CN102900357A - 旋挖钻机和卤水采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋挖钻机和卤水采集方法。该旋挖钻机包括：传扭钻杆，传扭钻杆与旋挖钻机的动力头相连并能够传递动力头的扭矩，传扭钻杆内设置有钻杆排浆通道；气管，气管的进气端用于与空气压缩机相连，出气端与钻杆排浆通道相通；钻头，安装于传扭钻杆的底端。上述旋挖钻机在钻孔过程中，只需不断向气管内注入高压空气，以及向钻孔内注入泥浆，钻渣变可随泥浆一同从钻杆排浆通道排出，无需频繁将钻具取出卸土，钻孔效率高；通过选择传递钻杆的长度，或者使用拼装式钻杆便可对钻孔深度进行调整，灵活性强，可实现深孔的钻取；结构简单，仅通过改变现有旋挖钻机的钻杆及钻具形式可变实现较深底层的成孔。

Description

旋挖钻机和卤水采集方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种旋挖钻机和卤水采集方法。

背景技术

旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械，具有动力传动平稳以及效率高等优点，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基等基础施工中得到广泛应用。旋挖钻机主要由底盘和工作装置两部分组成，其中底盘包括行走机构、底架和上车回转系统。工作装置通常包括变幅机构、桅杆总成、主卷扬、副卷扬、动力头、钻杆和钻具等。

旋挖钻机钻进成孔的工艺过程大致为：通过钻机的行走机构和桅杆变幅机构使钻具（如回转斗）到达桩位，利用桅杆导向下放钻杆，将设置于钻杆底部的钻具放置到孔位，通过动力头为钻杆提供扭矩，并由加压装置通过加压动力头的方式将压力传递给钻杆和钻具，使钻具破碎岩土并直接将其装入钻具内，然后再由提升装置和伸缩式钻杆将回转斗提出孔外卸土，如此循环反复，不断的取土、卸土，直至钻至设计深度。

现有的旋挖钻机的缺陷在于：钻孔过程中需要频繁将钻具提出卸土，操作较为繁琐，钻孔效率低。此外，钻孔孔深还受限于钻杆长度，一般中小型旋挖钻机的钻孔深度都在70米以内。此种钻孔深度难以满足多种工况的要求，例如，深层卤水采集。目前卤化物的采集一般采用卤水渗透的方式，即首先利用旋挖钻机在地面上钻出较深的渗透孔，待卤水渗透后采集卤水提取卤化物。在我国某些区域，如青海的卤水深度范围一般在100米以上，但受限于现有旋挖钻机的钻孔深度，只能采集到地下几十米处的卤水，而对于更深层的卤水无法采集，造成了资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种钻孔简便，且可实现深孔钻取的旋挖钻机以及一种卤水采集方法。

本发明提供一种旋挖钻机，包括：传扭钻杆，所述传扭钻杆与所述旋挖钻机的动力头相连并能够传递所述动力头的扭矩，所述传扭钻杆内设置有钻杆排浆通道；气管，所述气管的进气端用于与空气压缩机相连，出气端与所述钻杆排浆通道相通；钻头，安装于所述传扭钻杆的底端。

进一步地，所述传扭钻杆上设置有传扭部，所述传扭部与所述动力头键联。

进一步地，所述传扭部套设于所述传扭钻杆上，所述传扭部设有与所述动力头的花键相配合的凹槽。

进一步地，所述传扭钻杆包括：主钻杆和与所述主钻杆可拆卸连接的至少一节延长钻杆，所述主钻杆与所述动力头相连，所述延长钻杆的底端安装有所述钻头。

进一步地，所述延长钻杆与所述主钻杆之间，和/或相邻的两节所述延长钻杆之间通过法兰盘连接。

进一步地，所述旋挖钻机还包括配重，所述配重设置于所述传扭钻杆和所述钻头之间，所述配重内设置有配重排浆通道，所述配重排浆通道与所述钻杆排浆通道相通。

进一步地，所述配重与所述钻杆之间，和/或所述配重与所述钻头之间通过法兰盘连接。

本发明还提供一种卤水采集方法，包括如下步骤：a、使用上述任意一项所述的旋挖钻机，采用反循环回转成孔法钻取渗透孔；b)、收集渗入所述渗透孔内的卤水。

进一步地，所述步骤a具体为：向所述旋挖钻机的传扭钻杆和孔壁之间注入泥浆；向所述旋挖钻机的气管内输入高压空气，高压气体由气管进入传扭钻杆的钻杆排浆通道，钻杆排浆通道内形成负压；在所述负压的作用下，所述泥浆连同钻渣被吸入所述钻头排浆通道，并从所述钻头排浆通道排出进行沉淀净化；将净化得到的泥浆输入所述传扭钻杆和所述孔壁之间循环使用。

