[發明專利]一種大直徑兩級組合式人造金剛石復合片鉆頭

有效

• 申請號: 201610550534.0
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN107620572B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 祝釗;李延富;邰偉衛;李鐵良;李寶存;劉宇;王文學;孟祥俊;王剛;秦宇
• 申請（專利權）人: 煤科集團沈陽研究院有限公司;沈陽煤炭科學研究所有限公司
• 主分類號: E21B10/26
• 分類號: E21B10/26;E21B10/64;E21B12/04
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 任玉龍

一種大直徑兩級組合式人造金剛石復合片鉆頭，包括內鉆頭、外鉆頭、結構塊、卡銷及復位彈簧、限位銷及復位彈簧、斜銷、頂絲、橫銷、密封圈、斜銷復位彈簧、內管、柱塞銷及復位彈簧、限位接頭、外管；其中：鉆頭整體結構分內切削傳動和外護套管兩部分，卡銷及復位彈簧、限位銷及復位彈簧、斜銷、橫銷、密封圈和斜銷復位彈簧安裝在結構塊內；柱塞銷及復位彈簧安裝在限位接頭內。本發明的優點：克服了以前鉆進設備遇到軟地質層、軟煤層、斷層褶皺地帶等復雜地質情況鉆具易抱死、成孔后易塌孔等問題，增加鉆孔直徑至300mm以上，鉆孔深度增加至200m以上，有效的增加了煤層滲透率，增快了瓦斯抽采的效率，且鉆頭可回收。

技術領域

本發明涉及新型人造金剛石復合片鉆頭，特別提供一種大直徑兩級組合式人造金剛石復合片鉆頭，以下簡稱PDC鉆頭。

背景技術

隨著采煤范圍的擴大和深度的增加，一些原來的低瓦斯礦井也變成了高瓦斯礦井，一些瓦斯事故時有發生，因此，防治瓦斯災害，保障煤礦安全生產和保障礦工的生命安全是迫切需要解決的問題。鉆孔預抽采瓦斯，是治理瓦斯突出事故的有效解決方法。

但是，煤礦井下地質條件復雜，軟煤層、構造煤和斷層褶皺發育的地帶打鉆存在以下幾個問題：鉆進過程中，孔內壁出現垮塌，巖煤抱住鉆具，使鉆具無法繼續鉆進；鉆孔形成后，抽出鉆具，鉆孔垮塌形成廢孔；鉆孔孔徑過小，導致所下篩管較小，抽采效率低；普通金剛石復合片鉆頭強度、抗磨性差，磨損后更換費時、費力等缺點。遇到塌孔，鉆頭鉆具易被埋入孔內，無法取出。

上述問題的發生，使煤礦井下瓦斯抽采鉆孔成孔率低于30％，成孔深度低于100m，成孔直徑小于130mm。鉆孔直徑小，導致抽采作用半徑小；鉆孔深度短，導致抽采衰減周期快。煤層滲透率低，影響抽采效率降低。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，特提供了一種大直徑兩級組合式人造金剛石復合片鉆頭。

本發明提供了一種大直徑兩級組合式人造金剛石復合片鉆頭，其特征在于：所述的大直徑兩級組合式人造金剛石復合片鉆頭，包括內鉆頭1、外鉆頭2、結構塊3、卡銷及復位彈簧4、限位銷及復位彈簧5、斜銷6、頂絲7、橫銷8、密封圈9、斜銷復位彈簧10、內管11、柱塞銷及復位彈簧12、限位接頭13、外管14；

其中：內鉆頭1采用五翼內凹胎體式PDC鉆頭，內凹部分在鉆進過程中會環抱住部分巖柱，從而對鉆具有一定導向作用，有利于直線鉆進。

其中，外鉆頭2采用人造金剛石復合片鑲焊，切削刃采用35°角斜面設計，與內鉆頭配合，過渡擴孔，不會因為孔徑急劇增大而影響整體切削效率。

其中，限位銷、斜銷及柱塞銷采用抗剪切較高的材料加工。

鉆頭整體結構分內切削傳動和外護套管兩部分，其中內鉆頭1、外鉆頭2、結構塊3、卡銷及復位彈簧4、限位銷及復位彈簧5、斜銷6、頂絲7、橫銷8、密封圈9、斜銷復位彈簧10和內管11為內切削傳動部分、柱塞銷及復位彈簧12、限位接頭13和外管14為外管護套部分；

卡銷及復位彈簧4、限位銷及復位彈簧5、斜銷6、橫銷8、密封圈9和斜銷復位彈簧10安裝在結構塊3內；柱塞銷及復位彈簧12安裝在限位接頭13內。

旋轉和推進時，內鉆頭1和外鉆頭2間采用花鍵連接傳遞扭矩和給進動作，保持兩個鉆頭同步打孔、擴孔；內鉆頭1和外鉆頭2間采用限位銷及復位彈簧5連接，傳遞起拔動作；工作時，動力源通過內管11帶動內切削傳動部分完成鉆進切削工作。內鉆頭1切削開孔，外鉆頭2擴孔，護套部分通過外管14護孔跟進。

當完成鉆孔，需要下篩管時，執行遠程操作，內切削傳動部分和外護套管部分脫離開，抽出內切削傳動部分，下入篩管后，最后拔出外護套管部分即可。

其具體操作步驟為：