CN105888555B - 捆绑式潜孔锤扩孔钻及水平扩孔施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够将孔内岩屑清理得更干净同时扩孔成本低、钻进效率高的捆绑式潜孔锤扩孔钻及水平扩孔施工工艺，其中捆绑式潜孔锤扩孔钻包括芯轴、主板、翼板、喷管、喷管座、潜孔锤和潜孔锤座，芯轴内设有第一气孔，喷管座固定设置在第一气孔内，喷管的一端固定设置在喷管座的右端面上，主板套在芯轴的外侧面上，潜孔锤座与主板间可相对转动，通过锥面与主板相连接，通过两个半圆卡环防止潜孔锤座从主板上脱开，潜孔锤内设有气腔，潜孔锤的气腔通过第一气道与芯轴的第一气孔左部相通，潜孔锤的输入端固定设置在潜孔锤座上，翼板固定设置在主板的右侧面上，还包括第二气道，第二气道将芯轴内的第一气孔右部与位于主板左侧的空间连通。

Description

捆绑式潜孔锤扩孔钻及水平扩孔施工方法

技术领域

本发明涉及扩孔钻及扩孔施工方法，尤其涉及捆绑式潜孔锤扩孔钻及水平扩孔施工方法。

背景技术

顾名思义，扩孔钻是一种用来将导向孔的直径扩大的钻头，被广泛地应用在水平定向钻进铺管领域。水平定向钻进铺管施工中，当导向孔完成后需要对其进行扩孔作业，在硬岩上进行水平扩孔施工时，主要用组焊式牙轮扩孔钻头或滚刀式扩孔钻头进行扩孔钻进，扩孔钻进过程中，因孔径大，泥浆流速低，有大量的岩屑沉积在孔内，一方面对扩孔钻造成二次磨损，不仅使钻头提前报废，而且钻机功率很大一部分消耗在钻头对岩屑的二次破碎中，使钻进效率降低；另一方面影响后续的拖管作业；此外，扩孔钻进过程中，为了尽可能地把岩屑带出孔外，需要配制浓度较大和性能较好的泥浆，而泥浆的配制成本高，泥浆的无害化处理费用也很高，从而增加了扩孔的成本。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的扩孔钻及水平扩孔施工方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种能够将孔内岩屑清理得更干净同时扩孔成本低、钻进效率高的捆绑式潜孔锤扩孔钻。

本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，包括芯轴、主板、翼板、喷管、喷管座、潜孔锤和潜孔锤座，所述芯轴内设有第一气孔，所述第一气孔从芯轴的左端面延伸至芯轴的右端面，所述喷管座固定设置在第一气孔内，并且喷管座的外侧面与第一气孔的内侧面紧密接触从而将芯轴内的第一气孔分隔为第一气孔左部和第一气孔右部，所述喷管座内还设有从喷管座的左端面延伸至喷管座的右端面的第一通孔，所述喷管的一端固定设置在喷管座的右端面上，并且喷管的内腔与第一通孔相通，所述主板套在芯轴的外侧面上并与芯轴固定连接，所述潜孔锤座设置在主板上，并且潜孔锤可相对主板转动，潜孔锤内设有气腔，所述潜孔锤的气腔通过第一气道与芯轴的第一气孔左部相通，所述第一气道包括从芯轴的内侧面延伸至芯轴的外侧面的第二通孔以及主板内开设的连通第二通孔与喷管座内的气腔的第二气孔，所述潜孔锤的输入端固定设置在潜孔锤座上并且潜孔锤的输出端位于主板的左侧，所述潜孔锤的输入口与潜孔锤座内的气腔相通，所述翼板固定设置在主板的右侧面上，并且翼板的侧面与芯轴的外侧面接触，所述捆绑式潜孔锤扩孔钻还包括第二气道，所述第二气道将芯轴内的第一气孔右部与位于主板左侧的空间连通，第二气道包括第三通孔、第四通孔和第三气孔，所述第三通孔从第一气孔右部的内侧面延伸至芯轴的外侧面，所述第四通孔从主板的左侧面延伸至主板的右侧面，所述第三气孔从翼板的一个侧面延伸至翼板的另一侧面并分别连通第三通孔和第四通孔。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，还包括支板，所述支板套在芯轴的外侧面上并且位于主板的左侧，所述潜孔锤的前端架设在支板上。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述潜孔锤的输入端通过螺纹连接在潜孔锤座上，并且潜孔锤的用于与潜孔锤座连接的螺纹的旋向与钻杆的旋向相反，所述钻杆的一端通过螺纹与芯轴连接。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述潜孔锤座的右端呈圆锥形并且潜孔锤座的右端穿过主板并凸伸出主板的右侧面，并且潜孔锤的凸出与主板右侧面的部分上套有卡环，所述潜孔锤通过卡环设置在主板上。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述卡环上套设有密封圈。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述第一气孔左部和第一气孔右部分别为圆柱形空腔，并且第一气孔左部的横截面的直径大于第二气孔左部的横截面的直径，所述喷管座设置于第一气孔左部的端面上并且通过销钉固定，所述销钉从芯轴的外侧面穿过芯轴的侧壁并伸入至喷管座的内部。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述芯轴的左端还套有扶正器。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述潜孔锤和潜孔锤座的数目分别为4个且环绕芯轴均匀分布。

