本发明涉及钻井装备技术领域。具体地说是一种带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头。
背景技术：
大直径滚压破岩钻头作为竖井钻机、反井钻机和全断面竖井掘进机破岩的主要刀具,其破岩钻进效率直接影响着井筒施工的效率和成本。目前井底钻具组合失效及井下工作面特殊工况(瓦斯突出、地层塌陷)主要依靠操作人员的经验来判别，因此在出现滚刀磨损失效后，钻进效率低，而钻头受力不平衡使中心管的弯矩增大，因此造成了反井事故中最常见的钻头中心管断裂；在遇到瓦斯突出时，滚压破岩冲击产生的火花极易引起瓦斯爆炸，地层塌陷则会引起埋钻事故。因此有必要对井下扩孔钻头滚刀破岩效率及井下工况进行监控，从而达到安全高效破岩的目的。
技术实现要素：
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以在破岩过程中全面了解和监测工作面状态及滚刀运行状况的滚压破岩钻头。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，包括滚压破岩钻头和分别固定安装在所述滚压破岩钻头上的温度传感器、转速传感器、瓦斯传感器、激光测距仪和数据采集系统；所述温度传感器的数据输出端、所述转速传感器的数据输出端、所述瓦斯传感器的数据输出端和所述激光测距仪的数据输出端分别和所述数据采集系统的数据输入端连接，所述数据采集系统的数据输出端与地面控制台的数据输入端连接。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，所述滚压破岩钻头包括钻头体、边刀体、中心刀体和正刀体，所述边刀体、所述中心刀体和所述正刀体分别固定安装在所述钻头体上。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，所述钻头体包括第一刀盘、第二刀盘和位于所述第一刀盘和所述第二刀盘之间的支撑套筒，所述第一刀盘固定安装在所述支撑套筒的一个端面上，所述第二刀盘固定安装在所述支撑套筒的另一个端面上；所述边刀体、所述中心刀体和所述正刀体分别固定安装在所述第一刀盘的盘面上。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，所述第一刀盘和所述第二刀盘的中心对应开设有中心管安装孔，所述中心管安装孔与所述支撑套筒同轴；沿所述第一刀盘和所述第二刀盘的径向，在所述支撑套筒内侧壁与所述中心管安装孔边沿之间固定安装有第一支撑立板，所述第一支撑立板的一个端面与所述第一刀盘的盘面固定连接，所述第一支撑立板的另一个端面与所述第二刀盘的盘面固定连接；所述第一支撑立板为六个且沿所述中心管安装孔的周向均匀分布。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，相邻两个所述第一支撑立板之间的所述第一刀盘的盘面和所述第二刀盘的盘面上开设有漏渣孔；自所述第一刀盘的边沿向外沿所述第一刀盘的径向延伸出滚刀体安装部，所述滚刀体安装部为四个且沿所述第一刀盘的周向均匀分布，所述滚刀体安装部与所述第一刀盘为一体成型结构；所述滚刀体安装部与所述第二刀盘之间固定安装有第二支撑立板，所述第二支撑立板分别与所述滚刀体安装部、所述第二刀盘和所述支撑套筒固定连接。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，所述钻头体还包括中心管，所述中心管固定安装在所述中心管安装孔内。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，所述滚刀体安装部包括一体成型的边刀体安装部和正刀体安装部，所述边刀体安装部向外延伸的长度大于所述正刀体安装部向外延伸的长度，所述滚刀体安装部位于所述第一刀盘的最外圈，所述第一刀盘的最内圈为中心刀体安装部，所述滚刀体安装部在第一刀盘上沿周向均布；每个所述边刀体安装部的自由端上分别固定安装有一个所述边刀体，每个正刀体安装部的自由端上分别固定安装有一个所述正刀体，在所述中心刀体安装部上分别固定安装有两个所述中心刀体，并且两个所述中心刀体关于所述中心管安装孔中心对称；在所述第一刀盘的盘面上沿所述第一刀盘的垫块分布直径固定安装有四个垫块框，所述垫块分布直径的一端位于两个相邻的所述滚刀体安装部之间，所述垫块分布直径的另一端位于另外两个相邻的所述滚刀体安装部之间；两个所述中心刀体分别位于两个靠近所述中心管安装孔的所述垫块框内，另外两个所述垫块框内固定安装有两个所述正刀体；所述垫块分布直径两侧的相邻两个所述漏渣孔之间的所述第一刀盘的盘面上分别固定安装有四个所述正刀体；位于所述正刀体安装部上的四个所述正刀体是位于同一圆周上的外圈正刀体，位于两个所述垫块框上的两个所述正刀体是位于同一圆周上的中圈正刀体，位