CN104405315A - 基于钻探取心施工的分离除尘回收系统 - Google Patents

基于钻探取心施工的分离除尘回收系统 Download PDF

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Abstract

基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，以有效对冲击钻探施工中所产生水、泥、粉尘进行分离回收，有效地保护施工现场的环境和操作人员的健康。它包括：回收装置，套于钻杆并固定安装在跟管套管的上端部，具有回收壳体和与其回收腔室相通的回收出口端、回收进口端；分离装置，具有分离壳体和与其分离腔室相通的分离进口端、分离出口端和固液排放端；除尘装置，具有收集壳体和与其收集腔室相通的收集进口端、排风通道和粉尘收集口；吸力发生装置，在排风通道内产生吸力；所述回收出口端通过第一管道与分离进口端相连接，分离出口端通过第二管道与收集进口端相连接。

Description

基于钻探取心施工的分离除尘回收系统
技术领域
本发明涉及工程勘察钻机，具体涉及一种基于钻探取心施工的分离除尘回收系统。
背景技术
铁路工程勘察在铁路建设中占有非常重要的地位，是整个铁路建设工程中最基础的工作，它不仅直接影响到整个设计方案的合理性，而且直接关系到整个铁路工程的预算，它通过钻探取心方法直接获取地层岩样，为工程设计、决策等提供第一手资料，因此，最大可能的从钻孔内获得完整、准确、可靠的岩心资料就显得特别重要。
在铁路工程勘察中，经常会遇到由风化和搬运等地质现象形成的堆积地层,如风化、河床、滑坡、工程回填等堆积地层，这类地层普遍为砂卵砾石、块石、碎石和沙泥等充填物的堆积体，地层松散、胶结性差、砾石或块石大小不均、硬度悬殊、可钻性1～10级且无规律分布。这类地层传统钻进方法主要采用金刚石和硬质合金回转钻进、泥浆护壁、单动双管(包括半合管)钻具取心，但由于地层结构及其岩性复杂，普遍存在岩心采取困难、钻孔漏失和孔壁坍塌掉块等技术难题。
国内一些单位采取“取心钻进-孔底爆破-锤击跟管”工艺方法，结合植物胶泥浆，在含粘性泥质充填物(如粘土、亚粘土、轻亚粘土等)的堆积地层中钻进，使岩心采取率提高到70％以上，而对钻进效率则无明显提高；对于含松散泥沙充填物(如淤泥、耕土和河床泥沙等)的堆积地层，采取岩心仍然很困难，采取率一般低于60％，给铁路建设勘察设计带来比较严重的影响。冲击取心跟管钻进技术正是针对堆积地层钻探技术现状而提出来的，目的是将冲击跟管钻进与传统的回转取心钻进技术进行组合，发挥冲击跟管钻进速度快、套管同步跟进护孔壁的优点，提高钻进效率和岩心采取率。
但冲击钻探破碎岩石时出现大量的破碎颗粒及粉尘，在地下水丰富的地层中有大量的水从套管顶部喷出，这对施工环境和操作人员的健康都带来了不利的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，以有效对冲击钻探施工中所产生水、泥、粉尘进行分离回收，有效地保护施工现场的环境和操作人员的健康。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是它包括：回收装置，套于钻杆并固定安装在跟管套管的上端部，具有回收壳体和与其回收腔室相通的回收出口端、回收进口端；分离装置，具有分离壳体和与其分离腔室相通的分离进口端、分离出口端和固液排放端；除尘装置，具有收集壳体和与其收集腔室相通的收集进口端、排风通道和粉尘收集口；吸力发生装置，在排风通道内产生吸力；所述回收出口端通过第一管道与分离进口端相连接，分离出口端通过第二管道与收集进口端相连接。
本发明有益效果是，有效对冲击钻探施工中所产生水、泥、粉尘进行分离回收，有效地保护施工现场的环境和操作人员的健康；操作简单，自动性高，非常适合冲击钻探施工中应用，具有广阔的应用前景。
附图说明
本说明书包括如下八幅附图：
图1是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统的结构示意图；
