防卡钻装置及钻机的钻具连接结构

920 编辑：中冶有色技术网来源：中联重科股份有限公司

2023-12-21 14:28:11

权利要求书： 1.一种防卡钻装置，其特征在于，包括基座(11)，所述基座(11)的外壁沿周向间隔均布设置有多个边翼(12)，所述边翼(12)由所述基座(11)的外壁沿径向向外延伸凸出，每个所述边翼(12)上固定设有倒划眼齿(13)；沿所述基座(11)的径向方向上，所述倒划眼齿(13)相较于所述边翼(12)向外凸出。

2.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，每个所述边翼(12)上设有多个所述倒划眼齿(13)，多个所述倒划眼齿(13)在所述边翼(12)上呈上下排列设置。

3.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，所述倒划眼齿(13)为沿着钻头(4)给进时的旋转方向(S)呈直径渐阔的结构，所述倒划眼齿(13)具有切削刀口(131)，所述切削刀口(131)的朝向与所述钻头(4)给进时的旋转方向(S)相同；沿所述基座(11)的径向方向上，所述切削刀口(131)相较于所述边翼(12)向外凸出。

4.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，所述倒划眼齿(13)设置于所述边翼(12)的一侧的边缘位置。

5.如权利要求4所述的防卡钻装置，其特征在于，所述边翼(12)的一侧设有第一台阶(121)，所述倒划眼齿(13)上设有第二台阶(132)，所述第二台阶(132)与所述第一台阶(121)相互扣合，所述倒划眼齿(13)抵靠在所述边翼(12)上。

6.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，所述边翼(12)的数量为四个，四个所述边翼(12)沿周向均布设置于所述基座(11)的外壁上。

7.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，所述边翼(12)为长条形结构，所述边翼(12)沿所述基座(11)的轴向方向延伸设置。

8.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，所述基座(11)为圆筒形结构，所述基座(11)的顶部固定有连接柱(15)，所述连接柱(15)为由下至上直径渐缩的结构，所述连接柱(15)的外壁设有外螺纹，所述基座(11)底端的内壁上设有内螺纹。

9.如权利要求1所述的防卡钻装置，其特征在于，所述防卡钻装置(1)的最大外圆直径小于钻头(4)的最大外圆直径。

10.一种钻机的钻具连接结构，包括钻杆(2)、气动冲击器(3)和钻头(4)，其特征在于，所述钻机的钻具连接结构还包括如权利要求1?9中任一项所述的防卡钻装置，所述防卡钻装置(1)的顶部与所述钻杆(2)相连，所述防卡钻装置(1)的底部与所述气动冲击器(3)的顶部相连，所述气动冲击器(3)的底部与所述钻头(4)相连。

说明书：防卡钻装置及钻机的钻具连接结构技术领域[0001] 本实用新型涉及钻机设备技术领域，尤其是涉及一种防卡钻装置及钻机的钻具连接结构。

背景技术[0002] 潜孔钻机主要用于露天矿山开采，建筑基础开挖，水利、电站、建材、交通及国防建设等多种工程中的凿岩钻孔，是当前通用的大型凿岩钻孔设备。目前国内外的潜孔钻机以

中高风压露天潜孔钻机、半液压、水压潜孔钻机的应用最为普遍，如日本古河的PCR?200?DH

型钻机、英格索兰MZ200钻机、阿特拉斯·科普柯ROC40Q钻机等，均采用钻柱+冲击器+钻头

的钻具组合方式进行钻进和提钻作业。

[0003] 如图1及图2所示，现有的潜孔钻机的钻具有两种组合方式，一种是不带气动冲击器(包括不带反向钻进功能的气动冲击器，如图1)，另一种是带反向钻进功能的气动冲击器

(如图2)。

[0004] 如图1所示的潜孔钻机的钻具组合，其包括由多根钻杆1(一般为6?8根钻杆1)相连组成的钻柱，钻柱下方连接有一个牙轮钻头2。在潜孔钻机进行上提钻杆1作业时，如果遇到

