專利名稱：一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鉆探施工技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，該實 用新型適用于尾礦壩的深井鉆探和取樣。通過在常規(guī)合金鉆頭的鋼制胎體側(cè)面增加表鑲合 余，以擴大鉆孔孔徑，防止在深井鉆孔中卡鉆和保證鉆井液順暢的循環(huán)，最終保證鉆進的 正常進行。另外，硬質(zhì)合金設(shè)置內(nèi)出刃，以防止鉆進中對胎體的磨損。
背景技術(shù)：
尾礦是礦山選礦生產(chǎn)中通過對礦石的破碎、磨細、分選，然后提取有用礦物后所剩余 的廢棄物。據(jù)統(tǒng)計我國現(xiàn)有尾礦庫近萬座，形成一定規(guī)模(庫容大于100萬方)的約1500 余座，其中最大尾礦庫庫容有8億方之多。截止到2005年，國內(nèi)尾礦壩的最大設(shè)計壩高為 260tn，超過100m的有26座。隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和對礦產(chǎn)資源需求量的增加，尾礦的排放 量將不斷增大。同時，隨著征地成本的不斷上升，礦山企業(yè)為了減少占用土地面積及降低 采礦附加成本，高尾礦壩將成為我國礦山尾礦壩發(fā)展的必然趨勢。同時，在對尾礦壩進行 穩(wěn)定性分析時，必需對尾礦壩進行工程勘探及取樣，因此高尾礦壩勘探技術(shù)是尾礦壩工程 勘探方面的發(fā)展方向。然而，'采用普通鉆頭對尾礦壩進行鉆孔勘探時，當(dāng)鉆進達到一定深 度時就會發(fā)生卡鉆，-其原因在于尾礦壩中的橫向應(yīng)力隨著深度的增加而增加，達到一定深 .度后，作用在鉆頭及巖芯管上的壓力所產(chǎn)生的摩擦力就會大于鉆機能夠提供的最大拉力， 此時就會發(fā)生卡鉆現(xiàn)象。
目前，常見的鉆頭都是針對可鉆中硬-硬和有硬巖夾層的地層，如PDC鉆頭及其改進的 新型鉆頭。近年來，也有針對卵礫巖層硬度大、可鉆性級別高、卵礫石礫徑大小不等及形 狀不規(guī)則等特點研發(fā)了一些抗沖擊性能較強新型取芯鉆頭，如QTQ型鉆頭、STS型鉆頭、金
剛石-硬質(zhì)合金復(fù)合齒鉆頭、四翼式取砂硬質(zhì)合金鉆頭等。實踐證明，目前已有的鉆頭均不 適用于尾礦壩的深部勘探及取樣。因此，此實用新型(發(fā)明)針對尾礦材料特性，提出了 一種改進的新型鉆頭設(shè)計，此鉆頭能有效降低及解除鉆頭和巖芯管所受的側(cè)限壓力，減小 鉆進和提鉆過程中的阻力，防止卡鉆。該新型鉆頭已在江西銅業(yè)公司徳興銅礦4號尾礦壩
3的勘察及取樣中使用，效果良好，最大鉆進深度達到140m。然而，采用常規(guī)鉆頭鉆進至60-70m 時基本都會出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在于提供了一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，該鉆頭結(jié)構(gòu)簡單，使 用方便。該鉆頭主要實施于尾礦壩的深井鉆探中，避免了鉆進和提鉆時卡鉆、保證鉆井液 順暢循環(huán)、加快了鉆進速度和防止鉆進中胎體的磨損。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
該鉆頭包括鋼制胎體，第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金，第一、第二、第三、第 四組表鑲合金，第一、第二、第三、第四水口，絲扣。其特征在于鉆頭胎體底唇面的第 一、第二、第三、第四組V型凹槽分別鑲焊第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金，其作用 在于保持鑲焊后鉆頭的整體性和整體強度、降低鉆頭在鉆進中的切屑阻力，以便提高鉆進 速率、降低鉆孔成本；胎體惻面的第一、第二、第三、第四組圓形槽分別鑲焊第一、第二、 第三、第四組表鑲合金，其作用在于保持鉆頭焊接后的整體性和強度、提高鉆井液的循環(huán) 速度、減小鉆進中側(cè)壁摩擦阻力、從而改善鉆孔條件、提高鉆進速率和防止卡鉆現(xiàn)象；胎 體側(cè)底面設(shè)置第一、第二、第三、第四水口，其作用在于保證鉆井液順暢循環(huán)，以便帶出 鉆頭鉆進中產(chǎn)生的熱量和鉆屑，防止燒鉆和保證鉆孔的順利；在鉆頭的上部設(shè)置絲扣，此
