CN108049808B - 一种钻孔钻具和钻孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻孔钻具和钻孔方法，包括钻具本体、套管和管靴，所述钻具本体包括中心钻头、偏心钻头和导正器，偏心钻头设于导正器与中心钻头之间，导正器设于管靴内，管靴顶端连接套管，导正器通过偏心轴连接偏心钻头，导正器与中心钻头之间设有锁紧机构。本发明保证了中心钻头与导正器之间连接具有良好的可靠性，彻底解除了用于的掉钻之忧。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔技术领域，更具体地说，它涉及一种钻孔钻具和钻孔方法。
背景技术
目前钻孔的方法一般是通过起重机将内部钻孔设备插入设置在土壤中的套管，当遇到砂层、碎石等土层较硬的地质情况，穿透能力低，施工工效慢，特别是在钻孔过程中钻孔设备的钻头会产生巨大的应力集中，不可避免的出现钻孔设备扭转，从而造成套管劈裂、酥裂等现象，在建筑物长期施压的情况下将严重影响建筑结构安全。
现有技术中，授权公告号为CN204082008U的中国专利公开了一种旋挖钻头，包括圆筒状的钻体，钻体的高度与底部直径的比值大于3。
上述旋挖钻头由于钻体的高度相对于底部直径延长，在旋挖钻头挖掘推进的过程中，可以很方便地通过调整钻体上部的位置来调整钻头的推进方向，使该旋挖钻头在进行二次挖掘的时候减小钻孔方向的偏移幅度，但是，在钻孔时，当需要增加承受荷载的区域时，无法满足扩孔的工作需要。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钻孔钻具有效满足钻孔和扩孔需求，在钻孔过程中套管产生巨大的应力集中时，套管不容易受损，套管成孔效率高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种钻孔钻具，包括钻具本体、套管和管靴，所述钻具本体包括中心钻头、偏心钻头和导正器，偏心钻头设于导正器与中心钻头之间，导正器设于管靴内，管靴顶端连接套管，导正器通过偏心轴连接偏心钻头，导正器与中心钻头之间设有锁紧机构。
通过采用上述技术方案，采用两级破碎岩石，中心钻头破碎底部岩石，实现钻进；钻具在结构上设计用键来传递扭矩，改变普通单偏心跟管钻具利用连接销进行扭矩传递的弱点，可以传递更大的扭矩，而不发生断裂，从而出现孔内事故。由于采用了中心钻头的结构形式，中心钻头与冲击器以及套管的中心重合，不易形成孔斜，有利于防斜钻进，保证钻孔的轨迹按预定的方向前进。锁紧机构使中心钻头与导正器之间可靠连接，解除用户的掉钻之忧。
本发明进一步设置为：所述锁紧机构包括沿中心钻头径向开设的第一径向槽，沿中心钻头轴向开设的轴向槽，轴向槽与第一径向槽垂直交叉且连通设置，所述第一径向槽内插设横销，所述轴向槽内插设有竖销，横销中空设置，在横销中心插设伸缩头，竖销上开有与伸缩头相适配的销孔，伸缩头插设在销孔内连接竖销和横销。
通过采用上述技术方案，横销和竖销相互自锁，保证了中心钻头与导正器之间连接具有良好的可靠性，彻底解除了用于的掉钻之忧。
本发明进一步设置为：所述第一径向槽正下方设有第二径向槽，第二径向槽与第一径向槽呈阶梯状设置。
通过采用上述技术方案，设计科学合理，制造容易，使用方面，可操作性强。
本发明进一步设置为：所述第一径向槽与第二径向槽的长度比为4:1。
通过采用上述技术方案，横销和竖销实现互锁自锁，从而有效避免钻头的掉落，实用更加安全。
本发明进一步设置为：所述第二径向槽与轴向槽连通设置。
通过采用上述技术方案，当中心钻头使用一段时间过发生磨损，可以方便更换，具体操作为作用于伸缩头，使竖销解除对横销的锁定，通过第二径向槽将竖销推出，从而实现中心钻头的拆卸，方便中心钻头的更换。
本发明进一步设置为：所述管靴内侧壁设有多个向内突的内凸肩，导正器的外侧壁上设有多个与内凸肩相配合的外凸肩。
通过采用上述技术方案，导正器外侧壁上设有多个外凸肩，外凸肩呈阶梯状，套管的跟进是通过阶梯状外凸肩传递力量，在潜孔锤冲击力的作用下，向孔内跟进。
本发明进一步设置为：所述套管底部位于套管的内侧壁上设有向外凹的内凹槽，管靴顶部位于管靴的外侧壁上设有向内凹的外凹槽，内凹槽与外凹槽配合用于连接套管和管靴。
通过采用上述技术方案，实现了套管与管靴紧密配合，安装和拆卸方便，省时省力。
本发明进一步设置为：所述中心钻头和偏心钻头底部分别设有钻齿，钻齿沿中心钻头和偏心钻头周向等间距环设若干
通过采用上述技术方案，采用两级破碎岩石，偏心钻头实现扩孔的作用，中心钻头破碎底部岩石，实现钻进。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
