CN107893638A - 一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，包括步骤：为钻探取心的钻杆和套管配置由回收接口装置、杂物分离装置和粉尘收集装置构成的环保回收系统，并使回收接口装置与钻杆和套管完全对接；通过粉尘收集装置上的液压马达驱动排风叶轮为系统产生负压吸力，将施工时套管顶端喷出的各种固液粉尘等杂物回收，再分离出固液部分，再对气体粉尘进行过滤收集，达到排放干净空气的效果。本发明通过对回收接口装置的准确设计，使其能够较为完美地与钻杆和套管匹配，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，实现施工高效、环保的目的。

Description

一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法

技术领域

本发明涉及钻探环保领域，具体地讲，涉及的是一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法。

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、冰川冰水、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，现有技术中缺乏行之有效的回收处理方案。

发明内容

为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，包括如下步骤：

(1)为钻探取心的钻杆和套管配置环保回收系统，该环保回收系统包括通过管道依次连接的回收接口装置、杂物分离装置和粉尘收集装置，该回收接口装置套置于钻杆和套管上并与套管顶部完全对接；

(2)所述粉尘收集装置通过其上设置的液压马达驱动与之连接的排风叶轮，在环保回收系统内产生负压，使回收接口装置在套管顶部形成吸力；

(3)钻杆钻进时产生的碎渣、粉尘及液体物质沿套管内从顶部喷出，进入与之对接的回收接口装置内，并在该吸力的引导下经管道以一定速度进入杂物分离装置；

(4)所述碎渣、粉尘及液体物质在重力和离心力作用下进行分离，其中较重的物质在杂物分离装置内壁设置的螺旋叶片的导向下回转汇集于杂物分离装置底部，较轻的物质随环保回收系统内的负压吸力经管道进入粉尘收集装置；

(5)所述较轻的物质在粉尘收集装置内经其内设置的帆布滤网阻隔过滤，沉积汇集在粉尘收集装置底部，并由粉尘收集装置上的排风叶轮排出干净气体；

其中，所述较重的物质包括碎渣、固体颗粒、液体，所述较轻的物质包括粉尘。

进一步地，所述杂物分离装置和粉尘收集装置的底部均设有排废口，并在排废口上连接橡胶袋，用以回收所汇集的杂物。

具体地，所述环保回收系统内产生的负压使所述橡胶袋被吸紧贴合，从而封闭排废口；

当杂物分离装置或粉尘收集装置底部汇集的杂物重量超过对应排废口的吸力时，该汇集的杂物落入相应的橡胶袋内，且在杂物落下后该橡胶袋在吸力的作用下再次封闭对应排废口。

并且，当该环保回收系统停止工作后，排风叶轮停止工作，不再产生吸力，此时堆积在排废口的杂物在其自身重力作用下自动落下进入橡胶袋。

进一步地，当所述粉尘收集装置内的帆布滤网附着的粉尘杂物影响气体过滤时，反转液压马达驱动排风叶轮逆向通气，将帆布滤网表面附着的粉尘杂物抖落。

具体地，所述回收接口装置包括两个相互扣合并形成一回收腔室的扣合壳，与一个扣合壳连接并与回收腔室连通的用于连接管道的接头管，以及设置于扣合壳下部并与回收腔室连通的用于连接套管的安装管，其中，安装管的内径与套管外径匹配，且安装管的管壁上设有至少2个螺栓孔，并在每个螺栓孔内都设有用于连接套管的紧固螺栓，所述扣合壳的上端设有与钻杆匹配的钻杆通道孔，并在该钻杆通道孔内设有钻杆保持套；两个所述扣合壳的一侧通过固定铰链铰接，另一侧通过活动铰链铰接。

具体地，所述杂物分离装置还包括下端呈锥形的分离壳体，设置于分离壳体侧壁并通过管道与回收接口装置连通的分离进管，以及设置于分离壳体上部并通过管道与粉尘收集装置连通的分离出管，其中，所述螺旋叶片在分离壳体内壁呈整体螺旋走向，所述排废口设置于分离壳体的锥形下端。