絲扣能把鉆頭牢固的連接在巖芯管上。第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金分別鑲焊到第
一、第二、第三、第四組V型凹槽中；第一、第二、第三、第四組表鑲合金分別鑲焊到第 一、第二、第三、第四組圓形槽中。在鉆頭底唇面上設(shè)置硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的底部直徑
與V型槽的底部尺寸相匹配，第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金需設(shè)置內(nèi)出刃；在鉆頭 側(cè)面設(shè)置第一、第二、第三、第四組表鑲合金，第一、第二、第三、第四組表鑲合金的底 部半徑分別與胎體側(cè)面的第一、第二、第三、第四組圓形槽半徑相匹配。(在鋼制胎體上開 V型凹槽，把硬質(zhì)合金放置于V型凹槽中，放置時需保證硬質(zhì)合金凸出胎體的內(nèi)表面(即內(nèi) 出刃)，然后把硬質(zhì)合金焊接在胎體上；在胎體側(cè)面開圓形卡槽、此卡槽與表鑲合金底面尺 寸相匹配，然后把表鑲合金鑲焊到圓形卡槽里；在胎體側(cè)面開U型水槽，此U型口是用來 保證鉆進液循環(huán)的通道，即水口。)
為了防止深井鉆孔中的卡鉆現(xiàn)象，并且保證鉆井液順暢循環(huán)，本實用新型在胎體側(cè)面鑲 焊合金，以增大鉆進中的孔徑。
為了最大限度地減小鉆進過程中的阻力，本實用新型在硬質(zhì)合金和表鑲合金的端部采用刃口結(jié)構(gòu)，使其減小鉆頭和鉆具與孔壁的接觸面積，從而達到減小鉆進阻力，加快鉆進速
率的作用。
為了增加表鑲合金在鉆進中的耐磨性，本實用新型采用在表面增加表鑲合金的個數(shù)。本 實驗新型在鉆頭表面總計設(shè)置四組(16個)表鑲合金。
為了防止在鉆進中胎體內(nèi)表面的磨損，本實用新型的硬質(zhì)合金設(shè)置內(nèi)出刃，使其在鉆進 中磨損硬質(zhì)合金的表面，而減少對胎體的磨損。
為了增加鉆井液的循環(huán)速度，本實用新型在胎體側(cè)面開U型水口，以及時排出尾礦壩鉆 進中產(chǎn)生的大量尾砂粉和熱量，以防治燒鉆和提高鉆進速度。
本實用新型的主要優(yōu)點有-
1) 能預(yù)防深度鉆進和提鉆中的卡鉆現(xiàn)象，保證鉆進正常進行
2) 能減小鉆進阻力，增大鉆進速率
3) 能保證鉆井液循環(huán)順暢，減小燒鉆和埋鉆的可能性
4) 能防止胎體的磨損。
5) 易于加工，且可重復(fù)使用
6) 時效高、成本低。
'
圖l為一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置的三維拆分示意圖。 圖2為一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置的平面主視圖。 圖4為一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置的平面俯視圖。 圖中標(biāo)號對應(yīng)的名稱為
l一硬質(zhì)合金、2—水口、 3—硬質(zhì)合金、4—硬質(zhì)合金、5—表鑲合金、6—水口、 7—絲 扣、8—表鑲合金、9—水口、'IO—硬質(zhì)合金、ll一表鑲合金、12—水口、 13—胎體、14一
表鑲合金。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細闡述
根據(jù)圖l、圖2、圖3、圖4可知，該裝置包括硬質(zhì)合金l、 3、 4、 10、表鑲合金5、 8、 11、14、水口2、 6、 9、 12、胎體13、絲扣7。其連接關(guān)系和作用是
一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置,它包括第一、第二、第三、第四硬質(zhì)合金l、 3、 4、 10、 第一、第二、第三、第四表鑲合金5、 8、 11、 14、第一、第二、第三、第四水口2、 6、 9、 12、絲扣7，其特征在于在胎體13底唇面上對稱的開了第一、第二、第三、第四組V型 凹槽，第一、第二、第三、第四組V型槽的尺寸應(yīng)與第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金
