一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头的制作方法

1.本发明涉及大直径生命救援孔钻探技术领域，尤其涉及一种气动反循环潜孔锤钻头。

背景技术：

2.目前在大直径生命救援孔的钻进中，普遍采用气动反循环潜孔锤，采用反循环潜孔锤钻进工艺具有排渣能力不受孔径限制、易于穿过复杂地层、对孔壁无扰动等优点，但考虑到在救援孔施工中，可能遇到矿区破碎以及存在采空区等复杂地层条件，需要进一步增强潜孔锤钻头的反循环抽吸性能，改善反循环形成的效果。因此，对现有的大直径反循环钻头进行优化改进和结构创新设计。

技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，该气动反循环潜孔锤钻头提高了大直径潜孔锤孔底排渣的能力，缩短钻孔救援时间，最大限度地减少人员伤亡和财产损失。
4.为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
5.一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，包括钻头体，其特征在于：所述钻头体的中部设置有中心孔道，所述中心孔道中设置有中心喷管，所述中心喷管的外壁与中心孔道的内壁之间形成环状进气通道；
6.所述钻头体的底部端面设置有多个排渣槽，所述排渣槽通过上返排渣孔与中心喷管相通；
7.所述排渣槽的顶部设置有与环状进气通道相通的底喷孔。
8.所述上返排渣孔朝向钻头体的中心轴线倾斜向上伸出，所述上返排渣孔与钻头体中心轴线的夹角为18-30
°
。
9.所述钻头体底部端面开设有6个沿钻头体中心轴线均匀分布的排渣槽，并且每两个排渣槽在靠近钻头体中心轴线的一侧连通并在连通处与上返排渣孔相连，所述上返排渣孔具有3个并围绕钻头体中心轴线均匀分布。
10.所述底喷孔包括主干底喷孔和分支底喷孔；所述主干底喷孔一端与环状进气通道相通，另一端朝远离钻头体中心轴线的方向向下伸出并保持端头保持封闭；所述分支底喷孔一端与所述主干底喷孔相通，另外一端设置在排渣槽的顶部并与排渣槽相通。
11.所述主干底喷孔与钻头中心轴线角度为30-40度，所述分支底喷孔设置有两处，位于外侧的分支底喷孔与钻头端面夹角60-70度，位于内侧的分支底喷孔与端面夹角30-40度，所述分支底喷孔在出口处加工有锥形扩张孔。
12.所述钻头体底部端面外缘斜面沿圆周方向均匀分布有端部斜面边齿，所述端部斜面边齿的柱齿类型为短球齿；所述钻头体下部侧面外圆周面上均匀分布有外圆边齿，所述外圆边齿的柱齿类型为钢盔齿；所述钻头体底部端面外缘斜面沿圆周方向还设置有外圆排
渣槽。
13.所述中心喷管的中部设置有向上倾斜的环状喷孔，所述环状喷孔将所述环状进气通道和中心喷管内部连通。
14.所述中心喷管由上部喷管和下部喷管连接而成，上部喷管与下部喷管连接处设置有环状喷孔。
15.所述钻头的底部端面为向上凹陷的圆弧凹面。
16.所述中心喷管的底部外壁上设置有迷宫式密封槽。
17.本发明具有的技术效果：
18.1)本发明所述的气动反循环潜孔锤钻头通过将底喷孔设置在钻头底部端面排渣槽内，并分成内侧和外侧两个，使得高压气体沿着经过底喷孔喷出后，沿着排渣槽向返渣孔运动，增大了气流的扫掠面积和卷吸能力；
19.2)本发明所述的气动反循环潜孔锤钻头的中心喷管上，加工有环缝型向上的喷射通道，能够进一步降低孔底压力，并可以二次对岩石渣屑进行加速，提高钻头快速返渣的能力；
20.3)本发明所述的气动反循环潜孔锤钻头过6个排渣槽以及3个排渣孔，有效的增加了气流扫孔的面积和冷却效果，3个排渣孔减小了高速流体之间的相互干扰；
21.4)本发明所述的气动反循环潜孔锤钻头通过钻头端面采用内凹圆弧面的形式能够防止钻孔倾斜，并且能够改善钻头底部空气流场。
附图说明
22.以下结合附图对本发明作进一步说明，发明附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
23.图1本发明所述钻头的剖面示意图；
24.图2本发明所述钻头的主视图；
25.图3本发明所述钻头的工作端面示意图；
26.图4本发明所述钻头的中心喷管结构示意图；
27.图5本发明所述中心喷管上部喷管的示意图；
28.图6本发明所述中心喷管下部喷管的示意图。
29.其中：
