[发明专利]岩石钻头、钻孔组件以及冲击式钻岩方法

说明书

技术领域和背景技术

根据相应的所附权利要求的前序部分，本发明涉及用于冲击式钻孔的岩石钻头以及钻孔组件和冲击式钻岩方法，岩石钻头包括：钻头头部，该钻头头部被构造成附接在钻孔组件的钻孔元件的端部并具有比所述钻孔元件的直径大的直径，且所述钻头头部在所意图钻孔的方向上的前端处具有大体上截头圆锥形形状，由大致周向环限定该截头圆锥形形状，该大致周向环设有沿该环的延伸分布的多个规格球齿，用以接合所要破碎的材料；中央冲洗通道，该中央冲洗通道延伸穿过该钻头头部并具有在所述前端处开口的至少一个冲洗孔，在所述前端处开口的所述至少一个冲洗孔中的至少一个外围的冲洗孔在所述大致周向环中开口。

本发明不限于使用所述岩石钻头的任何类型的钻孔组件，而是钻孔组件可以是潜孔钻以及顶锤钻。

此外，所述岩石钻头可具有任何可想到的尺寸并通常具有30mm-300mm的直径。在运行中，岩石钻头的意图冲击频率和转速也不受限制，尽管应提及的是它们通常分别在20Hz-500Hz和20-500转每分钟的范围内。

图1示出导言中限定类型的已知的所谓的标准岩石钻头1。钻头具有钻头头部2，该钻头头部2被构造成附接在钻孔组件的例如具有钻管或钻杆形式的钻孔元件的一端并具有比所述钻孔元件的直径大的直径。图中未示出该钻孔元件，而是钻孔元件可被设计成被接纳在所谓的罩3中，罩3与钻头头部形成一体并具有比钻头头部小的直径。将钻头连接到钻孔元件的其它方式在本领域中是可以想到的并且是已知的。钻头头部在所意图钻孔的方向上的前端4处具有大体上截头圆锥形形状，该截头圆锥形形状通过具有借助于大致周向环5的存在而朝向所述前端逐渐变细的横截面获得，该大致周向环5设有沿该环的延伸分布的多个规格球齿6，用以接合所要破碎的材料。由诸如硬质合金的硬质材料制成这些规格球齿。也由硬质材料制成的前球齿7被布置在前表面8上，用以接合所要破碎的材料。

此外，岩石钻头还具有中央冲洗通道，该中央冲洗通道延伸穿过钻头头部并通过在前表面中的冲洗孔9而在前端处开口。当在“地表上方”进行钻孔时，所使用的冲洗介质通常是压缩空气，而当通过定位在地下的钻孔组件进行钻孔时，所使用的冲洗介质通常是液体，诸如水。

运行中，规格球齿6将接合并破碎靠近孔壁的岩石，具有所述杆的岩石钻头位于该孔中，而前球齿7将通过由岩石钻头施加的在箭头A方向上的撞击来破碎更靠近该孔的中央的岩石。在每次这样的撞击之间，钻头将略微旋转，通常旋转约5°。由球齿6、7的所述岩石破碎动作而得到的碎屑将被移除，以使得在接下来的撞击中，球齿能够有效地破碎新的岩石。这通过下述实现，即：从冲洗孔9排出冲洗介质并将所述碎屑冲走，同时碎屑通过位于钻头头部的周围中并沿罩3的凹部10而在与钻孔方向A相反的方向上向后离开，并且所述钻孔元件具有比钻头头部小的直径并且因此具有比钻出的孔小的直径。碎屑被向外冲洗出钻头的外部。

该类型的岩石钻头的工作效率当然是重要的特征且这可表示为岩石钻头的钻进速度，其被限定为每单位时间的所钻出的孔长度（米/分钟）。钻进速度可取决于所述球齿的磨损和冲洗的效率。当然正在试图提高导言中所限定类型的岩石钻头的钻进速度。

WO 2005/010317 A1涉及反循环潜孔面取样锤钻（reverse-circulation down hole face sampling hammer drill），其中，将一定比例的废气引导到样品恢复孔（sample recovery bore）上，以倾向于降低切割面处的气压和流量，从而降低通孔冲刷。WO 2004/003334A1示出设有多个冲洗通道的钻头。US 6767156B1公开了具有多个冲洗通道的钻头。US 4819746A示出了反循环潜孔锤钻头。权利要求1的前序部分所基于的US 3997011A公开了具有多个冲洗通道的岩石钻头。

发明内容

本发明的目的是提供一种导言中限定类型的岩石钻头，钻头被设计成相对于已知的该岩石钻头能够提高钻进速度。

根据本发明通过提供以下岩石钻头来实现该目的：在该岩石钻头中，冲洗通道具有在所述大致周向环中开口的至少两个外围的冲洗孔。