CN108505934A - 一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，包括筒状的成孔部件、提升部、护孔部件和扫孔部件，成孔部件包括上提升台、防锁紧丝扣、卡爪台阶、扶正器、下提升台、研磨孔、导通孔、限位环、限位台、第一筒体、第二筒体、先导控制、扫孔槽、扫孔腔和底部钻头。提升部包括提升杆、控制杆和伸缩卡爪。护孔部件包括研磨块、成孔弹簧、润滑剂腔和活塞块。扫孔部件包括扫孔罩、扫孔柱、扫孔弹簧、定位块、先导控制杆、先导弹簧和卡簧筒。本发明构思新颖、设计巧妙、结构合理、可靠度高、易于实现，突破了长期以来困扰着钻孔装置的成孔精度差、提钻破坏钻孔壁、后续需要清洗钻孔内壁等问题，实现高精度的成孔、保护钻孔、清洗钻孔。

Description

一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置

技术领域

本发明涉及钻探领域，具体涉及一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，同时能够清扫钻孔壁上的残留物，实现成孔、护孔、扫孔一体化过程，适用于高精度和高效率的成孔钻进。

背景技术

钻探技术是取得地下实物资料、验证地下信息推断与解释、最终圈定矿体、计算储量、评估品位唯一的技术手段，是实现取得宏观影响大成果的重要技术支撑。近年来，随着世界对矿物和金属需求的持续增长，全球固体矿产勘查采矿投资年均增长超过20%。稳定的矿产勘查投入，也使得勘查技术得到稳定发展。国内钻探工作量快速增长：从2006年的800万米到2008年1550万米，即使在金融危机的2009年，我国钻探工作量也达到了1600万米。投入的增加，蕴含了地质工作供给与地质工作需求的新信息，反映了矿产勘查工作的活跃。投入的增加，反映了经济社会发展对地质工作的强劲需求，反映了地质工作运行环境在改善，如政府更加重视、社会更加关注。此外，国内外铁路、公路桥梁等基础工程领域中，钻孔桩基础已经占据了重要地位，成孔质量可谓是其中的关键环节，占据着十分重要的应用地位，成孔质量会对桩基础成品质量产生决定性影响，因此，钻孔的成孔质量对工程的影响尤为重要。

目前，常规的成孔钻具很难保证成孔质量，其成孔精度较差，存在较大的偏差，甚至形成椭圆钻孔，为后续的勘探和施工带来较大的影响；钻具在提升的过程中，底部成孔钻头的侧面钻头也会对形成的钻孔产生破坏作用，导致真实存在的钻孔与设计钻孔存在尺寸出入；钻具提升后，钻孔内壁局部还附着泥浆或者部分岩粉，导致后续的勘探手段（钻孔电视、孔径测量仪等）无法直接进行勘探，需要往返进行洗孔、清孔等步骤，从而导致效率低下并产生大量成本开销。因此，如何突破长期以来困扰着钻孔装置的成孔精度差、提钻破坏钻孔壁、后续需要清洗钻孔内壁等问题，实现高精度的成孔、保护钻孔、清洗钻孔为一体的钻进装置，是钻探和地下工程测试所需的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，构思新颖、设计巧妙、结构合理、可靠度高、易于实现，突破了长期以来困扰着钻孔装置的成孔精度差、提钻破坏钻孔壁、后续需要清洗钻孔内壁等问题，实现高精度的成孔、保护钻孔、清洗钻孔为一体的钻进装置，使高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置能够成为新一代的钻进装置，具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，包括成孔部件，所述的成孔部件包括第一筒体和第二筒体，第一筒体底端通过防锁紧丝扣与第二筒体的顶端连接，第一筒体内壁设置有上提升台，第二筒体周向开设有研磨孔，研磨块一端伸出研磨孔，另一端设置有研磨环，研磨块上套设有成孔弹簧，成孔弹簧一端与第二筒体的内壁相抵，另一端与研磨环相抵，研磨块设置有研磨环的一端与延伸至第二筒体内的提升部的底端外壁相抵，提升部的顶端延伸至第一筒体内且设置有下提升环，下提升环位于上提升台上方，第二筒体的内壁设置有下提升台，提升部的底部设置有上提升环，上提升环位于下提升台下方。

如上所述的第二筒体周向开设有若干个导通孔，导通孔位于研磨孔的下方，第二筒体内设置有润滑剂腔，润滑剂腔上部周向开设有与各个导通孔一一对应连通的润滑剂通孔，润滑剂腔的底面开口有岩粉通孔，润滑剂腔内设置有活塞块。

如上所述的第二筒体位于润滑剂腔下方的周向侧壁设置有若干个前位孔，第二筒体内壁位于前位孔的部分设置有环形的限位台，限位台内设置有与前位孔连通的中位孔，限位台的内环侧设置有与中位孔连通的定位槽，定位槽固定有定位块，中位孔内设置有扫孔柱，扫孔柱包括扫孔杆，扫孔杆上设置有定位环，扫孔杆套设有扫孔弹簧，扫孔弹簧一端与定位环相抵，另一端与定位块相抵，扫孔杆一端贯穿前位孔且设置有扫孔头。