具体地，所述粉尘收集装置还包括其下部设有粉尘沉积槽且顶部具有排风出口的收集壳体，以及设置于收集壳体中部下侧的通过管道与杂物分离装置连通的收集进管，其中，所述帆布滤网在收集壳体内密集排布地设置数个且帆布滤网中部与排风出口连通，所述液压马达和排风叶轮安装在收集壳体顶部，并在收集壳体的顶部设置用于安装排风叶轮的安装腔室，该安装腔室的进风口与排风出口连通，其出风口即为该系统的排气口；所述排废口设置于粉尘沉积槽底部。

并且，所述收集壳体侧壁还开设有便于拆装帆布滤网的操作口，并在该操作口上设置封闭板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设计巧妙，通过对回收接口装置的准确设计，使其能够较为完美地与钻杆和套管匹配，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，非常适合勘探取心工程冲击钻探施工中应用，具有广阔的应用前景。

(2)本发明的回收接口装置采用半合式结构，能够非常方便地安装和拆卸，尤其是在起下钻杆和加长套管时，使用方便，并且回收接口装置与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)本发明通过杂物分离装置对进入水、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)本发明通过粉尘收集装置中的帆布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帆布滤网进行更换。

(5)本发明的杂物分离装置和粉尘收集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。

附图说明

图1为本发明中环保回收系统的安装结构示意图。

图2为本发明中回收接口装置的安装示意图。

图3为本发明中回收接口装置的侧面示意图。

图4为本发明中杂物分离装置的结构示意图。

图5为本发明中粉尘收集装置的结构示意图。

图6为图5的A向示意图。

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，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图6所示，该钻探取心施工的环保分离除尘回收方法所采用的环保回收系统，主要包括通过管道4依次连通的回收接口装置1、杂物分离装置2和粉尘收集装置3三大部分，在实际应用中，可根据实际情况设置相应的机架用以安装各装置。各装置的具体构造如下：

所述回收接口装置，主要用于回收冲击钻探时产生的各种固液气体物质，其套于钻杆5上并与钻杆的套管6上端连接。更具体地，其包括两个相互扣合并形成一回收腔室12的扣合壳11，与一个扣合壳连接并与回收腔室连通的用于连接管道的接头管13，以及设置于扣合壳下部并与回收腔室连通的用于连接套管的安装管14，其中，安装管的内径与套管外径匹配，且安装管的管壁上设有至少2个螺栓孔15，并在每个螺栓孔内都设有用于连接套管的紧固螺栓16，所述扣合壳的上端设有与钻杆匹配的钻杆通道孔，并在该钻杆通道孔内设有钻杆保持套17。扣合壳的下部也设有供钻杆穿过的通道孔，该通道孔的直径略小于套管的内径，从而在扣合壳下部形成一个能够对套管顶端进行限位定位的台阶。其中，两个扣合壳均呈内空的半圆柱体状，其一侧通过固定铰链18铰接，另一侧通过活动铰链19铰接。扣合后，回收接口装置的回收腔室即从套管上端与套管内连通，而扣合壳上部通过钻杆保持套与钻杆形成可灵活转动又基本密封的连接结构，因此，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套管上端喷出，进入回收腔室，并有沿出口移动的趋势，此时再由本系统产生的吸力引导，即可准确地由接头管处进入管道从而流向下一装置，实际上本系统所需的吸力并不大。

所述杂物分离装置，主要用于进行气态物质与固液态物质分离，本发明中所指的气态物质包含了能随气体移动的粉尘类物质，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下一装置，与其他装置之间通过管道(优选软管)连通。更具体地，其包括下端呈锥形的分离壳体21，设置在分离壳体内壁呈整体螺旋走向的螺旋叶片22，设置于分离壳体侧壁并通过管道与回收接口装置连通的分离进管23，设置于分离壳体上部并通过管道与粉尘收集装置连通的分离出管24，设置于分离壳体下部且位于其末端的排废口25，以及安装在排废口上的橡胶袋26。在需要时，可设置驱动电机来驱动螺旋叶片转动，以增加固液物质的聚集作用。当回收接口装置流来的大量固、液、气态物质由分离进管进入后，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管流向下一装置；沉积的固液态物质向下聚集在排废口，而且分离壳体下端的锥形状还能更好地聚集物质和封闭下端排废口的作用，使分离壳体内形成以分离进管为进、分离出管为出的气流通道，当排废口处聚集的固液物质还不足以封闭该口时，系统的吸力还会使橡胶袋在该排废口处被吸紧关闭，有效地保证了系统内的密封性。当排废口处聚集的物质产生的重力大于橡胶袋被吸的吸力时，这些聚集的固液物质便从此处排出，排出后该橡胶袋又因吸力而被吸紧关闭。