于所述垫块分布直径两侧的四个所述正刀体分为位于同一圆周上的小圈正刀体和位于同一圆周上的微圈正刀体，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体与所述中心管安装孔的距离大于组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体与所述中心管安装孔的距离；所述外圈正刀体、所述中圈正刀体、所述小圈正刀体和所述微圈正刀体与所述中心管安装孔的距离依次变小，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体关于所述中心管安装孔中心对称，组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体也关于所述中心管安装孔中心对称，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体所在刀盘直径、组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体所在刀盘直径、以及所述垫块分布直径三者相互之间的夹角为60度。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，所述边刀体包括边刀刀轨和边刀，所述边刀刀轨具有边刀固定安装边、边刀安装短臂和边刀安装长臂，所述边刀安装短臂和所述边刀安装长臂分别固定安装在所述边刀固定安装边的两端，所述边刀的大头端转轴安装在所述边刀安装短臂的自由端上，所述边刀的小头端转轴安装在所述边刀安装长臂的自由端上，所述边刀的轴线与所述边刀固定安装边的安装面之间的夹角为40度，确保滚刀大端破岩面能够保护边刀安装长臂最外侧边缘；所述中心刀体包括中心刀刀轨和中心刀，所述中心刀刀轨包括中心刀固定安装边和两个中心刀安装臂，两个所述中心刀安装臂分别固定安装在所述中心刀固定安装边的两端，所述中心刀的转轴两端分别安装在两个所述中心刀安装臂的自由端上，所述中心刀的轴线与所述中心刀固定安装边的安装面之间的夹角为10度，确保滚刀破岩面与安装面平行；四个所述边刀体在所述第一刀盘盘面上的安装方式相同且所述边刀安装短臂邻近所述第一刀盘盘面边沿；所述正刀体的结构与所述中心刀体的结构相同；所述边刀的小头端、所述正刀的小头端和所述中心刀的小头端均朝向所述中心管的轴线方向。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，在所述中心刀安装臂上安装有探头保护钣金，在所述探头保护钣金与所述中心刀安装臂之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器以及用于测量所述中心刀转速的所述转速传感器；在所述边刀安装长臂上安装有探头保护钣金，在所述探头保护钣金与所述边刀安装长臂之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器以及用于测量所述边刀转速的所述转速传感器；在所述正刀安装臂上安装有探头保护钣金，在所述探头保护钣金与所述正刀安装臂之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器以及用于测量所述正刀转速的所述转速传感器。
上述带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，在所述滚刀体安装部朝向所述第二刀盘的盘面上固定安装有瓦斯传感器；所述激光测距仪固定安装在所述第二刀盘远离所述第一刀盘的盘面上，并且所述激光测距仪邻近所述中心管的轴线；所述数据采集系统固定安装在所述第二刀盘远离所述第一刀盘的盘面上，且所述数据采集系统也邻近所述中心管安装孔的轴线。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本申请中在滚压破岩钻头上，合理布置了温度传感器、转速传感器、瓦斯传感器、激光测距仪和数据采集系统；温度传感器可监测滚刀轴承的温度和滚刀刀壳的温度；转速传感器可以测量滚刀的转速；瓦斯传感器布置在钻头外侧，可以有效监测钻头工作面瓦斯等有害气体浓度，为扩孔钻进速度提供参考，以免引起瓦斯爆炸的事故；激光测距仪可以扫描井筒半径和钻进形成的三维井筒扫描图，可以据此绘制井筒图；数据采集系统可以收集温度传感器、转速传感器、瓦斯传感器和激光测距仪采集的模拟数据，然后传输给操作台主机，从而实现滚压破岩钻头在运行状态的实时监测。