如上所述的第二筒体位于前位孔下方的周向侧壁设置有若干个先导控制孔，先导控制孔为长条形孔，且长度方向与第二筒体的轴线平行，扫孔控制杆一端穿出先导控制孔与套设在第二筒体外部的扫孔罩连接，另一端与第二筒体内的筒状的先导钻杆连接，先导钻杆上套设有先导弹簧，先导弹簧一端与扫孔控制杆相抵，另一端与设置在第二筒体底端内沿相抵，第二筒体底端设置有底部钻头，扫孔控制杆运动至先导控制孔下部时，扫孔罩不遮挡前位孔，扫孔控制杆运动至先导控制孔上部时，扫孔罩遮挡前位孔。

如上所述的先导钻杆的底端开口且顶端封口，先导钻杆的顶端开设有若干个先导通孔，先导通孔与岩粉通孔连通，先导钻杆的顶端内壁设置有金刚石颗粒。

如上所述的先导钻杆的底端设置有先导钻头，卡簧筒的底部通过螺栓固定在先导钻杆的底端内沿，卡簧筒的上部开设有若干个卡簧槽。

如上所述的提升部包括提升杆和控制杆，下提升环设置在提升杆的顶部，提升杆的底部通过伸缩卡爪与控制杆连接，上提升环设置在控制杆上。

如上所述的提升杆的底部设置有上位轴，两个上卡爪的一端均与上位轴铰接，其中一个上卡爪另一端与第一下卡爪一端铰接，另一上卡爪另一端与第二下卡爪一端铰接，第一下卡爪另一端和第二下卡爪另一端与下位轴铰接，下位轴设置在控制杆上，下位轴上还设置有用于撑开第一下卡爪和第二下卡爪的扭力弹簧。

如上所述的第二筒体的内壁周向设置有环形的卡爪台阶，卡爪台阶的内径小于撑开状态下的第一下卡爪和第二下卡爪的外沿旋转直径。

研磨块伸出研磨孔的一端设置有精磨头和粗磨头，精磨头位于粗磨头的上部，精磨头呈矩形块状，粗磨头呈倒锥形状。

本发明相对于现有技术具有以下优势：

1、本发明利用机械构件之间的相互配合，实现成孔、护孔、扫孔一体化过程；

2、本发明机械结构简便，操作方便，容易实现；

3、本发明提高了成孔的精度和效率，对成孔环境的要求不高；

4、本发明的构思严密、设计巧妙、尺寸合理；

5、本发明的结构体系和总体布局简单，易于实施。

总之，本发明提供了一种采用底部钻头成先导孔、粗磨头成粗磨孔、精磨头成精磨孔的方式来实现高精度的成孔，润滑剂腔能够自动实时为粗磨头和精磨头提供润滑剂研磨液，起到保证高精度的成孔质量及润滑磨头的作用，利用防锁紧丝扣和提升部的相互配合来实现研磨块的收缩，达到护孔的目的，利用卡簧筒与岩石之间的摩擦力，结合扫孔部件的机械配合，实现自动布设扫孔柱，达到扫孔的目的，成孔护孔扫孔的一体化钻进装置能够有效提高成孔精度和效率，该方法设计巧妙，构思严密，结构体系简单，易于实施。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为成孔部件剖面结构示意图；

