CN105672877A - 用于正循环排渣的潜水钻机及其成孔工艺方法 - Google Patents

用于正循环排渣的潜水钻机及其成孔工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于正循环排渣的潜水钻机，包括方形钻杆，方形钻杆与桩基设备之间设有地上横向约束，方形钻杆的底端设有由电机驱动的变速机构，变速机构的底端连接有钻头杆，钻头杆的上部设有锥型钻头，钻头杆的底部设有钻头尖；钻头杆底端到锥型钻头底端的长度为0.6～3.0m或是为锥型钻头直径的1～3倍左右；钻机侧面设有输入口，自输入口至钻头杆的连接处及钻头杆内均设有连通的轴向管道；钻头杆外侧面设有排渣槽。锥型钻头在上下两个横向约束下回转转动并向下钻进，保证了成孔的垂直度。钻头在气流、水/泥浆循环流作用下不断将土石钻搅成可通过气流和水/泥浆循环流携带出孔口的钻渣，最终钻成规定尺寸及垂直度符合要求的竖直圆孔。

Description

用于正循环排渣的潜水钻机及其成孔工艺方法
技术领域
本发明涉及一种潜水钻机，尤其涉及一种正循环潜水钻机及其成孔工艺方法。
背景技术
潜水钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。潜水钻机成孔排渣有正循环排渣和泵举反循环排渣两种方式，其中，正循环排渣是在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。
目前，正循环潜水钻机钻头一般采用锥型钻头，钻头尖与钻头构架为锥型。钻渣清除采用泥浆正循环方式，该泥浆正循环方式存在排渣速度慢，致使成孔速度也慢，由于钻头尖没有加长，因此，在锥型钻头钻进过程中容易发生偏斜，从而造成成孔垂直度不好，最终会影响到施工质量。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种用于正循环排渣的潜水钻机，可以钻成规定尺寸及垂直度符合要求的竖直圆孔。
为了解决上述技术问题，本发明用于正循环排渣的潜水钻机的一个基本技术方案是，该潜水钻机方形钻杆，所述方形钻杆与桩基设备之间设有地上横向约束，所述方形钻杆的底端设有由电机驱动的变速机构，所述变速机构的底端连接有钻头杆，所述钻头杆的上部设有锥型钻头，所述钻头杆的底部设有钻头尖；所述钻机的侧面设有一气液输入口，自所述气液输入口至所述钻头杆的连接处设有第一管道，所述钻头杆内设有轴向贯通的第二管道，所述第一管道和第二管道连通；所述钻头杆的外侧面设有排渣槽；所述钻头杆底端到所述锥型钻头底端的长度为0.6～3.0m或是所述锥型钻头直径的1～3倍。
使用上述用于正循环排渣的潜水钻机成孔的工艺是：将钻机的钻头尖对准需要钻孔的位置，调整钻头杆的垂直度，钻头尖的转速为45～120转/分钟，由一气泵向气液输入口输入气流，气流压力为0.5～5MPa，以克服孔内土/泥浆压力为准，钻头尖旋转破土，输入的气流自钻头尖排出后沿钻头杆及其上的排渣槽携带钻头尖钻搅过程中形成的钻渣向上运动；当钻头尖入土时，由一泥浆泵将泥浆池中的泥浆向气液输入口灌入，泥浆的流量为50～200m3/h，泥浆沿第一管道和第二管道向钻头杆底部的钻头尖输入泥浆，若在气流管道上设有逆流阀时，则上述输入气流和泥浆灌入没有顺序要求，泥浆从钻头尖排出后沿钻头杆及其上的排渣槽向上运动，最终从钻孔的孔口返出再进入泥浆池，泥浆池中上层悬浮泥浆被泥浆泵再自气液输入口(输入并直至钻头尖，泥浆循环过程中钻渣被携带出孔，与此同时，所述第一管道和第二管道中流动泥浆和气流的混合物，自钻头尖排出并顺钻头杆及其上的排渣槽形成向上的气液流向，将钻渣携带出孔口，完成钻孔后关闭泥浆泵和气泵。