I、 3、 4、 IO底部直徑相匹配；在胎體13側(cè)面的V型凹槽中軸線上設(shè)置第一、第二、第三、 第四組圓形槽，第一、第二、第三、第四組圓形槽的尺寸與第一、第二、第三、第四組表 鑲合金5、 8、 11、 14的直徑相匹配；在胎體13側(cè)底面開第一、第二、第三、第四水口2、 6、 9、 12。第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 10分別鑲焊到鉆頭底唇面上的 第一、第二、第三、第四組V型凹槽中，其作用在于保持鑲焊后鉆頭的整體性和整體強度、 降低鉆頭在鉆進中的切屑阻力，以提高鉆進速率、降低鉆孔成本；第一、第二、第三、第 四組表鑲合金5、 8、 11、 14分別鑲焊到胎體側(cè)面的第一、第二、第三、第四組圓形槽中， 其作用在于保持鉆頭焊接后的整體性和強度、提高鉆井液的循環(huán)速度、減小鉆^^中側(cè)壁產(chǎn) 生的摩擦阻力，從而改善鉆孔條件、提高鉆進速率和防止卡鉆現(xiàn)象；在胎體側(cè)底面的第一、 第二、第三、第四水口2、 6、 9、 12，其作用在于保證鉆井液能順利的帶出鉆進中產(chǎn)生的熱 量和碎屑，從而防止燒鉆和保證鉆進的順暢進行；在鉆頭的上部設(shè)置絲扣，絲扣的作用在 于使鉆頭牢固的連接在巖芯管上。第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金1、 3、 4、 10分別 鑲焊到第一、第二、第三、第四組V型凹槽中；第一、第二、第三、第四表鑲合金5、 8、
II、 14分別鑲焊到第一、第二、第三、第四組圓形槽中。在胎體13底唇面上設(shè)置第一、第 二、第三、第四組硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的底部直徑與V型槽的底部尺寸相匹配，第一、第
二、第三、第四組硬質(zhì)合金需設(shè)置內(nèi)出刃；在鉆頭側(cè)面設(shè)置第一、第二、第三、第四組表
鑲合金5、 8、 11、 U，第一、第二、第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14的底部半徑與圓 形槽半徑相匹配。(在胎體13底唇面上，對稱的開了第一、第二、第三、第四組V型凹槽， 第一、第二、第三、第四組V型槽的尺寸應(yīng)與第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 ,、IO底部直徑相匹配，原則是第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 IO能順利放 入槽口里；在胎體13的側(cè)面，在每對V型凹槽的中軸線上設(shè)置第一、第二、第三、第四組 圓形槽，第一、第二、第三、第四組圓形槽的尺寸與第一、第二、第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14的直徑相匹配；在胎體13側(cè)面開第一、第二、第三、第四組水口2、 6、 9、 12， 第一、第二、第三、第四組水口2、 6、 9、 12呈U型、尺寸以能保證鉆井液順暢循環(huán)為基 準(zhǔn)；在鉆頭底部攻絲。)圓形胎體底唇面開V型凹槽在胎體13底唇面開出第一、第二、第三、第四組對稱的V 型凹槽，槽的位置以保證鉆頭的整體性和便于在胎體13側(cè)面開水口 (U型凹槽)為宜；第一、 第二、第三、第四組V型槽的高度以便于鑲焊和保證第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、
3、 4、 10能牢固焊接在胎體13上為宜。前側(cè)的V型槽與第三組硬質(zhì)合金4相匹配，后側(cè)V型槽 與第一組硬質(zhì)合金l相匹配，左側(cè)的V型槽與第二組硬質(zhì)合金3相匹配，右側(cè)的V型槽與第四 組硬質(zhì)合金10相匹配；開槽的目的是保證第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 10 能牢固的焊接在胎體13的底唇面上，并保證鑲焊第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、