30.1-钻头体、2-排渣槽、3-底喷孔、4-底部端面、5-上返排渣孔、6-迷宫密封、7-环状喷孔、8-中心喷管、9-上返通道、10-环状进气通道、11-端部球齿、12-外圆边齿、13-端部斜面边齿、14-外圆排渣槽、15-下部喷管、16-上部喷管、17-内锥面、18-圆弧连接螺纹、19-外锥面、31-主干底喷孔；32-分支底喷孔。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例进行详细描述，但本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
32.本发明提供了一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，如图1所示，其包括钻头体1，钻头体1的中部设置有未穿透钻头体1底部的中心孔道，中心孔道具有朝上的开口，通过
该开口，中心孔道中设置有中心喷管8，中心喷管8的外径要小于中心孔道的内径，这样，中心喷管8的外壁与中心孔道的内壁之间就形成了环状进气通道10；环状进气通道10的上端接有高压气源，钻头体1的底部端面4设置有多个排渣槽2，排渣槽2通过上返排渣孔5与中心喷管8的内部相通；排渣槽2的顶部还设置有与环状进气通道10相通的底喷孔3，在本实施方式中，底喷孔3由主干底喷孔31和分支底喷孔32组成；主干底喷孔31一端与环状进气通道10相通，另一端朝远离钻头体中心轴线的方向向下伸出并保持端头保持封闭；分支底喷孔32一端与主干底喷孔31相通，另外一端设置在排渣槽2的顶部并与排渣槽2相通。
33.中心喷管8的内部形成了岩石渣屑的上返通道9，在气动反循环潜孔锤钻头工作中，高压气体在环状进气通道10中通过底喷孔3高速喷射到排渣槽2中，卷吸周围气体进入排渣槽2，并推动岩石渣屑向钻头体1底部端面4的中部流动，此时在钻头体1底部端面4的中部形成高压区，从而驱动岩石渣屑经上返排渣孔5进入上返通道9排出，从而提高了该钻头的排渣能力，缩短了钻孔救援的时间。
34.上返排渣孔5朝向钻头体的中心轴线倾斜向上伸出，优选得，上返排渣孔5与钻头体1中心轴线的夹角为18-30
°
。
35.主干底喷孔31与钻头中心轴线角度为30-40度，分支底喷孔32设置有两处，位于外侧的分支底喷孔与钻头端面夹角60-70度，位于内侧的分支底喷孔与端面夹角30-40度，分支底喷孔32在出口处加工有锥形扩张孔。
36.如图3所示，钻头体1底部端面4开设有6个环绕钻头体中心轴线均匀分布的排渣槽2，并且每两个排渣槽在靠近钻头体中心轴线的一侧连通并在连通处与上返排渣孔5相连，上返排渣孔具有3个并围绕钻头体的中心轴线均匀分布。
37.如图2-3所示，钻头体1底部端面4位向上凹陷的圆弧凹面，这样的设置能够防止钻孔倾斜，并且能够改善钻头底部空气流场。圆弧凹面上均匀分布有多个向下凸出的端部球齿11。球齿11径向间距取0.6-0.8倍的球齿直径，两两球齿间隔尽量相等，考虑钻头体1直径较大，外侧球齿线速度较大磨损严重，外侧球齿间隔适当进行了缩小，使得各圈球齿单齿冲击功和磨蚀量基本相等
38.为了减少钻头的磨损，钻头体底部端面外缘斜面沿圆周方向均匀分布有端部斜面边齿13，端部斜面边齿13的柱齿类型为短球齿；钻头体下部的外圆周面上均匀分布有外圆边齿12，外圆边齿12的柱齿类型为钢盔齿。钻头体底部端面外缘斜面上还设置有外圆排渣槽14。外圆边齿12、端部斜面边齿13及外圆排渣槽14设置还能够起到防卡作用。由于边齿13在孔底的受力情况很复杂，在设计的过程中需要调整钻头体外斜面的角度来改善边齿的受力情况(钻头体1的外倾角越大，柱齿所承受的弯曲应力也会越大，针对硬质岩石破碎，采取双斜面的结构，布置双边齿结构，设计两组倾角，尽量使边齿在轴向分力稍微减小的同时边齿的剪切分量适当增加，最终采用两组端部斜面边齿13，以免造成端部斜面边齿13折断或者提前出现疲劳失效，导致钻头使用寿命降低，针对生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，可适当增加端部斜面边齿13的数量，减轻边端部斜面边齿13的磨损。
39.如图4所示，中心喷管由上部喷管16和下部喷管15焊接而成，焊接处形成有向上倾斜的环状喷孔7，如图1所示，环状喷孔7将环状进气通道10和上返通道9连通，这样在钻头工作时，环状进气通道10中的高压进气从环状喷孔7中高速喷入到上返通道9中，卷吸周围气体及岩石渣屑，对从钻头底部上返的渣屑进行二次加速。
