單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種與貫通式氣動(dòng)潛孔錘配套使用的反循環(huán)鉆頭，尤其是可用于礦山多層空區(qū)探測孔鉆進(jìn)、固體礦產(chǎn)勘探、水文水井鉆鑿、礦山爆破孔施工的單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前我國絕大部分金屬礦山由于之前幾十年的無序開采及周邊村民的私挖濫采，致使在礦山設(shè)計(jì)開采境界內(nèi)存在大規(guī)模采空區(qū)及廢舊坑道。這些采空區(qū)形態(tài)復(fù)雜，在空間位置上層層疊疊，高低不同，且有的采空區(qū)已經(jīng)充水或者坍塌，甚至引起地表局部塌陷。這些采空區(qū)的存在將會(huì)對(duì)礦山的正常生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，因此，必須要在礦山生產(chǎn)的同時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行探測。這其中，多層采空區(qū)的勘探與掃描是目前國內(nèi)外礦山所面臨的最大難題，而且嚴(yán)重影響著采礦生產(chǎn)。而采用常規(guī)的物探方法進(jìn)行探測，準(zhǔn)確率極低，無法滿足礦山安全生產(chǎn)需要。只有解決多層空區(qū)探測和掃描的難題，才能有效地確保礦區(qū)內(nèi)采礦作業(yè)人員和設(shè)備的安全，產(chǎn)生良好的安全經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0003]貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)是一種先進(jìn)的集成化鉆進(jìn)工藝。其工作原理為:壓縮空氣通過雙壁鉆桿中的環(huán)狀間隙進(jìn)入貫通式潛孔錘內(nèi)部驅(qū)動(dòng)活塞做功，做功后的廢氣經(jīng)過多噴嘴引射器原理的反循環(huán)鉆頭后，在孔底產(chǎn)生強(qiáng)烈的卷吸作用，形成負(fù)壓區(qū)，并將破碎下的巖心、巖肩卷吸進(jìn)入鉆頭中心孔形成反循環(huán)。由于該鉆進(jìn)工藝具有鉆進(jìn)效率高、排渣能力不受地層條件影響、孔壁擾動(dòng)小、成孔質(zhì)量好等特點(diǎn)。因此采用貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)穿越地下多層空區(qū)，并與鉆孔式三維激光掃描儀聯(lián)合完成多層空區(qū)的測量，可以為多層空區(qū)的勘探與掃描提供技術(shù)和設(shè)備支持。
[0004]而將貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于礦山多層空區(qū)探測孔施工領(lǐng)域，反循環(huán)鉆頭是其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它除了具備高效破碎巖石的功能外，還必須具備卷吸孔底破碎的巖塊、巖肩及外環(huán)間隙流體介質(zhì)快速進(jìn)入鉆頭中心孔形成穩(wěn)定反循環(huán)流體的重要功能。目前，現(xiàn)有的反循環(huán)鉆頭的結(jié)構(gòu)形式主要分兩種:取心式和取樣式。
