高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭的設(shè)計(jì)開發(fā)

摘 要：本文介紹了高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭的設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域、存在問題及開發(fā)該產(chǎn)品前景。重點(diǎn)分析了鉆頭組成及結(jié)構(gòu)原理分析、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)等。通過設(shè)計(jì)開發(fā)出一種國內(nèi)較先進(jìn)的高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭裝置，設(shè)計(jì)開發(fā)出高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭產(chǎn)品，提高該鉆頭產(chǎn)品的定心效果，降低鉆進(jìn)成本。

關(guān)鍵詞：高氣壓；擴(kuò)孔鉆頭；設(shè)計(jì)；開發(fā)

1 高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭的設(shè)計(jì)開發(fā)的背景

潛孔錘鉆進(jìn)是利用壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)，并作為驅(qū)動(dòng)孔底沖擊器的能源而進(jìn)行的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。[ 1 ]擴(kuò)孔鉆頭是先進(jìn)的高風(fēng)壓潛孔錘鉆機(jī)的主要配件之一，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，可在煤礦、水井、油井施工領(lǐng)域發(fā)揮作用，是一種先進(jìn)實(shí)效的施工方式。尤其在小井眼擴(kuò)眼技術(shù)中，擴(kuò)孔鉆頭是關(guān)鍵的設(shè)備之一。[ 2 ]

據(jù)資料顯示，目前，國內(nèi)開發(fā)高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家有十幾家，產(chǎn)品使用中存在鉆頭主體斷裂、合金掉柱、累計(jì)進(jìn)尺壽命短、進(jìn)尺效率低等缺點(diǎn)。截止至今，高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭產(chǎn)品在國內(nèi)還沒有推廣使用。能尋找一條擴(kuò)大鉆孔直徑、提高鉆孔卸壓影響范圍的技術(shù)途徑是非常有必要的。[ 3 ]由于水井孔鉆進(jìn)施工時(shí)，要求將4英寸小孔擴(kuò)成8英寸大孔，傳統(tǒng)施工工藝采用的擴(kuò)孔鉆頭或鉆進(jìn)鉆頭進(jìn)行施工，因沒有設(shè)計(jì)鉆頭定心裝置或鉆頭定心裝置不合理，導(dǎo)致了擴(kuò)孔后的孔出現(xiàn)傾斜的現(xiàn)象，施工單位對出現(xiàn)的孔斜問題，進(jìn)行糾斜工藝施工，影響了施工進(jìn)度。采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)方式施工的鉆頭工藝施工時(shí)，因有定心裝置，雖然孔斜問題得以解決，但鉆進(jìn)效率低下問題凸顯。

因此設(shè)計(jì)一種可以快速擴(kuò)孔并具有定心裝置的鉆頭工具，從而保證鉆進(jìn)成孔質(zhì)量，減小鉆頭擴(kuò)孔鉆進(jìn)時(shí)間，降低鉆機(jī)鉆進(jìn)成本，提高施工作業(yè)效率。

通過本文研究，筆者總結(jié)歸納出高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路，研究其結(jié)構(gòu)組成及原理，克服其主體斷裂、合金掉柱、孔斜等缺陷，設(shè)計(jì)該擴(kuò)孔鉆頭定心裝置，降低生產(chǎn)成本，提高該產(chǎn)品的市場競爭力。

2 高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭的設(shè)計(jì)開發(fā)的主要內(nèi)容

2.1進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)研和查閱文獻(xiàn)

通過查閱文獻(xiàn)和對省內(nèi)外的地質(zhì)鉆探企業(yè)三牙輪鉆機(jī)及配套裝置產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研。了解高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭存在的問題。

2.2高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭組成及結(jié)構(gòu)原理分析

為克服現(xiàn)有液壓鑿巖鉆機(jī)施工作業(yè)時(shí)的上述弊病，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單合理、使用可靠、4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭定心裝置。

