CN1047550A - 岩石钻孔的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石钻孔装置及其使用方法。该装置中，岩石钻是由在旋转中心线周围的一组独立岩石钻头组成。该钻头由位于预先钻出的铰小孔中的钻套牵引，输送压力流体并使其转动，以便将原来的小孔扩成一个较大的平直孔。压力流体和碎岩石被排到大直径孔，碎石还由钻头转动的，尾随的螺旋装置协助排出。本装置适用钻适当直径的水平孔如公路和地基等之下的孔。在难钻的岩石结构中钻出平直的孔中，钻套起对中装置的作用。

Description

在施工中，常常需要在路面和建筑物的地基下的岩石中钻水平孔而不影响这些结构。这些水平孔可能用于公用事业，排水设施等，为了这个目的需要在对地面干扰最小的情况下，较经济地钻一个直孔。

为了完成这样的孔，通常在结构的两侧各挖一个竖井，在软地面用螺旋钻，在硬地面用岩石钻从一侧向另一侧开孔。这个工作用传统的钻孔技术来完成，即利用转动的钻套推动螺旋钻或岩石钻。将螺旋钻或钻头和拖曳钻套逐段插入，从一个竖井钻向另一个竖井。

空心钻已经采用来钻小直径的孔，它对于钻两个位置之间的准确的直孔是比较有效的。然而，实际上空心钻的有效性仅限于钻4-8英寸（10.16-20.32厘米）或更小一点的孔，因为芯子必须分段钻，通常每段的最大长度为20英尺（6.1米），而且要拿走。

对于较大尺寸的孔钻得很慢，芯子拿走更加困难，特别是在硬的岩石中。因而钻直径较大的孔时通常采用先钻一个中心孔，然后用一系列转动的环形扩孔钻通过该孔，以增大该孔的尺寸至所需的直径。

扩孔也是很费时间的，并且在一般情况下所生成的孔是粗糙和/或螺旋状的。当尺寸增大时，保持钻孔过程不使驱动环形钻头的钻套产生弯曲就变得更加困难。对这种方法的一种改进是将环状刀具向后拉通过中心孔，但由于是逐步分段操作，扩孔钻在孔径上游动的困难虽然有所改善，但仍然存在。

在本发明中，水平孔的完成是首先在孔的两侧各挖一个竖井以利接近。接着在竖井之间用空心钻钻一个直径大约4英寸（10.16厘米）的小孔。接着将钻套插入孔中，然后把一种改进的集簇钻头连接到钻套上。这种类型的集簇钻头在美国专利US-4，729，439中已有描述，名为“群钻结构”，已转让给英格索尔-兰德公司，即本发明的受让人。为了实行本发明，拿掉空心钻，用钻杆或中心供给杆代替，该杆从集簇钻的相对端向其提供压力流体，就是通常装有岩石切割刀片的那端。这使集簇钻头得以反向地安装到插入在中心孔中的钻套上。然后向集簇钻供给压力流体，使沿周向安装的撞击岩石钻头运转。然后钻套转动并在中心孔中后退，同时拖曳并带动集簇钻转动。压力流体和钻碎的岩石以传统的方式连出大直径孔。一个附加的特点是，若干段螺旋装置可能连接到集簇钻的背部，以便当集簇钻在孔中被牵引和被转动时，可以起到对水平孔附加的清理作用。这将减小用于清理孔所需的总空气量。

因此本发明的目的提供一种用于在竖硬岩石中钻大直径精确水平孔的方法和装置。本发明的另一个目的是以有效的高速度和最小的空气消耗量在竖硬的岩石中钻孔。本发明再一个目是在竖硬的岩石中钻大直径的水平孔时，利用容易修改的现有集簇钻和使用比在竖硬岩石中用相似方法钻相似尺寸的孔所用设备为小而且简单竖固可靠的钻孔设备。

这些和其他目的是通过一种在竖硬岩石中钻较大直径的孔的装置实现的，该装置包括：一个能从钻套在其岩石撞击端接受压力流体和转动的集簇钻，它的匹配还包括接受压力流体和将所述集簇钻同在其撞击端的钻套在其中心线连接的装置，一个连接到用于连接钻套的装置的钻套，钻套转动并牵引集簇钻进入装有该钻套的已钻出的孔中，并当集簇钻前进时扩大该孔。

本发明还有一个目的是，在集簇钻的后端连接一个螺旋装置，以便当集簇钻沿孔前进时，促使岩石颗粒排出。颗粒排出是由螺旋装置同钻具一起拖动和转动以及和排出的压力流体相配合共同完成的，从而可以减少压力流体的消耗量。

附图说明，

图1为根据本发明的修改的集簇钻的表示向前的流体压力供应和转动的剖面图，

图2为所述集簇钻的一个端面视图，

图3为根据本发明的水平反向钻孔系统示意图，

参看图1，它表示了改进的集簇钻，总的用数字1表示。该钻包括柱形筒体2，在它的前端即工作端有端堵3，它的后端有一个后端盖4。一组已在美国专利US-4729439A中公开的扩孔用的钻头5装在柱形筒体2中，该钻头结合于此以便描述该一般类型的集簇钻。