进一步地，所述渗透孔的深度不小于100米。

相对于现有的旋挖钻机，本发明提供的旋挖钻机的传扭钻杆内设有可供泥浆及钻渣吸入和排出的钻杆排浆通道，还设有与钻杆排浆通道相通的气管，该气管用于提供使泥浆和钻渣吸入钻杆排浆通道的负压。成孔时，向传扭钻杆和钻孔之间注入泥浆，同时通过气管向钻杆排浆通道内注入高压空气，钻杆排浆通道内形成负压，泥浆连同钻渣在负压的作用下被吸入钻杆排浆通道内，并通钻杆排浆通道的出口排出，同时部分泥浆会包覆在孔壁上，起到护壁作用。本发明提供的旋挖钻机具有以下优点：

1、钻孔过程中，只需不断向气管内注入高压空气，以及向钻孔内注入泥浆，钻渣变可随泥浆一同从钻杆排浆通道排出，无需频繁将钻具取出卸土，钻孔效率得到提高。

2、通过选择传递钻杆的长度，或者使用拼装式钻杆便可对钻孔深度进行调整，灵活性强，可实现深孔的钻取，该旋挖钻机特别适合用来采取卤水。

3、结构简单，仅通过改变现有旋挖钻机的钻杆及钻具形式可变实现较深底层的成孔。

相应的，本发明提供的卤水采集方法具有以下优点：

1、渗透孔的钻取操作简便，只需不断向气管内注入高压空气，以及向钻孔内注入泥浆，钻渣变可随泥浆一同从钻杆排浆通道排出，无需频繁将钻具取出卸土，渗透孔成孔效率高。

2、通过选择传递钻杆的长度，或者使用拼装式钻杆便可对钻孔深度进行调整，可实现深层卤水的提取。

3、采用的设备结构简单，仅通过改变现有旋挖钻机的钻杆及钻具形式可变实现较深底层的成孔，成本较低。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的旋挖钻机的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的旋挖钻机的传扭钻杆和钻头的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的旋挖钻机中主钻杆和传扭部的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的旋挖钻机的结构示意图

附图标记说明：

11     主钻杆                    12    延长钻杆

13     传扭部                    101   泥浆入口

102    泥浆出口                  2     气管

201    进气端                    202   出气端

21     主钻杆段气管              22    延长钻杆段气管

3      钻头                      4     配重

5      空气压缩机                6     泥浆泵

7      泥浆池                    8     沉淀池

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的基本思想在于：改变现有的旋挖钻机的钻杆及钻具，使其能够进行反循环回转钻孔，由此一方面省去现有旋挖钻机频繁取土卸土的工序，简化操作；另一方面还可实现深孔的钻取。

下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

图1和图2示出了本发明实施例一提供的旋挖钻机的结构，该钻机包括：

传扭钻杆，该钻杆内设有钻杆排浆通道，该钻杆排浆通道用于吸入和排出泥浆及钻渣；具体的，该钻杆传扭钻杆包括主钻杆11和延长钻杆12，二者均为空心结构，该空心部分构成钻杆排浆通道，位于主钻杆11顶部的空心部分为钻杆排浆通道的泥浆出口102（图2）；位于延长钻杆12底部的空心部位为钻杆排浆通道的泥浆入口101（图2）；其中，主钻杆11外套设有传扭部13（图2），该传扭部13与旋挖钻机的动力头（图中未标出）键联；延长钻杆12与主钻杆11可拆卸连接；

气管2，其进气端201用于与空气压缩机5相连，出气端202与传扭钻杆内的排浆通道相通；

钻头3，安装于延长钻杆12的底部；

本实施例提供的旋挖钻机中，传扭钻杆内设有可供泥浆和钻渣吸入和排出的钻杆排浆通道，以及与钻杆排浆通道相通的气管2，该气管2用于提供使泥浆和钻渣吸入钻杆排浆通道的负压。因此，本实施例提供的旋挖钻机可以采用反循环回转钻孔法来钻孔，具体工艺可以为：