图3为成孔部件外部结构示意图；

图4为提升部结构示意图；

图5为护孔部件结构示意图；

图6为扫孔部件结构示意图；

图7为上丝扣结构示意图；

图8为下丝扣结构示意图；

图9为防锁紧丝扣闭合示意图；

图10为防锁紧丝扣分离示意图；

图11为限位台结构示意图；

图12为提升杆结构示意图；

图13为控制杆结构示意图；

图14为伸缩卡爪结构示意图；

图15为上卡爪结构示意图；

图16为第一下卡爪结构示意图，其中（a）为第一下卡爪的正视示意图，（b）为第一下卡爪的侧视示意图；

图17为第二下卡爪结构示意图，其中（a）为第二下卡爪的正视示意图，（b）为第二下卡爪的侧视示意图；

图18为研磨块结构示意图；

图19为润滑剂腔结构示意图；

图20为扫孔柱结构示意图；

图21为先导控制杆结构示意图，其中（a）为剖面示意图，（b）为俯视示意图；

图22为卡簧筒结构示意图；

图23为装置成孔阶段示意图；

图24为伸缩卡爪收缩状态示意图；

图25为研磨块收缩前状态示意图；

图26为研磨块收缩后状态示意图；

图27为扫孔柱布设前状态示意图；

图28为扫孔柱布设后状态示意图；

图中：1-成孔部件；110-第一筒体；111-第二筒体；2-提升部；3-护孔部件；4-扫孔部件；11-上提升台；12-防锁紧丝扣；13-卡爪台阶；14-扶正器；15-下提升台；16-研磨孔；17-导通孔；18-限位环；19-限位台；1A-先导控制孔；1B-扫孔槽；1C-扫孔腔；1D-底部钻头； 21-提升杆；22-控制杆；23-伸缩卡爪；31-研磨块；32-成孔弹簧；33-润滑剂腔；34-活塞块；41-扫孔罩；42-扫孔柱；43-扫孔弹簧；44-定位块；45-先导控制杆；46-先导弹簧；47-卡簧筒；121-上丝扣；122-下丝扣；191-前位孔；192-中位孔；193-定位槽；211-下提升环；212-上卡爪孔；213-上定位孔；221-下卡爪孔；222-下定位孔；223-活塞杆；224-上提升环；231-上位轴；232-上卡爪；233-中位轴；234-第一下卡爪；235-下位轴；236-扭力弹簧；237-第二下卡爪；311-精磨头；312-粗磨头；313-研磨杆；314-研磨环；331-润滑剂通孔；332-岩粉通孔；421-扫孔头；422-扫孔杆；423-定位环；451-先导通孔；452-扫孔控制杆；453-先导钻杆；454-先导钻头；471-卡簧槽；472-卡簧座；1211-内丝扣；1212-卡槽；1221-外丝扣；1222-凸台；2321-上爪上轴孔；2322-上爪下轴孔；2341-下爪左侧上孔；2342-下爪左侧下孔；2343-下爪左侧上槽；2344-下爪左侧簧槽；2345-下爪左侧下槽；2371-下爪右侧上孔；2372-下爪右侧下孔；2373-下爪右侧上槽；2374-下爪左侧簧槽；2375-下爪右侧下槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施示例对本发明进一步说明：

一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，包括筒状的成孔部件1，包括提升部2，还包括护孔部件3和扫孔部件4，

成孔部件1包括上提升台11、防锁紧丝扣12、卡爪台阶13、扶正器14、下提升台15、研磨孔16、导通孔17、限位环18、限位台19、第一筒体110、第二筒体111、先导控制1A、扫孔槽1B、扫孔腔1C和底部钻头1D。

提升部2包括提升杆21、控制杆22和伸缩卡爪23。

护孔部件3包括研磨块31、成孔弹簧32、润滑剂腔33和活塞块34。

扫孔部件4包括扫孔罩41、扫孔柱42、扫孔弹簧43、定位块44、先导控制杆45、先导弹簧46和卡簧筒47。

一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，包括成孔部件1，所述的成孔部件1包括第一筒体110和第二筒体111，第一筒体110底端通过防锁紧丝扣12与第二筒体111的顶端连接，第一筒体110内壁设置有上提升台11，第二筒体111周向开设有研磨孔16，研磨块31一端伸出研磨孔16，另一端设置有研磨环314，研磨块31上套设有成孔弹簧32，成孔弹簧32一端与第二筒体111的内壁相抵，另一端与研磨环314相抵，研磨块31设置有研磨环314的一端与延伸至第二筒体111内的提升部2的底端外壁相抵，提升部2的顶端延伸至第一筒体110内且设置有下提升环211，下提升环211位于上提升台11上方，第二筒体111的内壁设置有下提升台15，提升部2的底部设置有上提升环224，上提升环224位于下提升台15下方。

第一筒体110底端通过防锁紧丝扣12与第二筒体111的底端连接，第一筒体110朝设定方向旋转时（钻孔状态），第一筒体110和第二筒体111相对旋进拧紧，提升部2底端与研磨块31设置有研磨环314的一端相抵，研磨块31伸出研磨孔16对钻孔孔壁进行研磨。当第一筒体110朝反方向旋转时（钻孔完成后提升时），第一筒体110和第二筒体111相对旋开，上提升台11带动下提升环211向上运动，进而带动提升部2底端与研磨块31设置有研磨环314的一端分离，在成孔弹簧32的作用下，研磨块31被推回第二筒体111内，便于提升。在第二筒体111的中部外侧设有扶正器14，扶正器14呈圆环状，辅助方位矫正。

优选的，上提升台11呈圆环状，防锁紧丝扣12包括设置第一筒体110底端的上丝扣121和设置在第二筒体111顶端的下丝扣122，上丝扣121内部设有内丝扣1211，上丝扣121底部设有卡槽1212，下丝扣122外部设有外丝扣1221，下丝扣122顶部设有凸台1222，卡槽1212的高度略大于凸台1222的高度。

成孔部件1的上方动力装置正转时（钻孔状态），防锁紧丝扣12处于闭合状态，凸台1222的左侧紧贴卡槽1212的左侧，成孔部件1的上方动力装置带动上丝扣121正转，卡槽1212的左侧同步正转，卡槽1212的左侧推动凸台1222同步正转，从而为下部的装置提供动力，成孔部件1的上方动力装置反转时（钻孔完成后提升时），防锁紧丝扣12处于分离状态时，成孔部件1的上方动力装置带动上丝扣121反转，由于凸台1222阻碍了内丝扣1211与外丝扣1221的拧固，在成孔部件1的上方动力装置反转并提升的同时，上丝扣121与下丝扣122实现轻松脱离。

研磨块31伸出研磨孔16的一端设置有精磨头311和粗磨头312，精磨头311位于粗磨头312的上部，精磨头311呈矩形块状，粗磨头312呈倒锥形状。

在钻孔的钻进方向，粗磨头312呈倒锥形状，先对钻孔壁进行粗磨，精磨头311在钻进方向上位于粗磨头312的后方，对粗磨之后的钻孔壁进行精磨。

优选的，研磨孔16为三个，研磨孔16以第二筒体111的中心轴线均匀分布，研磨块31为与研磨孔16对应的三个，研磨块31的前端设有精磨头311和粗磨头312，精磨头311位于粗磨头312的上部，精磨头311呈矩形块状，粗磨头312呈倒锥形状，精磨头311以第二筒体111的中心轴线的旋转直径略大于粗磨头312以第二筒体111的中心轴线的旋转直径，研磨块31的中部为研磨杆313，研磨杆313呈矩形块状，研磨杆313上装有成孔弹簧32，研磨块31的尾部设有研磨环314，研磨环314呈矩形块状。