通常每个钻头5装在端堵3中的孔6和后盖4的锥形孔7内。锥形孔7与位于每个扩孔钻头5上的圆锥8相配合。每个扩孔钻5靠螺母8保持在各自的锥形孔7内。压力流体通过径向分配孔9向圆周安装的每个扩孔钻头5进行分配。

在现有技术的集簇钻中，钻套连接到后盖上并对径向分配孔供应压力流体。在本发明中，中心钻头被去掉，用中心杆10代替。中心杆10有一个中心孔11，现在用于向后盖输送压力流体。中心杆10的前端有螺纹12，并通过螺纹14或其他方法与后盖连接。

套管发兰15也连接在后盖上，由它将螺旋装置连接到钻的后端盖部。岩石钻的刀具16（用虚线表示）安装在每个扩孔钻头5上，刀具16锁紧在钻头上，由它来破碎和排出岩石颗粒。图2表示围绕中心杆10的轴线扩孔钻头5的布置。一个技术熟练的人员懂得压力流体（通常是压缩空气）可以经过中心杆10，通过后盖4上的径向分配孔9向每个扩孔钻头5输送。压力流体产生一个撞击作用，其作用传递到钻头刀具16上。

如图3所示，反向集簇钻1连接到钻套20上，钻套20插入到予先用空心钻钻好的其直径近似于钻套的中心孔21中。钻套20又连接到所示类型的钻机26上，例如日本东京NLC有限公司提供的商业各称为“长年钻孔机”的钻机。钻孔机26在加工孔24的过程中，同时向钻套提供转动和牵引力。

为了进行水平钻孔，在打算钻的孔的两侧分别各挖一个竖井25和25a，然后把钻孔机26放入其中一个竖井内（如25），并将它固定在地基上。一般钻孔机先有4-6英寸（10.16-15.24厘米）的空心钻在竖井25和25A之间以传统的方式进行钻孔，即用多段钻套推进空心钻。

中心孔钻完以后，拿掉空心钻，代以本发明的集簇钻。然后钻套旋转并后退，带动集簇钻1，以及一个用起重机或类似设备将其逐段插入并连接的螺旋装置30。

由例如空气压缩机31提供的压缩流体，经过钻机和钻套输送到集簇钻1以便在岩石钻的刀具16上产生切割岩石的撞击作用。当钻头被牵引经过孔时，钻头把孔扩大到要求的直径D。在较小直径D中的钻套起到对正在被拉入和加工大直径孔的钻头的对中和稳定作用。处于拉力状态和起对中稳定作用的钻套与集簇钻一起加工出平直准确的孔。

在从钻头1流出的压力流体以及尾随集簇钻并用套管法兰15的螺纹将其连接的螺旋装置30的作用下，清除大直径孔中产生的碎岩石，并把它存放在竖井25a中以便运出。当集簇钻到达竖井25时，将其移走。然后，各段螺旋装置同样被拿走以完成工作。使用螺旋装置大大减小了用于清除孔所需的空气量。但是，也可以单独用空气清理这个孔。

根据本方法的钻孔系统，已应用于钻直径为500-800毫米（20-32英寸的直径），长度为78米（230英尺）的岩石孔，它的钻孔速度基本上超过现有的方法。钻较长较大的孔也包括在本钻孔系统的能力范围之内。

已根据最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明的范围除权利要求书之外不受限制。

Claims (3)

1、一种用于在竖硬岩石中扩大已开出的孔的直径的群钻，它包括多个装在柱形筒体中的单独撞击岩石钻头，上述筒体具有一个后端和一个前端，上述前端具有多个装在所述筒体周围暴露于外的上述钻头的刀尖用于切割岩石，在上述筒体的前端，有一个钻套在上述多个钻头的中心线上同上述筒体连接，以带动旋转和牵引上述钻头通过一个予先钻出的孔，使上述予先钻出的孔扩大，

其特征在于，

上述筒体完全围住上述多个钻头，上述筒体还装有对中装置，固紧装置，以及向上述多个钻头的每一个供应压力流体的装置；上述压力流体在上述筒体内部进入上述多个钻头，而在上述筒体的前端从上述多个钻头排出上述筒体之外，从而上述筒体形成一个外周的通道供岩石切屑排出并为各个钻头提供保护；从上述筒体的上述前端供应压力流体的上述装置包括一个其尺寸同单个撞击钻头相等而可替代该钻头的空心中心杆，从而为上述群钻提供反向的钻孔运动。

2、根据权利要求1上述的群钻，其特征在于，上述空心中心杆在其中有一个中央通道，用于从上述筒体的上述前端接受压力流体。

3、根据权利要求1所述的群钻，其特征在于，上述空心杆在其前端带有螺纹以便同钻套连接，空心杆并用包括套管法兰在内的连接装置连接于上述筒体的后端。

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