将本实施例提供旋挖钻机的气管2的进气端201与空气压缩机5相连；

将传扭钻杆的钻杆排浆通道的泥浆出口102通过泥浆管与沉淀池8相连；

使用泥浆泵6抽取将泥浆池7内的泥浆并注入传扭钻杆和孔壁之间；开启上述旋挖钻机、空气压缩机5；旋挖钻机的动力头的转动扭矩传递给传扭钻杆（本实施例中为主钻杆11和延长钻杆12），传扭钻杆又将扭矩传递给钻头3，钻头3对原生土进行切削破碎；成孔过程中，泥浆走向如图1中的箭头所示，具体的：

空气压缩机5向气管2内输入高压空气，气管2的出气端202排出的气流在钻孔内泥浆的压力作用下，会被压入钻杆排浆通道内，钻杆排浆通道的泥浆出口102的压力小于泥浆入口101的压力，气流会沿着钻杆排浆通道向泥浆出口102急速运动，钻杆排浆通道内形成负压，而泥浆入口101是与大气相通的，由此钻头切削的钻渣与泥浆混合后会在该负压的作用下从泥浆入口101进入泥浆排浆通道，并从钻杆排浆通道的泥浆出口102排出，进入沉淀池8进行沉淀净化；沉淀净化后的泥浆再被送入泥浆池7中进行循环使用。钻取的孔的孔壁依靠泥浆保护。

上述旋挖钻机中的传扭钻杆用于将动力头的扭矩传递给钻头3，并且其长度决定了钻头3向下挖掘的距离，即其长度决定了孔深。本实施例中的传扭钻杆为拼接式钻杆，具体包括有主钻杆11和延长钻杆12，二者是可拆卸连接的。本领域技术人员可以理解，为了防止钻杆排浆通道内的泥浆和钻渣外泄，主钻杆11和延长钻杆12之间是密封相连的。本发明中，主钻杆11和延长钻杆12优选通过法兰盘连接。

本领域技术人员可以根据需要钻孔的深度来选择主钻杆11的长度、是否需要连接延长钻杆12、或是延长钻杆12的长度。例如，对于浅孔钻取，可无需连接延长钻杆12，此时主钻杆11即构成整个传扭钻杆，其顶部与动力头相连，底部安装钻头3。又如：对于较深孔的钻取，可以根据需要连接一节或多节延长钻杆12，本实施例中连接有一节延长钻杆12，该延长钻杆12的顶端与主钻杆11通过法兰盘可拆卸连接，底端安装钻头3；对于安装有多节延长钻杆12的情况，则由上至下的第一节延长钻杆的顶端与主钻杆11的底端相连，最后一节延长钻杆的底端安装钻头3。其中，相邻的两个延长钻杆12之间也优选通过法兰盘连接。

进一步地，对于用于采取卤水的旋挖钻机，传扭钻杆的长度优选不小于100米。进而使得该旋挖钻机能够钻取深度大于等于100米的孔，进而便于提出深层的卤水。

本领域技术人员可以理解，旋挖钻机的动力头带动传扭钻杆转动的方式有多种。本实施例中，优选在传扭钻杆上设置与动力头键联的传扭部13来传递动力头的扭矩。具体而言，请参见图3，该传扭部13套设于传扭钻杆外，本实施例中，该传扭部13套设于主钻杆11的外部，传扭部13设有与旋挖钻机动力头的花键相配合的凹槽。由此，动力头能够将扭矩通过该传扭部13传递给传扭钻杆。

旋挖钻机内的气管2的作用在于：向钻杆排浆通道内输入高压气体，该气体在钻杆泥浆通道外的泥浆压力作用下，会沿着钻杆泥浆通道急速上升并从泥浆出口102喷出，由此在钻杆排浆通道内形成负压。位于钻杆排浆通道的泥浆出口102附近的泥浆和钻渣会在负压的作用下被吸入钻杆泥浆通道，随着高压气流一同从泥浆出口102排出。

