包括胎体、水力通道、喷嘴、固定刀翼、活动刀翼、卡簧、T形卡块、T形卡槽、限位防脱块组成。固定刀翼固定在胎体上与之连成一体;活动刀翼通过T形卡块限定在胎体上的T形卡槽内，卡槽下部有限位防脱块、上部有卡簧。该钻头虽然可以获得可调节数量的刀翼，但是采用的连接方式的连接可靠性较低，特别是在煤岩中钻探过程中，其实际使用寿命收到较大的影响。

发明内容

[0005]本发明针对上述的煤矿钻探钻头所存在的技术问题，提出一种设计合理、钻探能力较强、可靠性较高且使用寿命较长的一种矿用多级调节的钻头。

[0006]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种矿用多级调节的钻头，包括钻头本体，所述钻头本体的内部设置有内循环降温通道，所述钻头本体的外部设置有刀翼，所述刀翼上设置有多个沿其长度方向分布的齿座，所述齿座上设置有PDC刀片，所述刀翼包括3个呈圆形阵列分布在钻头本体的头部的固定刀翼，所述固定刀翼的头端靠近钻头本体的中心且其尾端延伸至钻头本体的侧面，所述钻头本体的侧面设置有3组中间活动刀翼和3个尾段活动刀翼，所述中间活动刀翼包括与钻头本体嵌套配合的中间弧板，所述中间弧板上设置有与固定刀翼的尾端配合的中间刀翼，所述尾段活动刀翼包括与钻头本体嵌套配合的尾段弧板，所述尾段弧板上设置有与中间刀翼配合的尾段刀翼，所述中间活动刀翼和尾段活动刀翼通过旋转调节可与固定刀翼形成三刀翼、六刀翼和九刀翼，所述中间弧板和尾段弧板上均设置有多个连接钻头本体的定位销，所述定位销用于对中间活动刀翼和尾段活动刀翼进行定位。

[0007]作为优选，所述固定刀翼的底部设置有第一台阶口，所述第一台阶口的内侧设置有第一楔口，所述第一台阶口和第一楔口朝向PDC刀片的工作面方向均为堵面，所述中间活动刀翼的顶部设置有与第一台阶口和第一楔口呈面面配合的中间3面立体翼阶。

[0008]作为优选，所述中间活动刀翼的底部设置有第二台阶口，所述第二台阶口的内侧设置有第二楔口，所述第二台阶口和第二楔口朝向PDC刀片的工作面方向均为堵面，所述尾段活动刀翼的顶部设置有与第二台阶口和第二楔口呈面面配合的尾段3面立体翼阶。

[0009]作为优选，所述中间3面立体翼阶包括与钻头本体的侧面倾斜衔接的第一楔面，所述第一楔面的底部设置有第一水平台面，所述第一楔面和第一水平台面的侧面设置有第一斜阶面，所述第一斜阶面的底部设置有第一支撑水平台面，所述尾段3面立体翼阶包括与钻头本体的侧面倾斜衔接的第二楔面，所述第二楔面的底部设置有第二水平台面，所述第二楔面和第二水平台面的侧面设置有第二斜阶面，所述第二斜阶面的底部设置有第二支撑水平台面，所述中间3面立体翼阶和尾段3面立体翼阶在朝向PDC刀片的旋转工作方向的棱边上均设置有硬质合金体。

[0010]作为优选，所述钻头本体的侧面设置有与中间弧板和尾段弧板对应的嵌槽，所述嵌槽包括外环段，所述外环段朝向钻头中心的一侧设置有多个轴向间隔分布的内环段，所述内环段与外环段的组合断面呈T字形，所述内环段上设置有圆环段，所述圆环段的断面直径大于内环段的轴向深度，所述中间弧板的外侧和尾段弧板的外侧均与钻头本体的侧面位于同一锥面上，所述中间弧板的内侧和尾段弧板的内侧均设置有多个与内环段一一对应的凸板，所述凸板上设置有与圆环段配合的环形凸起。