同时为了得到更加准确的检测数据，各个传感器的安装位置需要选择合适的位置安装：温度传感器和转速传感器安装在边刀体、正刀体和中心刀体的刀轨上，可以准确的监测滚刀的轴承/刀壳的温度和滚刀的转速；瓦斯传感器布置在钻头外侧，可有效监测工作面上的瓦斯等有害气体浓度，激光测距仪安装在第二刀盘上且靠近中心管安装孔的位置，既可以防止工作面钻进过程中损坏激光测距仪，又可以从第二刀盘上获得准确的扫描井筒半径数据，数据采集系统作为收集各个数据并且传到给地面控制台的关键部件，将数据采集系统安装在中心管安装孔下方，可以有效接收各个传感器的数据，并反馈给地面控制台，实现滚刀运动状态和工作面状态的实时监测。
附图说明
图1本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的结构示意图；
图2本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的俯视结构示意图；
图3本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的立体结构示意图；
图4本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的钻头体的立体结构示意图；
图5本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的钻头体的另一幅立体结构示意图；
图6本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的边刀体的立体结构示意图；
图7本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的正刀体的立体结构示意图；
图8本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的正刀体的另一幅立体结构示意图；
图9本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的正刀体的另一幅立体结构示意图；
图10本发明带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的另一幅结构示意图(带垫块框)。
图中附图标记表示为：100-温度传感器；200-转速传感器；300-瓦斯传感器；400-激光测距仪；500-数据采集系统；600-滚压破岩钻头；
1-钻头体；1-1-第一刀盘；1-2-第二刀盘；1-3-支撑套筒；1-4-中心管安装孔；1-5-第一支撑立板；1-6-漏渣孔；1-7-滚刀体安装部；1-8-第二支撑立板；1-9-中心管；1-71-边刀体安装部；1-72-正刀体安装部；1-73-中心刀体安装部；1-10-垫块框；1-11-垫块分布直径；
2-边刀体；2-1-边刀刀轨；2-2-边刀；2-3-边刀固定安装边；2-4-边刀安装短臂；2-5-边刀安装长臂；2-6-边刀安装长臂最外侧边缘；
3-中心刀体；3-1-中心刀刀轨；3-2-中心刀；3-3-中心刀固定安装边；3-4-中心刀安装臂；
4-正刀体；4-1-正刀刀轨；4-2-正刀；4-3-正刀固定安装边；4-4-正刀安装臂；
5-探头保护钣金。
具体实施方式
如图1所示，一种带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，包括滚压破岩钻头600和分别固定安装在所述滚压破岩钻头600上的温度传感器100、转速传感器200、瓦斯传感器300、激光测距仪400和数据采集系统500；所述温度传感器100的数据输出端、所述转速传感器200的数据输出端、所述瓦斯传感器300的数据输出端和所述激光测距仪400的数据输出端分别和所述数据采集系统500的数据输入端连接。
如图2和图3所示，所述滚压破岩钻头600包括钻头体1、边刀体2、中心刀体3和正刀体4，所述边刀体2、所述中心刀体3和所述正刀体4分别固定安装在所述钻头体1上。所述钻头体1包括第一刀盘1-1、第二刀盘1-2和位于所述第一刀盘1-1和所述第二刀盘1-2之间的支撑套筒1-3，所述第一刀盘1-1固定安装在所述支撑套筒1-3的一个端面上，所述第二刀盘1-2固定安装在所述支撑套筒1-3的另一个端面上；所述边刀体2、所述中心刀体3和所述正刀体4分别固定安装在所述第一刀盘1-1的盘面上。
如图4和图5所示，所述第一刀盘1-1和所述第二刀盘1-2的中心对应开设有中心管安装孔1-4，所述中心管安装孔1-4与所述支撑套筒1-3同轴；沿所述第一刀盘1-1和所述第二刀盘1-2的径向，在所述支撑套筒1-3内侧壁与所述中心管安装孔1-4边沿之间固定安装有第一支撑立板1-5，所述第一支撑立板1-5的一个端面与所述第一刀盘1-1的盘面固定连接，所述第一支撑立板1-5的另一个端面与所述第二刀盘1-2的盘面固定连接；所述第一支撑立板1-5为六个且沿所述中心管安装孔1-4的周向均匀分布。