气管2的出气端201与钻杆排浆通道相通，气管2的进气端201延伸入传扭钻杆的钻杆排浆通道内。对于，气管2进气端201在传扭钻杆上的设置，本领域技术人员可以根据钻孔内泥浆的压力，以及空气压缩机所述输送的空气压力进行调整。在本实施例中，气管2的进气端设置在传扭钻杆上靠近底部的位置。气管2的个数可以为两个。每根气管可以为一体式结构，也可以为拼接式气管。本发明中优选采用拼接式气管，具体包括：主钻杆段气管21和与主钻杆段气管21相连的延长钻杆段气管22；主钻杆段气管21设置在主钻杆11的周向，延长钻杆段气管22设置在延长钻杆12的周向。由此，在调整传扭钻杆长度的同时也实现了对气管长度的调整，方便安装和拆卸。

图4示出了本发明实施例二提供的旋挖钻机的结构，该钻机与实施例一的区别在于：该钻具还包括：配重4，该配重4设置于传扭钻杆和钻头3之间，配重内设置有配重排浆通道，且该排浆通道与钻杆排浆通道相通。钻杆泥浆通道与配重泥浆通道共同构成用于吸入和排出泥浆及钻渣的排浆通道。

本实施例中增设配重4的作用在于，增加钻头3对原生土的切削压力，提高钻头3的切削效率。本领域技术人员可以理解，配重4与传扭钻杆和钻头3之间也应为密封连接，优选通过法兰盘连接。

需要说明的是，本发明上述实施提供的旋挖钻机的除钻杆和钻头的其它部件，如底盘、变幅机构、桅杆总成、主卷扬机、副卷扬和动力头等均可以采用现有的结构，本发明对此并无特别限制，故在此兹不赘述。

由上述内容可知，相对于现有的旋挖钻机，本实施例提供的旋挖钻机属于泥浆护壁成孔机械，该旋挖钻机的传扭钻杆内设有可供泥浆及钻渣吸入和排出的钻杆排浆通道，还设有与钻杆排浆通道相通的气管，该气管用于提供使泥浆和钻渣吸入钻杆排浆通道的负压。成孔时，向传扭钻杆和钻孔之间注入泥浆，同时通过气管向钻杆排浆通道内注入高压空气，钻杆排浆通道内形成负压，泥浆连同钻渣在负压的作用下被吸入钻杆排浆通道内，并通钻杆排浆通道的出口排出，同时部分泥浆会包覆在孔壁上，起到护壁作用。本实施例提供的旋挖钻机具有以下优点：

1、钻孔过程中，只需不断向气管内注入高压空气，以及向钻孔内注入泥浆，钻渣变可随泥浆一同从钻杆排浆通道排出，无需频繁将钻具取出卸土，钻孔效率得到提高。

2、通过选择传递钻杆的长度，或者使用拼装式钻杆便可对钻孔深度进行调整，灵活性强，可实现深孔的钻取，该旋挖钻机特别适合用来采取卤水。

3、结构简单，仅通过改变现有旋挖钻机的钻杆及钻具形式可变实现较深底层的成孔。

本发明实施例还提供一种利用上述旋挖钻机采集卤水的方法，包括如下步骤：

a）、使用上述任一种旋挖钻机，采用反循环回转成孔法钻取渗透孔；

b）、收集渗入渗透孔内的卤水。

反循环回转成孔通常应用于回转钻机，其工艺为：钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，使用泥浆泵从泥浆池中抽取泥浆并注入钻孔中作为护壁泥浆，而后利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸护壁泥浆，挟带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外。抽吸出的泥浆及钻渣进入沉淀池进行沉淀净化后继续返回泥浆池循环使用。由于上述旋挖钻机内设有排浆通道以及与为抽吸泥浆提供辅助租用的气管，因此亦可采用正循环回转钻孔法钻孔。

具体到本发明实施例中，步骤a具体可以为：

向上述旋挖钻机的传扭钻杆和孔壁之间注入泥浆；

向旋挖钻机的气管内输入高压空气，高压气体由气管进入传扭钻杆的钻杆排浆通道，钻杆排浆通道内形成负压；在所述负压的作用下，泥浆连同钻渣被吸入所述钻杆排浆通道，并从所述钻头排浆通道排出进行沉淀净化；将净化得到的泥浆注入传扭钻杆和孔壁之间循环使用。