第二筒体111周向开设有若干个导通孔17，导通孔17位于研磨孔16的下方，第二筒体111内设置有润滑剂腔33，润滑剂腔33上部周向开设有与各个导通孔17一一对应连通的润滑剂通孔331，润滑剂腔33的底面开口有岩粉通孔332，润滑剂腔33内设置有活塞块34。

润滑剂通孔331的外侧与导通孔17的内侧相连通，确保润滑剂腔33内的润滑剂能够通过润滑剂通孔331流入导通孔17内部，然后从导通孔17的内部流入研磨块31的外侧附近，为粗磨头312和精磨头311提供润滑剂研磨液，起到保证高精度的成孔质量及润滑磨头的作用。

优选的，润滑剂腔33呈圆筒状，润滑剂腔33内部装有润滑剂或者研磨液，润滑剂通孔331为三个且以第二筒体111的中心轴线均匀分布在第二筒体111的侧壁，且每个润滑剂通孔331位于对应的研磨孔16下方，三个润滑剂通孔331以第二筒体111的中心轴线均匀分布，润滑剂腔33的底部设有岩粉通孔332，岩粉通孔332为圆柱形通孔，润滑剂腔33的内部装有活塞块34，活塞块34呈圆柱状，活塞块34能够在润滑剂腔33内部上下滑动，活塞块34周向开设有密封槽，密封槽内装配有O型密封圈，活塞块34能够在润滑剂腔33内部上下滑动，

第二筒体111侧壁位于研磨孔16的下方对应布设有三个导通孔17，三个导通孔17沿第二筒体111中心轴线均匀分布，导通孔17为外端高内端低的斜孔，导通孔17的下方内侧设有限位环18，限位环18用于限制润滑剂腔33的向上移动。

第二筒体111位于润滑剂腔33下方的周向侧壁设置有若干个前位孔191，第二筒体111内壁位于前位孔191的部分设置有环形的限位台19，限位台19内设置有与前位孔191连通的中位孔192，限位台19的内环侧设置有与中位孔192连通的定位槽193，定位槽193固定有定位块44，中位孔192内设置有扫孔柱42，扫孔柱42包括扫孔杆422，扫孔杆422上设置有定位环423，扫孔杆422套设有扫孔弹簧43，扫孔弹簧43一端与定位环423相抵，另一端与定位块44相抵，扫孔杆422一端贯穿前位孔191且设置有扫孔头421。

扫孔弹簧43一端与定位环423相抵，另一端与定位块44相抵，定位块44为固定位置，在扫孔弹簧43的弹力作用下，当前位孔191外部没有遮挡时，扫孔头421会被推出前位孔191。

优选的，前位孔191、中位孔192、定位槽193均为十六个，对应的前位孔191、中位孔192与定位槽193中心轴线共线。

扫孔头421采用软质材料（如：毛刷、布料等），扫孔头421起到清扫钻孔壁的作用，同时在提升钻杆的过程中，确保钻杆底部不与钻孔壁接触，从而更加保护钻孔壁不被划伤等二次破坏。

第二筒体111位于前位孔191下方的周向侧壁设置有若干个先导控制孔1A，先导控制孔1A为长条形孔，且长度方向与第二筒体111的轴线平行，扫孔控制杆452一端穿出先导控制孔1A与套设在第二筒体111外部的扫孔罩41连接，另一端与第二筒体111内的筒状的先导钻杆453连接，先导钻杆453上套设有先导弹簧46，先导弹簧46一端与扫孔控制杆452相抵，另一端与第二筒体111底端内沿相抵，第二筒体111底端设置有底部钻头1D，扫孔控制杆452运动至先导控制孔1A下部时，扫孔罩41不遮挡前位孔191，扫孔控制杆452运动至先导控制孔1A上部时，扫孔罩41遮挡前位孔191。

在钻孔钻进时，由于先导钻杆453会受到底端的反作用力，先导钻杆453受到底端的反作用力和先导弹簧46伸张力方向一致，先导弹簧46不会被压缩，先导钻杆453带动扫孔控制杆452和扫孔罩41相对第二筒体111向上运动，扫孔罩41遮挡前位孔191，使得扫孔头421不会伸出前位孔191与孔壁接触。

在钻孔完成提升阶段，由于先导钻杆453收到钻孔底部摩擦力和吸附力的作用，先导钻杆453与第二筒体111相对拉伸，先导钻杆453带动扫孔控制杆452和扫孔罩41相对第二筒体111向下运动，扫孔罩41露出前位孔191，使得扫孔头421伸出前位孔191与孔壁接触进行孔壁清扫。