相邻两个所述第一支撑立板1-5之间的所述第一刀盘1-1的盘面和所述第二刀盘1-2的盘面上开设有漏渣孔1-6；自所述第一刀盘1-1的边沿向外沿所述第一刀盘1-1的径向延伸出滚刀体安装部1-7，所述滚刀体安装部1-7为四个且沿所述第一刀盘1-1的周向均匀分布，所述滚刀体安装部1-7与所述第一刀盘1-1为一体成型结构；所述滚刀体安装部1-7与所述第二刀盘1-2之间固定安装有第二支撑立板1-8，所述第二支撑立板1-8分别与所述滚刀体安装部1-7、所述第二刀盘1-2和所述支撑套筒1-3固定连接。
所述钻头体1还包括中心管1-9，所述中心管1-9固定安装在所述中心管安装孔1-4内。
如图2和图3所示，所述滚刀体安装部1-7包括一体成型的边刀体安装部1-71和正刀体安装部1-73，所述边刀体安装部1-71向外延伸的长度大于所述正刀体安装部1-73向外延伸的长度，所述滚刀体安装部1-7位于所述第一刀盘1-1的最外圈，所述第一刀盘1-1的最内圈为中心刀体安装部1-72，所述滚刀体安装部1-7在第一刀盘1-1上沿周向均布；每个所述边刀体安装部1-71的自由端上分别固定安装有一个所述边刀体2，每个正刀体安装部1-73的自由端上分别固定安装有一个所述正刀体4，在所述中心刀体安装部1-72上分别固定安装有两个所述中心刀体3，并且两个所述中心刀体3关于所述中心管安装孔1-4中心对称；在所述第一刀盘1-1的盘面上沿所述第一刀盘1-1的垫块分布直径1-11固定安装有四个垫块框1-10，所述垫块分布直径1-11的一端位于两个相邻的所述滚刀体安装部1-7之间，所述垫块分布直径1-11的另一端位于另外两个相邻的所述滚刀体安装部1-7之间；两个所述中心刀体3分别位于两个靠近所述中心管安装孔1-4的所述垫块框1-10内，另外两个所述垫块框1-10内固定安装有两个所述正刀体4；所述垫块分布直径1-11两侧的相邻两个所述漏渣孔1-6之间的所述第一刀盘1-1的盘面上分别固定安装有四个所述正刀体4；位于所述正刀体安装部1-73上的四个所述正刀体4是位于同一圆周上的外圈正刀体，位于两个所述垫块框1-10上的两个所述正刀体4是位于同一圆周上的中圈正刀体，位于所述垫块分布直径1-11两侧的四个所述正刀体4分为位于同一圆周上的小圈正刀体和位于同一圆周上的微圈正刀体，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体4与所述中心管安装孔1-4的距离大于组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体4与所述中心管安装孔1-4的距离；所述外圈正刀体、所述中圈正刀体、所述小圈正刀体和所述微圈正刀体与所述中心管安装孔1-4的距离依次变小，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体4关于所述中心管安装孔1-4中心对称，组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体4也关于所述中心管安装孔1-4中心对称，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体4所在刀盘直径、组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体4所在刀盘直径、以及所述垫块分布直径1-11三者相互之间的夹角为60度。
如图6所示，所述边刀体2包括边刀刀轨2-1和边刀2-2，所述边刀刀轨2-1具有边刀固定安装边2-3、边刀安装短臂2-4和边刀安装长臂2-5，所述边刀安装短臂2-4和所述边刀安装长臂2-5分别固定安装在所述边刀固定安装边2-3的两端，所述边刀2-2的大头端转轴安装在所述边刀安装短臂2-4的自由端上，所述边刀2-2的小头端转轴安装在所述边刀安装长臂2-5的自由端上，所述边刀2-2的轴线与所述边刀固定安装边2-3的安装面之间的夹角为40度，确保滚刀大端破岩面能够保护边刀安装长臂最外侧边缘2-6。
如图7和图8所示，所述中心刀体3包括中心刀刀轨3-1和中心刀3-2，所述中心刀刀轨3-1包括中心刀固定安装边3-3和两个中心刀安装臂3-4，两个所述中心刀安装臂3-4分别固定安装在所述中心刀固定安装边3-3的两端，所述中心刀3-2的转轴两端分别安装在两个所述中心刀安装臂3-4的自由端上，所述中心刀3-2的轴线与所述中心刀固定安装边3-3的安装面之间的夹角为10度，确保滚刀破岩面与安装面平行；四个所述边刀体2在所述第一刀盘1-1盘面上的安装方式相同且所述边刀安装短臂2-4邻近所述第一刀盘1-1盘面边沿；所述正刀体4的结构与所述中心刀体3的结构相同；所述边刀2-2的小头端、所述正刀4-2的小头端和所述中心刀3-2的小头端均朝向所述中心管1-9的轴线方向。