图2是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中回收装置的安装方式示意图；
图3是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中回收装置的结构示意图；
图4是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中回收装置的俯视图；
图5是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中分离装置的结构示意图(局部剖视)；
图6是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中分离装置的俯视图；
图7是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中除尘装置的结构示意图(局部剖视)；
图8是本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统中除尘装置的俯视图。
图中示出构件、部位名称及所对应的标记：钻杆1、跟管套管2；第一管道10；回收装置20、左半部20a、右半部20b、回收壳体21、安装管22、紧固螺栓22a、回收出口端23、钻杆保持套24、铰链25a、锁紧机构25b、回收进口端26、环形限位台阶26a；分离装置30、分离壳体31、螺旋叶片31a、分离进口端31、分离出口端33、固液排放端34、固液回收橡胶袋35；第二管道40；除尘装置50、收集壳体51、收集进口端52、排风通道53、液压马达54a、排风叶轮54b、气体过滤构件55、粉尘收集口56、粉尘收集橡胶袋57、粉尘沉积腔58、封闭门59。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统包括：回收装置20，套于钻杆1并固定安装在跟管套管2的上端部，具有回收壳体21和与其回收腔室相通的回收出口端23、回收进口端26；分离装置30，具有分离壳体31和与其分离腔室相通的分离进口端31、分离出口端33和固液排放端34；除尘装置50，具有收集壳体51和与其收集腔室相通的收集进口端52、排风通道53和粉尘收集口56；吸力发生装置，在排风通道53内产生吸力。所述回收出口端23通过第一管道10与分离进口端31相连接，分离出口端33通过第二管道10与收集进口端52相连接。
本发明通过回收装置20回收钻探作业时产生的固、液、气体物质，通过分离装置30使固液态物质与气态物质相分离，通过除尘装置50除去气态物质的粉尘，吸力发生装置则为整个系统提供吸力。本发明能有效地对冲击钻探施工中所产生水、泥、粉尘进行分离回收，因此能有效地保护施工现场的环境。
参照图2、图3和图4，所述分离壳体31的上端具有供钻杆通过孔，该钻杆通过孔上固定设置有纵向延伸的钻杆保持套24，钻杆保持套24与钻杆1形成基本密封。分离壳体31上在回收进口端26外固定设置有纵向延伸的安装管22，该安装管22的内径与跟管套管2的外径相适配，在安装管22与跟管套管2之间基本形成密封。安装管22通过环向间隔设置在其外壁上的紧固螺栓22a与跟管套管2形成可拆卸连接，通过紧固螺栓22a将回收装置20固定安装在跟管套管2的上端部。冲击钻探时产生的水、泥、砂、岩粉、粉尘、破碎颗粒、气体等大量固液气态物质均会在钻探作用下由跟管套管2上端喷出，经回收进口端26进入收壳体21的回收腔室内，并有向回收出口端23移动的趋势，此时再由吸力发生装置产生的吸力引导，即可准确地由回收出口端23进入第一管道10流向分离装置30。
参照图3和图4，为方便操作，所述分离壳体31、钻杆保持套24和安装管22由相扣合的左半部20a和右半部20b构成，左半部20a和右半实体20b通过设置于其横向一侧的铰链25a铰接，而在其横向另一侧设置有锁紧机构25b。参照图3，所述回收进口端26的口径小于安装管22的内径，在安装管22与回收壳体21的接合部形成环形限位台阶26a，通过该环形限位台阶26a限制回收装置20的安装位置。