40.如图5-6所示，上部喷管16的底部具有内锥面17，下部喷管15的顶部具有外锥面19，内锥面17和外锥面19之间具有直径差，这样在上部喷管16和下部喷管15连接后，内锥面17和外锥面19之间形成环状喷孔7。
41.如图4所示，中心喷管的底部外壁上设置有迷宫式密封槽6。迷宫式密封槽6与中心孔道的内壁贴合，通过设置迷宫式密封槽6，可以减少高压气体的流失。中心喷管的顶部外圆周上设置有圆弧连接螺纹18。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，包括钻头体，其特征在于：所述钻头体的中部设置有中心孔道，所述中心孔道中设置有中心喷管，所述中心喷管的外壁与中心孔道的内壁之间形成环状进气通道；所述钻头体的底部端面设置有多个排渣槽，所述排渣槽通过上返排渣孔与中心喷管相通；所述排渣槽的顶部设置有与环状进气通道相通的底喷孔。2.如权利要求1所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述上返排渣孔朝向钻头体的中心轴线倾斜向上伸出，所述上返排渣孔与钻头体中心轴线的夹角为18-30
°
。3.如权利要求2所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述钻头体底部端面开设有6个沿钻头体中心轴线均匀分布的排渣槽，并且每两个排渣槽在靠近钻头体中心轴线的一侧连通并在连通处与上返排渣孔相连，所述上返排渣孔具有3个并围绕钻头体中心轴线均匀分布。4.如权利要求2所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述底喷孔包括主干底喷孔和分支底喷孔；所述主干底喷孔一端与环状进气通道相通，另一端朝远离钻头体中心轴线的方向向下伸出并保持端头保持封闭；所述分支底喷孔一端与所述主干底喷孔相通，另外一端设置在排渣槽的顶部并与排渣槽相通。5.如权利要求4所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述主干底喷孔与钻头中心轴线角度为30-40度，所述分支底喷孔设置有两处，位于外侧的分支底喷孔与钻头端面夹角60-70度，位于内侧的分支底喷孔与端面夹角30-40度，所述分支底喷孔在出口处加工有锥形扩张孔。6.如权利要求1所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述钻头体底部端面外缘斜面沿圆周方向均匀分布有端部斜面边齿，所述端部斜面边齿的柱齿类型为短球齿；所述钻头体下部侧面外圆周面上均匀分布有外圆边齿，所述外圆边齿的柱齿类型为钢盔齿；所述钻头体底部端面外缘斜面沿圆周方向还设置有外圆排渣槽。7.如权利要求1所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述中心喷管的中部设置有向上倾斜的环状喷孔，所述环状喷孔将所述环状进气通道和中心喷管内部连通。8.如权利要求7所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述中心喷管由上部喷管和下部喷管连接而成，上部喷管与下部喷管连接处设置有环状喷孔。9.如权利要求1所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述钻头的底部端面为向上凹陷的圆弧凹面。10.如权利要求1所述的一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，其特征在于，所述中心喷管的底部外壁上设置有迷宫式密封槽。

技术总结

本发明提供了一种生命救援孔气动反循环潜孔锤钻头，包括钻头体，钻头体的中部设置有中心孔道，中心孔道中设置有中心喷管，所述中心喷管的外壁与中心孔道的内壁之间形成环状进气通道；钻头体的底部端面设置有多个与中心喷管相通的排渣槽，排渣槽的顶部设置有与环状进气通道相通的底喷孔。高压气体通过环状进气通道，经底喷孔高速喷射到排渣槽内，卷吸周围气体进入排渣槽，从而驱动岩石渣屑进入中心喷管构成的上返通道。该气动反循环潜孔锤钻头提高了大直径潜孔锤孔底排渣的能力，缩短钻孔救援时间，最大限度地减少人员伤亡和财产损失。最大限度地减少人员伤亡和财产损失。最大限度地减少人员伤亡和财产损失。