4、 IO后鉆頭的穩(wěn)定性。第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 IO的底出刃尺寸在 3.5 4rai，以便減少鉆進中的切削阻力；第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 10 的內(nèi)出刃尺寸在1.0 1.5rara，防止鉆進中對胎體內(nèi)表面的磨損。
胎體13側(cè)面開圓形槽槽的位置在第一、第二、第三、第四組V型槽的中軸線位置，設(shè) 置第一、第二、第三、第四組對稱的圓形槽，每組圓形槽平均垂直布設(shè)于胎體13側(cè)面。左 側(cè)的圓型槽應(yīng)與第一表鑲合金5相匹配，前側(cè)的圓形槽與第二表鑲合金8相匹配，右側(cè)的圓 型槽與第三表鑲合金ll相匹配，后側(cè)的圓型槽與第四表鑲合金14相匹配。在側(cè)面開圓型槽 的目的是使表鑲合金能牢固的鑲焊于胎體13的側(cè)面，保證鉆頭具有良好的整體性。同時， 第一、第二、第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14的出刃長度為2 3ram為宜，目的是保證 鉆頭增大鉆孔孔徑的、減小鉆進中側(cè)面的阻力。
胎體13側(cè)底面開U型水口在胎體V型槽之間設(shè)置第一、第二、第三、第四U型水口2、 6、 9、 12，由于尾礦壩鉆井中的排粉量大,所以快速循環(huán)的鉆井液是保證鉆進順暢進行的前提。 因此，第一、第二、第三、第四水口2、 6、 9、 12的設(shè)置要保證鉆頭良好的整體鋼性和保證 鉆井液能快速、順暢循環(huán)為宜。第一、第二、第三、第四U型水口2、 6、 9、 12的目的是使 鉆井液順暢循環(huán)，以扭降低鉆進中產(chǎn)生的高溫和帶出鉆進中產(chǎn)生的碎屑。 -在鉆頭底部設(shè)置絲扣7，其目的是保證鉆頭能牢固的連接到巖芯管上。
為了防止卡鉆(主要針對尾礦壩)，本實用新型在鉆頭的側(cè)面鑲焊了第一、第二、第三、 第四組表鑲合金5、 8、 11、 14、，以便增大鉆進中的口徑，大大減少卡鉆的可能性；另外， 增加表鑲合金還能降低鉆進中產(chǎn)生的側(cè)面阻力、提高鉆削生產(chǎn)率，保證鉆井液的順暢循環(huán)。 下面依據(jù)圖2、圖3和圖4說明各個部件的連接方式及其作用
將第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 IO放入鉆頭底唇面上的第一、第二、 第三、第四組V型槽里，調(diào)整合適的位置，然后把第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 IO牢固的焊接在鉆頭上。第一、第二、第三、第四組V型槽的作用是保證硬質(zhì)合金能牢
7固焊接在鉆頭上，保持鉆頭的整體性。第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金l、 3、 4、 10的 作用是降低鉆進中的切屑阻力，以便提高鉆進速率、降低鉆孔成本。
將第一、第二、第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14先放入鉆頭側(cè)面的第一、第二、第 三、第四組圓形槽中，然后通過焊接的方式把第一、第二、第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14固定在鉆頭的側(cè)表面上。第一、第二、第三、第四組圓形槽的作用是固定第一、第 二、第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14，使其更好的固定在鉆頭側(cè)面上。第一、第二、 第三、第四組表鑲合金5、 8、 11、 14的作用是增大鉆進中的孔徑，保證鉆井液的循環(huán)，以 防止在深井鉆孔中卡鉆。
在鉆頭側(cè)底面的第一、第二、第三、第四組U型水口2、 6、 9、 12，其原則是能使鉆井液 在鉆進中快速、順暢的循環(huán)，其作用是保證鉆井液的循環(huán)，以便帶出鉆進中產(chǎn)生的熱量和 鉆屑。
在鉆頭底部設(shè)置絲扣7，其作用是保證鉆頭能牢固的連接到巖芯管上。