如图1和图2所示，所述激光测距仪400固定安装在所述第二刀盘1-2远离所述第一刀盘1-1的盘面上，并且所述激光测距仪400邻近所述中心管安装孔1-4的轴线，激光测距仪400安装在第二刀盘上且靠近中心管安装孔的位置，既可以防止工作面钻进过程中损坏激光测距仪，又可以从第二刀盘上获得准确的扫描井筒半径数据；所述数据采集系统500固定安装在所述第二刀盘1-2远离所述第一刀盘1-1的盘面上，且所述数据采集系统500邻近所述中心管安装孔1-4的轴线，数据采集系统作为收集各个数据并且传到给地面控制台的关键部件，将数据采集系统安装在中心管安装孔下方，可以有效接收各个传感器的数据，并反馈给地面控制台；在所述边刀安装长臂2-5上安装有探头保护钣金5，在所述探头保护钣金5与所述边刀安装长臂2-5之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器100、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器100以及用于测量所述边刀2-2转速的所述转速传感器200；在所述滚刀体安装部1-7朝向所述第二刀盘1-2的盘面上固定安装有所述瓦斯传感器300，瓦斯传感器布置在钻头外侧，可有效监测工作面上的瓦斯等有害气体浓度。
如图7所示，在所述中心刀安装臂3-4上安装有探头保护钣金5，在所述探头保护钣金5与所述中心刀安装臂3-4之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器100、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器100以及用于测量所述中心刀3-2转速的所述转速传感器200；在所述正刀安装臂4-4上安装有探头保护钣金5，在所述探头保护钣金5与所述正刀安装臂4-4之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器100、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器100以及用于测量所述正刀4-2转速的所述转速传感器200。温度传感器和转速传感器安装在边刀体、正刀体和中心刀体的刀轨上，并被探头保护钣金5保护起来，即可以准确的监测滚刀的轴承/刀壳的温度和滚刀的转速，又可以防止钻进过程中温度传感器和转速传感器损坏。
所述探头保护钣金5下部的线缆保护钣金根据在所述不同边刀体2、中心刀体3和正刀体4不同而结构有所不同。
具体本实施例的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头的工作过程为：
1、滚压破岩钻头600的组装；
钻头体1的组装：
所述钻头体1包括第一刀盘1-1、第二刀盘1-2和位于所述第一刀盘1-1和所述第二刀盘1-2之间的支撑套筒1-3，所述第一刀盘1-1固定安装在所述支撑套筒1-3的一个端面上，所述第二刀盘1-2固定安装在所述支撑套筒1-3的另一个端面上；所述边刀体2、中心刀体3和所述正刀体4分别固定安装在所述第一刀盘1-1远离所述支撑套筒1-3的盘面上。
所述第一刀盘1-1和所述第二刀盘1-2的中心对应开设有中心管安装孔1-4，所述中心管安装孔1-4与所述支撑套筒1-3同轴；沿所述第一刀盘1-1和所述第二刀盘1-2的径向，在所述支撑套筒1-3内侧壁与所述中心管安装孔1-4边沿之间固定安装有第一支撑立板1-5，所述第一支撑立板1-5的一个端面与所述第一刀盘1-1的盘面固定连接，所述第一支撑立板1-5的另一个端面与所述第二刀盘1-2的盘面固定连接；所述第一支撑立板1-5为六个且沿所述中心管安装孔1-4的周向均匀分布。
相邻两个所述第一支撑立板1-5之间的所述第一刀盘1-1的盘面和所述第二刀盘1-2的盘面为漏渣孔1-6；自所述第一刀盘1-1的边沿向外沿所述第一刀盘1-1的径向延伸出滚刀体安装部1-7，所述滚刀体安装部1-7为四个且沿所述第一刀盘1-1的周向均匀分布，所述滚刀体安装部1-7与所述第一刀盘1-1为一体成型结构；所述滚刀体安装部1-7与所述第二刀盘1-2之间固定安装有第二支撑立板1-8，所述第二支撑立板1-8分别与所述滚刀体安装部1-7、所述第二刀盘1-2和所述支撑套筒1-3固定连接。
所述钻头体1还包括中心管1-9，所述中心管1-9固定安装在所述中心管安装孔1-4内。
边刀体2、中心刀体3和正刀体4的安装到钻头体1上：
边刀体的组装：所述边刀体2包括边刀刀轨2-1和边刀2-2，所述边刀刀轨2-1具有边刀固定安装边2-3、边刀安装短臂2-4和边刀安装长臂2-5，所述边刀安装短臂2-4和所述边刀安装长臂2-5分别固定安装在所述边刀固定安装边2-3的两端，所述边刀2-2的大头端转轴安装在所述边刀安装短臂2-4的自由端上，所述边刀2-2的小头端转轴安装在所述边刀安装长臂2-5的自由端上，所述边刀2-2的轴线与所述边刀固定安装边2-3的安装面之间的夹角为40度；