图1所示的大砾岩石填埋牙轮钻头2的情况，则需要通过潜孔钻机钻井推进装置(图未示)给

钻具组合一个向上的高强度拉力，同时通过钻柱的旋转和牙轮钻头2向上的挤压，从而破坏

大砾岩石填埋层3，然后抽出钻具组合，此时大砾岩石填埋层3破碎掉落在孔洞4底部。

[0005] 如图2所示的潜孔钻机的钻具组合，其包括由多根钻杆1相连组成的钻柱，钻柱下方连接有一个带反向钻进功能的气动冲击器5，然后在该气动冲击器5的下端连接一个牙轮

钻头2。在潜孔钻机进行上提钻杆作业时，通过气动冲击器5的反向钻进功能来破开大砾岩

石填埋层3，破开的大砾岩石填埋层3的最小孔洞直径略大于气动冲击器5的最大外径值(大

于量约为1?3mm)，而且此最小孔洞直径小于底部牙轮钻头2的最大外径，在牙轮钻头2通过

大砾岩石填埋层3时，需要通过钻柱的旋转和牙轮钻头2向上的挤压，从而破坏大砾岩石填

埋层3，抽出钻具组合，此时大砾岩石填埋层3破碎掉落在孔洞4底部。

[0006] 但是潜孔钻机在对类似于大砾状煤层结构的矿层进行钻孔的过程中，大砾状岩石和岩屑一起随着下层孔洞的钻进带来的震动和钻杆的震动掉落在钻杆与孔洞之间的环形

空间内并积累压实，大砾状岩石在钻杆和孔洞岩壁之间形成三角形力学稳定结构，此时无

论是采用图1还是图2所示的钻具组合，潜孔钻机的推进装置均需要提供高强度的上提力

(相比较来说，图2所示的钻具组合需要的上提力要小于图1所示的钻具组合需要的上提力)

来打破这种三角形力学稳定结构，以实现正常的上提钻具作业。但是当大砾状岩石的这种

三角形力学稳定结构的破坏强度超过潜孔钻机的推进装置所能提供的最大上提力时，钻具

将无法正常上提，从而造成卡钻、钻具掉落在孔洞底部无法取出的事故。

实用新型内容

[0007] 本实用新型的目的是提供一种防卡钻装置，旨在解决上述背景技术存在的不足，在遇到卡钻事故时，利用倒划眼齿直接打破大砾状岩石的三角形力学结构的方式来消除卡

钻事故，同时边翼不仅能够起到规整、清洁、巩固孔壁的作用，还具有导向作用，有利于打直

孔。

[0008] 本实用新型提供一种防卡钻装置，包括基座，所述基座的外壁沿周向间隔均布设置有多个边翼，所述边翼由所述基座的外壁沿径向向外延伸凸出，每个所述边翼上固定设

有倒划眼齿；沿所述基座的径向方向上，所述倒划眼齿相较于所述边翼向外凸出。

[0009] 进一步地，每个所述边翼上设有多个所述倒划眼齿，多个所述倒划眼齿在所述边翼上呈上下排列设置。

[0010] 进一步地，所述倒划眼齿为沿着钻头给进时的旋转方向呈直径渐阔的结构，所述倒划眼齿具有切削刀口，所述切削刀口的朝向与钻头给进时的旋转方向相同；沿所述基座

的径向方向上，所述切削刀口相较于所述边翼向外凸出。

[0011] 进一步地，所述倒划眼齿设置于所述边翼的一侧的边缘位置。[0012] 进一步地，所述边翼的一侧设有第一台阶，所述倒划眼齿上设有第二台阶，所述第二台阶与所述第一台阶相互扣合，所述倒划眼齿抵靠在所述边翼上。

[0013] 进一步地，所述边翼的数量为四个，四个所述边翼沿周向均布设置于所述基座的外壁上。

[0014] 进一步地，所述边翼为长条形结构，所述边翼沿所述基座的轴向方向延伸设置。[0015] 进一步地，所述基座为圆筒形结构，所述基座的顶部固定有连接柱，所述连接柱为由下至上直径渐缩的结构，所述连接柱的外壁设有外螺纹，所述基座底端的内壁上设有内

