專利名稱：推拉式導向擴張鉆頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于擴孔的導向擴張鉆頭，尤其是用于煤礦地面大口徑直排孔孔底擴張作業工程的推拉式導向擴張鉆頭。
背景技術：
煤礦地面大口徑直排孔工程是從地面鉆鑿一個大口徑鉆孔，直至地下數百米，與地下巷道精確連通，并下入大口徑套管。其作用是排放地下積水、瓦斯等，在煤礦發生突水、 瓦斯突發事故時顯得尤為重要。隨著國家對煤礦安全不斷重視，這類工程將在煤礦大量施工。由于數百米大口徑套管的重量有時會重達上百噸，鉆孔設備承載能力有限，因此在下入套管時孔內必須灌滿泥漿，利用泥漿的浮力減輕鉆孔設備的承載力，為此鉆孔不能鉆透巷道，在鉆至離巷道20m左右時即停止鉆進，利用泥漿浮力下入大口徑套管并固管。但如何精確施工直排孔底部20m鉆孔任務，并且保持原有孔徑、下入同徑的套管，是現在鉆孔工藝面臨的一個急待解決的問題，因此有必要研制新型的鉆頭來完成施工任務。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種推拉式導向擴張鉆頭，通過導向孔鉆進、推拉擴張的施工程序完成精確的鉆孔任務。本實用新型的目的是由下述技術方案實現的一種推拉式導向擴張鉆頭，包括有轉軸，轉軸上設有鍵槽，所述轉軸沿軸向從下至上順序滑動設置有下導向體、擴張導向體， 跟隨擴張導向體在所述轉軸上還設置有擴孔收擴爪；所述擴張導向體的外徑大于下導向體外徑，所述擴張導向體下端面邊緣圍繞轉軸均勻分布安裝有多個地質鉆孔用牙輪，所述擴張導向體的上端面設有環繞轉軸的凸起錐面，所述擴張導向體通過鍵與轉軸鍵槽配合滑動連接；所述擴孔收擴爪包括有一個固定座，固定座套入并固定在轉軸上，所述固定座環繞轉軸設置有錐形支撐體，錐形支撐體的內側錐形面上環繞轉軸均勻分布多個從內向外伸展的平面；所述擴孔收擴爪包括有一個直臂，直臂的一端在錐形支撐體內的平面上與支撐體鉸接，直臂的另一端安裝釬頭，在擴孔收擴爪回收狀態下，釬頭滑動搭在擴張導向體的環形錐面上；轉軸的下端設置有防止所述下導向體滑落的固定裝置；轉軸的上端設置連接鉆桿的連接裝置。所述釬頭與直臂以轉軸為中心呈內收狀設置，所述內收狀設置在釬頭內側形成卡口 ；所述擴張導向體徑向外側面與轉軸中心線平行，當轉軸向下移動、擴張導向體不動時， 所述擴張導向體的錐面將擴孔收擴爪直臂以鉸接為軸頂開，釬頭內側卡口卡入擴張導向體外側面，所述錐形支撐體的內側平面與收擴爪的直臂緊密相貼。所述錐形支撐體的內側錐形面從內向外伸展的平面兩側設有向上的凸起，兩側的凸起形成擴孔收擴爪夾持道。在所述擴張導向體上端錐面上對應所述釬頭滑動的軌跡設置有釬頭導向道。所述鍵槽是花鍵鍵槽。[0009]所述下導向體是一個圓柱體或棱柱體。所述錐形支撐體的內側錐面環繞轉軸均勻分布八個從內向外伸展的平面。所述擴張導向體和所述下導向體分別是由板材制成的殼體結構。所述轉軸有一個下、上貫通的中心軸孔，該轉軸的上部側面有多個與所述中心軸孔相通的出水孔。本實用新型具有如下優點1、本實用新型的推拉式導向擴張鉆頭能夠在擴孔收擴爪處于收縮的狀態下下入直徑較小的套管中，通過向孔底導向孔鉆進、推拉擴張的施工程序完成精確的擴孔任務。2、由于本實用新型中擴張導向體和擴孔收擴爪采用錐面體結構的技術特征，所以保證了整個鉆頭的強度和剛度，進而提高了鉆頭的鉆孔精度。3、由于本實用新型中擴孔收擴爪上采用設置收擴爪夾持道的技術特征，所以提高了收擴爪的強度和剛度，減輕了鉸接件的負荷，提高了整個鉆頭的強度和剛度，進而提高了鉆頭的鉆孔精度。