具体而言，可以首先将旋挖钻机的气管的进气端与空气压缩机相连；将钻杆排浆通道的泥浆出口通过泥浆管与沉淀池相连；

然后使用泥浆泵抽取将泥浆池内的泥浆并注入传扭钻杆和孔壁之间；开启上述旋挖钻机、空气压缩机；钻头对原生土进行切削破碎；成孔过程中，空气压缩机向气管内输入高压空气，气管的出气端排出的气流在钻孔内泥浆的压力作用下，会被压入钻杆排浆通道内，钻杆排浆通道的泥浆出口的压力小于泥浆入口的压力，气流会沿着钻杆排浆通道向泥浆出口急速运动，钻杆排浆通道内形成负压，而泥浆入口是与大气相通的，因此钻头切削的钻渣与泥浆混合后会在该负压的作用下从泥浆入口进入钻杆排浆通道，并从钻杆排浆通道的泥浆出口排出，进入沉淀池进行沉淀净化；沉淀净化后的泥浆再被送入泥浆池中进行循环使用。钻取的孔的孔壁依靠泥浆保护。

按照步骤a可以得到有泥浆护壁的渗透孔。而后将渗透孔内的钻具取出，静置一段时间后，卤水便会渗入渗透孔内，再使用泵等设备将渗透孔内的卤水抽出，即得卤水。进一步地，对于某些区域如青海等地，卤水深度范围较宽，为了得到深层卤水，上述渗透孔的深度优选不小于100米，更优选为100米~180米。

采用本发明实施例提供的方法采集卤水具有以下优点：

1、渗透孔的钻取操作简便，只需不断向气管内注入高压空气，以及向钻孔内注入泥浆，钻渣变可随泥浆一同从钻杆排浆通道排出，无需频繁将钻具取出卸土，渗透孔成孔效率高。

2、通过选择传递钻杆的长度，或者使用拼装式钻杆便可对钻孔深度进行调整，可实现深层卤水的提取。

3、采用的设备结构简单，仅通过改变现有旋挖钻机的钻杆及钻具形式可变实现较深底层的成孔，成本较低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋挖钻机，其特征在于，包括：

传扭钻杆，所述传扭钻杆与所述旋挖钻机的动力头相连并能够传递所述动力头的扭矩，所述传扭钻杆内设置有钻杆排浆通道；

气管（2），所述气管（2）的进气端（201）用于与空气压缩机相连，出气端（202）与所述钻杆排浆通道相通；

钻头（3），安装于所述传扭钻杆的底端。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机，其特征在于，所述传扭钻杆上设置有传扭部（13），所述传扭部（13）与所述动力头键联。

3.根据权利要求2所述的旋挖钻机，其特征在于，所述传扭部（13）套设于所述传扭钻杆上，所述传扭部（13）设有与所述动力头的花键相配合的凹槽。

4.根据权利要求1所述的旋挖钻机，其特征在于，所述传扭钻杆包括：主钻杆（11）和与所述主钻杆（11）可拆卸连接的至少一节延长钻杆（12），所述主钻杆（11）与所述动力头相连，所述延长钻杆（12）的底端安装有所述钻头（3）。

5.根据权利要求4所述的旋挖钻机，其特征在于，所述延长钻杆（12）与所述主钻杆（11）之间，和/或相邻的两节所述延长钻杆（12）之间通过法兰盘连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的旋挖钻机，其特征在于，所述旋挖钻机还包括配重（4），所述配重（4）设置于所述传扭钻杆和所述钻头（3）之间，所述配重（4）内设置有配重排浆通道，所述配重排浆通道与所述钻杆排浆通道相通。

7.根据权利要求6所述的旋挖钻机，其特征在于，所述配重（4）与所述钻杆之间，和/或所述配重（4）与所述钻头（3）之间通过法兰盘连接。

8.一种卤水采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）、使用权利要求1至7任意一项所述的旋挖钻机，采用反循环回转成孔法钻取渗透孔；

b)、收集渗入所述渗透孔内的卤水。

9.根据权利要求8所述的卤水采集方法，其特征在于，所述步骤a）具体为：

向所述旋挖钻机的传扭钻杆和孔壁之间注入泥浆；

向所述旋挖钻机的气管内输入高压空气，高压气体由气管进入传扭钻杆的钻杆排浆通道，钻杆排浆通道内形成负压；在所述负压的作用下，所述泥浆连同钻渣被吸入所述钻头排浆通道，并从所述钻头排浆通道排出进行沉淀净化；将净化得到的泥浆输入所述传扭钻杆和所述孔壁之间循环使用。

10.根据权利要求8或9所述的卤水采集方法，其特征在于，所述渗透孔的深度不小于100米。

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