本发明用于正循环排渣的潜水钻机的另一种技术方案是在上述基本技术方案的基础上，将其中的气液输入口改为专供进气的输气口，同时，在钻机旁设有输液管道，所述输液管道的顶部为进液口，所述输液管道的出液口自上而下的指向所述锥型钻头的上方；使用该用于正循环排渣的潜水钻机成孔的工艺是：将钻机的钻头尖对准需要钻孔的位置，调整钻头杆的垂直度，钻头尖的转速为45～120转/分钟；由一气泵向输气口输入气流，气流压力为0.5～5Mpa，以克服孔内土/泥浆压力为准；钻头尖旋转破土；在钻头尖的钻入过程中，当钻头杆完全埋入土中时，由一泥浆泵将泥浆池中的泥浆向输液管道的顶部的进液口灌入，泥浆的流量为50～200m3/h，泥浆向由锥型钻头形成的孔内输入，顺钻头杆及其上的排渣槽流至钻头尖孔底；在钻头尖钻入过程中，通过输气口输入的气流沿第一管道和第二管道直至从钻头尖排出，并与通过输液管道的进液口输送至钻头尖的泥浆形成气液混合物，在压力作用下顺钻头杆上的排渣槽形成向上的气液流向，携带钻头尖及锥型钻头钻搅的钻渣从孔口返出进入泥浆池，泥浆池中上层悬浮泥浆被泥浆泵再输入输液管道直至孔底，在泥浆循环过程中钻渣被携带出孔，完成钻孔后关闭泥浆泵和气泵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明用于正循环排渣的潜水钻机，通过在地面上的方形钻杆与桩机设备之间设置横向约束及加长钻头杆，使得锥型钻头受地下开凿的竖直小孔的联合作用下，在上下两个横向约束下回转转动并向下钻进，从而保证成孔的垂直度。钻头在气流、水/泥浆循环流作用下不断将土(石)钻搅成可以通过气流和水/泥浆循环流携带出孔口的钻渣，最终钻成规定尺寸及垂直度符合要求的竖直圆孔。
附图说明
图1是本发明实施例1实现气、水/泥浆合一工艺的钻钻机结构示意图；
图2是本发明实施例2实现气、水/泥浆分供工艺的钻机结构示意图。
图中：1-方形钻杆，2-地上横向约束，3-电机，4-变速机构，5-第二管道，6-锥型钻头，7-排渣槽，8-气液流向，9-钻头尖，10-混合物，10’-气流，11-钻头杆，12-输液管道，13-进液口，14-第一管道，15-气液输入口，15’-输气口，16-孔口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
实施例1：如图1所示，本发明一种用于正循环排渣的潜水钻机，包括方形钻杆1，所述方形钻杆1与桩基设备之间设有地上横向约束2，所述方形钻杆1的底端设有由电机3驱动的变速机构4，所述变速机构4的底端连接有钻头杆11，所述钻头杆11的上部设有锥型钻头6，所述钻头杆11的底部设有钻头尖9；所述钻头杆11底端到所述锥型钻头6底端的长度为0.6～3.0m或是所述锥型钻头6直径的1～3倍；所述钻机的侧面设有一气液输入口15，自所述气液输入口15至所述钻头杆11的连接处设有第一管道14，所述钻头杆11内设有轴向贯通的第二管道5，所述第一管道14和第二管道5连通；所述钻头杆11的外侧面设有排渣槽7。
实施例1可以实现气-液(水/泥浆)合一工艺流程：
将钻机的钻头尖9对准需要钻孔的位置，调整钻头杆11的垂直度，变速机构4在电机3的驱动下以45～120转/分钟转速转动并带动钻头尖9，由一气泵并通过设置在钻机侧面的气液输入口15先输入气流，气流压力0.5～5MPa，以克服孔内土/泥浆压力为准，钻头尖9旋转破土，输入的气流自钻头尖9排出沿钻头杆11及其上的排渣槽7携带钻头尖9钻搅形成的钻渣向上运动，开启泥浆泵(一般为3PN，4PN)，流量50～200m3/h(上述压力和流量的选择属于本技术领域的公知常识，在此不再赘述)，当钻头尖9入土时，由该泥浆泵将泥浆池中的泥浆向气液输入口15灌入，泥浆通过气液输入口15后沿第一管道14和第二管道5向钻头杆11底部的钻头尖9输入泥浆，若在气流管道上设有逆流阀时，则上述输入气流和泥浆灌入则没有顺序要求，灌入的泥浆从钻头尖9排出沿钻头杆11及其上的排渣槽7向上运动并自钻孔的孔口16返出，再进入泥浆池，泥浆池中上层悬浮泥浆被泥浆泵再自气液输入口15输入并直至钻头尖9，泥浆循环过程中钻渣被携带出孔，与此同时，所述第一管道14和第二管道5中流动着泥浆和气流的混合物10，自钻头尖9排出并顺着钻头杆11及其上的排渣槽7形成向上的气液流向8，将钻渣携带出孔口16，直至完成钻孔，完成钻孔后关闭泥浆泵和气泵。