螺纹。

[0016] 进一步地，所述防卡钻装置的最大外圆直径小于钻头的最大外圆直径。[0017] 本实用新型还提供一种钻机的钻具连接结构，包括钻杆、气动冲击器和钻头，所述钻机的钻具连接结构还包括以上所述的防卡钻装置，所述防卡钻装置的顶部与所述钻杆相

连，所述防卡钻装置的底部与所述气动冲击器的顶部相连，所述气动冲击器的底部与所述

钻头相连。

[0018] 本实用新型提供的防卡钻装置，通过在基座的外壁设置多个边翼，且多个边翼沿周向均布设置，即多个边翼呈对称分布结构，能够为钻头在钻进过程中提供扶正力(即确保

钻头的钻进方向始终保持一致的横向应力)，从而起到导向作用，有利于钻头打直孔。而且，

由于多个边翼间隔设置，即相邻的两个边翼之间具有间隙，高压气体能够从相邻的两个边

翼之间的间隙由下至上通过，即不影响高压气体的向上携岩能力(即将多余的岩石碎屑带

出孔洞的能力)。同时，边翼能够将已钻完孔的孔壁上突出的岩屑、岩石切落，起到规整、清

洁、巩固孔壁的作用，提高孔壁的稳定性，为后续在孔洞中正常放置爆破物起到积极作用。

[0019] 同时，通过在边翼上设置倒划眼齿，当遇到卡钻事故时，在上提钻具过程中，利用防卡钻装置的倒划眼功能来反向钻开填埋岩层，直接破坏大砾状岩石的三角形力学结构，

从而顺利完成上提钻具作业，消除卡钻事故。而且，在使用防卡钻装置后，钻机在上提钻具

作业过程中需要提供的上提力远小于现有的提钻方式，降低了钻机的作业能耗。

附图说明[0020] 图1为现有技术一中钻具连接结构的结构示意图。[0021] 图2为现有技术二中钻具连接结构的结构示意图。[0022] 图3为本实用新型实施例中防卡钻装置的结构示意图。[0023] 图4为图3的俯视图。[0024] 图5为本实用新型实施例中钻具连接结构的结构示意图。具体实施方式[0025] 下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

[0026] 本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

[0027] 本实用新型的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只

是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本申请请求保护的

范围。

[0028] 如图3及图4所示，本实用新型实施例提供的防卡钻装置1，尤其适用于潜孔钻机。该防卡钻装置1包括基座11，基座11的外壁沿周向间隔均布设置有多个边翼12，边翼12由基

座11的外壁沿径向向外延伸凸出，每个边翼12上固定设有倒划眼齿13。沿基座11的径向方

向上，倒划眼齿13相较于边翼12向外凸出。

[0029] 进一步地，如图3所示，在本实施例中，每个边翼12上设有多个倒划眼齿13，多个倒划眼齿13在边翼12上呈上下排列设置。

[0030] 具体地，本实施例通过在边翼12上设置倒划眼齿13，当遇到卡钻事故时，在上提钻具过程中，利用防卡钻装置1的倒划眼功能来反向钻开填埋岩层，直接破坏大砾状岩石的三

角形力学结构，从而顺利完成上提钻具作业，消除卡钻事故。而且，在使用防卡钻装置1后，

钻机在上提钻具作业过程中需要提供的上提力远小于现有的提钻方式，降低了钻机的作业

能耗。

[0031] 进一步地，如图3所示，在本实施例中，每个边翼12上设有两个倒划眼齿13，该两个倒划眼齿13在边翼12上呈上下排列设置。每个边翼12上设置的倒划眼齿13的数量可根据岩