[0005]若采用配備取心式鉆頭在礦山破碎地層鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過程中易發(fā)生鉆具中心通道巖塊卡堵現(xiàn)象。一旦產(chǎn)生卡堵，在卡堵部位流體運(yùn)動(dòng)受阻，氣液兩相流體尚可通過，而巖塊和巖肩等固相顆粒物質(zhì)將迅速擠塞，卡堵更為嚴(yán)重，導(dǎo)致潛孔錘排氣壓力增加，影響潛孔錘的正常工作，嚴(yán)重時(shí)潛孔錘停止工作，卡堵點(diǎn)以下鉆具中心通道完全堵塞。若配備取樣式反循環(huán)鉆頭在礦山破碎地層鉆進(jìn)，雖然在正常鉆進(jìn)時(shí)有效地防止巖塊卡堵現(xiàn)象的出現(xiàn)，但是在對(duì)采空區(qū)進(jìn)行三維激光探測時(shí)，由于取樣式鉆頭中心孔底部采用的是固定內(nèi)凸塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，掃描儀無法伸出鉆頭進(jìn)行激光探測，也就無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)多層空區(qū)鉆探與探測這項(xiàng)先進(jìn)工藝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)合礦山復(fù)雜地層情況和多層空區(qū)探測鉆進(jìn)需要，設(shè)計(jì)一種新型反循環(huán)鉆頭，使其具有防止反循環(huán)通道巖塊卡堵現(xiàn)象的功能，又具備為掃描儀伸出鉆頭進(jìn)行激光探測提供通道功能的單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，由鉆頭體2底部鑲有碎巖合金7組成，鉆頭體2開設(shè)有內(nèi)噴孔1、底噴孔3、容渣環(huán)槽6和滑槽8，滑槽8內(nèi)裝有滑塊5，鉆頭體2底端面鑲嵌有碎巖合金7和限位合金4，滑塊5上鑲嵌有碎巖合金7構(gòu)成。
[0009]滑槽8在鉆頭體2底端，并向鉆頭中心孔內(nèi)部傾斜，傾斜角度為65°，滑塊5在滑槽8內(nèi)滑動(dòng)，滑槽8兩側(cè)分別設(shè)有底平面I，用以限制滑塊5向內(nèi)滑動(dòng)的深度，當(dāng)?shù)灼矫鍵與滑塊5兩側(cè)圓弧導(dǎo)向面的上端面II接觸時(shí)，滑塊5停止向內(nèi)滑動(dòng)，滑塊5向內(nèi)滑動(dòng)的深度為45mm，滑槽8外側(cè)鑲嵌的限位合金4用于限制滑塊5向外滑出鉆頭。
[0010]滑塊5兩側(cè)為圓弧形導(dǎo)向面，與滑槽8兩側(cè)的導(dǎo)向面配合，滑塊5背面設(shè)計(jì)為傾角為40°的傾斜面III，當(dāng)滑塊5在滑槽8內(nèi)滑動(dòng)遇卡時(shí)，用以從鉆頭中心孔下入通錘沖擊該斜面解卡。
[0011]滑塊5兩側(cè)分別設(shè)有圓弧形導(dǎo)向面，其直徑為φ 16_，并與滑槽8兩側(cè)的導(dǎo)向面配合，滑塊5底部設(shè)有直徑為Φ 12_的半圓形豁口 IV與限位合金4配合接觸，限制滑塊5向外滑出鉆頭。
[0012]積極效果:滑塊5在孔底巖石的反作用力下，沿著滑槽8向內(nèi)滑動(dòng)，縮小鉆頭中心孔底端入口，限制進(jìn)入鉆頭中心反循環(huán)通道的巖塊粒徑，有效地防止了反循環(huán)通道巖塊卡堵問題。在停鉆進(jìn)行強(qiáng)吹孔時(shí)，滑塊5在重力作用下，沿著滑槽8向外滑動(dòng)與限位合金接觸時(shí)靜止，擴(kuò)大了鉆頭中心孔底端入口，將孔底殘留的較大顆粒巖塊在壓縮空氣的卷吸作用下沿著鉆具中心通道上返。在下放掃描儀進(jìn)行多層空區(qū)激光探測時(shí)，還可以為掃描儀伸出鉆頭底端進(jìn)行激光探測讓出中心通道。
【附圖說明】
[0013]圖1a為單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)圖
[0014]圖1b為圖1a單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭的仰視圖
[0015]圖2為單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭底面結(jié)構(gòu)圖
[0016]圖3為圖1中滑塊5的主視圖