在排渣过程中，气流起到破碎钻渣、协助泥浆向上排渣的作用。钻头尖9处形成的钻渣顺钻头杆11及其上的排渣槽7在气流和水/泥浆吹排作用下向上排至锥型钻头6处，再随锥型钻头6钻削下的钻渣被循环泥浆及气流作用下携带出孔。本发明钻机通过加长了钻头杆的钻头尖9在钻进过程中利用钻头尖9首先开凿一个直径与钻头杆11相当的竖直小孔，因加长了钻头杆的钻头尖9开凿的孔径较小，其与土层摩擦阻力就小，在地面上提升设备的提吊下钻进垂直度容易保持。还有，地面上的方形钻杆1与桩机设备上存在有地上横向约束2，锥型钻头6通过方形钻杆1受地上横向约束2，锥型钻头6又通过加长的钻头杆11受其底端钻头尖9开凿的竖直小孔形成了地下横向约束，锥型钻头6在上、下两个横向约束的联合作用下转动并向下钻进，从而保证了成孔的垂直度。锥型钻头6及钻头尖9在气流、水/泥浆循环流作用下不断将土(石)钻搅成可以通过气流和水/泥浆循环流携带出孔口16的钻渣，最终钻成规定尺寸及垂直度符合要求的竖直圆孔。
实施例2：如图2所示，实施例2是在上述实施例1的基础上，将其中的气液输入口15改为专供进气的输气口15’，同时，在所述钻机旁设有输液管道12，所述输液管道12的顶部为进液口13，所述输液管道12的出液口自上而下的指向所述锥型钻头6的上方。
实施例2可以实现气-液(水/泥浆)分供工艺流程，与上述气、水/泥浆合一工艺流程的不同仅在于：开启气泵向输气口15’输入气流，气流压力可以为0.5～5MPa，以克服孔内土/泥浆压力为准，钻头尖9旋转破土后开启泥浆泵(一般为3PN，4PN)，流量50～200m3/h；在钻头尖9的钻入过程中，当钻头杆11完全埋入土中时，有该泥浆泵将泥浆池中的泥浆向输液管道12的顶部的进液口13灌入，泥浆向由锥型钻头6形成的孔内输入，顺钻头杆11及其上的排渣槽7流至钻头尖9孔底；在钻头尖9钻入过程中，通过输气口15’输入的气流沿第一管道14和第二管道5直至从钻头尖9排出，并与通过输液管道12的进液口13输送至钻头尖9的泥浆形成气液混合物，在压力作用下顺钻头杆11上的排渣槽7形成向上的气液流向8，携带钻头尖9及锥型钻头6钻搅的钻渣从孔口16返出进入泥浆池，泥浆池中上层悬浮泥浆被泥浆泵再输入输液管道12直至孔底，实现泥浆的循环，在泥浆循环过程中钻渣被携带出孔，在此过程中，气流起到破碎钻渣，协助泥浆向上排渣的作用，完成钻孔后关闭泥浆泵和气泵。
实施例2和实施例1虽然均属于本发明潜水钻机的具体结构，但实施例2所能实现的气-液(水/泥浆)分供工艺流程，方便气/液的提供，具有更佳的操作和实用性。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种用于正循环排渣的潜水钻机，包括方形钻杆(1)，所述方形钻杆(1)与桩基设备之间设有地上横向约束(2)，所述方形钻杆(1)的底端设有由电机(3)驱动的变速机构(4)，所述变速机构(4)的底端连接有钻头杆(11)，所述钻头杆(11)的上部设有锥型钻头(6)，所述钻头杆(11)的底部设有钻头尖(9)；所述钻机的侧面设有一气液输入口(15)，自所述气液输入口(15)至所述钻头杆(11)的连接处设有第一管道(14)，所述钻头杆(11)内设有轴向贯通的第二管道(5)，所述第一管道(14)和第二管道(5)连通；所述钻头杆(11)的外侧面设有排渣槽(7)；其特征在于：