如圖1所示：該擴(kuò)孔鉆頭的設(shè)計(jì)技術(shù)方案，它包括擴(kuò)孔鉆頭體1、合金齒2、定心徑3，4英寸定心徑尺寸為φ102，包括φ50平面，30°平面，定心徑上合金對不規(guī)則4英寸孔的孔徑進(jìn)行刮削，起到定心的作用，保證擴(kuò)孔鉆頭鉆進(jìn)時(shí)孔不會(huì)偏心。

該具定心裝置的擴(kuò)孔鉆頭，定心徑上設(shè)置有對被擴(kuò)的孔徑不規(guī)則孔壁進(jìn)行刮削的該合金齒。

其中，該擴(kuò)孔鉆頭為4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭，所述的定心徑尺寸為φ102mm，定心徑平面尺寸為φ50mm，所述斜面為25°～35°。

其中，該端面與鉆頭中心線具有一個(gè)夾角β，所述斜面與鉆頭中心線一個(gè)夾角α，且α遠(yuǎn)小于β。

其中，所述端面設(shè)置定心徑之外處布設(shè)有沖擊破碎巖層的合金齒，且該擴(kuò)孔鉆頭設(shè)有將已破碎的巖層排出的排風(fēng)槽。

2.3 高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案，它主要包括擴(kuò)孔鉆頭體6、合金齒7、定心徑8，4英寸定心徑尺寸為φ102，包括φ50平面，30°斜面，定心徑上合金對不規(guī)則4英寸孔的孔徑進(jìn)行刮削，起到定心的作用，保證擴(kuò)孔鉆頭鉆進(jìn)時(shí)孔不會(huì)偏心。另外，它還可包括T38左旋螺紋孔1、φ16中心排風(fēng)孔2、φ12斜面排風(fēng)孔3、端面排風(fēng)孔4、軸向排風(fēng)槽5、鉆頭體6、合金7，4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭排風(fēng)裝置排風(fēng)原理是來自空壓機(jī)的壓縮空氣通過鉆桿中心孔、T38左旋螺紋孔，4個(gè)φ12斜面排風(fēng)孔、端面排風(fēng)孔4、軸向排風(fēng)槽5，將鉆頭沖擊打碎的巖渣面排出孔外。其中，排風(fēng)槽采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了其排風(fēng)的均勻性，排風(fēng)槽尺寸經(jīng)過現(xiàn)場施工作業(yè)適合于中等硬度巖層而設(shè)計(jì)。

2.4高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭設(shè)計(jì)特點(diǎn)

一是定心徑上鑲嵌的硬質(zhì)合金，強(qiáng)度高，耐磨性好，可對不規(guī)則孔進(jìn)行刮研，防止孔斜，定心效果好。

二是該鉆頭由液壓鑿巖機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過鉆桿、鉆頭破碎巖層，沖擊功大，有效降低鉆進(jìn)成本，提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語

筆者通過了解國內(nèi)高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭的種類、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、施工作業(yè)方式、定心裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況及該產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的不足，通過查閱資料和進(jìn)行企業(yè)調(diào)研，設(shè)計(jì)開發(fā)出一種國內(nèi)較先進(jìn)的高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭裝置，設(shè)計(jì)開發(fā)出高氣壓4英寸×8英寸擴(kuò)孔鉆頭產(chǎn)品，提高該鉆頭產(chǎn)品的定心效果，降低鉆進(jìn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安民.潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在施工中的應(yīng)用.山西水利，2002（5）：49-50.

[2]李志森.一種新型擴(kuò)孔鉆頭的研制.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，1：773-775.

[3] 孟正賢.新型高壓水?dāng)U孔鉆具的研制及其應(yīng)用.礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，12：1-3.

基金項(xiàng)目：本文受2015年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)新苗人才計(jì)劃項(xiàng)目（編號2015R469001）資助。

作者簡介：盛佳琴（1994-），女，浙江紹興人，大專，主要研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造。