[发明专利]阶梯式钻头尖组件

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请是由道格拉斯·爱德华·柏斯（Douglas Edward Bise）于2012年2月22日提交的题为“阶梯式钻头尖组件（STEPPED DRILL BIT ASSEMBLY）”的共同未决的美国临时专利申请序列号61/601,709的继续申请，特此将该临时专利申请以全文通过引用结合在此，并且根据美国专利法规（包括35USC§120），申请人特此在所述临时专利申请（即，由道格拉斯·爱德华·柏斯（Douglas Edward Bise）于2012年2月22日提交的题为“阶梯式钻头尖组件（STEPPED DRILL BIT ASSEMBLY）”美国临时专利申请序列号61/601,709）的基础上要求优先权。

技术领域

本发明涉及一种可用于在矿山中钻出井孔以便插入螺栓的钻头尖组件，由此螺栓在这些井孔中的插入和固定有助于增加煤壁（煤帮（coal rib））的稳定性、并且增加矿山顶部的稳定性。更确切地说，本发明涉及一种可用于在矿山中钻出具有特定几何形状的井孔以便插入螺栓的阶梯式钻头尖组件，其中这些井孔与带螺纹的螺栓相协作以便克服在移除钻钢时井孔的偶然崩塌所固有的问题。

背景技术

地下采煤领域的普通技术人员掌握了开发矿井的基本技术知识。在煤层高且不稳定的环境中采矿的过程中，矿工经常必须在煤壁（煤帮）中钻出井孔并且在其中定位螺栓以便使其稳定。此外，在形成矿井的过程中，采矿工典型地在该矿井的顶部钻出井孔，其中每个井孔接收一个螺栓，这个螺栓被固定在该井孔中。在煤帮中以及在顶部中的这些螺栓提供了并且增加了矿山的稳定性从而减少矿山坍塌的可能性。像授予柏斯（Bise）等人的美国专利号6,886,645B2（转让给肯纳金属公司（Kennametal Inc.））等多份专利文献提供了对于井孔钻探和将螺栓固定在井孔中的基本描述。申请人特此通过引用将以上指明的专利文献结合在此。

多种钻头尖设计可以用于撞击地层并且钻出井孔。实例性的专利文献包括授予柏斯（Bise）的美国专利号6,915,867（转让给肯纳金属公司）以及授予柏斯（Bise）等人的美国专利号6,945,340B2（转让给肯纳金属公司）。申请人特此通过引用将以上指明的专利文献中各自全都结合在此。

对于螺栓和其相应的结构而言存在着许多不同的设计。以下专利文献示出了这些设计：授予怀特（White）的美国专利号5,885,031、授予卡瑞（Curry）等人的美国专利号2,854,824以及授予洛贝罗（Lobello）等人的美国专利号3,941,028。申请人特此通过引用将以上指明的专利文献中各自全都结合在此。

其他专利文献显示了在形成井孔和/或稳定化矿山时使用的物品：授予塞洁（Sager）等人的美国专利号6,468,010、授予路德维格（Ludwig）等人的美国专利号7,033,117、以及授予拜耳（Bayerl）等人的美国专利号7,789,589。申请人特此通过引用将以上指明的专利文献中各自全都结合在此。

在钻探井孔的过程中，去除钻钢是一种常见的现象。有时在去除钻钢时井孔会发生坍塌。在井孔坍塌之后，将一个树脂锚固剂（resin cartridge）或机械膨胀壳体插入到该井孔中会是非常困难并且有时候是不可能的。煤壁（或煤帮）中的井孔坍塌时尤其是这种情况。这些困难对于形成矿井并且因此对于整个采矿操作是不利的。为了克服这种情况，已经开发出了一种与具有特定几何形状的井孔结合使用的螺栓，这种螺栓具有一个螺纹区段。这种特定几何形状的井孔具有两个不同的区域，这些区域各自具有不相同的横向尺寸（或直径）。该井孔的内部区域具有一个减小的横向尺寸（或直径），并且该井孔的外部区域具有一个扩大的横向尺寸（或直径）。该螺栓的尺寸确定是使得该螺纹区段与该内部区域周围的地层相接合，这个内部区域具有减小的横向尺寸。因此，如果井孔坍塌，该螺栓可以仍然推进穿过该地层并且与该井孔的内部区域相接合。

为了最佳地使用带有螺纹区段的螺栓与特定几何形状的井孔的组合，高度希望的是提供可以在一个钻探操作中钻出该特定几何形状的井孔的一种钻头尖组件。还高度希望的是提供可以在一个钻探操作中在干式钻探环境中钻出该特定几何形状的井孔的一种钻头尖组件。最后，还高度希望的是提供可以在一个钻探操作中在湿式钻探环境中钻出该特定几何形状的井孔的一种钻头尖组件。

发明内容