优选的，先导控制孔1A为三个，三个先导控制孔1A沿第二筒体111中心轴线均匀分布，限位台19和先导控制孔1A的外侧设有对扫孔罩41的上下滑动起到导向作用的扫孔槽1B，扫孔罩41内壁与扫孔槽1B对应的部分设置有导向块，扫孔槽1B用于装配扫孔罩41，确保扫孔罩41能够在扫孔槽1B内上下滑动，第二筒体111位于底部钻头1D上方内侧设有扫孔腔1C，扫孔腔1C呈圆柱状。

优选的，扫孔控制杆452为三个，且以先导钻杆453的中心轴线均匀分布，三个扫孔控制杆452外端所形成的圆直径与扫孔罩41的内径一致，扫孔罩41的底部与扫孔控制杆452的外端通过螺栓固定，确保先导控制杆45的上下移动能够带动扫孔罩41的同步上下移动，先导弹簧46的内径略大于先导钻杆453的外径，先导弹簧46的外径略小于扫孔腔1C的直径，先导弹簧46处于压缩状态。

先导钻杆453的底端开口且顶端封口，先导钻杆453的顶端开设有若干个先导通孔451，先导通孔451与岩粉通孔332连通，先导钻杆453的顶端内壁设置有金刚石颗粒。

在钻孔钻进过程中，碎石土通过先导钻杆453的底端开口进入先导钻杆453内，并在先导钻杆453的顶端内壁设置的金刚石颗粒的研磨作用下，变成细小碎石土，细小碎石土依次通过先导通孔451、限位台19的环形中部后进入到润滑剂腔331的岩粉通孔332，进而推动活塞块34，使得润滑剂腔331中的润滑剂通过润滑剂通孔331流出。

优选的，先导通孔451贯通先导钻杆453顶端的上下表面，先导通孔451为三个，且以先导钻杆453的中心轴线均匀分布，三个先导通孔451顶端所在圆环直径小于三个先导通孔451底端所在圆环直径。

先导钻杆453的底端设置有先导钻头454，卡簧筒47的底部通过螺栓固定在先导钻杆453的底端内沿，卡簧筒47的上部开设有若干个卡簧槽471。

先导钻头454旋转研磨产生碎石土，碎石土通过卡簧筒47进入到先导钻杆453内，碎石土可在卡簧槽471的旋转切割的作用下进一步的破碎。

优选的，卡簧筒47的上部开设有四个卡簧槽471，四个卡簧槽471以先导钻杆453的中心轴线均匀分布，卡簧筒47的底部为卡簧座472，卡簧座472呈圆锥状，卡簧座472的底部外径与先导钻杆453的内沿匹配。卡簧座472的底部通过螺栓固定在先导钻头454的底端内沿，卡簧筒47的高度小于先导钻杆453顶端内壁与先导钻头454顶部之间的腔体高度。卡簧筒47的底部内径略大于先导控制杆45的底端内沿的内径，便于岩石柱能够顺利进入先导控制杆45的内部且防止卡簧筒47脱落。

提升部2包括提升杆21、控制杆22和伸缩卡爪23。

下提升环211设置在提升杆21的顶部，提升杆21的底部通过伸缩卡爪23与控制杆22连接，上提升环224设置在控制杆22上。

提升杆21的底部设置有上位轴231，两个上卡爪232的一端均与上位轴231铰接，其中一个上卡爪232另一端与第一下卡爪234一端铰接，另一上卡爪232另一端与第二下卡爪237一端铰接，第一下卡爪234另一端和第二下卡爪237另一端与下位轴235铰接，下位轴235设置在控制杆22上，下位轴235上还设置有用于撑开第一下卡爪234和第二下卡爪237的扭力弹簧。

第二筒体111的内壁周向设置有环形的卡爪台阶13，卡爪台阶13位于撑开状态下的第一下卡爪234和第二下卡爪237上方，且卡爪台阶13的内径小于撑开状态下的第一下卡爪234和第二下卡爪237的外沿旋转直径。

提升杆21的底部通过伸缩卡爪23与控制杆22连接，扭力弹簧用于撑开第一下卡爪234和第二下卡爪237，进而撑开伸缩卡爪23，在钻孔钻进状态下，提升杆21与控制杆22之间并无拉力，扭力弹簧用于撑开第一下卡爪234和第二下卡爪237，卡爪台阶13的内径小于撑开状态下的第一下卡爪234和第二下卡爪237的外沿旋转直径，撑开状态下的伸缩卡爪23会阻止控制杆22相对于第二筒体11向上提升，进而使得控制杆22的底端始终与研磨块31相抵，研磨块31设置有精磨头和粗磨头的一端伸出研磨孔，对孔壁进行研磨。在钻孔完成提升状态下，提升杆21通过伸缩卡爪23拉动控制杆22，在拉力的作用下，第一下卡爪234和第二下卡爪237合拢，扭力弹簧压缩，第一下卡爪234和第二下卡爪237的外沿旋转直径小于卡爪台阶13的内径，提升杆21、伸缩卡爪23和控制杆22整体可以得到提升，使得控制杆22的底端与研磨块31分离，研磨块31缩回第二筒体111内。