4、由于本實用新型中擴張導向體上端的錐面上采用設置釬頭導向道的技術特征，所以提高了釬頭滑動精度。5、由于本實用新型中擴張導向體和下導向體采用殼體結構的技術特征，所以大大減輕了整個鉆頭的總重量，降低了鉆孔設備的承載負荷，大大降低了鉆頭的制造成本。6、由于本實用新型的轉軸采用貫通的中心軸孔等技術特征，所以提高了鉆頭冷卻的效率，節約用水、減輕了水泵的負荷。7、本實用新型工作效率高，可大大縮短工程施工時間，降低工程成本，安全可靠， 結構簡單，有利于保護花鍵槽，易于維修。
圖1是本實用新型的推拉式導向擴張鉆頭收攏時的結構示意圖；圖2是本實用新型的推拉式導向擴張鉆頭張開時的結構示意圖；圖3是本實用新型的應用示意圖。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
實施例一如圖1和圖2所示的一種推拉式導向擴張鉆頭實施例，擴張鉆頭包括有轉軸1，轉軸上設有鍵槽3，所述轉軸沿軸向從下至上順序滑動設置有下導向體4、擴張導向體5，跟隨擴張導向體在所述轉軸上還設置有擴孔收擴爪6 ；所述擴張導向體的外徑大于下導向體外徑，所述擴張導向體下端面邊緣圍繞轉軸均勻分布安裝有多個地質鉆孔用牙輪7，所述擴張導向體的上端面設有環繞轉軸的凸起錐面8，所述擴張導向體通過鍵與轉軸鍵槽配合滑動連接；所述擴孔收擴爪包括有一個固定座9，固定座套入并固定在轉軸上，所述固定座環繞轉軸設置有錐形支撐體10，錐形支撐體的內側錐形面上環繞轉軸均勻分布多個從內向外伸展的平面10-1 ；所述擴孔收擴爪包括有一個直臂2，直臂的一端在錐形支撐體內的平面上與錐形支撐體通過銷軸2-1鉸接，直臂的另一端安裝釬頭11，在擴孔收擴爪回收狀態下，釬頭滑動搭在擴張導向體的環形錐面上；轉軸的下端設置有防止所述下導向體滑落的固定裝置12 ；轉軸的上端設置連接鉆桿的連接裝置13。本實施例中，所述轉軸是圓柱體，根據實際需要還可以是棱柱體或其它形狀柱體； 當圓柱體橫截面為十字形的柱面體或橫截面為人字形的柱面體時有利于將鉆出的巖屑順利通過孔底的導向孔排入巷道內。本實施例中，所述轉軸鍵槽可以是單鍵槽或對稱雙鍵槽，由于鍵槽是用于帶動擴張導向體的牙輪進行第一次擴孔，為了增加轉軸帶動擴張導向體的扭矩力，因此本實施例所述鍵槽采用的是花鍵槽。花鍵槽設置在所述轉軸的下部，其長度小于所述擴張導向體和所述下導向體的總長度，這樣當轉軸向下移動時，擴張導向體的牙輪被第一次要擴的孔臺階頂住，此時轉軸繼續向下移動，擴張導向體處于頂開擴孔收擴爪位置時，花鍵槽被覆蓋住不會有雜物落入鍵槽。實施例二 本實施例中的推拉式導向擴張鉆頭是在實施例一基礎上對推拉式導向擴張鉆頭的進一步優化。如圖2所示，所述釬頭與直臂以轉軸為中心呈內收狀設置，所述內收狀設置在釬頭內側形成卡口 14;所述擴張導向體徑向外側面5-1與轉軸中心線平行，當所述擴張導向體的凸起錐面將擴孔收擴爪直臂以鉸接為軸轉動頂開、釬頭內側卡口卡入擴張導向體外側面時，此時所述錐形支撐體的內側平面10-1與收擴爪的直臂緊密相貼，從而實現了錐形支撐體的限位功能。為了提高所述直臂的強度，所述錐形支撐體的內側錐形面從內向外伸展的平面兩側設有向上的凸起15，兩側的凸起與平面形成擴孔收擴爪夾持道。在所述擴張導向體的上端錐面上對應所述釬頭滑動的軌跡設置釬頭導向道16。實施例三本實施例中的推拉式導向擴張鉆頭是在實施例一基礎上的優化。