采用螺旋钻以及预期配套的螺旋钻孔装置，其外径与套管的内径相配，当使用螺旋钻钻孔时，螺旋钻孔装置垂直钻架工作，并只能倾斜少许角度，保证钻孔的准确和安全；方便对套管的支撑和定位，在钻孔过程中套管产生巨大的应力集中时，套管不容易受损，套管成孔效率高。
本发明的另一个目的是提供一种钻孔方法，采用上述钻孔钻具实现钻孔，包括以下步骤：
一种钻孔方法，采用上述钻孔钻具实现钻孔工作，包括以下步骤：
步骤一：测量放样，根据设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，确定钻孔的深度和孔径，整平场地后，根据钻孔中心座标定中心点；
步骤二：制造预制孔，按照设计标高和孔径，采用打桩机在地基上沿中心点向下钻孔；
步骤三：钻孔结束，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具；
步骤四：扩孔，将前期下入钻孔的套管拔离始扩位置，为跟管钻具的张开提供空间条件，将跟管钻具下到始扩位置与套管脚之间的裸露孔段，开泵送水使钻具张开，先采用小规程参数扩孔，再跟进地层选择适宜的扩孔规程参数扩孔；
步骤五：跟管，每当累计扩孔进尺5-10米，提钻及时加长套管，增加套管的长度L为：L=Hk-La-1，其中，Hk扩孔孔深，La孔内套管长度。
本发明具有以下有益效果：
钻具结构采取同步、同心跟管钻进，从结构上保证孔底始终具有钻具到位的径向和轴向空间位置，确保钻具不因地层的垮塌造成故障，在钻孔过程中套管产生巨大的应力集中时，套管不容易受损，套管成孔效率高，适应性强，解决了复杂地层钻孔问题，有效提高高工程经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本实施例一的结构示意图；
图2为本实施例一中套管、管靴和钻具本体的结构及配合关系示意图；
图3为本实施例一钻具本体的仰视示意图；
图4为本实施例一偏心钻头与偏心轴的配合结构示意图；
图5为本实施例一中锁紧机构的结构示意图；
图6为本实施例一中管靴的结构示意图；
图7为本实施例一中导正器的结构示意图；
图8为本实施例一套管的结构示意图。
图中：1、钻具本体；2、套管；3、管靴；4、中心钻头；5、偏心钻头；6、导正器；7、偏心轴；8、锁紧机构；81、第一径向槽；82、轴向槽；83、横销；84、竖销；85、伸缩头；86、销孔；9、第二径向槽；10、内凸肩；11、外凸肩；12、内凹槽；13、外凹槽；14、钻齿；15、打桩机。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述。
实施例一，一种钻孔钻具，如图1，设置在打桩机15上，通过打桩机15驱动进行打孔工作。
如图2，钻孔钻具包括钻具本体1、套管2和管靴3，其中，钻具本体1包括中心钻头4、偏心钻头5和导正器6，偏心钻头5设于导正器6与中心钻头4之间，导正器6设于管靴3内，管靴3顶端连接套管2。
如图3，中心钻头4和偏心钻头5底部分别设有钻齿14，钻齿14沿中心钻头4和偏心钻头5周向等间距环设若干，采用两级破碎岩石，偏心钻头5实现扩孔的作用，中心钻头4破碎底部岩石，实现钻进。
如图4，导正器6通过偏心轴7连接偏心钻头5。
如图5，导正器6与中心钻头4之间设有锁紧机构8，锁紧机构8包括沿中心钻头4径向开设的第一径向槽81，沿中心钻头4轴向开设的轴向槽82，轴向槽82与第一径向槽81垂直交叉且连通设置，在第一径向槽81内插设横销83，轴向槽82内插设有竖销84，横销83中空设置，在横销83中心插设伸缩头85，竖销84上开有与伸缩头85相适配的销孔86，伸缩头85插设在销孔86内连接竖销84和横销83，横销83和竖销84相互自锁，保证了中心钻头4与导正器6之间连接具有良好的可靠性，彻底解除了用于的掉钻之忧。
第一径向槽81正下方设有第二径向槽9，第一径向槽81与第二径向槽9的长度比为4:1，第二径向槽9与轴向槽82连通设置，且第二径向槽9与第一径向槽81呈阶梯状设置。
如图6，管靴3内侧壁设有内凸肩10，内凸肩10设置多个，且分别向内突设置；管靴3顶部位于管靴3的外侧壁上设有向内凹的外凹槽13。
如图7，导正器6的外侧壁上设有多个外凸肩11，外凸肩11与内凸肩10相配合，外凸肩11呈阶梯状，套管2的跟进是通过阶梯状外凸肩11传递力量，在潜孔锤冲击力的作用下，向孔内跟进。
如图8，套管2底部位于套管2的内侧壁上设有向外凹的内凹槽12，内凹槽12与外凹槽13配合用于连接套管2和管靴3。
工作原理：中心钻头4破碎底部岩石，实现钻进；钻具在结构上设计用键来传递扭矩，改变普通单偏心跟管钻具利用连接销进行扭矩传递的弱点，可以传递更大的扭矩，而不发生断裂，从而出现孔内事故。由于采用了中心钻头4的结构形式，中心钻头4与冲击器以及套管2的中心重合，不易形成孔斜，有利于防斜钻进，保证钻孔的轨迹按预定的方向前进。锁紧机构8使中心钻头4与导正器6之间可靠连接，解除用户的掉钻之忧。
实施例二：一种钻孔方法，包括以下操作步骤：