作为一种优选方案，提升杆21的底部设有两个上卡爪孔212，两个上卡爪孔212呈180度分布在提升杆21的底部侧壁，提升杆21的底部设有两个上定位孔213，两个上定位孔213呈180度分布在提升杆21的底部侧壁，上定位孔213与上卡爪孔212呈90度，上定位孔213的横截面为矩形，控制杆22的上部为圆筒状上部，下部为圆柱状的活塞杆223，控制杆22的圆筒状上部中间位置处设有两个下卡爪孔221，两个下卡爪孔221呈180度分布在控制杆22的圆筒状上部的侧壁，下卡爪孔221的横截面为矩形，控制杆22的上部中间位置处设有两个下定位孔222，两个下定位孔222的中心轴线共线，下定位孔222的横截面呈圆形，下定位孔222与下卡爪孔221呈90度夹角，活塞杆223中间位置设有呈圆环状的上提升环224，伸缩卡爪23包括一个上位轴231、两个上卡爪232、两个中位轴233、第一下卡爪234、一个下位轴235、一个扭力弹簧236和第二下卡爪237，上位轴231穿过两个上卡爪232的上爪上轴孔2321，左侧的中位轴233穿过上爪下轴孔2322和下爪左侧上孔2341，右侧的中位轴233穿过上爪下轴孔2322和下爪右侧上孔2371，下位轴235穿过下爪左侧下孔2342和下爪右侧下孔2372，扭力弹簧236套设在下位轴235，扭力弹簧236的两侧弹簧分别搁置在第一下卡爪234内侧的下爪左侧簧槽2344内和第二下卡爪237内侧的下爪左侧簧槽2374上，扭力弹簧236始终处于压紧状态，第一下卡爪234上部设有用于与其中一个上卡爪232铰接的下爪左侧上槽2343，第一下卡爪234下部设有用于与第二下卡爪237铰接的下爪左侧下槽2345，第二下卡爪237上部外侧设有用于与另一个上卡爪232铰接的下爪右侧上槽2373，第二下卡爪237下部的两侧设有用于与第一下卡爪234铰接的下爪右侧下槽2375，使得第二下卡爪237下部可以插入到下爪左侧下槽2345中并进行铰接。

如图23所示，当整套装置组装完成，处于成孔阶段时，成孔部件1的上方动力装置带动成孔部件1正转，防锁紧丝扣12处于闭合状态，伸缩卡爪23处于伸开状态，研磨块31处于未收缩的状态，扫孔柱42处于未布设的状态，成孔部件1的底部钻头1D形成先导孔，随着钻进装置的钻进，成孔部件1驱动研磨块31的粗磨头312形成粗磨孔，随后，成孔部件1驱动研磨块31的精磨头311形成精磨孔，先导钻头454成孔后，先导控制杆45和扶正器14起到扶正钻进装置的作用，先导控制杆45的顶端底部镀有金刚石，能够切削岩石，先导控制杆45的顶端底部切削形成的岩粉沿先导通孔451进入岩粉通孔332内部，随着钻进深度的深入，岩粉从岩粉通孔332挤压进入，在压力平衡的影响下，活塞块34推动润滑剂腔33内部的填充液进入导通孔17内部，然后从导通孔17的内部流入研磨块31的外侧附近，为粗磨头312和精磨头311提供润滑剂研磨液，起到保证高精度的成孔质量及润滑磨头的作用，达到高精度成孔的目的，

如图24~26所示，当成孔完成后，需要进行提钻时，将成孔部件1的上方动力装置反转几圈，并同时缓慢提升，当完成反转及提升的动作后，防锁紧丝扣12处于分离状态，上提升台11提升下提升环211，下提升环211带动上定位孔213上移，提升杆21带动上位轴231上移，由于下位轴235处于静止状态，扭力弹簧236压缩，第一下卡爪234和第二下卡爪237的上部均向轴向转动，第一下卡爪234和第二下卡爪237的上部均远离成孔部件1相对应部位的内壁，从而实现了伸缩卡爪23的收缩过程，在伸缩卡爪23处于收缩阶段后，钻进装置继续上提，下位轴235带动控制杆22上移，当控制杆22的底部全部移出到三个研磨块31所形成的圆环上表面时，成孔弹簧32推动研磨环314的外侧，三个研磨块31进入成孔部件1的内部，实现研磨块31的收缩，起到在提升钻进装置时，保护钻孔内壁不被钻进装置所破坏，起到护孔的作用，

图27~28所示，当完成研磨块31处于收缩状态阶段后，随着钻进装置的继续上提，上提升环224带动下提升台15上移，下提升台15带动成孔部件1的下部向上同步移动，卡簧筒47内部为岩芯柱，卡簧筒47的上部与岩石之间的摩擦力较大，先导控制杆45相对于成孔部件1的下部向下移动，先导控制杆45与扫孔罩41处于同步状态，扫孔罩41相对于成孔部件1的下部向下移动，先导弹簧46处于继续压缩状态，当扫孔罩41的上表面下移到前位孔191的下方时，前位孔191处于外露状态，扫孔弹簧43推动定位环423沿中位孔192轴线远离成孔部件1的中心轴线，扫孔头421从前位孔191的前部伸出，完成扫孔柱42的自动布设动作，起到扫孔的作用，当扫孔控制杆452的底部接触到先导控制孔1A的底部后，底部钻头1D带动扫孔部件4整体提升，实现钻进装置的提升，即完成了高精度的成孔护孔扫孔一体化过程，具有高效的成孔效率和高精度的成孔质量，