所述粉尘收集装置，主要用于对前述装置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。具体地，其包括其下部设有粉尘沉积槽32且顶部具有排风出口33的收集壳体31，在收集壳体内密集排布设置且中部与排风出口连通的数个帆布滤网34，设置于收集壳体中部下侧的通过管道与杂物分离装置连通的收集进管35，设置在收集壳体顶部的安装腔室38，安装在安装腔室内的排风叶轮39，以及设置在安装腔室上用于驱动排风叶轮的液压马达40，其中，所述粉尘沉积槽底部也设有排废口25，该排放口上也连接有橡胶袋26，该安装腔室的进风口与排风出口连通，其出风口即为该系统的排气口41，该液压马达驱动排风叶轮为本系统提供吸力。进一步地，所述收集壳体侧壁还开设有便于拆装帆布滤网的操作口，并在该操作口上设置封闭板42。当分离装置流入的气态物质由收集进管进入时，在吸力作用下向上经过帆布滤网，一部分粉尘类物质受滤网阻挡掉落至粉尘沉积槽内，另一部分粉尘类物质则附着在帆布滤网上，洁净的气体从滤网上部经排风出口排出。粉尘沉积槽内聚集的粉尘都会聚集在其下部的排废口处，其上连接的橡胶袋在系统吸力作用下吸紧关闭该排废口，当粉尘类物质在该排废口处聚集到一定程度后，其产生的重力大于橡胶袋被吸的力，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。

值得说明的是，本系统中橡胶袋的下部还可根据实际情况设置开口，以便排除收集的物质。

该钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，包括如下步骤：

(1)为钻探取心的钻杆和套管配置环保回收系统，使回收接口装置套置于钻杆和套管上并与套管顶部完全对接，即先打开扣合壳上的活动铰链，然后将钻杆和套管套入其内，使安装管套于在套管的顶部，再关闭该活动铰链，并通过紧固螺栓使套管和安装管保持固定；

(2)启动所述粉尘收集装置上的液压马达驱动与之连接的排风叶轮，在环保回收系统内产生负压，使回收接口装置在套管顶部形成吸力；

(3)钻杆钻进时产生的碎渣、粉尘及液体物质等杂物沿套管内从顶部喷出，进入与之对接的回收接口装置的回收腔室内，并在该吸力的引导下经管道以一定速度进入杂物分离装置的分离壳体；

(4)所述碎渣、粉尘及液体物质等杂物在重力和离心力作用下进行分离，其中较重的物质在杂物分离装置内壁设置的螺旋叶片的导向下回转汇集于杂物分离装置底部，较轻的物质随环保回收系统内的负压吸力和气体经管道进入粉尘收集装置；

(5)所述较轻的物质在粉尘收集装置内经帆布滤网阻隔过滤，附着或掉落，沉积汇集在粉尘收集装置底部的粉尘沉积槽，并由粉尘收集装置上的排风叶轮排出干净气体；

其中，所述较重的物质包括碎渣、固体颗粒、液体等，所述较轻的物质包括粉尘等。

具体地，所述环保回收系统内产生的负压使杂物分离装置和粉尘收集装置上连接的橡胶袋被吸紧贴合，从而封闭其上的排废口；

当杂物分离装置或粉尘收集装置底部汇集的杂物重量超过对应排废口的吸力时，该汇集的杂物落入相应的橡胶袋内，且在杂物落下后该橡胶袋在吸力的作用下再次封闭对应排废口。

并且，当该环保回收系统停止工作后，排风叶轮停止工作，不再产生吸力，此时堆积在排废口的杂物在其自身重力作用下自动落下进入橡胶袋。

另外，当所述粉尘收集装置内的帆布滤网附着的粉尘杂物影响气体过滤时，反转液压马达驱动排风叶轮逆向通气，将帆布滤网表面附着的粉尘杂物抖落。

通过该方法和系统，可以对勘探取心工程中钻探施工时产生的各种杂物高效回收，避免其乱排放影响环境和操作人员的健康，改善施工环境。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)为钻探取心的钻杆和套管配置环保回收系统，该环保回收系统包括通过管道依次连接的回收接口装置、杂物分离装置和粉尘收集装置，该回收接口装置套置于钻杆和套管上并与套管顶部完全对接；

