高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭的設計開發

摘 要：本文介紹了高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭的設計開發應用領域、存在問題及開發該產品前景。重點分析了鉆頭組成及結構原理分析、結構方案設計特點等。通過設計開發出一種國內較先進的高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭裝置，設計開發出高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭產品，提高該鉆頭產品的定心效果，降低鉆進成本。

關鍵詞：高氣壓；擴孔鉆頭；設計；開發

1 高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭的設計開發的背景

潛孔錘鉆進是利用壓縮空氣作為循環介質，并作為驅動孔底沖擊器的能源而進行的沖擊回轉鉆進。[ 1 ]擴孔鉆頭是先進的高風壓潛孔錘鉆機的主要配件之一，其應用領域很廣泛，可在煤礦、水井、油井施工領域發揮作用，是一種先進實效的施工方式。尤其在小井眼擴眼技術中，擴孔鉆頭是關鍵的設備之一。[ 2 ]

據資料顯示，目前，國內開發高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭產品的生產廠家有十幾家，產品使用中存在鉆頭主體斷裂、合金掉柱、累計進尺壽命短、進尺效率低等缺點。截止至今，高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭產品在國內還沒有推廣使用。能尋找一條擴大鉆孔直徑、提高鉆孔卸壓影響范圍的技術途徑是非常有必要的。[ 3 ]由于水井孔鉆進施工時，要求將4英寸小孔擴成8英寸大孔，傳統施工工藝采用的擴孔鉆頭或鉆進鉆頭進行施工，因沒有設計鉆頭定心裝置或鉆頭定心裝置不合理，導致了擴孔后的孔出現傾斜的現象，施工單位對出現的孔斜問題，進行糾斜工藝施工，影響了施工進度。采用旋轉鉆機鉆進方式施工的鉆頭工藝施工時，因有定心裝置，雖然孔斜問題得以解決，但鉆進效率低下問題凸顯。

因此設計一種可以快速擴孔并具有定心裝置的鉆頭工具，從而保證鉆進成孔質量，減小鉆頭擴孔鉆進時間，降低鉆機鉆進成本，提高施工作業效率。

通過本文研究，筆者總結歸納出高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭裝置結構設計的設計思路，研究其結構組成及原理，克服其主體斷裂、合金掉柱、孔斜等缺陷，設計該擴孔鉆頭定心裝置，降低生產成本，提高該產品的市場競爭力。

2 高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭的設計開發的主要內容

2.1進行產品調研和查閱文獻

通過查閱文獻和對省內外的地質鉆探企業三牙輪鉆機及配套裝置產品進行調研。了解高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭存在的問題。

2.2高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭組成及結構原理分析

為克服現有液壓鑿巖鉆機施工作業時的上述弊病，設計一種結構簡單合理、使用可靠、4英寸×8英寸擴孔鉆頭定心裝置。

如圖1所示：該擴孔鉆頭的設計技術方案，它包括擴孔鉆頭體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則4英寸孔的孔徑進行刮削，起到定心的作用，保證擴孔鉆頭鉆進時孔不會偏心。

該具定心裝置的擴孔鉆頭，定心徑上設置有對被擴的孔徑不規則孔壁進行刮削的該合金齒。

其中，該擴孔鉆頭為4英寸×8英寸擴孔鉆頭，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夾角β，所述斜面與鉆頭中心線一個夾角α，且α遠小于β。

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

2.3 高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭結構方案設計

本設計方案，它主要包括擴孔鉆頭體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則4英寸孔的孔徑進行刮削，起到定心的作用，保證擴孔鉆頭鉆進時孔不會偏心。另外，它還可包括T38左旋螺紋孔1、φ16中心排風孔2、φ12斜面排風孔3、端面排風孔4、軸向排風槽5、鉆頭體6、合金7，4英寸×8英寸擴孔鉆頭排風裝置排風原理是來自空壓機的壓縮空氣通過鉆桿中心孔、T38左旋螺紋孔，4個φ12斜面排風孔、端面排風孔4、軸向排風槽5，將鉆頭沖擊打碎的巖渣面排出孔外。其中，排風槽采用對稱結構設計保證了其排風的均勻性，排風槽尺寸經過現場施工作業適合于中等硬度巖層而設計。

2.4高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭設計特點

一是定心徑上鑲嵌的硬質合金，強度高，耐磨性好，可對不規則孔進行刮研，防止孔斜，定心效果好。

二是該鉆頭由液壓鑿巖機驅動，通過鉆桿、鉆頭破碎巖層，沖擊功大，有效降低鉆進成本，提高生產效率。

3 結語

筆者通過了解國內高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭的種類、特點、應用領域、施工作業方式、定心裝置結構設計狀況及該產品設計存在的不足，通過查閱資料和進行企業調研，設計開發出一種國內較先進的高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭裝置，設計開發出高氣壓4英寸×8英寸擴孔鉆頭產品，提高該鉆頭產品的定心效果，降低鉆進成本。

參考文獻：

[1] 安民.潛孔錘鉆進技術在施工中的應用.山西水利，2002（5）：49-50.

[2]李志森.一種新型擴孔鉆頭的研制.科學技術與工程，2010，1：773-775.

[3] 孟正賢.新型高壓水擴孔鉆具的研制及其應用.礦業安全與環保，2008，12：1-3.

基金項目：本文受2015年浙江省大學生科技創新活動新苗人才計劃項目（編號2015R469001）資助。

作者簡介：盛佳琴（1994-），女，浙江紹興人，大專，主要研究方向為模具設計與制造。