[發明專利]一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭及其使用方法和應用

在審

• 申請號: 202011443800.2
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112483006A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 王恩元;王小飛;胡少斌
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/44;E21B10/32;E21B10/02;E21B10/06;E21B10/12
• 代理公司: 南京燦爛知識產權代理有限公司 32356
• 代理人: 吳亞

本發明公開了一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭，包括鉆筒(3)，所述鉆筒(3)的頂端設置有用于與鉆機相連的連接部(1)，所述鉆筒(3)的外壁設置有螺旋片(2)，所述鉆筒(3)的底端設置有環狀刀盤(5)，所述環狀刀盤(5)的底端設置有破巖部(6)，所述環狀刀盤(5)的側壁設置有用于容納內置徑向刀具(4)的第一凹槽，所述第一凹槽上活動覆蓋有蓋板(18)。本發明還公開了一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭的使用方法和應用。本發明可以實現在巖石中鉆進帶螺紋的鉆孔，適用于干冰致裂和傳統CO₂氣爆的鉆孔工作，帶有螺紋的鉆孔在加入封孔劑后可以實現更好的封孔，可以有效的減少沖孔現象的發生，保證干冰致裂破巖工作的安全。

技術領域

本發明涉及一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭及其使用方法和應用，屬于旋挖鉆機技術領域。

背景技術

旋挖鉆機是一種成孔作業的施工機械，其原理是靠動力頭驅動鉆桿，實現鉆具回轉切削巖土，然后提升至孔外卸土，經周期性循環作業直至成孔；目前旋挖鉆多是采用單一的鉆頭碎石方式進行鉆孔，常用的鉆頭包括斗齒鉆頭，截齒鉆頭和牙輪鉆頭。

但是目前所有旋挖鉆機鉆頭都無法實現在巖石中鉆進帶螺紋的鉆孔。而在將干冰致裂破巖技術應用于隧道掌子面掘進施工時，由于巖石較硬且必須橫向鉆孔，加之鉆孔長度不足導致封孔工作困難，且沖孔現象時有發生，對隧道內人和物的安全造成極大威脅。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以施工帶有螺紋的巖石鉆孔的旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭。

同時，本發明提供一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭的使用方法。

同時，本發明提供一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭在隧道干冰致裂破巖封孔、CO₂氣爆封孔、煤礦鉆孔測瓦斯封孔以及測水鉆孔封孔中的應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種旋挖鉆機巖石螺紋孔鉆孔鉆頭，包括鉆筒，所述鉆筒的頂端設置有用于與鉆機相連的連接部，所述鉆筒的外壁設置有螺旋片，所述鉆筒的底端設置有環狀刀盤，所述環狀刀盤的底端設置有破巖部，所述環狀刀盤的側壁設置有用于容納內置徑向刀具的第一凹槽，所述第一凹槽上活動覆蓋有蓋板；

所述內置徑向刀具為活動滾刀，所述活動滾刀包括固定在所述第一凹槽底面的底座，所述底座頂面設置有呈二級階梯狀的第二凹槽，內活動軸的底端位于所述第二凹槽內，所述內活動軸的底面設置有用于防止所述內活動軸從所述第二凹槽內彈出的擋塊；所述內活動軸頂端連有注鉛軸，所述底座頂面與所述注鉛軸底面之間的所述內活動軸外設置有彈性元件；所述注鉛軸上設置有外刀輪和內刀輪，所述第一凹槽內設置有上表面與所述外刀輪相適配的托盤。

所述內活動軸與所述注鉛軸為一體化結構。

所述彈性元件包括彈簧。

所述蓋板包括不銹鋼片，所述蓋板與所述第一凹槽通過螺栓連接；所述破巖部包括斗齒、截齒或牙輪。

所述彈簧的彈性系數確定公式為：其中，k為彈簧的彈性系數，n為鉆頭轉速，r₀為不受力情況下彈簧原始長度，r為轉速為n時彈簧長度。

當彈簧的彈性系數確定后，由彈簧的極限拉伸長度r_max，原始長度r₀可知，彈簧的最大彈力為F_max＝k(r_max-r₀)，而彈簧的極限彈力為F_J＝F_max/0.8；所述注鉛軸的重量選擇方法為，k≥5mπ²n_max²，式中，k為彈簧的彈性系數，n_max為鉆頭最大轉速。

所述注鉛軸為圓柱體，所述注鉛軸的表皮為錳鐵合金，所述注鉛軸的內部注鉛。