[实用新型]一种破碎硬岩钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及对硬质岩石进行钻进的钻孔装置，具体涉及一种破碎硬岩钻头，特别适用于硬质岩石条件下，煤矿开采中石门揭煤穿层钻孔作业和采用钻孔抽放瓦斯作业中在顶底板钻取瓦斯抽采孔。 

背景技术

我国煤矿灾害事故十分严重，其中煤与瓦斯突出是最主要事故。瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，而煤矿井下瓦斯抽采主要依靠钻孔来实现，即煤矿在石门揭煤、井巷掘进时都需要钻孔预先抽放瓦斯。但遇到硬质岩石时，常用的硬质合金三翼钻头由于强度不够而磨损较快，无法满足钻进需要。同时，在其他工程领域（如石油钻井）内均存在硬质岩石钻进难的难题。为了开发高效、低廉、长寿命的坚硬岩石钻进设备，广大研究者对钻进系统中完成岩石破碎的关键部件——钻头进行了大量研究。中国专利文献CN 2033850U公告的《多翼刮刀聚晶孕镶钻头》、CN 1617973A公告的《旋转式钻头、旋转式钻头组件和用于钻孔的方法》、CN 1763349A公告的《石油天然气钻井PDC钻头》、CN 101605962A公告的《旋转式刮刀钻头》、CN 1065316A公告的《一种新型刮刀钻头及其制造方法》、CN 1155314A公告的《组装式旋转钻头》、CN 87202363U公告的《三轮镶齿刮刀钻头》、CN 1401044A公告的《钻头、硬质合金部件和钻头体》都是国内外研究者对岩石旋转钻孔作业用钻头进行的有益改进，但亦存在以下缺点： 

（1）为了实现对硬质岩石钻削，以上公开文献大都用PDC（Polycrystalline Diamond Composite：聚晶金刚石复合片）替换单一硬质合金制造钻头的切削齿，如CN 2033850U、CN 1617973A、CN 1763349A、CN 1155314A。如此便对钻头的加工工艺提出了更高的要求，大幅增加钻头制造成本。此外，工程实际表明：在软到中硬的均质岩层中钻进时，PDC钻头具有工作寿命长、进尺高等优点，但在坚硬岩层中钻进时，仍然存在磨损快、进尺慢等问题，甚至发生打滑现象。

（2）以上公开专利中钻头对岩石的破碎均为硬切削，即刚性接触切削，由机械切削原理可知，旋转钻头钻削过程中，始终会在加工表面的中央区域形成空白带（此区域内钻头线速度近似为零，对岩石切削作用微弱），如此大大降低钻头的钻进效率与工作寿命。以上公开专利CN 1401044A尽管考虑了该空白带的影响，并给出了相应减弱其影响的措施，但并未从根本上解决该问题。 

因此，现有技术未能达到广大工作者对研制高效、低廉、长寿命钻头的追求目标，尤其在硬质岩石钻进作业中，研制一种高效、低廉、长寿命的钻头更是当务之急。 

发明内容

本实用新型旨在克服现有技术的缺点，提供一种能满足钻孔速度要求、使用寿命长、价格合理的在煤层顶底板等硬岩中钻进瓦斯抽采孔的钻头。 

本实用新型是通过以下技术方案来实现其发明目的的： 

磨料射流是磨料与高速流动的水混合而形成的液固两相介质射流，由于磨料微粒的质量比水大且具有锋利的棱角，所以磨料射流对岩石的冲击力和磨削力要比相同条件下的高压水射流大的多。此外，由于磨料在水射流中是不连续的，由磨料组成的高速粒子束对岩石产生高频冲击作用，可以有效破碎硬岩。磨料射流切割最突出的优点便是其柔性、冷加工特性，即刀具与靶体无需直接刚性接触便能实现对靶体的破碎。如此，将磨料射流引入旋转钻削切割加工中，将其沿钻头轴心方向布置，对加工区域中央位置岩石进行破碎形成先导孔，便能消除加工区域中央的空白带，为钻头后续机械钻削切割提供自由面，降低刀具受力，使普通切割片能胜任对硬质岩石的钻削切割，同时保证钻头高效钻进与长寿命工作。

本实用新型所述的破碎硬岩钻头用于破碎硬质岩石，其包括： 

一级磨料射流先导柔性破碎齿，为一沿二级两翼先导破碎齿轴线方向布置的磨料喷嘴，该磨料喷嘴为一出口带圆柱段（见附图2中的L段）的锥形喷嘴，通过铜焊固定，所述磨料喷嘴沿钻头轴线方向固定在二级两翼先导破碎齿Ⅱ的两翼块中间，喷嘴的出口低于所述二级两翼先导破碎齿的切割片的顶点，两者的距离由设计制造钻头时通过冲蚀岩石实验得出。

二级两翼先导破碎齿，由两枚切割片和两翼钻头体组成，两枚切割片沿两翼钻头体圆周方向成180度角布置，通过铜焊固定在两翼钻头体前端的两个翼块上；两翼钻头体底部有一圆柱外螺纹段，通过其与三翼钻头体上部中央的圆柱内螺纹段相配合装配。