本實施例中，所述錐形支撐體的內側錐形面上環繞轉軸均勻分布八個從內向外伸展的平面，所述直臂有八個，八個直臂分別設置在所述八個平面上，數量的多少根據實際需要而設置。實施例四本實施例中的推拉式導向擴張鉆頭是在實施例一基礎上對擴張導向體和下導向體的優化。如圖1和圖2所示，所述擴張導向體和所述下導向體分別是由板材制成的殼體結構，當下導向體與轉軸同時轉動時，在所述下導向體的下端板上設置花鍵，下導向體的上端與擴張導向體的下端板固定連接，擴張導向體下端板上設置有花鍵，下導向體與擴張導向體的花鍵在轉軸鍵槽中配合滑動，將下導向體與擴張導向體與轉軸滑動連接。實施例五本實施例中的推拉式導向擴張鉆頭是在實施例一基礎上對轉軸的優化。如圖1和圖2所示，所述轉軸有一個上、下貫通的中心軸孔17，該轉軸的上部側面有多個與所述中心軸孔相通的出水孔18。本實施例中，所述轉軸的下端是一個軸頭19，軸頭的直徑小于轉軸的直徑，軸頭的上端形成一個環形臺階，所述固定裝置包括固定盤20、固定密封帽21和銷軸22，所述軸頭上依次套裝所述固定盤和固定密封帽，所述軸頭和所述固定密封帽有同軸的銷孔，所述銷軸插入所述銷孔中；所述連接裝置是設置在所述轉軸上端面中心部的螺紋錐孔。本實施例中，所述軸頭是截錐形軸頭，所述固定密封帽的內壁形狀與所述軸頭相應。所述連接裝置還可以是設置在所述轉軸上端面中心部的螺紋柱形孔，還可以是軸銷連接結構。本實用新型的工作原理是在煤礦地面大口徑直排孔下入大口徑套管并固管上， 利用鉆孔導向技術鉆進一個Φ450πιπι的導向孔與巷道連通，孔內泥漿隨即流入巷道。本直排孔最上20m必須擴至直徑850mm，才能通過巷道向上逐節焊接大口徑套管短節，直至與地面下入的同徑套管對接。如圖3所示，本實用新型可以通過螺紋錐孔方便地連接在鉆桿的下部，鉆桿將鉆頭吊起，在擴張導向體和下導向體的重力作用下，收擴爪處于收縮狀態，鉆桿能夠順利地將鉆頭送入套管中一直到達孔底，到達孔底后，下導向體順勢插入孔底的導向孔中，牙輪壓至孔底巖層臺階上，釬頭靠向孔壁。鉆桿給轉軸向下的壓力，該壓力通過擴張導向體上端的錐面推動釬頭沿錐面方向向外滑動，收擴爪順勢向外擴張。在鉆桿的轉動作用下，轉軸通過擴孔收擴爪帶動釬頭轉動，此時釬頭開始擴張鉆孔工作，與此同時，轉軸通過花鍵帶動下導向體轉動，下導向體帶動與其固定連接的擴張導向體轉動，擴張導向體又帶動與其連接的牙輪公轉，牙輪在公轉的同時還沿著孔底巖層滾動，形成自轉，牙輪的自轉對孔底巖層向下鉆孔。為了將鉆出的巖砂排出，鉆桿需將鉆頭吊起，使巖屑順著導孔排入巷道并在孔口加接鉆桿，然上再重復上述動作進行推拉鉆孔。為了達到最佳擴孔效果，在擴孔過程中，擴張導向體的卡頭卡住收擴爪的卡口是極為重要的，它可以保證擴孔的直徑保持一致，提高鉆孔的質量。下導向體通過孔底導向孔進行精確的定位，能確保最上20米的擴孔與巷道的精確對接。為了在擴孔過程中，對鉆頭進行有效的冷卻，并節約用水，降低水泵的負荷，本實用新型可以通過空心鉆桿將地面上泵入鉆桿中的水引入轉軸的中心軸孔中，通過多個出水口均勻地噴射到鉆頭的工作面上，這樣既達到了冷卻鉆頭的目的，同時對鉆頭的工作面進行有效的清洗，使鉆頭始終處于良好的工作狀態，最終完成20米的擴孔任務。