进一步的，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述所述芯轴的左端设有内螺纹，芯轴的右端设有外螺纹，所述主板和芯轴的连接处以及支板和芯轴的连接处分别设有加强筋。

借由上述方案，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻至少具有以下优点：本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻包括芯轴，喷管座固定设置在芯轴内并将芯轴内的第一气孔分隔为第一气孔左部和第一气孔右部，喷管固定设置在喷管座上，主板与芯轴固定连接，并且潜孔锤通过潜孔锤座固定设置在主板上，主板与芯轴之间还连接有翼板，潜孔锤座内的气腔通过第一气道与第一气孔左部连通，第一气孔右部通过第二气道与主板左侧的空间相通。水平定向钻铺管施工中，当导向孔完成后，卸下导向钻具，连接上捆绑式潜孔锤扩孔钻，芯轴的左端通过前端钻杆连接钻机，芯轴的右端连接后端钻杆。回拖扩孔前在导向孔出土端施工一个与导向孔相连的泥浆坑，泥浆坑内注满泥浆或水，泥浆或水在扩孔过程中不断地流入钻孔内。扩孔开始后，压缩空气从钻机的旋转接头进入前端钻杆中，到达芯轴后大部分气体通过第一气道进入到潜孔锤的气腔中，并驱动潜孔锤进行碎岩，小部分气体通过喷管座和喷管射向芯轴右端连接的后端钻杆。从潜孔锤出来的空气与从泥浆坑流入的泥浆混合，携带岩屑从第二气道进入到芯轴内的第一气孔右部，由于喷管向右喷出气体，第一气孔右部形成一个负压，使得进入到第一气孔右部的空气与泥浆的混合体随着气流被输送到连接于芯轴右端的后端钻杆内，并在压差作用下一直沿着后端钻杆的内管流出到地面。泥浆流出后，其中的岩屑在重力作用下沉淀下来，泥浆重新流到泥浆坑中。扩孔过程中右端不断地续接后端钻杆，直到捆绑式潜孔锤扩孔钻从钻机端露出，接着便将其取下，使前端钻杆与后端钻杆相连，即完成一级扩孔。下一级扩孔重复以上过程，直到扩至要求的孔径为止。从以上的描述中可以看出，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻用潜孔锤代替了牙轮钻头或滚刀来破岩，具有更高的钻进效率；同时岩屑随泥浆和空气从后端钻杆的内孔返出地面，返出流速比正常的从钻杆与孔壁间隙返出流速大得多，因而孔内岩屑被清理得更干净，从而减少孔内重复破碎，节省后续的清孔作业工序；此外，可以用清水或稀泥浆代替稠泥浆或特效泥浆，节约泥浆成本。综上所述，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻能够将孔内岩屑清理得更干净同时扩孔成本低、钻进效率高。