部件材料及加工要求：

上提升台11的内径小于下提升环211的外径，上提升台11的外径大于下提升环211的外径，上提升台11的内径略大于提升杆21中间部位的外径；

上提升环224的外径大于下提升台15的内径，上提升环224的内径略小于下提升台15的内径，上提升环224的外径小于下提升台15的外径；

研磨孔16的高度略大于研磨块31外侧的高度，研磨孔16的高度小于研磨环314的高度，研磨孔16的宽度略大于研磨块31外侧的宽度；

控制杆22的底部外侧表面光滑；

三个研磨块31处于未收缩状态所形成的圆环外径大于底部钻头1D的外径；

三个精磨头311处于未收缩状态所形成的圆环外径大于底部钻头1D的外径；

三个粗磨头312处于未收缩状态所形成的圆环外径大于底部钻头1D的外径；

三个精磨头311处于未收缩状态所形成的圆环外径略大于三个粗磨头312处于未收缩状态所形成的圆环外径；

研磨块31的内端表面光滑；

扫孔头421的直径略小于前位孔191的直径，定位环423的直径小于中位孔192，扫孔弹簧43的外径略小于中位孔192的直径，扫孔弹簧43的内径略大于扫孔杆422的直径，扫孔弹簧43的自然长度略大于中位孔192的长度；

扫孔头421采用软质材料（如：毛刷、布料等），扫孔头421起到清扫钻孔壁的作用，同时在提升钻杆的过程中，确保钻杆底部不与钻孔壁接触，从而更加保护钻孔壁不被划伤等二次破坏；

先导控制杆45的高度大于扫孔腔1C的高度，扫孔控制杆452的宽度略小于先导控制孔1A的宽度；

先导弹簧46的内径略大于先导钻杆453的外径，先导弹簧46的外径略小于扫孔腔1C的直径，先导弹簧46的不受力状态略大于扫孔腔1C的高度；

所有的丝扣连接均采用正丝扣；

精磨头311镀有精细的金钢石（粒径范围为107um~227um），能够精磨岩石孔；

粗磨头312镀有较精细的金钢石(粒径范围为255um~500um)，能够粗磨岩石孔；

先导钻头454底部和外侧需要进行镀金刚石处理；

底部钻头1D的底部和外侧需要进行镀金刚石处理。

本发明通过采用底部钻头成先导孔，粗磨头成粗磨孔、精磨头成精磨孔的方式来实现高精度的成孔，利用防锁紧丝扣和提升部的相互配合来实现研磨块的收缩，确保钻进装置在提升过程中，不破坏钻孔壁，达到护孔的目的，在钻进装置提升初期，利用卡簧筒与岩石之间的摩擦力，结合扫孔部件的机械配合，自动触发扫孔罩，扫孔罩相对于钻进装置下移，实现扫孔柱的自动布设，钻进装置在提升过程中，扫孔柱能够清扫钻孔内壁上的杂质和岩粉等物质，从而实现扫孔的目的，高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置能够有效提高成孔质量，并实现高精度成孔、护孔、扫孔的一体化，从根本上提成孔精度和成孔效率，使钻探成孔技术和装置得到突破性和实质性的进展。该装置采用底部钻头成先导孔，粗磨头成粗磨孔、精磨头成精磨孔的三个阶段成孔方式来实现高精度的成孔，先导孔的直径小于粗磨孔的直径，粗磨孔的直径小于精磨孔的直径，精磨孔的尺寸即为最终需要形成的高精度钻孔尺寸，在进行粗磨和精磨的过程中，润滑剂腔能够自动实时为粗磨头和精磨头提供润滑剂研磨液，起到保证高精度的成孔质量及润滑磨头的作用，在成孔的过程中，采用先导控制杆和扶正器来实现钻进装置的孔内扶正，利用防锁紧丝扣的机械结构特征，在成孔结束后，反转几圈上部的动力钻杆并缓慢上提，即可实现上丝扣和下丝扣的脱离，从而驱动提升部工作，提升部通过内部各个部件的相互配合来实现研磨块的收缩，确保钻进装置在提升过程中，不破坏钻孔壁，达到护孔的目的，在研磨块完成收缩动作后，上提升环会带动成孔部件提升，此时，利用卡簧筒与岩石之间的摩擦力，结合扫孔部件的机械配合，扫孔罩相对于钻进装置会发生下移，实现扫孔柱的自动布设，钻进装置在提升过程中，可以进行同步扫孔，实现高精度成孔、护孔、扫孔的一体化过程，该装置的优点在于：1）结构简单。采用底部钻头成先导孔，粗磨头成粗磨孔、精磨头成精磨孔的方式来实现高精度的成孔，由简单机械构件组成的防锁紧丝扣和提升部的相互配合来实现研磨块的收缩，达到护孔的目的，利用卡簧筒与岩石之间的摩擦力，结合扫孔部件的机械配合，来实现扫孔柱的自动布设；2）操作方便。操作方便，容易实现，成孔结束后，只需要将动力钻杆反转几圈，即可实现成孔、护孔、扫孔的一体化过程；3）可靠性高。采用结构简易的机械部件更容易在环境复杂的钻孔中实现，操作过程可靠；4）对环境要求低。利用先导控制杆和扶正器来实现钻进装置的孔内扶正，克服了岩层软硬的环境影响，可适用各种岩石的成孔。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改、补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，包括成孔部件（1），其特征在于，所述的成孔部件（1）包括第一筒体（110）和第二筒体（111），第一筒体（110）底端通过防锁紧丝扣（12）与第二筒体（111）的顶端连接，第一筒体（110）内壁设置有上提升台（11），第二筒体（111）周向开设有研磨孔（16），研磨块（31）一端伸出研磨孔（16），另一端设置有研磨环（314），研磨块（31）上套设有成孔弹簧（32），成孔弹簧（32）一端与第二筒体（111）的内壁相抵，另一端与研磨环（314）相抵，研磨块（31）设置有研磨环（314）的一端与延伸至第二筒体（111）内的提升部（2）的底端外壁相抵，提升部（2）的顶端延伸至第一筒体（110）内且设置有下提升环（211），下提升环（211）位于上提升台（11）上方，第二筒体（111）的内壁设置有下提升台（15），提升部（2）的底部设置有上提升环（224），上提升环（224）位于下提升台（15）下方。