中心刀体的组装正刀体与之相同：所述中心刀体3包括中心刀刀轨3-1和中心刀3-2，所述中心刀刀轨3-1包括中心刀固定安装边3-3和两个等长的中心刀安装臂3-4，两个所述中心刀安装臂3-4分别固定安装在所述中心刀固定安装边3-3的两端，所述中心刀3-2的转轴两端分别安装在两个所述中心刀安装臂3-4的自由端上，所述中心刀3-2的轴线与所述中心刀固定安装边3-3的安装面之间的夹角为10度；四个所述边刀体2在所述第一刀盘1-1盘面上的安装方式相同且所述边刀安装短臂2-4邻近所述第一刀盘1-1盘面边沿；所述边刀2-2的小头端和所述中心刀3-2的小头端均朝向所述中心管安装孔1-4的轴线方向。
边刀体2、中心刀体3和正刀体4的安装到钻头体1上：所述滚刀体安装部1-7包括一体成型的边刀体安装部1-71和正刀体安装部1-72，所述边刀体安装部1-71向外延伸的长度大于所述正刀体安装部1-72向外延伸的长度；每个所述边刀体安装部1-71的自由端上分别固定安装有一个所述边刀体2，每个正刀体安装部1-72上分别固定安装有一个所述正刀体4；所述边刀体2与所述中心管安装孔1-4的距离大于所述正刀体4与所述中心管安装孔1-4的距离；在所述第一刀盘1-1的盘面上沿所述第一刀盘1-1的垫块分布直径1-11固定安装有垫块框1-10，所述垫块分布直径1-11的一端位于两个相邻的所述滚刀体安装部1-7之间，所述垫块分布直径1-11的另一端位于另外两个相邻的所述滚刀体安装部1-7之间；在所述中心管安装孔1-4一侧的所述垫块框1-10内分别固定安装有所述正刀体4和所述中心刀体3，在所述中心管安装孔1-4另一侧的所述垫块框1-10内分别固定安装有所述正刀体4和所述中心刀体3；相邻两个所述漏渣孔1-6之间的所述第一刀盘1-1的盘面上分别固定安装有所述正刀体4。
2、温度传感器100、转速传感器200、瓦斯传感器300、激光测距仪400和数据采集系统500的安装
滚压破岩钻头600组装完毕后，将温度传感器100、转速传感器200、瓦斯传感器300、激光测距仪400和数据采集系统500的安装在滚压破岩钻头600上。
所述激光测距仪400固定安装在所述第二刀盘1-2远离所述第一刀盘1-1的盘面上，并且所述激光测距仪400邻近所述中心管安装孔1-4的轴线；所述数据采集系统500固定安装在所述第二刀盘1-2远离所述第一刀盘1-1的盘面上，且所述数据采集系统500邻近所述中心管安装孔1-4的轴线；在所述滚刀体安装部1-7朝向所述第二刀盘1-2的盘面上固定安装有所述瓦斯传感器300。
在边刀体上：在所述边刀安装长臂2-5上安装有探头保护钣金5，在所述探头保护钣金5与所述边刀安装长臂2-5之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器100、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器100以及用于测量所述边刀2-2转速的所述转速传感器200；
在中心刀体上：在所述中心刀安装臂3-4上安装有探头保护钣金5，在所述探头保护钣金5与所述中心刀安装臂3-4之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器100、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器100以及用于测量所述中心刀3-2转速的所述转速传感器200。
在正刀体上：在所述正刀安装臂4-4上安装有探头保护钣金5，在所述探头保护钣金5与所述正刀安装臂4-4之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器100、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器100以及用于测量所述正刀4-2转速的所述转速传感器200。
3、滚压破岩钻头的钻进及数据的传输
在滚压破岩钻头钻进的过程中，所述温度传感器100的数据输出端、所述转速传感器200的数据输出端、所述瓦斯传感器300的数据输出端和所述激光测距仪400的数据输出端分别和所述数据采集系统500的数据输入端连接，所述数据采集系统500数据输出端与地面控制主机的信号输入端连接，从而实现工作面状态及滚刀运行状况监测。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
1.一种带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，包括滚压破岩钻头(600)和分别固定安装在所述滚压破岩钻头(600)上的温度传感器(100)、转速传感器(200)、瓦斯传感器(300)、激光测距仪(400)和数据采集系统(500)；所述温度传感器(100)的数据输出端、所述转速传感器(200)的数据输出端、所述瓦斯传感器(300)的数据输出端和所述激光测距仪(400)的数据输出端分别和所述数据采集系统(500)的数据输入端连接，所述数据采集系统(500)的数据输出端与地面控制台的数据输入端连接。