层的特性(韧性、可钻级别等参数)而定，例如：当岩层(大砾岩石填埋层)的质地较软时，可

在边翼12上设置更多的倒划眼齿13，同时提高钻杆2(钻杆2的具体结构请参图5)的旋转速

度，以提高提钻的速度；当岩层的质地较硬时，则只需在边翼12上设置少量的倒划眼齿13

(比如两个、三个等)，此时钻杆2的旋转速度相对较慢，利用倒划眼齿13对岩层的切削研磨

作用将岩层钻开，以保证正常提钻。同时，在边翼12上布置倒划眼齿13时，根据孔洞岩层的

特性在以倒划眼齿13中轴线为基准的6个自由度(X轴、Y轴、Z轴、绕X轴旋转、绕Y轴旋转、绕Z

轴旋转)上进行调整，目的是确保倒划眼齿13经久耐用，且反向钻进填埋层的速率高。

[0032] 进一步地，如图4所示，在本实施例中，倒划眼齿13为沿着钻头4(钻头4的具体结构请参图5)给进时的旋转方向S(即钻头4在正常钻孔时的旋转方向)呈直径渐阔的结构，即从

图4中看，倒划眼齿13沿着顺时针方向呈直径逐渐增大的结构。

[0033] 进一步地，如图4所示，在本实施例中，倒划眼齿13具有切削刀口131，切削刀口131的朝向与钻头4给进时的旋转方向S相同。沿基座11的径向方向上，切削刀口131相较于边翼

12向外凸出，即利用倒划眼齿13的切削刀口131对岩层进行切削研磨，从而将岩层钻开，而

并非利用边翼12对岩层进行切削研磨。

[0034] 进一步地，如图3及图4所示，在本实施例中，倒划眼齿13设置于边翼12的一侧的边缘位置。

[0035] 具体地，如图4所示，边翼12的一侧设有第一台阶121，倒划眼齿13上设有第二台阶132，第二台阶132与第一台阶121相互扣合，倒划眼齿13抵靠在边翼12上(倒划眼齿13可焊

接固定在边翼12上)。即利用边翼12为倒划眼齿13提供良好的受力基础，避免倒划眼齿13在

对岩层进行切削研磨的过程中脱落或损坏。

[0036] 进一步地，如图3及图4所示，在本实施例中，边翼12的数量为四个，四个边翼12沿周向均布设置于基座11的外壁上。

[0037] 进一步地，如图3所示，在本实施例中，边翼12为长条形结构，边翼12沿基座11的轴向方向延伸设置。

[0038] 具体地，边翼12的尺寸根据不同孔洞的规格而定，在既为倒划眼齿13提供足够的支撑力和为整个钻进过程中提供扶正力的同时，还需要最大限度地不干扰高压气体的向上

携岩能力。防卡钻装置1的整体材质与钻杆2的材质一致，同时为了使边翼12具有高耐磨性，

边翼12的外表面进行热处理。

[0039] 具体地，本实施例通过在基座11的外壁设置多个边翼12，且多个边翼12沿周向均布设置，即多个边翼12呈对称分布结构，能够为钻头4在钻进过程中提供扶正力(即确保钻

头4的钻进方向始终保持一致的横向应力)，从而起到导向作用，有利于钻头4打直孔。而且，

由于多个长条形结构的边翼12间隔设置，即相邻的两个边翼12之间具有间隙，高压气体能

够从相邻的两个边翼12之间的间隙由下至上通过，即不影响高压气体的向上携岩能力(即

将多余的岩石碎屑带出孔洞的能力)。同时，边翼12能够将已钻完孔的孔壁上突出的岩屑、

岩石切落，起到规整、清洁、巩固孔壁的作用，提高孔壁的稳定性，为后续在孔洞中正常放置

爆破物起到积极作用。

[0040] 进一步地，如图3及图5所示，在本实施例中，基座11为圆筒形结构，基座11内通孔的直径尺寸与钻杆2内通孔的直径尺寸一致。基座11的顶部固定有连接柱15，连接柱15为由