[0017]圖4為圖1中滑塊5的背視圖
[0018]圖5、圖6、圖7為單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭裝配后的實(shí)物照片
[0019]圖8、圖9為滑塊5的實(shí)物照片。
[0020]I內(nèi)噴孔，2鉆頭體，3底噴孔，4限位合金，5滑塊，6容渣環(huán)槽，7碎巖合金，8滑槽；
[0021]I底平面，II上端面，III傾斜面，IV半圓形豁口。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，由鉆頭體2底部鑲有碎巖合金7組成，鉆頭體2開設(shè)有內(nèi)噴孔1、底噴孔3、容渣環(huán)槽6和滑槽8，滑槽8內(nèi)裝有滑塊5，鉆頭體2底端面鑲嵌有碎巖合金7和限位合金4，滑塊5上鑲嵌有碎巖合金7構(gòu)成。
[0024]滑槽8在鉆頭體2底端，并向鉆頭中心孔內(nèi)部傾斜，傾斜角度為65°，滑塊5在滑槽8內(nèi)滑動(dòng)，滑槽8兩側(cè)分別設(shè)有底平面I，用以限制滑塊5向內(nèi)滑動(dòng)的深度，當(dāng)?shù)灼矫鍵與滑塊5兩側(cè)圓弧導(dǎo)向面的上端面II接觸時(shí)，滑塊5停止向內(nèi)滑動(dòng)，滑塊5向內(nèi)滑動(dòng)的深度為45mm，滑槽8外側(cè)鑲嵌的限位合金4用于限制滑塊5向外滑出鉆頭。
[0025]滑塊5兩側(cè)為圓弧形導(dǎo)向面，與滑槽8兩側(cè)的導(dǎo)向面配合，滑塊5背面設(shè)計(jì)為傾角為40°的傾斜面III，當(dāng)滑塊5在滑槽8內(nèi)滑動(dòng)遇卡時(shí)，用以從鉆頭中心孔下入通錘沖擊該斜面解卡。
[0026]滑塊5兩側(cè)分別設(shè)有圓弧形導(dǎo)向面，其直徑為Φ 16_，并與滑槽8兩側(cè)的導(dǎo)向面配合，滑塊5底部設(shè)有直徑為Φ 12_的半圓形豁口 IV與限位合金4配合接觸，限制滑塊5向外滑出鉆頭。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖2所示，單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭的鉆頭體2底端設(shè)有向鉆頭中心孔內(nèi)部傾斜的滑槽8，該滑槽的傾斜角度為65°，滑塊5在滑槽8內(nèi)滑動(dòng)自如，滑槽8兩側(cè)分別設(shè)有底平面I，用以限制滑塊5向內(nèi)滑動(dòng)的深度，當(dāng)這兩處底平面I與滑塊5兩側(cè)圓弧導(dǎo)向面的上端面II接觸時(shí)，滑塊5停止向內(nèi)滑動(dòng)，滑塊5向內(nèi)滑動(dòng)的深度為45mm，滑槽8外側(cè)鑲嵌的限位合金4用于限制滑塊5向外滑出鉆頭。
[0029]滑塊5與孔底巖石接觸的兩個(gè)平面分別鑲嵌有碎巖合金7 ;滑塊5兩側(cè)設(shè)有直徑為Φ 16mm圓弧形導(dǎo)向面，與滑槽8兩側(cè)的導(dǎo)向面配合；滑塊5背面設(shè)有傾角為40°的傾斜面III，用以在滑塊5在滑槽8內(nèi)滑動(dòng)遇卡時(shí)，從鉆頭中心孔下入通錘沖擊該斜面解卡使用；滑塊5底部設(shè)有直徑為Φ12_的半圓形豁口 IV，用以與限位合金4接觸配合，限制滑塊5向外滑出鉆頭。
[0030]在正常碎巖鉆進(jìn)時(shí)，滑塊5在孔底巖石的反作用力下，沿著鉆頭體2上的滑槽8向內(nèi)滑動(dòng)，縮小鉆頭中心孔底端入口大小，限制進(jìn)入鉆頭及上部鉆具系統(tǒng)中心反循環(huán)通道的巖塊顆粒大小，有效地防止反循環(huán)通道發(fā)生巖塊卡堵。在停鉆進(jìn)行強(qiáng)吹孔時(shí)，滑塊5在重力作用下，沿著滑槽8向外滑動(dòng)至滑塊5與限位合金4接觸時(shí)靜止，擴(kuò)大了鉆頭中心孔底端入口大小，將孔底殘留的較大顆粒巖塊在壓縮空氣的卷吸作用下進(jìn)入鉆頭中心孔并沿著鉆具中心通道上返。在下放掃描儀進(jìn)行多層空區(qū)激光探測時(shí)，還可以為掃描儀伸出鉆頭底端進(jìn)行激光探測讓出中心通道。