權利要求1.一種推拉式導向擴張鉆頭，包括有轉軸，轉軸上設有鍵槽，其特征在于所述轉軸沿軸向從下至上順序滑動設置有下導向體、擴張導向體，跟隨擴張導向體在所述轉軸上還設置有擴孔收擴爪；所述擴張導向體的外徑大于下導向體外徑，所述擴張導向體下端面邊緣圍繞轉軸均勻分布安裝有多個地質鉆孔用牙輪，所述擴張導向體的上端面設有環繞轉軸的凸起錐面，所述擴張導向體通過鍵與轉軸鍵槽配合滑動連接；所述擴孔收擴爪包括有一個固定座，固定座套入并固定在轉軸上，所述固定座環繞轉軸設置有錐形支撐體，錐形支撐體的內側錐形面上環繞轉軸均勻分布多個從內向外伸展的平面；所述擴孔收擴爪包括有一個直臂，直臂的一端在錐形支撐體內的平面上與支撐體鉸接，直臂的另一端安裝釬頭，在擴孔收擴爪回收狀態下，釬頭滑動搭在擴張導向體的環形錐面上；轉軸的下端設置有防止所述下導向體滑落的固定裝置；轉軸的上端設置連接鉆桿的連接裝置。
2.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述釬頭與直臂以轉軸為中心呈內收狀設置，所述內收狀設置在釬頭內側形成卡口 ；所述擴張導向體徑向外側面與轉軸中心線平行，當轉軸向下移動、擴張導向體不動時，所述擴張導向體的錐面將擴孔收擴爪直臂以鉸接為軸頂開，釬頭內側卡口卡入擴張導向體外側面，所述錐形支撐體的內側平面與收擴爪的直臂緊密相貼。
3.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述錐形支撐體的內側錐形面從內向外伸展的平面兩側設有向上的凸起，兩側的凸起形成擴孔收擴爪夾持道。
4.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于在所述擴張導向體上端錐面上對應所述釬頭滑動的軌跡設置有釬頭導向道。
5.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述鍵槽是花鍵鍵槽。
6.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述下導向體是一個圓柱體或棱柱體。
7.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述錐形支撐體的內側錐面環繞轉軸均勻分布八個從內向外伸展的平面。
8.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述擴張導向體和所述下導向體分別是由板材制成的殼體結構。
9.根據權利要求1所述的推拉式導向擴張鉆頭，其特征在于所述轉軸有一個下、上貫通的中心軸孔，該轉軸的上部側面有多個與所述中心軸孔相通的出水孔。
專利摘要本實用新型涉及一種推拉式導向擴張鉆頭，包括有轉軸，轉軸上沿軸向從下至上順序設置有下導向體、擴張導向體和擴孔收擴爪；本實用新型在收擴爪處于收縮的狀態下下入直徑較小的套管中，通過向孔底導向孔鉆進、推拉擴張的施工程序完成精確的擴孔任務。本實用新型擴孔收擴爪采用錐面體結構的技術特征，保證了整個鉆頭的強度和剛度，進而提高了鉆頭的鉆孔精度。收擴爪上采用收擴爪夾持道，提高了收擴爪的強度和剛度，減輕了鉸接件的負荷，提高了整個鉆頭的強度和剛度，進而提高了鉆頭的鉆孔精度。本實用新型擴張導向體和下導向體采用殼體結構的技術特征，大大減輕了整個鉆頭的總重量，降低了鉆孔設備的承載負荷，降低了鉆頭的制造成本。
文檔編號E21B10/26GK202023505SQ20112010062
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者丁祥發, 劉永彬, 張廣海, 董恒義 申請人:北京大地高科煤層氣工程技術研究院