2.根据权利要求1所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的第二筒体（111）周向开设有若干个导通孔（17），导通孔（17）位于研磨孔（16）的下方，第二筒体（111）内设置有润滑剂腔（33），润滑剂腔（33）上部周向开设有与各个导通孔（17）一一对应连通的润滑剂通孔（331），润滑剂腔（33）的底面开口有岩粉通孔（332），润滑剂腔（33）内设置有活塞块（34）。

3.根据权利要求2所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的第二筒体（111）位于润滑剂腔（33）下方的周向侧壁设置有若干个前位孔（191），第二筒体（111）内壁位于前位孔（191）的部分设置有环形的限位台（19），限位台（19）内设置有与前位孔（191）连通的中位孔（192），限位台（19）的内环侧设置有与中位孔（192）连通的定位槽（193），定位槽（193）固定有定位块（44），中位孔（192）内设置有扫孔柱（42），扫孔柱（42）包括扫孔杆（422），扫孔杆（422）上设置有定位环（423），扫孔杆（422）套设有扫孔弹簧（43），扫孔弹簧（43）一端与定位环（423）相抵，另一端与定位块（44）相抵，扫孔杆（422）一端贯穿前位孔（191）且设置有扫孔头（421）。

4.根据权利要求3所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的第二筒体（111）位于前位孔（191）下方的周向侧壁设置有若干个先导控制孔（1A），先导控制孔（1A）为长条形孔，且长度方向与第二筒体（111）的轴线平行，扫孔控制杆（452）一端穿出先导控制孔（1A）与套设在第二筒体（111）外部的扫孔罩（41）连接，另一端与第二筒体（111）内的筒状的先导钻杆（453）连接，先导钻杆（453）上套设有先导弹簧（46），先导弹簧（46）一端与扫孔控制杆（452）相抵，另一端与第二筒体（111）底端内沿相抵，第二筒体（111）底端设置有底部钻头（1D），扫孔控制杆（452）运动至先导控制孔（1A）下部时，扫孔罩（41）不遮挡前位孔（191），扫孔控制杆（452）运动至先导控制孔（1A）上部时，扫孔罩（41）遮挡前位孔（191）。

5.根据权利要求4所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的先导钻杆（453）的底端开口且顶端封口，先导钻杆（453）的顶端开设有若干个先导通孔（451），先导通孔（451）与岩粉通孔（332）连通，先导钻杆（453）的顶端内壁设置有金刚石颗粒。

6.根据权利要求5所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的先导钻杆（453）的底端设置有先导钻头（454），卡簧筒（47）的底部通过螺栓固定在先导钻杆（453）的底端内沿，卡簧筒（47）的上部开设有若干个卡簧槽（471）。

7.根据权利要求1所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的提升部（2）包括提升杆（21）和控制杆（22），下提升环（211）设置在提升杆（21）的顶部，提升杆（21）的底部通过伸缩卡爪（23）与控制杆（22）连接，上提升环（224）设置在控制杆（22）上。

8.根据权利要求7所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的提升杆（21）的底部设置有上位轴（231），两个上卡爪（232）的一端均与上位轴（231）铰接，其中一个上卡爪（232）另一端与第一下卡爪（234）一端铰接，另一上卡爪（232）另一端与第二下卡爪（237）一端铰接，第一下卡爪（234）另一端和第二下卡爪（237）另一端与下位轴（235）铰接，下位轴（235）设置在控制杆（22）上，下位轴（235）上还设置有用于撑开第一下卡爪（234）和第二下卡爪（237）的扭力弹簧。

9.根据权利要求8所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，所述的第二筒体（111）的内壁周向设置有环形的卡爪台阶（13），卡爪台阶（13）的内径小于撑开状态下的第一下卡爪（234）和第二下卡爪（237）的外沿旋转直径。

10.根据权利要求1所述的一种高精度的成孔护孔扫孔一体化钻进装置，其特征在于，研磨块（31）伸出研磨孔（16）的一端设置有精磨头（311）和粗磨头（312），精磨头（311）位于粗磨头（312）的上部，精磨头（311）呈矩形块状，粗磨头（312）呈倒锥形状。