下至上直径渐缩的结构，连接柱15的外壁设有外螺纹(图未示)，用于与钻杆2上的内螺纹

(图未示)配合连接，基座11底端的内壁上设有内螺纹(图未示)，用于与钻头4或气动冲击器

3上的外螺纹(图未示)配合连接。

[0041] 进一步地，在本实施例中，防卡钻装置1的最大外圆直径略小于钻头4的最大外圆直径(实际差值约为0.5mm)，以避免在钻孔时，防卡钻装置1影响钻头4正常的钻进工作。

[0042] 如图5所示，本实用新型实施例还提供一种钻机的钻具连接结构，包括以上所述的防卡钻装置1、钻杆2、气动冲击器3和钻头4，防卡钻装置1的顶部与钻杆2相连，防卡钻装置1

的底部与气动冲击器3的顶部相连，气动冲击器3的底部与钻头4相连。当然，在其它实施例

中，也可以是防卡钻装置1的底部直接与钻头4相连(即不设置气动冲击器3)。

[0043] 具体地，潜孔钻机钻进过程中，在连接气动冲击器3前，先将该防卡钻装置1连接在钻杆2上，然后在防卡钻装置1内螺纹处组装气动冲击器3，气动冲击器3组装完成后，在其下

端再组装牙轮钻头4，然后下钻进行钻进作业。待钻进作业完成后，上提作业过程中，如遇上

提受阻，则开启或加大推进装置的回转速度，此时钻具组合正常旋转(即钻具上提作业时的

旋转方向与下钻进行钻进作业时的旋转方向一致)，然后缓慢上提钻具，直至钻具完全脱离

孔洞，即完成钻具组合的上提作业。在此上提作业过程中，如果没有发生卡钻事故，则防卡

钻装置1可以修饰、规整孔洞洞壁；如果发生有卡钻事故，则通过防卡钻装置1对卡钻事故进

行处理。

[0044] 本实施例提供的防卡钻装置1的优点在于：[0045] 1、当遇到卡钻事故时，在上提钻具过程中，利用防卡钻装置1的倒划眼功能来反向钻开填埋岩层，直接破坏大砾状岩石的三角形力学结构，从而顺利完成上提钻具作业，消除

卡钻事故。而且，使用防卡钻装置1反向钻开填埋岩层的方式相较于传统的通过钻头4研磨

破岩的方式，前者的破岩进尺速率更快，提高了解除卡钻的速度。而且，在使用防卡钻装置1

后，钻机在上提钻具作业过程中需要提供的上提力远小于现有的提钻方式，降低了钻机的

作业能耗；

[0046] 2、边翼12能够为倒划眼齿13提供良好的受力基础，避免倒划眼齿13在对岩层进行切削研磨的过程中脱落或损坏；

[0047] 3、在上提钻具过程中，边翼12能够将已钻完孔的孔壁上突出的岩屑、岩石切落，起到规整、清洁、巩固孔壁的作用，提高孔壁的稳定性，为后续在孔洞中正常放置爆破物起到

积极作用；

[0048] 4、通过在基座11的外壁设置多个边翼12，且多个边翼12沿周向均布设置，即多个边翼12呈对称分布结构，能够为钻头4在钻进过程中提供扶正力，从而起到导向作用，有利

于钻头4打直孔；

[0049] 5、在钻进过程中，现有技术中的钻具组合与孔洞壁之间为上下两点接触的方式(钻杆2与孔洞壁之间有一个等效的接触点，钻头4与孔洞壁之间有一个接触点)，该两点接

触方式对钻头4的钻进方向没有导向作用，钻头4钻孔遇到硬岩时会发生偏转；而使用防卡

钻装置1后，存在上中下三点与孔洞壁接触(在之前的基础上增加了防卡钻装置1的边翼12

与孔洞壁之间的接触点，且该接触点靠近钻头4)，该三点接触定位的方式对钻头4的钻进有

很强的导向作用，从而更有利于钻具组合的扶正，即更容易打出直孔洞。

[0050] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化

或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权

利要求的保护范围为准。