一种矿用防偏钻头的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿设备技术领域，尤其涉及一种矿用防偏钻头。


背景技术：

2.煤矿重大灾害治理，通常采用钻孔进行超前治理。利用钻孔对灾害源进行探查、控制、治理，实现灾害治理达标，方可满足安全生产要求。因此钻探工程对于灾害严重矿井安全意义重大。目前矿井常用的钻探工程装备及工具种类繁多，优缺点各异，但均存在钻进偏斜问题，尤其在中深钻孔施工中，钻孔偏斜导致钻孔施工达不到设计要求，产生灾害治理盲区。若不采取补充措施，很可能导致灾害事故。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种矿用防偏钻头及钻孔方法，具备保直钻进功能，能够实现煤矿灾害治理钻探工程钻孔的保直钻进，从而使钻孔从施工轨迹上满足设计要求。
4.本实用新型采用的技术方案为：一种矿用防偏钻头，包括钻具连接体、钻头胎体、金刚石复合片钻具和导向定位体；所述钻具连接体呈圆柱形，其轴心开有锥型的螺纹通孔，用于与钻杆连接；所述钻具连接体的端部与钻头胎体相连，在钻头胎体的轴心处开有用于安装导向定位体的导向定位体安装孔；所述金刚石复合片钻具设有三个，并呈环绕状设置在钻头胎体上；所述导向定位体的高度高于金刚石复合片钻具。
5.进一步，所述导向定位体包括导向杆和导向头，所述导向头设置在导向杆的顶部；所述导向杆上设有外螺栓，用于与导向定位体安装孔上内螺纹相连。
6.进一步，所述导向定位体的轴心处开有注水孔。
7.进一步，所述导向定位体的直径为φ31mm～φ52mm，所述金刚石复合片钻具的直径为φ92mm。
8.本实用新型产生的有益效果是：
9.1、保直钻进；钻孔施工时，导向定位体先行按照设计参数定位导向施工，引导钻头主体按照设计施工，导向定位体施工后在钻头施工时提供抵抗钻头主体偏斜的对抗扭矩，实现防偏保直钻进。
10.2、消除灾害源治理盲区；钻孔保直钻进满足设计要求，对灾害源按照设计进行探查、控制、治理，消除了盲区，保证了灾害源治理效果。
附图说明
11.图1为本实用新型正视图；
12.图2为本实用新型俯视图；
13.图3为本实用新型组装结构示意图；
14.图中：1
‑
导向定位体、2
‑
金刚石复合片钻具、3
‑
钻头胎体、4
‑
钻具连接体、5
‑
导向定位体安装孔、6
‑
导向杆、7
‑
导向头、8
‑
注水孔、9
‑
外螺纹、10
‑
内螺纹。
具体实施方式
15.下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。
16.如图1和图2所示，本实用新型是一种矿用防偏钻头，包括钻具连接体4、钻头胎体3、金刚石复合片钻具2和导向定位体1，其中钻具连接体4呈圆柱形，其轴心处开有锥型的螺纹通孔，用于与钻杆连接。述钻具连接体4的端部与钻头胎体3相连，在钻头胎体3的轴心处开有用于安装导向定位体1的导向定位体安装孔5。导向定位体1包括导向杆6和导向头7，导向头7设置在导向杆6的顶部；如图3所示，导向杆6上设有外螺栓9，用于与导向定位体安装孔5上的内螺纹10相连。金刚石复合片钻具2设有三个，并呈环绕状设置在钻头胎体3上；导向定位体1的高度高于金刚石复合片钻具2。导向定位体1的轴心处开有注水孔8，该注水孔8与钻具连接体4相通。在钻孔时，钻杆与高压水管连接，注入高压水，高压水从注水孔8中射出，使导向定位体在保直的情况下起到钻进排渣作用。
17.为了确认本实用新型在钻进过程中的保直情况，需要确定偏斜指标。导向定位体与金刚石复合片钻具的直径比例(以下简称“变径比”)公式为
18.ρ＝导向定位体直径/金刚石复合片钻具直径
19.以基准面为基础，设计钻孔落点高差/实际施工钻孔落差高差为钻孔轨迹偏斜率(以下简称偏斜率)的计算公式为
20.α＝[钻孔孔深*sin(设计倾角)
‑
钻孔孔深*sin(偏斜倾角)]/钻孔孔深*100％＝[sin(设计倾角)
‑
sin(偏斜倾角)]*100％)
[0021]
钻探工程施工角度偏差要求一般不大于2
°
，所以偏斜率α应≤3.5％。
[0022]
以金刚石复合片钻具φ92mm为基础，导向定位体分别为φ52mm、φ49mm、φ46mm、φ43mm、φ40mm、φ37mm、φ34mm、φ31mm的变径范围，结合现场钻孔施工偏斜情况进行试验，以偏斜率“α”定量分析变径比“ρ”，研究最优“变径比”范围。
[0023]
1、采用直径为φ92mm的普通钻头(变径比ρ＝1.000)
[0024]
表1钻孔偏斜数据一览表
[0025][0026]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具施工时，钻孔偏斜率α为15.19％～25.16％，平均21.58％。
[0027]
2、使用φ92mm变φ52mm的防偏钻头(变径比ρ＝1.7692)
[0028]
表2钻孔偏斜数据一览表
[0029][0030]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ52mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为10.4％～15.12％，平均12.56％。
[0031]
3、使用φ92mm变φ49mm的防偏钻头(变径比ρ＝1.8776)
[0032]
表3钻孔偏斜数据一览表
[0033][0034]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ49mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为5.13％～8.70％，平均6.44％。
[0035]
4、使用φ92mm变φ46mm的防偏钻头(变径比ρ＝2.000)
[0036]
表4钻孔偏斜数据一览表
[0037][0038]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ46mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为1.66％～5.02％，平均3.53％。
[0039]
5、使用φ92mm变φ43mm的防偏钻头(变径比ρ＝2.1395)
[0040]
表5钻孔偏斜数据一览表
[0041][0042][0043]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ43mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为2.40％～5.02％，平均3.39％。
[0044]
6、使用φ92mm变φ40mm的防偏钻头(变径比ρ＝2.3000)
[0045]
表6钻孔偏斜数据一览表
[0046][0047]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ40mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为1.66％～4.35％，平均3.03％。
[0048]
7、使用φ92mm变φ37mm的防偏钻头(变径比ρ＝2.4865)
[0049]
表7钻孔偏斜数据一览表
[0050][0051]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ37mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为1.50％～8.7％，平均3.89％。t7
‑
5孔起钻后法线导向定位体损坏，造成钻孔偏斜较大，将t7
‑
5数据移除后，钻孔偏斜率α为1.50％～3.41％，平均2.69％。
[0052]
8、使用φ92mm变φ34mm的防偏钻头(变径比ρ＝2.7059)
[0053]
表8钻孔偏斜数据一览表
[0054][0055]
使用直径为φ92mm金刚石复合片钻具，导向定位体直径为φ34mm的防偏钻头施工时，钻孔偏斜率α为3.45％～9.95％，平均6.70％。t8
‑
2孔起钻后法线导向定位体损坏，造成钻孔偏斜较大，将t8
‑
2数据移除后，钻孔偏斜率α为3.45％，平均3.45％。但此时由于导向定位体直径较小，力矩已满足不了钻进扭矩。