CN101886521B - 固定孔用风动反循环钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定孔用风动反循环钻具，包括给风排渣接头、双壁钻杆、射流器及碎岩钻头；射流器由腔管及外壳构成，腔管与外壳之间设有与双壁钻杆外管与内管之间的夹腔相通的风道，在腔管的侧下部设有进气口、喷气孔分别与风道及腔管的内腔相通的喷嘴；碎岩钻头包括中空的、带有硬质合金头钻头体，在钻头体内安装有下端带有硬质合金头的碎岩板，碎岩板的上端安装有吸渣管，吸渣管上、下开口分别与射流器的腔管内腔及钻头体的内腔相通。钻进过程采用始终在钻具内流动空气为介质，岩屑又是靠射流器抽吸力集中排出的，无粉尘，更无泥浆，避免了对环境的污染；钻进又是靠硬质合金头的锐角进行切削，不会产生振动，避免了对被钻凿物造成破坏。

Description

固定孔用风动反循环钻具

一、技术领域

本发明属于土木工程中钻凿岩土的工具，具体涉及一种开拓锚杆固定孔用的固定孔用风动反循环钻具。

二、背景技术

在土木工程施工中，经常要钻凿锚杆固定孔，有些工程要求无振动，无粉尘。特别是文物保护工程，有的文物周围岩层裂隙发育，循环介质(水、泥浆、乳状液、压缩空气)会沿岩层裂隙进入文物区内，不可避免地破坏或污染文物。目前常用的钻孔方法为金刚石钻进，其虽然具有效率高，成孔质量好，无振动等优点，但必须用乳状液作为循环介质，难以避免地对环境造成污染，即使采用压缩空气作为循环介质也会携带粉尘污染周围环境。基于上述原因，人们又研制了一种风动贯通式反循环冲击钻具，其是由给风排渣接头、双壁钻杆及冲击钻头组成。给风排渣接头安装在双壁钻杆的上部，并通过轴承支撑在双壁钻杆的外管上，以在双壁钻杆转动时，保持静止。给风排渣接头上开有与双壁钻杆外管与内管之间的夹腔相通的进风口。冲击钻头安装在双壁钻杆的下端。该钻具的优点是无粉尘，钻进效率高，但冲击碎岩过程中振动及对孔底的压力均较大，容易对岩体或文物本体造成破坏。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种固定孔用风动反循环钻具，采用该钻具不但无粉尘、无泥浆，避免了对环境的污染，而且振动较小，不会对被钻凿物造成破坏。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：该钻具包括给风排渣接头和双壁钻杆，给风排渣接头安装在双壁钻杆的上部，其上的进风口与双壁钻杆外管与内管之间的夹腔相通，其特点是：在双壁钻杆的下端依次安装有射流器及碎岩钻头；射流器由分别与双壁转杆内、外管相接的腔管及外壳构成，腔管与外壳之间设有与双壁钻杆外管与内管之间的夹腔相通的风道，腔管由上部的扩散腔及下部的承喷腔构成，在腔管的侧下部设有进气口、喷气孔分别与风道及腔管的内腔相通、并可由下至上向腔管内腔喷射气体的喷嘴；碎岩钻头包括中空的钻头体及其下端的硬质合金头，钻头体与射流器的外壳相接，在钻头体内安装有下端带有硬质合金头的碎岩板，碎岩板的上端安装有吸渣管，吸渣管上、下开口分别与射流器的腔管内腔及钻头体的内腔相通。

采用上述结构，使用时，从给风排渣接头的进风口吹入的压缩空气，先后经过双壁钻杆外管与内管之间的夹腔及射流器腔管与外壳之间风道进入喷嘴，由喷嘴从下至上向腔管内喷射高速空气射流，使得腔管的承喷腔入口处形成负压区，产生强大抽吸力，将下部碎岩钻头切削下来的岩屑吸进来，并随高速气流向上经扩散腔增压后，从双壁钻杆的内管内腔排出。因整个钻进过程采用空气为循环介质，且始终在钻具内流动，岩屑又是靠射流器抽吸力集中排出的，作业区无粉尘，更无泥浆，避免了对环境的污染；同时，由于空气对钻孔底部的岩层没有压力，碎岩钻头的钻进又是靠硬质合金头的锐角进行切削，所以钻凿过程中不会产生振动，避免了对被钻凿物造成破坏。