本发明的另一个目的在于提供一种能够将孔内岩屑清理得更干净同时扩孔成本低、钻进效率高的水平扩孔施工方法。

本发明的水平扩孔施工方法，包括以下步骤：

A：将芯轴的左端与前端钻杆的一端固定连接，所述前端钻杆的另一端连接于钻机的旋转接头上，将芯轴的右端与后端钻杆的一端固定连接；

B：在导向孔出土端施工一个与导向孔相连的泥浆坑，泥浆坑内注满泥浆或水；

C：开启钻机进行扩孔，扩孔过程中，岩屑经第二气道进入第一气孔右部并从后端钻杆的内孔中流入泥浆坑。

借由上述方案，本发明的水平扩孔施工方法至少具有以下优点：用潜孔锤代替了牙轮钻头或滚刀来破岩，具有更高的钻进效率；同时岩屑随泥浆和空气从后端钻杆的内孔返出地面，返出流速比正常的从钻杆与孔壁间隙返出流速大得多，因而孔内岩屑被清理得更干净，从而减少孔内重复破碎，节省后续的清孔作业工序；此外，可以用清水或稀泥浆代替稠泥浆或特效泥浆，节约泥浆成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明捆绑式潜孔锤扩孔钻的左视图；

图2是本发明捆绑式潜孔锤扩孔钻的右视图；

图3是图1中CC向的剖视图；

图4是图3中A部的局部放大图；

图5是本发明捆绑式潜孔锤扩孔钻的使用状态图。

图中，1：芯轴；2：主板；3：翼板；4：喷管；5：喷管座；6：潜孔锤；7：潜孔锤座；8：第一气孔；9：第一通孔；10：气腔；11：第一气道；12：第二通孔；13：第二气孔；14：第二气道；15：第三通孔；16：第四通孔；17：第三气孔；18：支板；19：卡环；20：密封圈；21：销钉；22：扶正器；23：加强筋；24：前端钻杆；25：钻机；26：后端钻杆；27：泥浆坑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至4，本发明一较佳实施例所述的一种捆绑式潜孔锤扩孔钻，包括芯轴1、主板2、翼板3、喷管4、喷管座5、潜孔锤6和潜孔锤座7，所述芯轴内设有第一气孔8，所述第一气孔从芯轴的左端面延伸至芯轴的右端面，所述喷管座固定设置在第一气孔内，并且喷管座的外侧面与第一气孔的内侧面紧密接触从而将芯轴内的第一气孔分隔为第一气孔左部和第一气孔右部，所述喷管座内还设有从喷管座的左端面延伸至喷管座的右端面的第一通孔9，所述喷管的一端固定设置在喷管座的右端面上，并且喷管的内腔与第一通孔相通，所述主板套在芯轴的外侧面上并与芯轴固定连接，所述潜孔锤座与主板间可相对转动，通过锥面与主板相连接，通过两个半圆卡环防止潜孔锤座从主板上脱开，潜孔锤内设有气腔10，所述潜孔锤的气腔通过第一气道11与芯轴的第一气孔左部相通，所述第一气道包括从芯轴的内侧面延伸至芯轴的外侧面的第二通孔12以及主板内开设的连通第二通孔与喷管座内的气腔的第二气孔13，所述潜孔锤的输入端固定设置在潜孔锤座上并且潜孔锤的输出端位于主板的左侧，所述潜孔锤的输入口与潜孔锤座内的气腔相通，所述翼板固定设置在主板的右侧面上，并且翼板的侧面与芯轴的外侧面接触，所述捆绑式潜孔锤扩孔钻还包括第二气道14，所述第二气道将芯轴内的第一气孔右部与位于主板左侧的空间连通，第二气道包括第三通孔15、第四通孔16和第三气孔17，所述第三通孔从第一气孔右部的内侧面延伸至芯轴的外侧面，所述第四通孔从主板的左侧面延伸至主板的右侧面，所述第三气孔从翼板的一个侧面延伸至翼板的另一侧面并分别连通第三通孔和第四通孔。