所述钻头杆(11)底端到所述锥型钻头(6)底端的长度为0.6～3.0m或是所述锥型钻头(6)直径的1～3倍。
2.一种用于正循环排渣的潜水钻机，包括方形钻杆(1)，所述方形钻杆(1)与桩基设备之间设有地上横向约束(2)，所述方形钻杆(1)的底端设有由电机(3)驱动的变速机构(4)，所述变速机构(4)的底端连接有钻头杆(11)，所述钻头杆(11)的上部设有锥型钻头(6)，所述钻头杆(11)的底部设有钻头尖(9)；所述钻机的侧面设有一输气口(15’)，自所述输气口(15’)至所述钻头杆(11)的连接处设有第一管道(14)，所述钻头杆(11)内设有轴向贯通的第二管道(5)，所述第一管道(14)和第二管道(5)连通；所述钻头杆(11)的外侧面设有排渣槽(7)；其特征在于：
钻机旁设有输液管道(12)，所述输液管道(12)的顶部为进液口(13)，所述输液管道(12)的出液口自上而下的指向所述锥型钻头(6)的上方；
所述钻头杆(11)底端到所述锥型钻头(6)底端的长度为0.6～3.0m或是所述锥型钻头(6)直径的1～3倍。
3.一种正循环排渣潜水钻机的成孔工艺方法，其特征在于，采用如权利要求1所述用于正循环排渣的潜水钻机，将钻机的钻头尖(9)对准需要钻孔的位置，调整钻头杆(11)的垂直度，钻头尖(9)的转速为45～120转/分钟，由一气泵向气液输入口(15)输入气流，气流压力为0.5～5MPa，以克服孔内土/泥浆压力为准，钻头尖(9)旋转破土，输入的气流自钻头尖(9)排出后沿钻头杆(11)及其上的排渣槽(7)携带钻头尖(9)钻搅过程中形成的钻渣向上运动；当钻头尖(9)入土时，由一泥浆泵将泥浆池中的泥浆向气液输入口(15)灌入，泥浆的流量为50～200m3/h，泥浆沿第一管道(14)和第二管道(5)向钻头杆(11)底部的钻头尖(9)输入泥浆，若在气流管道上设有逆流阀时，则上述输入气流和泥浆灌入没有顺序要求，泥浆从钻头尖(9)排出后沿钻头杆(11)及其上的排渣槽(7)向上运动，最终从钻孔的孔口(16)返出再进入泥浆池，泥浆池中上层悬浮泥浆被泥浆泵再自气液输入口(15)输入并直至钻头尖(9)，泥浆循环过程中钻渣被携带出孔，与此同时，所述第一管道(14)和第二管道(5)中流动泥浆和气流的混合物(10)，自钻头尖(9)排出并顺钻头杆(11)及其上的排渣槽(7)形成向上的气液流向(8)，将钻渣携带出孔口(16)，完成钻孔后关闭泥浆泵和气泵。
4.一种正循环排渣潜水钻机的成孔工艺方法，其特征在于，采用如权利要求2所述用于正循环排渣的潜水钻机，将钻机的钻头尖(9)对准需要钻孔的位置，调整钻头杆(11)的垂直度，钻头尖(9)的转速为45～120转/分钟；由一气泵向输气口(15’)输入气流，气流压力为0.5～5Mpa，以克服孔内土/泥浆压力为准；钻头尖(9)旋转破土；在钻头尖(9)的钻入过程中，当钻头杆(11)完全埋入土中时，由一泥浆泵将泥浆池中的泥浆向输液管道(12)的顶部的进液口(13)灌入，泥浆的流量为50～200m3/h，泥浆向由锥型钻头(6)形成的孔内输入，顺钻头杆(11)及其上的排渣槽(7)流至钻头尖(9)孔底；在钻头尖(9)钻入过程中，通过输气口(15’)输入的气流沿第一管道(14)和第二管道(5)直至从钻头尖(9)排出，并与通过输液管道(12)的进液口(13)输送至钻头尖(9)的泥浆形成气液混合物，在压力作用下顺钻头杆(11)上的排渣槽(7)形成向上的气液流向(8)，携带钻头尖(9)及锥型钻头(6)钻搅的钻渣从孔口(16)返出进入泥浆池，泥浆池中上层悬浮泥浆被泥浆泵再输入输液管道(12)直至孔底，在泥浆循环过程中钻渣被携带出孔，完成钻孔后关闭泥浆泵和气泵。
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