四、附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的K区放大图；

图3为本发明的碎岩钻头的结构示意图。

五、具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本发明包括给风排渣接头1和双壁钻杆2，给风排渣接头1套装在双壁钻杆2的上部，并通过轴承支撑在双壁钻杆2的外管上，以在双壁钻杆2转动时，保持静止。给风排渣接头1的侧面开有与双壁钻杆2外管与内管之间的夹腔25相通的进风口30。给风排渣接头1的上端还安装有后端与集渣桶5相通的排渣弯管24，排渣弯管24的前端与双壁钻杆2的内管内腔26相通；在双壁钻杆2的下端依次安装有射流器3及碎岩钻头4。射流器3包括外壳12，外壳12的内腔由下至上依次安装有密封套17、喷嘴体19、腔管23及限位环11，并由通过螺纹连接在外管12上部的接手8对密封套17、喷嘴体19、腔管23及限位环11进行定位。密封套17与外壳12之间、密封套17与喷嘴体19之间、喷嘴体19与腔管23之间及接手8与外壳12之间采用O型密封圈15、29、30及10密封。内腔23从下至上由承喷腔27、喉腔31及扩散腔9构成。承喷腔27及扩散腔9分别为下大上小及下小上大的锥形结构，喉腔31为上下同径结构。喷嘴体19上开有喷嘴14，其位于腔管23侧下部，其中心线与腔管23轴线的过夹角为15°。喷嘴14上部的喷气孔与承喷腔27相通，并可由下至上向腔管23内腔喷射气体，下部的进气口与密封套17上的喷嘴气腔13的出口端相通。喷嘴14可为6个，均布在腔管23下端的圆周上。喷嘴气腔13的进口端与外壳12和腔管23之间的风道28相通。风道28经接手8与腔管23之间的通道与双壁钻杆2外管与内管之间的夹腔25相通。腔管23上端插接在双壁钻杆2内管内腔26内，并通过O型密封圈6密封。接手8通过螺纹与和双壁钻杆2外管连接的接手相接，并通过O型密封圈7密封；碎岩钻头4包括中空的圆柱形钻头体18及其下端的硬质合金头21，钻头体18与射流器3的外壳相接，在钻头体18内安装有竖向的碎岩板20，该碎岩板20为从中间向两边逐级降低的阶梯形结构，在各阶梯的下表面上安装有硬质合金头21。碎岩板20及密封套17之间设有吸渣管22，吸渣管22的上端插接在密封套17的内侧，并通过O型密封圈16密封，其下端固定碎岩板20上。吸渣管22的上、下开口分别与射流器3的腔管23内腔及钻头体18的内腔相通。

本发明的工作过程如下：首先给风排渣接头1套装在双壁钻杆2的外侧，然后在双壁钻杆2的下端依次连接射流器3及碎岩钻头4。工作时，先用空压机通过风管向给风排渣接头1送入的压缩空气，压缩空气在先后经双壁钻杆2外管与内管之间的夹腔25、射流器3外壳与腔管23之间的风道28及喷嘴气腔13后，由锥形喷嘴14向承喷腔27内喷出高速空气射流，并在此处形成负压区，产生强大的抽吸力。当钻具回转，碎岩钻头切削岩石钻进时，被硬质合金头切削下来的岩屑随同被射流器3抽吸的空气向上流动，进入承喷腔27后，被抽吸进来的空气和岩屑与高速空气射流混合，并进行能量交换，高空气速射流失去能量，被吸进的岩屑获得能量，然后经喉腔31进入扩散腔9，流速由大变小，使气流的速度转慢而压力增大。在压力的作用下，气流携带岩屑经双壁钻杆2内管内腔26及给风排渣接头1上端的排渣弯管24，排入集渣桶5内。

Claims (3)

1.一种固定孔用风动反循环钻具，包括给风排渣接头(1)和双壁钻杆(2)，给风排渣接头(1)安装在双壁钻杆(2)的上部，其上的进风口(30)与双壁钻杆(2)外管与内管之间的夹腔(25)相通，其特征是：在双壁钻杆(2)的下端依次安装有射流器(3)及碎岩钻头(4)；射流器(3)由分别与双壁转杆(2)内、外管相接的腔管(23)及外壳(12)构成，腔管(23)与外壳(12)之间设有与双壁钻杆(2)外管与内管之间的夹腔(25)相通的风道(28)，腔管(23)由上部的扩散腔(9)及下部的承喷腔(27)构成，在腔管(23)的侧下部设有可由下至上向腔管(23)内腔喷射气体的喷嘴(14)，该喷嘴(14)的进气口及喷气孔分别与风道(28)及腔管(23)的内腔相通；碎岩钻头(4)包括中空的钻头体(18)，该钻头体(18)与射流器(3)的外壳(12)相接，在钻头体(18)内安装有碎岩板(20)，钻头体(18)和碎岩板(20)的下端设有硬质合金头(21)；碎岩板(20)的上端安装有吸渣管(22)，吸渣管(22)上、下开口分别与射流器(3)的腔管(23)内腔及钻头体(18)的内腔相通。

2.根据权利要求1所述的固定孔用风动反循环钻具，其特征是：喷嘴(14)为6个，均布在腔管(23)下端的圆周上。

3.根据权利要求1或2所述的固定孔用风动反循环钻具，其特征是：喷嘴(14)的中心线与腔管(23)轴线的夹角为15°。

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