分离装置30主要用于进行气态物质与固液态物质分离，将水、泥、砂、大块颗粒等固液态物质滞留在本装置内，使气体、粉尘等气态物质流向除尘装置50。参照图5和图6，所述分离壳体31的下部呈锥形，分离壳体31内壁上设置有螺旋叶片31a。分离进口端31、分离出口端33位于分离壳体31的上部，固液排放端34位于其下端，固液排放端34上可拆卸套接有固液回收橡胶袋35。当回收装置20流来的大量固、液、气态物质由分离进口端31进入分离腔室后，固液态物质由于其本身的重力作用和离心力作用会尽量在螺旋叶片31a形成的螺旋通道中逐渐沉积，而气体夹带粉尘类物质则随吸力的引导由上部的分离出口端33流向除尘装置50。在需要时，还可设置驱动电机来驱动螺旋叶片31a转动，以增加固液物质的聚集作用。沉积的固液态物质向下聚集在固液排放端34，而且分离壳体31的下部的锥形能更好地聚集物质和封闭下端固液排放端34的作用，使分离腔室内形成以分离进口端31为进、分离出口端33为出的气流通道，当固液排放端34处聚集的固液物质还不足以封闭该固液排放端34时，系统的吸力还会使固液回收橡胶袋35在该固液排放端34处被吸紧关闭，有效地保证了系统内的密封性。当固液排放端34处聚集的物质产生的重力大于固液回收橡胶袋35被吸的吸力时，这些聚集的固液物质便从此处排出，排出后该固液回收橡胶袋35又因吸力而被吸紧关闭。
除尘装置50主要用于对由分离装置30流入的含有粉尘类物质的气态物质进行进一步过滤清除，除去其中的粉尘类物质，使排放的气体较为洁净。参照图7和图8，所述收集壳体51的收集腔室内设置气体过滤构件55，收集进口端52、排风通道53分部位于气体过滤构件55的下方、上方。收集腔室的下部为锥形的粉尘沉积腔58，粉尘收集口56位于粉尘沉积腔58的底端，其上可拆卸套接有粉尘收集橡胶袋57。所述吸力发生装置包括液压马达54a和由其驱动的排风叶轮54b，液压马达54a安装于收集壳体51上，排风叶轮54b位于排风通道53的起始端。集壳体51上开设有由封闭门59封闭的操作口，以便对收集腔室内的气体过滤构件55进行清理维护。
当分离装置30流入的气态物质由收集进口端52进入时，在吸力作用下向上经过过滤构件55，一部分粉尘类物质受过滤构件55阻挡掉落至粉尘沉积腔58内，另一部分粉尘类物质则附着在过滤构件55的滤网上，洁净的气体从滤网上部经排风通道53排出。粉尘沉积腔58内聚集的粉尘都会聚集在粉尘收集口56处，其上设置的粉尘收集橡胶袋57在系统吸力作用下吸紧粉尘收集口56，当粉尘类物质在粉尘收集口56处聚集到一定程度后，其产生的重力大于粉尘收集橡胶袋57，则聚集的粉尘类物质便自动打开该口并落下，然后在吸力作用下又自动关闭。当滤网附着的粉尘类物质影响气体过滤时，反转液压马达54a驱动排风叶轮54b逆向通气，将滤网表面附着的粉尘抖落。当系统停止工作后，排风叶轮54b停止工作，不能对系统产生吸力，此时堆积在固液排放端34和粉尘收集口56的各物质在其自身重力作用下自动落下。固液回收橡胶袋35和粉尘收集橡胶袋57的下部可根据实际情况设置开口，以便排除收集的物质。
通过上述描述不难发现，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)本发明设计巧妙，通过对回收装置的准确设计，使其能够较为完美地与钻杆和跟管套管匹配，并随钻探深度的加深，与套管一起向下移动，从而准确完整地对冲击钻探时产生的各种固、液、气态混合物质进行回收，避免扩散、污染环境以及影响操作人员健康，并且依次通过分离和过滤的双重处理清除混合物中的水、泥沙、粉尘等杂物，最后排出清洁的气体，整体系统简洁，使用方便，操作简单，非常适合冲击钻探施工中应用，具有广阔的应用前景。
(2)回收装置采用扣合式结构，能够非常方便地安装和拆卸，尤其是在起下钻杆和加长跟管套管时，使用方便，并且回收装置与跟管套管的连接采用侧壁螺栓紧固的形式，不仅设计结构简单，而且连接固定的强度大，能够保证安装的稳固性。
(3)通过分离装置对进入水、泥及较大固体颗粒利用其自身重力进行自动下沉，并采用螺旋叶片提供导向，促进固、液态物质的沉积，如此可初步大量地除去钻探产生混合物中的固、液态物质，便于气态混合物质进行后续处理。