2.根据权利要求1所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，所述滚压破岩钻头(600)包括钻头体(1)、边刀体(2)、中心刀体(3)和正刀体(4)，所述边刀体(2)、所述中心刀体(3)和所述正刀体(4)分别固定安装在所述钻头体(1)上。
3.根据权利要求2所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，所述钻头体(1)包括第一刀盘(1-1)、第二刀盘(1-2)和位于所述第一刀盘(1-1)和所述第二刀盘(1-2)之间的支撑套筒(1-3)，所述第一刀盘(1-1)固定安装在所述支撑套筒(1-3)的一个端面上，所述第二刀盘(1-2)固定安装在所述支撑套筒(1-3)的另一个端面上；所述边刀体(2)、所述中心刀体(3)和所述正刀体(4)分别固定安装在所述第一刀盘(1-1)的盘面上。
4.根据权利要求3所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，所述第一刀盘(1-1)和所述第二刀盘(1-2)的中心对应开设有中心管安装孔(1-4)，所述中心管安装孔(1-4)与所述支撑套筒(1-3)同轴；沿所述第一刀盘(1-1)和所述第二刀盘(1-2)的径向，在所述支撑套筒(1-3)内侧壁与所述中心管安装孔(1-4)边沿之间固定安装有第一支撑立板(1-5)，所述第一支撑立板(1-5)的一个端面与所述第一刀盘(1-1)的盘面固定连接，所述第一支撑立板(1-5)的另一个端面与所述第二刀盘(1-2)的盘面固定连接；所述第一支撑立板(1-5)为六个且沿所述中心管安装孔(1-4)的周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，相邻两个所述第一支撑立板(1-5)之间的所述第一刀盘(1-1)的盘面和所述第二刀盘(1-2)的盘面上开设有漏渣孔(1-6)；自所述第一刀盘(1-1)的边沿向外沿所述第一刀盘(1-1)的径向延伸出滚刀体安装部(1-7)，所述滚刀体安装部(1-7)为四个且沿所述第一刀盘(1-1)的周向均匀分布，所述滚刀体安装部(1-7)与所述第一刀盘(1-1)为一体成型结构；所述滚刀体安装部(1-7)与所述第二刀盘(1-2)之间固定安装有第二支撑立板(1-8)，所述第二支撑立板(1-8)分别与所述滚刀体安装部(1-7)、所述第二刀盘(1-2)和所述支撑套筒(1-3)固定连接。
6.根据权利要求5所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，所述钻头体(1)还包括中心管(1-9)，所述中心管(1-9)固定安装在所述中心管安装孔(1-4)内。
7.根据权利要求6所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，所述滚刀体安装部(1-7)包括一体成型的边刀体安装部(1-71)和正刀体安装部(1-73)，所述边刀体安装部(1-71)向外延伸的长度大于所述正刀体安装部(1-73)向外延伸的长度，所述滚刀体安装部(1-7)位于所述第一刀盘(1-1)的最外圈，所述第一刀盘(1-1)的最内圈为中心刀体安装部(1-72)，所述滚刀体安装部(1-7)在第一刀盘(1-1)上沿周向均布；每个所述边刀体安装部(1-71)的自由端上分别固定安装有一个所述边刀体(2)，每个正刀体安装部(1-73)的自由端上分别固定安装有一个所述正刀体(4)，在所述中心刀体安装部(1-72)上分别固定安装有两个所述中心刀体(3)，并且两个所述中心刀体(3)关于所述中心管安装孔(1-4)中心对称；在所述第一刀盘(1-1)的盘面上沿所述第一刀盘(1-1)的垫块分布直径(1-11)固定安装有四个垫块框(1-10)，所述垫块分布直径(1-11)的一端位于两个相邻的所述滚刀体安装部(1-7)之间，所述垫块分布直径(1-11)的另一端位于另外两个相邻的所述滚刀体安装部(1-7)之间；两个所述中心刀体(3)分别位于两个靠近所述中心管安装孔(1-4)的所述垫块框(1-10)内，另外两个所述垫块框(1-10)内固定安装有两个所述正刀体(3)；所述垫块分布直径(1-11)两侧的相邻两个所述漏渣孔(1-6)之间的所述第一刀盘(1-1)的盘面上分别固定安装有四个所述正刀体(4)；位于所述正刀体安装部(1-73)上的四个所述正刀体(4)是位于同一圆周上的外圈正刀体，位于两个所述垫块框(1-10)上的两个所述正刀体(4)是位于同一圆周上的中圈正刀体，位于所述垫块分布直径(1-11)