[0011]作为优选，所述钻头本体上设置有用来连接定位销的销孔，所述销孔的数量倍数于同一水平台面上定位销的数量。

[0012]作为优选，所述定位销为锥形销且与销孔紧配合。

[0013]作为优选，所述钻头本体的头部设置有分布在相邻固定刀翼之间的耐磨堆焊层，所述耐磨堆焊层的尾端延伸至钻头本体的侧面。

[0014]作为优选，所述固定刀翼、中间活动刀翼和尾段活动刀翼依次对接后形成的三刀翼呈螺旋结构。

[0015]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

[0016]1、本发明提供的一种矿用多级调节的钻头，3个刀翼均采用分段的设计，令固定刀翼、中间活动刀翼和尾段活动刀翼对接后可令本钻头呈3刀翼结构，令中间活动刀翼和尾段活动刀翼依次对接并交错于固定刀翼可令本钻头呈6刀翼结构，令固定刀翼、中间活动刀翼和尾段活动刀翼均交错的话可令本钻头呈9刀翼结构，这样可根据实际情况调节至不同的刀翼状态，令本钻头能够在复合钻进过程中保持较好的钻进效率，而且结构可靠性较高，工作稳定性较好，有利于提高刀翼的综合利用率。本装置设计合理、钻探能力较强、可靠性较高且使用寿命较长，适合大规模推广。

附图说明

[0017]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018]图1为实施例提供的一种矿用多级调节的钻头在三刀翼状态下的轴测图;

[0019]图2为实施例提供的一种矿用多级调节的钻头在三刀翼状态下的主视图;

[0020]图3为实施例提供的嵌槽在钻头本体上的分布示意图;

[0021]图4为实施例提供的一种矿用多级调节的钻头在三刀翼状态下的俯视图;

[0022]图5为实施例提供的一种矿用多级调节的钻头在九刀翼状态下的轴测图;

[0023]图6为实施例提供的一种矿用多级调节的钻头在九刀翼状态下的主视图;

[0024]图7为实施例提供的中间活动刀翼的轴测图;

[0025]以上各图中，1、钻头本体;2、刀翼;21、固定刀翼;211、第一台阶口;212、第一楔口;22、中间活动刀翼;221、中间弧板;222、中间刀翼;223、中间3面立体翼阶;223a、第一楔面;223b、第一水平台面;223c、第一斜阶面;223d、第一支撑水平台面;224、第二台阶口;225、第二楔口;23、尾段活动刀翼;231、尾段弧板;232、尾段刀翼;233、尾段3面立体翼阶;233a、第二楔面;233b、第二水平台面;233c、第二斜阶面;233d、第二支撑水平台面;24、凸板;25、环形凸起;26、硬质合金体;3、齿座;4、PDC刀片;5、定位销;6、嵌槽;61、外环段;62、内环段;63、圆环段;7、销孔;8、耐磨堆焊层。

具体实施方式

[0026]为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

[0027]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

[0028]实施例，如图1—7所示，本发明提供的一种矿用多级调节的钻头，包括钻头本体1，所述钻头本体1的内部设置有内循环降温通道(图中未示出)，钻头本体1的外部设置有刀翼2，刀翼2上设置有多个沿其长度方向分布的齿座3，齿座3上设置有PDC刀片4。其中，内循环降温通道用于通入冷却介质来给钻头降温，而刀翼2上的多个PDC刀片4通过齿座3固定在钻头本体1的工作路径上，能够保证本钻头在煤岩上具有较强的旋切能力以及耐磨性。内循环降温通道、齿座3和PDC刀片4为现有成熟技术，本实施例在此不再赘述。区别于现有的固定翼钻头的设计，本发明提供了可以调节角度的刀翼2，并且相应地对钻头本体1做了合理的改进，以保证本钻头的工作性能。

[0029]为了提高本钻头的工作性能，本发明提供的刀翼2包括3个呈圆形阵列分布在钻头本体1的头部的固定刀翼21，固定刀翼21的头端靠近钻头本体1的中心且其尾端延伸至钻头本体1的侧面，钻头本体1的侧面设置有3组中间活动刀翼22和3个尾段活动刀翼23，中间活动刀翼22包括与钻头本体1嵌套配合的中间弧板221，中间弧板221上设置有与固定刀翼21的尾端配合的中间刀翼222，尾段活动刀翼23包括与钻头本体1嵌套配合的尾段弧板231，尾段弧板231上设置有与中间刀翼222配合的尾段刀翼232，中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23通过旋转调节可与固定刀翼21形成三刀翼、六刀翼和九刀翼，中间弧板221和尾段弧板231上均设置有多个连接钻头本体1的定位销5，定位销5用于中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23进行定位。