本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻的工作原理如下：水平定向钻铺管施工中，当导向孔完成后，卸下导向钻具，连接上捆绑式潜孔锤扩孔钻，芯轴的左端通过前端钻杆连接钻机，芯轴的右端连接后端钻杆。回拖扩孔前在导向孔出土端施工一个与导向孔相连的泥浆坑，泥浆坑内注满泥浆或水，泥浆或水在扩孔过程中不断地流入钻孔内。扩孔开始后，压缩空气从钻机的旋转接头进入前端钻杆中，到达芯轴后大部分气体通过第一气道进入到潜孔锤的气腔中，并驱动潜孔锤进行碎岩，小部分气体通过喷管座和喷管射向芯轴右端连接的后端钻杆。从潜孔锤出来的空气与从泥浆坑流入的泥浆混合，携带岩屑从第二气道进入到芯轴内的第一气孔右部，由于喷管向右喷出气体，第一气孔右部形成一个负压，使得进入到第一气孔右部的空气与泥浆的混合体随着气流被输送到连接于芯轴右端的后端钻杆内，并在压差作用下一直沿着后端钻杆的内管流出到地面。泥浆流出后，其中的岩屑在重力作用下沉淀下来，泥浆重新流到泥浆坑中。扩孔过程中右端不断地续接后端钻杆，直到捆绑式潜孔锤扩孔钻从钻机端露出，接着便将其取下，使前端钻杆与后端钻杆相连，即完成一级扩孔。下一级扩孔重复以上过程，直到扩至要求的孔径为止。从以上的描述中可以看出，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻用潜孔锤代替了牙轮钻头或滚刀来破岩，具有更高的钻进效率；同时岩屑随泥浆和空气从后端钻杆的内孔返出地面，返出流速比正常的从钻杆与孔壁间隙返出流速大得多，因而孔内岩屑被清理得更干净，从而减少孔内重复破碎，节省后续的清孔作业工序；此外，可以用清水或稀泥浆代替稠泥浆或特效泥浆，节约泥浆成本。综上所述，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻能够将孔内岩屑清理得更干净同时扩孔成本低、钻进效率高。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，还包括支板18，所述支板套在芯轴的外侧面上并且位于主板的左侧，所述潜孔锤的前端架设在支板上。支板的设置，使得潜孔锤能够更稳固地设置在芯轴上。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述潜孔锤的输入端通过螺纹连接在潜孔锤座上，并且潜孔锤的用于与潜孔锤座连接的螺纹的旋向与钻杆的旋向相反，所述钻杆的一端通过螺纹与芯轴连接。此项设计的目的在于使得扩孔过程中潜孔锤不会松扣。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述潜孔锤座的右端呈圆锥形并且潜孔锤座的右端穿过主板并凸伸出主板的右侧面，并且潜孔锤的凸出与主板右侧面的部分上套有卡环19，所述潜孔锤通过卡环设置在主板上。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述卡环上套设有密封圈20。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述第一气孔左部和第一气孔右部分别为圆柱形空腔，并且第一气孔左部的横截面的直径大于第二气孔左部的横截面的直径，所述喷管座设置于第一气孔左部的端面上并且通过销钉21固定，所述销钉从芯轴的外侧面穿过芯轴的侧壁并伸入至喷管座的内部。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述芯轴的左端还套有扶正器22。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述潜孔锤和潜孔锤座的数目分别为4个且环绕芯轴均匀分布。