(2)所述粉尘收集装置通过其上设置的液压马达驱动与之连接的排风叶轮，在环保回收系统内产生负压，使回收接口装置在套管顶部形成吸力；

(3)钻杆钻进时产生的碎渣、粉尘及液体物质沿套管内从顶部喷出，进入与之对接的回收接口装置内，并在该吸力的引导下经管道以一定速度进入杂物分离装置；

(4)所述碎渣、粉尘及液体物质在重力和离心力作用下进行分离，其中较重的物质在杂物分离装置内壁设置的螺旋叶片的导向下回转汇集于杂物分离装置底部，较轻的物质随环保回收系统内的负压吸力经管道进入粉尘收集装置；

(5)所述较轻的物质在粉尘收集装置内经其内设置的帆布滤网阻隔过滤，沉积汇集在粉尘收集装置底部，并由粉尘收集装置上的排风叶轮排出干净气体；

其中，所述较重的物质包括碎渣、固体颗粒、液体，所述较轻的物质包括粉尘。

2.根据权利要求1所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，所述杂物分离装置和粉尘收集装置的底部均设有排废口，并在排废口上连接橡胶袋，用以回收所汇集的杂物。

3.根据权利要求2所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，所述环保回收系统内产生的负压使所述橡胶袋被吸紧贴合，从而封闭排废口；

当杂物分离装置或粉尘收集装置底部汇集的杂物重量超过对应排废口的吸力时，该汇集的杂物落入相应的橡胶袋内，且在杂物落下后该橡胶袋在吸力的作用下再次封闭对应排废口。

4.根据权利要求1所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，当所述粉尘收集装置内的帆布滤网附着的粉尘杂物影响气体过滤时，反转液压马达驱动排风叶轮逆向通气，将帆布滤网表面附着的粉尘杂物抖落。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，所述回收接口装置包括两个相互扣合并形成一回收腔室(12)的扣合壳(11)，与一个扣合壳连接并与回收腔室连通的用于连接管道的接头管(13)，以及设置于扣合壳下部并与回收腔室连通的用于连接套管的安装管(14)，其中，安装管的内径与套管外径匹配，且安装管的管壁上设有至少2个螺栓孔(15)，并在每个螺栓孔内都设有用于连接套管的紧固螺栓(16)，所述扣合壳的上端设有与钻杆匹配的钻杆通道孔，并在该钻杆通道孔内设有钻杆保持套(17)；两个所述扣合壳的一侧通过固定铰链(18)铰接，另一侧通过活动铰链(19)铰接。

6.根据权利要求1～4任一项所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，所述杂物分离装置还包括下端呈锥形的分离壳体(21)，设置于分离壳体侧壁并通过管道与回收接口装置连通的分离进管(23)，以及设置于分离壳体上部并通过管道与粉尘收集装置连通的分离出管(24)，其中，所述螺旋叶片(22)在分离壳体内壁呈整体螺旋走向，所述排废口设置于分离壳体的锥形下端。

7.根据权利要求1～4任一项所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，所述粉尘收集装置还包括其下部设有粉尘沉积槽(32)且顶部具有排风出口(33)的收集壳体(31)，以及设置于收集壳体中部下侧的通过管道与杂物分离装置连通的收集进管(35)，其中，所述帆布滤网(34)在收集壳体内密集排布地设置数个且帆布滤网中部与排风出口连通，所述液压马达和排风叶轮安装在收集壳体顶部，并在收集壳体的顶部设置用于安装排风叶轮的安装腔室(38)，该安装腔室的进风口与排风出口连通，其出风口即为该系统的排气口(41)；所述排废口设置于粉尘沉积槽底部。

8.根据权利要求7所述的一种钻探取心施工的环保分离除尘回收方法，其特征在于，所述收集壳体侧壁还开设有便于拆装帆布滤网的操作口，并在该操作口上设置封闭板(42)。