[0030]更具体地，3个刀翼2均采用分段的设计，固定刀翼21在钻头的头部采用焊接的形式固定，其位置不变化，而中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23在钻头本体1上位置是可以调节的。如令固定刀翼21、中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23依次对接后可令本钻头呈3刀翼结构;令中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23依次对接且二者同时交错于固定刀翼21的话，可令本钻头呈6刀翼结构;令固定刀翼21、中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23均交错的话可令本钻头呈9刀翼结构。这样可根据实际情况调节至不同的刀翼状态，而不论是3刀翼、6刀翼还是9刀翼，固定刀翼21在钻头方向的前端都能保证本钻头具有较好的钻进能力，而且在6刀翼和9刀翼的状态下的话，能够在保证钻进速率的基础上，提高钻头在软-中硬煤层中的稳定较好，降低出现憋泵情况的概率。进一步地，将本钻头调节至6刀翼或9刀翼的工作状态的话，利用刀翼2与钻头本体1的嵌套界面的定位能力以及固定销的定位效果能够保证本钻头具有较高的结构可靠性，有利于提高钻头的工作稳定性较好，有利于延长本钻头的实际使用寿命，进而提高刀翼2的综合利用率。

[0031]为了提高本钻头的钻进能力，本发明提供的固定刀翼21的底部设置有第一台阶口211，所述第一台阶口211的内侧设置有第一楔口212，第一台阶口211和第一楔口212朝向PDC刀片4的工作面方向均为堵面，中间活动刀翼22的顶部设置有与第一台阶口211和第一楔口212呈面面配合的中间3面立体翼阶223。其中，中间活动刀翼22的顶部特点与固定刀翼21的底部特点相匹配，一方面可以令中间活动刀翼22与固定刀翼21对接后保持较好的密封面，另一方面能够为中间活动刀翼22的顶部提供外力支撑，减小中间活动刀翼22的顶部在三刀翼2结构下的磨损情况，有利于其在6刀翼和9刀翼下保证在较好的工况;再一方面的话，在将本钻头调节至6刀翼或9刀翼的状态下的话，可令中间活动刀翼22的头部具有一定的坡度，有利于减小刀翼2的磨损，令钻进层更好地与中间活动刀翼22上的PDC刀片4接触并完成切割与破碎。

[0032]进一步地，中间活动刀翼22的底部设置有第二台阶口224，第二台阶口224的内侧设置有第二楔口225，第二台阶口224和第二楔口225朝向PDC刀片4的工作面方向均为堵面，尾段活动刀翼23的顶部设置有与第二台阶口224和第二楔口225呈面面配合的尾段3面立体翼阶233。其中，尾段活动刀翼23的顶部特点与中间活动刀翼22的底部特点相匹配，一方面可以令尾段活动刀翼23与中间活动刀翼22对接后保持较好的密封面，另一方面能够为尾段活动刀翼23的顶部提供外力支撑，减小尾段活动刀翼23的顶部在三刀翼2结构下的磨损情况，有利于其在6刀翼和9刀翼下保证在较好的工况;再一方面的话，在将本钻头调节至6刀翼或9刀翼的状态下的话，可令尾段活动刀翼23的头部具有一定的坡度，有利于减小刀翼2的磨损，令钻进层更好地与尾段活动刀翼23上的PDC刀片4接触并完成切割与破碎。