(4)通过除尘装置中的滤网对气态物质中的粉尘类物质进行过滤，使排出气体更为洁净，而且将排风叶轮设计为可反转式，使系统可利用内部的作用力自清洗，降低后续维护的成本，并且还设置操作口便于对滤网进行更换。
(5)分离装置和除尘装置在其排放口都设置了相应的橡胶袋，有效地利用了橡胶袋的柔软封闭特性，当排风叶轮使系统内产生吸力时，橡胶袋受吸力便紧贴在一起，从而封闭其排放口，而当排放口聚集的固液物质产生的重力大于该吸力时，这些物质又会自动将橡胶袋撑开并自行下落，下落后排放口在吸力作用下橡胶袋又自动封闭，该设计简单巧妙，成本低廉，使用方便，自动性高。
以上所述只是用图解说明本发明基于钻探取心施工的分离除尘回收系统的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (7)

1.基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是它包括：回收装置(20)，套于钻杆(1)并固定安装在跟管套管(2)的上端部，具有回收壳体(21)和与其回收腔室相通的回收出口端(23)、回收进口端(26)；分离装置(30)，具有分离壳体(31)和与其分离腔室相通的分离进口端(31)、分离出口端(33)和固液排放端(34)；除尘装置(50)，具有收集壳体(51)和与其收集腔室相通的收集进口端(52)、排风通道(53)和粉尘收集口(56)；吸力发生装置，在排风通道(53)内产生吸力；所述回收出口端(23)通过第一管道(10)与分离进口端(31)相连接，分离出口端(33)通过第二管道(10)与收集进口端(52)相连接。
2.如权利要求1所述的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是：所述分离壳体(31)的上端具有供钻杆通过孔，该钻杆通过孔上固定设置有纵向延伸的钻杆保持套(24)；分离壳体(31)上在回收进口端(26)外固定设置有纵向延伸的安装管(22)，该安装管(22)的内径与跟管套管(2)的外径相适配，安装管(22)通过环向间隔设置在其外壁上的紧固螺栓(22a)与跟管套管(2)形成可拆卸连接。
3.如权利要求2所述的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是：所述分离壳体(31)、钻杆保持套(24)和安装管(22)由相扣合的左半部(20a)和右半部(20b)构成；左半部(20a)和右半实体(20b)通过设置于其横向一侧的铰链(25a)铰接，而在其横向另一侧设置有锁紧机构(25b)。
4.如权利要求3所述的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是：所述回收进口端(26)的口径小于安装管(22)的内径，在安装管(22)与回收壳体(21)的接合部形成环形限位台阶(26a)。
5.如权利要求1所述的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是：所述分离壳体(31)的下部呈锥形，分离壳体(31)内壁上设置有螺旋叶片(31a)；分离进口端(31)、分离出口端(33)位于分离壳体(31)的上部，固液排放端(34)位于其下端，固液排放端(34)上可拆卸套接有固液回收橡胶袋(35)。
6.如权利要求1所述的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是：所述收集壳体(51)的收集腔室内设置气体过滤构件(55)，收集进口端(52)、排风通道(53)分部位于气体过滤构件(55)的下方、上方；收集腔室的下部为锥形的粉尘沉积腔(58)，粉尘收集口(56)位于粉尘沉积腔(58)的底端，其上可拆卸套接有粉尘收集橡胶袋(57)。
7.如权利要求1所述的基于钻探取心施工的分离除尘回收系统，其特征是：所述吸力发生装置包括液压马达(54a)和由其驱动的排风叶轮(54b)，液压马达(54a)安装于收集壳体(51)上，排风叶轮(54b)位于排风通道(53)的起始端。
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