高气压4英寸×8英寸扩孔钻头的设计开发

摘 要：本文介绍了高气压4英寸×8英寸扩孔钻头的设计开发应用领域、存在问题及开发该产品前景。重点分析了钻头组成及结构原理分析、结构方案设计特点等。通过设计开发出一种国内较先进的高气压4英寸×8英寸扩孔钻头装置，设计开发出高气压4英寸×8英寸扩孔钻头产品，提高该钻头产品的定心效果，降低钻进成本。

关键词：高气压；扩孔钻头；设计；开发

1 高气压4英寸×8英寸扩孔钻头的设计开发的背景

潜孔锤钻进是利用压缩空气作为循环介质，并作为驱动孔底冲击器的能源而进行的冲击回转钻进。[ 1 ]扩孔钻头是先进的高风压潜孔锤钻机的主要配件之一，其应用领域很广泛，可在煤矿、水井、油井施工领域发挥作用，是一种先进实效的施工方式。尤其在小井眼扩眼技术中，扩孔钻头是关键的设备之一。[ 2 ]

据资料显示，目前，国内开发高气压4英寸×8英寸扩孔钻头产品的生产厂家有十几家，产品使用中存在钻头主体断裂、合金掉柱、累计进尺寿命短、进尺效率低等缺点。截止至今，高气压4英寸×8英寸扩孔钻头产品在国内还没有推广使用。能寻找一条扩大钻孔直径、提高钻孔卸压影响范围的技术途径是非常有必要的。[ 3 ]由于水井孔钻进施工时，要求将4英寸小孔扩成8英寸大孔，传统施工工艺采用的扩孔钻头或钻进钻头进行施工，因没有设计钻头定心装置或钻头定心装置不合理，导致了扩孔后的孔出现倾斜的现象，施工单位对出现的孔斜问题，进行纠斜工艺施工，影响了施工进度。采用旋转钻机钻进方式施工的钻头工艺施工时，因有定心装置，虽然孔斜问题得以解决，但钻进效率低下问题凸显。

因此設计一种可以快速扩孔并具有定心装置的钻头工具，从而保证钻进成孔质量，减小钻头扩孔钻进时间，降低钻机钻进成本，提高施工作业效率。

通过本文研究，笔者总结归纳出高气压4英寸×8英寸扩孔钻头装置结构设计的设计思路，研究其结构组成及原理，克服其主体断裂、合金掉柱、孔斜等缺陷，设计该扩孔钻头定心装置，降低生产成本，提高该产品的市场竞争力。

2 高气压4英寸×8英寸扩孔钻头的设计开发的主要内容

2.1进行产品调研和查阅文献

通过查阅文献和对省内外的地质钻探企业三牙轮钻机及配套装置产品进行调研。了解高气压4英寸×8英寸扩孔钻头存在的问题。

2.2高气压4英寸×8英寸扩孔钻头组成及结构原理分析

为克服现有液压凿岩钻机施工作业时的上述弊病，设计一种结构简单合理、使用可靠、4英寸×8英寸扩孔钻头定心装置。

如图1所示：该扩孔钻头的设计技术方案，它包括扩孔钻头体1、合金齿2、定心径3，4英寸定心径尺寸为φ102，包括φ50平面，30°平面，定心径上合金对不规则4英寸孔的孔径进行刮削，起到定心的作用，保证扩孔钻头钻进时孔不会偏心。

该具定心装置的扩孔钻头，定心径上设置有对被扩的孔径不规则孔壁进行刮削的该合金齿。

其中，该扩孔钻头为4英寸×8英寸扩孔钻头，所述的定心径尺寸为φ102mm，定心径平面尺寸为φ50mm，所述斜面为25°～35°。

其中，该端面与钻头中心线具有一个夹角β，所述斜面与钻头中心线一个夹角α，且α远小于β。

其中，所述端面设置定心径之外处布设有冲击破碎岩层的合金齿，且该扩孔钻头设有将已破碎的岩层排出的排风槽。

2.3 高气压4英寸×8英寸扩孔钻头结构方案设计

本设计方案，它主要包括扩孔钻头体6、合金齿7、定心径8，4英寸定心径尺寸为φ102，包括φ50平面，30°斜面，定心径上合金对不规则4英寸孔的孔径进行刮削，起到定心的作用，保证扩孔钻头钻进时孔不会偏心。另外，它还可包括T38左旋螺纹孔1、φ16中心排风孔2、φ12斜面排风孔3、端面排风孔4、轴向排风槽5、钻头体6、合金7，4英寸×8英寸扩孔钻头排风装置排风原理是来自空压机的压缩空气通过钻杆中心孔、T38左旋螺纹孔，4个φ12斜面排风孔、端面排风孔4、轴向排风槽5，将钻头冲击打碎的岩渣面排出孔外。其中，排风槽采用对称结构设计保证了其排风的均匀性，排风槽尺寸经过现场施工作业适合于中等硬度岩层而设计。

2.4高气压4英寸×8英寸扩孔钻头设计特点

一是定心径上镶嵌的硬质合金，强度高，耐磨性好，可对不规则孔进行刮研，防止孔斜，定心效果好。

二是该钻头由液压凿岩机驱动，通过钻杆、钻头破碎岩层，冲击功大，有效降低钻进成本，提高生产效率。

3 结语

笔者通过了解国内高气压4英寸×8英寸扩孔钻头的种类、特点、应用领域、施工作业方式、定心装置结构设计状况及该产品设计存在的不足，通过查阅资料和进行企业调研，设计开发出一种国内较先进的高气压4英寸×8英寸扩孔钻头装置，设计开发出高气压4英寸×8英寸扩孔钻头产品，提高该钻头产品的定心效果，降低钻进成本。

参考文献：

[1] 安民.潜孔锤钻进技术在施工中的应用.山西水利，2002（5）：49-50.

[2]李志森.一种新型扩孔钻头的研制.科学技术与工程，2010，1：773-775.

[3] 孟正贤.新型高压水扩孔钻具的研制及其应用.矿业安全与环保，2008，12：1-3.

基金项目：本文受2015年浙江省大学生科技创新活动新苗人才计划项目（编号2015R469001）资助。

作者简介：盛佳琴（1994-），女，浙江绍兴人，大专，主要研究方向为模具设计与制造。