[0033]为了提高本钻头的工作性能，本发明提供的中间3面立体翼阶223包括与钻头本体1的侧面倾斜衔接的第一楔面223a，第一楔面223a的底部设置有第一水平台面223b，第一楔面223a和第一水平台面223b的侧面设置有第一斜阶面223c，第一斜阶面223c的底部设置有第一支撑水平台面223d，尾段3面立体翼阶233包括与钻头本体1的侧面倾斜衔接的第二楔面233a，第二楔面233a的底部设置有第二水平台面233b，第二楔面233a和第二水平台面233b的侧面设置有第二斜阶面233c，第二斜阶面233c的底部设置有第二支撑水平台面233d，中间3面立体翼阶223和尾段3面立体翼阶233在朝向PDC刀片4的旋转工作方向的棱边上均设置有硬质合金体26。其中，中间3面立体翼阶223可与第一台阶口211、第一楔口212以及固定刀翼21的尾端面相匹配，在3刀翼工作状态下起到多面支撑的作用，有利于提高中间活动刀翼22在3刀翼结构的工作性能;尾段3面立体翼阶233可与第二台阶口224、第二楔口225以及中间活动刀翼22的尾端面相匹配，在3刀翼工作状态下起到多面支撑的作用，有利于提高尾段活动刀翼23在3刀翼结构的工作性能。在中间3面立体翼阶223以及尾段3面立体翼阶233上的硬质合金体26在多个棱边上均有设置，能够有效抵抗来自钻进工作面上的工作压力，从而起到提高本钻头钻进能力以及耐磨性能的作用，有利于延长本钻头的实际使用寿命。

[0034]为了提高中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23与钻头本体1结合之后的结构可靠性，本发明在钻头本体1的侧面设置有与中间弧板221和尾段弧板231对应的嵌槽6，嵌槽6包括外环段61，外环段61朝向钻头中心的一侧设置有多个轴向间隔分布的内环段62，内环段62与外环段61的组合断面呈T字形，内环段62上设置有圆环段63，圆环段63的断面直径大于内环段62的轴向深度，中间弧板221的外侧和尾段弧板231的外侧均与钻头本体1的侧面位于同一锥面上，中间弧板221的内侧和尾段弧板231的内侧均设置有多个与内环段62一一对应的凸板24，凸板24上设置有与圆环段63配合的环形凸起25。这样的话，除了用定位销5来对中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23在钻头本体1上的周向位置进行定位之外，中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23还与钻头本体1建立多节面的嵌套关系，如中间弧板221和尾段弧板231与外环段61嵌套、凸板24与内环段62嵌套、环形凸起25与圆环段63嵌套，通过多节面嵌套的方式可令中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23抵抗来自轴向和径向的压力，尤其是环形凸起25与圆环段63嵌套能够起到自锁的作用，令中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23压装在钻头本上之后具有较大的抗压能力;同时，通过将中间弧板221和尾段弧板231沿着嵌槽6长度方向移动即可以达到调节本钻头工作翼形式的目的。再加上多个定位销5的定位作用，定位销5为锥形销且与销孔紧配合，锥形的定位销5具有一定的径向和轴向承载强度，抗压能力也比较强，防脱效果较好，可令中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23在钻头本体1上建立稳定的装配关系，并有效提高本钻头在工作过程中的结构可靠性。

[0035]为了提高本钻头的利用率，考虑到6刀翼工作形式以及9刀翼工作形势下相邻刀翼的交错角度的需要，本发明在钻头本体1上设置有用来连接定位销5的销孔7，销孔7的数量呈倍数于同一水平台面上定位销5的数量，这样可以为中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23在钻头本体1上的相对位置提供较大的调节余量，以获得不同交错角度下的6刀翼钻头和9刀翼钻头。

[0036]为了提高本钻头的钻进能力，本发明在钻头本体1的头部设置有分布在相邻固定刀翼21之间的耐磨堆焊层8，耐磨堆焊层8的尾端延伸至钻头本体1的侧面，通过在固定刀翼21之间焊接耐磨堆焊层8可有效提高钻头本体1头端的耐磨性和抗压性，并且为固定刀翼21的根部提供一定的焊接长度和焊接面，有利于延长本钻头的实际使用寿命。

[0037]为了便于钻进方向上产生的钻屑高效排出，与钻头旋转特点相适应地，本发明提供的固定刀翼21、中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23依次对接后形成的三刀翼2呈螺旋结构，而在6刀翼钻头和9刀翼钻头形式下的中间活动刀翼22和尾段活动刀翼23是在不同的螺旋面上的，具有不同的螺旋工作直径和工作角度。这样既能够提高钻屑排出的效率，又能较小刀翼2上的磨损，并且减小PDC刀片4的工作负荷。

[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

说明书附图(7)