两侧的四个所述正刀体(4)分为位于同一圆周上的小圈正刀体和位于同一圆周上的微圈正刀体，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体(4)与所述中心管安装孔(1-4)的距离大于组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体(4)与所述中心管安装孔(1-4)的距离；所述外圈正刀体、所述中圈正刀体、所述小圈正刀体和所述微圈正刀体与所述中心管安装孔(1-4)的距离依次变小，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体(4)关于所述中心管安装孔(1-4)中心对称，组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体(4)也关于所述中心管安装孔(1-4)中心对称，组成所述小圈正刀体的两个所述正刀体(4)所在刀盘直径、组成所述微圈正刀体的两个所述正刀体(4)所在刀盘直径、以及所述垫块分布直径(1-11)三者相互之间的夹角为60度。
8.根据权利要求7所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，所述边刀体(2)包括边刀刀轨(2-1)和边刀(2-2)，所述边刀刀轨(2-1)具有边刀固定安装边(2-3)、边刀安装短臂(2-4)和边刀安装长臂(2-5)，所述边刀安装短臂(2-4)和所述边刀安装长臂(2-5)分别固定安装在所述边刀固定安装边(2-3)的两端，所述边刀(2-2)的大头端转轴安装在所述边刀安装短臂(2-4)的自由端上，所述边刀(2-2)的小头端转轴安装在所述边刀安装长臂(2-5)的自由端上，所述边刀(2-2)的轴线与所述边刀固定安装边(2-3)的安装面之间的夹角为40度，确保滚刀大端破岩面能够保护边刀安装长臂最外侧边缘(2-6)；所述中心刀体(3)包括中心刀刀轨(3-1)和中心刀(3-2)，所述中心刀刀轨(3-1)包括中心刀固定安装边(3-3)和两个中心刀安装臂(3-4)，两个所述中心刀安装臂(3-4)分别固定安装在所述中心刀固定安装边(3-3)的两端，所述中心刀(3-2)的转轴两端分别安装在两个所述中心刀安装臂(3-4)的自由端上，所述中心刀(3-2)的轴线与所述中心刀固定安装边(3-3)的安装面之间的夹角为10度，确保滚刀破岩面与安装面平行；四个所述边刀体(2)在所述第一刀盘(1-1)盘面上的安装方式相同且所述边刀安装短臂(2-4)邻近所述第一刀盘(1-1)盘面边沿；所述正刀体(4)的结构与所述中心刀体(3)的结构相同；所述边刀(2-2)的小头端、所述正刀(4-2)的小头端和所述中心刀(3-2)的小头端均朝向所述中心管(1-9)的轴线方向。
9.根据权利要求8所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，在所述中心刀安装臂(3-4)上安装有探头保护钣金(5)，在所述探头保护钣金(5)与所述中心刀安装臂(3-4)之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器(100)、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器(100)以及用于测量所述中心刀(3-2)转速的所述转速传感器(200)；在所述边刀安装长臂(2-5)上安装有探头保护钣金(5)，在所述探头保护钣金(5)与所述边刀安装长臂(2-5)之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器(100)、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器(100)以及用于测量所述边刀(2-2)转速的所述转速传感器(200)；在所述正刀安装臂(4-4)上安装有探头保护钣金(5)，在所述探头保护钣金(5)与所述正刀安装臂(4-4)之间的空间内安装有用于监测滚刀轴承温度的所述温度传感器(100)、用于监测滚刀刀壳温度的所述温度传感器(100)以及用于测量所述正刀(4-2)转速的所述转速传感器(200)。
10.根据权利要求9所述的带有工作面状态及滚刀运行状况监测的滚压破岩钻头，其特征在于，在所述滚刀体安装部(1-7)朝向所述第二刀盘(1-2)的盘面上固定安装有瓦斯传感器(300)；所述激光测距仪(400)固定安装在所述第二刀盘(1-2)远离所述第一刀盘(1-1)的盘面上，并且所述激光测距仪(400)邻近所述中心管(1-9)的轴线；所述数据采集系统(500)固定安装在所述第二刀盘(1-2)远离所述第一刀盘(1-1)的盘面上，且所述数据采集系统(500)也邻近所述中心管安装孔(1-4)的轴线。
技术总结