步骤一：测量放样，根据设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，确定钻孔的深度和孔径，整平场地后，根据钻孔中心座标定中心点；
步骤二：制造预制孔，按照设计标高和孔径，采用打桩机15在地基上沿中心点向下钻孔；
步骤三：钻孔结束，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升中心钻具至偏心钻头5后背与套管2靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具；
步骤四：扩孔，将前期下入钻孔的套管2拔离始扩位置，为跟管钻具的张开提供空间条件，将跟管钻具下到始扩位置与套管2脚之间的裸露孔段，开泵送水使钻具张开，先采用小规程参数扩孔，再跟进地层选择适宜的扩孔规程参数扩孔；
步骤五：跟管，每当累计扩孔进尺5-10米，提钻及时加长套管2，增加套管2的长度L为：L=Hk-La-1，其中，Hk扩孔孔深，La孔内套管2长度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种钻孔方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：测量放样，根据设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，确定钻孔的深度和孔径，整平场地后，根据钻孔中心座标定中心点；
步骤二：制造预制孔，按照设计标高和孔径，采用打桩机驱使钻具在地基上沿中心点向下钻孔；钻具包括钻具本体、套管和管靴，所述钻具本体包括中心钻头、偏心钻头和导正器，偏心钻头设于导正器与中心钻头之间，导正器设于管靴内，管靴顶端连接套管，导正器通过偏心轴连接偏心钻头，导正器与中心钻头之间设有锁紧机构；
步骤三：钻孔结束，先将孔底残渣吹尽，脱开中心钻具的回转动力，停止回转，缓慢提升中心钻具至偏心钻头后背与套管靴前端接触为止，用管子钳卡持钻杆，作反时针方向回转，同时缓慢试提中心钻具；
步骤四：扩孔，将前期下入钻孔的套管拔离始扩位置，为跟管钻具的张开提供空间条件，将跟管钻具下到始扩位置与套管脚之间的裸露孔段，开泵送水使钻具张开，先采用小规程参数扩孔，再跟进地层选择适宜的扩孔规程参数扩孔；
步骤五：跟管，每当累计扩孔进尺5-10米，提钻及时加长套管，增加套管的长度L为：L=Hk-La-1，其中，Hk扩孔孔深，La孔内套管长度。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述锁紧机构(8)包括沿中心钻头(4)径向开设的第一径向槽(81)，沿中心钻头(4)轴向开设的轴向槽(82)，轴向槽(82)与第一径向槽(81)垂直交叉且连通设置，所述第一径向槽(81)内插设横销(83)，所述轴向槽(82)内插设有竖销(84)，横销(83)中空设置，在横销(83)中心插设伸缩头(85)，竖销(84)上开有与伸缩头(85)相适配的销孔(86)，伸缩头(85)插设在销孔(86)内连接竖销(84)和横销(83)。
3.根据权利要求2所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述第一径向槽(81)正下方设有第二径向槽(9)，第二径向槽(9)与第一径向槽(81)呈阶梯状设置。
4.根据权利要求3所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述第一径向槽(81)与第二径向槽(9)的长度比为4:1。
5.根据权利要求4所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述第二径向槽(9)与轴向槽(82)连通设置。
6.根据权利要求1所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述管靴(3)内侧壁设有多个向内突的内凸肩(10)，导正器(6)的外侧壁上设有多个与内凸肩(10)相配合的外凸肩(11)。
7.根据权利要求1所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述套管(2)底部位于套管(2)的内侧壁上设有向外凹的内凹槽(12)，管靴(3)顶部位于管靴(3)的外侧壁上设有向内凹的外凹槽(13)，内凹槽(12)与外凹槽(13)配合用于连接套管(2)和管靴(3)。
8.根据权利要求1所述的一种钻孔方法，其特征在于：所述中心钻头(4)和偏心钻头(5)底部分别设有钻齿(14)，钻齿(14)沿中心钻头(4)和偏心钻头(5)周向等间距环设若干。
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