權(quán)利要求1、一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，它包括第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金(1、3、4、10)、第一、第二、第三、第四組表鑲合金(5、8、11、14)、第一、第二、第三、第四水口(2、6、9、12)、絲扣(7)，其特征在于在胎體(13)底唇面上對稱的開了第一、第二、第三、第四組V型凹槽，第一、第二、第三、第四組V型槽的尺寸應(yīng)與第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金(1、3、4、10)底部直徑相匹配；在胎體(13)側(cè)面的V型凹槽中軸線上設(shè)置第一、第二、第三、第四組圓形槽，第一、第二、第三、第四組圓形槽的尺寸與第一、第二、第三、第四組表鑲合金(5、8、11、14)的直徑相匹配；在胎體(13)側(cè)底面開第一、第二、第三、第四水口(2、6、9、12)；在鉆頭上部設(shè)置絲扣，第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金(1、3、4、10)分別鑲焊到鉆頭底唇面上的第一、第二、第三、第四組V型凹槽中，第一、第二、第三、第四組硬質(zhì)合金(1、3、4、10)設(shè)置內(nèi)出刃；第一、第二、第三、第四組表鑲合金(5、8、11、14)分別鑲焊到胎體側(cè)面的第一、第二、第三、第四組圓形槽中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，其特征在于所述的第一、 第二、第三、第四水口 (2、 6、 9、 12)呈U型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，其特征在于所述的胎體 (13)底唇面開出第一、第二、第三、第四組對稱的V型凹槽。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，其特征在于所述的V型槽 與第三組硬質(zhì)合金(4)相匹配，V型槽與第一組硬質(zhì)合金(1)相匹配，V型槽與第二組硬 質(zhì)合金(3)相匹配'，V型槽與第四組硬質(zhì)合金(10)相匹配。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，其特征在于所述的胎體 (13)側(cè)面開圓形槽，設(shè)置第一、第二、第三、第四組對稱的圓形槽，第一、第二、第三、第四組圓形槽垂直布于胎體(13)側(cè)面的中軸線上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，其特征在于所述的圓型 槽^與第一組表鑲合金(5)相匹配，圓形槽與第二組表鑲合金(8)相匹配，圓型槽與第三 組表鑲合金(11)相匹配，圓型槽與第四組表鑲合金(14)相匹配。
專利摘要本實用新型公開了一種高尾礦壩超深鉆探鉆頭裝置，其特征在于在胎體底唇面上對稱的開了四對V型凹槽，V型槽的尺寸應(yīng)與硬質(zhì)合金底部直徑相匹配；在胎體側(cè)面的V型凹槽中軸線上設(shè)置四組圓形槽，圓形槽的尺寸與表鑲合金的直徑相匹配；在胎體側(cè)底面開水口；在鉆頭上部攻絲。在胎體底唇面上設(shè)置硬質(zhì)合金，在胎體側(cè)面設(shè)置表鑲合金。硬質(zhì)合金鑲焊到鉆頭底唇面上的V型凹槽中，硬質(zhì)合金設(shè)置內(nèi)出刃；表鑲合金鑲焊到胎體側(cè)面的圓形槽中。該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，而且該鉆頭實施于尾礦壩的深井鉆探中，大大減小了鉆進中產(chǎn)生的阻力、避免了鉆進和提鉆時卡鉆、使鉆井液快速順暢的循環(huán)、加快了鉆進速度和防止鉆進中胎體的磨損。
文檔編號E21B10/52GK201343994SQ200920083508
公開日2009年11月11日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者冒海軍, 超 張, 楊春和, 王光進 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所