[0031]單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭的加工裝配順序?yàn)?首先將鑲嵌好碎巖合金的滑塊5裝入鉆頭體的滑槽8內(nèi)，然后再將限位合金4敲入或壓入。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，由鉆頭體(2)底部鑲有碎巖合金(7)組成，其特征在于:鉆頭體⑵開設(shè)有內(nèi)噴孔(1)、底噴孔(3)、容渣環(huán)槽(6)和滑槽(8)，滑槽⑶內(nèi)裝有滑塊(5)，鉆頭體(2)底端面鑲嵌有碎巖合金(7)和限位合金(4)，滑塊(5)上鑲嵌有碎巖合金(X)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，其特征在于:滑槽(8)設(shè)在鉆頭體⑵底端，并向鉆頭中心孔內(nèi)部傾斜，傾斜角度為65°，滑塊(5)在滑槽⑶內(nèi)滑動(dòng)，滑槽⑶兩側(cè)分別設(shè)有底平面I，用以限制滑塊(5)向內(nèi)滑動(dòng)的深度，當(dāng)?shù)灼矫鍵與滑塊(5)兩側(cè)圓弧導(dǎo)向面的上端面II接觸時(shí)，滑塊(5)停止向內(nèi)滑動(dòng)，滑塊(5)向內(nèi)滑動(dòng)的深度為45_，滑槽⑶外側(cè)鑲嵌的限位合金⑷用于限制滑塊(5)向外滑出鉆頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，其特征在于:滑塊(5)兩側(cè)的圓弧形導(dǎo)向面與滑槽(8)兩側(cè)的導(dǎo)向面配合，滑塊(5)背面設(shè)計(jì)為傾角為40°的傾斜面III，當(dāng)滑塊(5)在滑槽(8)內(nèi)滑動(dòng)遇卡時(shí)，用以從鉆頭中心孔下入通錘沖擊該斜面解卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，其特征在于:滑塊(5)兩側(cè)分別設(shè)有圓弧形導(dǎo)向面，其直徑為Φ16_，滑塊(5)底部設(shè)有直徑為Φ 12mm的半圓形豁口 IV與限位合金⑷配合接觸，限制滑塊(5)向外滑出鉆頭。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單滑塊式防堵型反循環(huán)鉆頭，由鉆頭體底部享有碎巖合金組成，鉆頭體開設(shè)有內(nèi)噴孔、底噴孔、容渣環(huán)槽和滑槽，滑槽內(nèi)裝有滑塊，鉆頭體底端面鑲嵌有碎巖合金和限位合金，滑塊上鑲嵌有碎巖合金構(gòu)成。滑塊在孔底巖石的反作用力下，沿著滑槽向內(nèi)滑動(dòng)，縮小鉆頭中心孔底端入口，限制進(jìn)入鉆頭中心反循環(huán)通道的巖塊粒徑，有效地防止了反循環(huán)通道巖塊卡堵問題。在停鉆進(jìn)行強(qiáng)吹孔時(shí)，滑塊在重力作用下，沿著滑槽向外滑動(dòng)與限位合金接觸時(shí)靜止，擴(kuò)大了鉆頭中心孔底端入口，將孔底殘留的較大顆粒巖塊在壓縮空氣的卷吸作用下沿著鉆具中心通道上返。在下放掃描儀進(jìn)行多層空區(qū)激光探測時(shí)，還可以為掃描儀伸出鉆頭底端進(jìn)行激光探測讓出中心通道。
【IPC分類】E21B10-00, E21B10-46
【公開號(hào)】CN104832095
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510116499
【發(fā)明人】殷其雷, 甘心, 殷琨, 張曉光, 張五釗, 羅永江, 李鵬
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日