作为优选，本发明的捆绑式潜孔锤扩孔钻，所述所述芯轴的左端设有内螺纹，芯轴的右端设有外螺纹，所述主板和芯轴的连接处以及支板和芯轴的连接处分别设有加强筋23。

参见图5，本发明一较佳实施例所述的水平扩孔施工方法，包括以下步骤：

A：将芯轴的左端与前端钻杆24的一端固定连接，所述前端钻杆的另一端连接于钻机25的旋转接头上，将芯轴的右端与后端钻杆26的一端固定连接；

B：在导向孔出土端施工一个与导向孔相连的泥浆坑27，泥浆坑内注满泥浆或水；

C：开启钻机进行扩孔，扩孔过程中，岩屑经第二气道进入第一气孔右部并从后端钻杆的内孔中流入泥浆坑。

用潜孔锤代替了牙轮钻头或滚刀来破岩，具有更高的钻进效率；同时岩屑随泥浆和空气从后端钻杆的内孔返出地面，返出流速比正常的从钻杆与孔壁间隙返出流速大得多，因而孔内岩屑被清理得更干净，从而减少孔内重复破碎，节省后续的清孔作业工序；此外，可以用清水或稀泥浆代替稠泥浆或特效泥浆，节约泥浆成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：包括芯轴、主板、翼板、喷管、喷管座、潜孔锤和潜孔锤座，所述芯轴内设有第一气孔，所述第一气孔从芯轴的左端面延伸至芯轴的右端面，所述喷管座固定设置在第一气孔内，并且喷管座的外侧面与第一气孔的内侧面紧密接触从而将芯轴内的第一气孔分隔为第一气孔左部和第一气孔右部，所述喷管座内还设有从喷管座的左端面延伸至喷管座的右端面的第一通孔，所述喷管的一端固定设置在喷管座的右端面上，并且喷管的内腔与第一通孔相通，所述主板套在芯轴的外侧面上并与芯轴固定连接，所述潜孔锤座设置在主板上，并且潜孔锤可相对主板转动，潜孔锤内设有气腔，所述潜孔锤的气腔通过第一气道与芯轴的第一气孔左部相通，所述第一气道包括从芯轴的内侧面延伸至芯轴的外侧面的第二通孔以及主板内开设的连通第二通孔与喷管座内的气腔的第二气孔，所述潜孔锤的输入端固定设置在潜孔锤座上并且潜孔锤的输出端位于主板的左侧，所述潜孔锤的输入口与潜孔锤座内的气腔相通，所述翼板固定设置在主板的右侧面上，并且翼板的侧面与芯轴的外侧面接触，所述捆绑式潜孔锤扩孔钻还包括第二气道，所述第二气道将芯轴内的第一气孔右部与位于主板左侧的空间连通，第二气道包括第三通孔、第四通孔和第三气孔，所述第三通孔从第一气孔右部的内侧面延伸至芯轴的外侧面，所述第四通孔从主板的左侧面延伸至主板的右侧面，所述第三气孔从翼板的一个侧面延伸至翼板的另一侧面并分别连通第三通孔和第四通孔。

2.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：还包括支板，所述支板套在芯轴的外侧面上并且位于主板的左侧，所述潜孔锤的前端架设在支板上。

3.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述潜孔锤的输入端通过螺纹连接在潜孔锤座上，并且潜孔锤的用于与潜孔锤座连接的螺纹的旋向与钻杆的旋向相反，所述钻杆的一端通过螺纹与芯轴连接。

4.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述潜孔锤座的右端呈圆锥形并且潜孔锤座的右端穿过主板并凸伸出主板的右侧面，并且潜孔锤的凸出与主板右侧面的部分上套有卡环，所述潜孔锤通过卡环设置在主板上。

5.根据权利要求4所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述卡环上套设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述第一气孔左部和第一气孔右部分别为圆柱形空腔，并且第一气孔左部的横截面的直径大于第二气孔左部的横截面的直径，所述喷管座设置于第一气孔左部的端面上并且通过销钉固定，所述销钉从芯轴的外侧面穿过芯轴的侧壁并伸入至喷管座的内部。

7.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述芯轴的左端还套有扶正器。

8.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述潜孔锤和潜孔锤座的数目分别为4个且环绕芯轴均匀分布。

9.根据权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻，其特征在于：所述所述芯轴的左端设有内螺纹，芯轴的右端设有外螺纹，所述主板和芯轴的连接处以及支板和芯轴的连接处分别设有加强筋。

10.一种利用如权利要求1所述的捆绑式潜孔锤扩孔钻的水平扩孔施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：将芯轴的左端与前端钻杆的一端固定连接，所述前端钻杆的另一端连接于钻机的旋转接头上，将芯轴的右端与后端钻杆的一端固定连接；

B：在导向孔出土端施工一个与导向孔相连的泥浆坑，泥浆坑内注满泥浆或水；

C：开启钻机进行扩孔，扩孔过程中，岩屑经第二气道进入第一气孔右部并从后端钻杆的内孔中流入泥浆坑。