[发明专利]一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头及钻进方法

说明书

本发明公开了一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头及钻进方法，涉及钻头技术领域。本发明包括钻杆、装设在钻杆一端的钻头本体、均布装设在钻头本体外侧壁上多个牙轮本体、装设在钻杆另一端的超声波振动发生器，牙轮本体的一侧开设有放置孔，放置孔的内部放置有钢粒。本发明通过在常规钻头本体的牙轮本体中，嵌入压电陶瓷，同时在钻进过程中，还会通过钻杆不断注入钢粒，实现利用压电陶瓷激发出的超声波振动诱导钢粒对岩石进行超高频冲击，使坚硬岩石产生破碎坑，之后伴随钻头本体的转动，一方面通过牙轮本体上的切削齿切削破坏岩石，同时还能通过牙轮本体带动钢粒实现磨削破坏，进而可以极大程度上提高坚硬岩石的破坏效率。

技术领域

本发明属于钻头领域，具体地说，涉及一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头及钻进方法。

背景技术

目前，煤矿井下水力压裂技术是矿井瓦斯治理的一种可靠、实用的技术。由于普通的水力压裂技术具有钻孔工程量大、成本高的特点，煤矿逐渐引入定向钻机进行大直径、长距离的钻孔施工，并以此作为水力压裂的压裂孔，取得了一系列比较好的效果。但是，采用定向钻机进行长距离定向钻孔时是有相应适用条件的，要求煤岩层硬度不能太小，也不能太大，硬度太小时，钻孔时容易塌孔，硬度太大时，钻进、成孔速度太慢，效率太低。

随着地层深度提高，面临着岩石强度大、可钻性低的问题，但是超声波在钻头中传播时分布不均匀,导致钻头表层性能分布不均匀，后期磨损程度不一，修复难度大的问题。

综上，因此本发明提供了一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头及钻进方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头及钻进方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头，包括钻杆、装设在钻杆一端的钻头本体、均布装设在钻头本体外侧壁上多个牙轮本体、装设在钻杆另一端的超声波振动发生器，牙轮本体的一侧开设有放置孔，放置孔的内部放置有钢粒，方便了把钢粒放置在放置孔的内部；

钻杆的内部开设有第一通道，钻头本体的内部开设有两个第二通道、两个第三通道，且第三通道与放置孔相连通，第三通道与第二通道相连通，第二通道与第一通道相连通，方便了钢粒在第一通道、第二通道、第三通道、第四通道的内部移动。

可选的，钻头本体的内部均布开设有多个第四通道，且第四通道与第三通道相连通，第二通道与第三通道的接触处设有第一圆角，第四通道与第三通道的接触处设有第二圆角，提高了钢粒在第四通道与第三通道移动的效率。

可选的，两个第二通道相连通，且两个第二通道接触处设有第三圆角，两个第二通道呈V字型阵列，钢粒与第一通道、第二通道、第三通道配合，钢粒与第四通道配合，一个第一通道、两个第二通道呈Y型阵列。

一种超声波振动钢粒冲击牙轮钻头钻进方法，包括如下步骤：

步骤一：将钻头本体进行清洗，去除表面杂质，包括浸泡、酸洗、电解、超声波清洗和冲洗，并把压电陶瓷嵌入牙轮本体的内部；

步骤二：配置钢粒，并将钢粒放置在清洗完成后的钻头本体的第一通道内部，钻头本体的底端设置有旋转座；

步骤三：垂直悬空安装超声波设备，并将其输出头从四个方向深入进入钻头本体的内部；

步骤四：启动超声波设备，从四个方向通过钻头本体对岩石进行破坏，实现利用压电陶瓷激发出的超声波振动诱导钢粒对岩石进行超高频冲击，使坚硬岩石产生破碎坑，之后伴随牙轮钻头的转动，一方面通过牙轮上的切削齿切削破坏岩石，同时还能通过牙轮带动钢粒实现磨削破坏，进而可以极大程度上提高坚硬岩石的破坏效率。

钻头本体2制备的过程分为以下几个步骤：