CN110566113B - 一种凿岩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凿岩机，包括：电脉冲钻头，电脉冲钻头包括高压电极和低压电极，高压电极和低压电极分别与高压缆线和低压缆线对应相连，高压缆线和低压缆线分别用于与供电电源的正负极对应相连；与电脉冲钻头固定连接的钻杆，钻杆外套设有绝缘套；与绝缘套固定连接、用于驱动钻杆钻进的驱动机构。该凿岩机改变了现有技术中传统凿岩机机械旋转钻孔的方式，采用电脉冲钻头，利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子通道的力学效应使岩石破碎，无需钻头旋转，钻头不易损坏，降低了钻头更换频率，提高了破岩效率；同时，该破岩方式的污染小，对环境的影响小。

Description

一种凿岩机

技术领域

本发明涉及隧道施工设备技术领域，更具体地说，涉及一种凿岩机。

背景技术

凿岩机作为凿岩台车的核心结构，在凿岩台车上具有广泛应用。

目前，采用凿岩台车进行隧道开挖或地下工程开挖的施工方法通常为钻爆法，也即，凿岩机采用机械旋转钻进的方式实现钻孔。

然而，这种机械钻孔的方式，钻头容易磨损，需要经常更换钻头，从而增加了施工工期，导致破岩效率低。

因此，如何提供一种钻头不易磨损且破岩效率较高的凿岩机，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种凿岩机，钻头不容易磨损，施工效率高。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种凿岩机，包括：

电脉冲钻头，所述电脉冲钻头包括高压电极和低压电极，所述高压电极和所述低压电极分别与高压缆线和低压缆线对应相连，所述高压缆线和所述低压缆线分别用于与供电电源的正负极对应相连；

与所述电脉冲钻头固定连接的钻杆，所述钻杆外套设有绝缘套；

与所述绝缘套固定连接、用于驱动所述钻杆钻进的驱动机构。

优选地，还包括设于所述绝缘套外周部的外壳，所述外壳靠近所述电脉冲钻头的一端固设有用于与所述绝缘套可滑动套接的第一套块，所述驱动机构的固定部固设于所述外壳的另一端。

优选地，所述绝缘套远离所述电脉冲钻头的一端固设有第二套块，所述第二套块与所述驱动机构的输出端相连；所述外壳内设有用于对所述钻杆移动进行导向的滑道，所述第二套块与所述滑道可滑动连接。

优选地，所述外壳罩设于所述驱动机构的外周部，所述外壳内设有用于固定所述固定部的支撑块，所述支撑块与用于密封所述外壳的端部的密封片相连。

优选地，所述电脉冲钻头的外周部罩设有用于储存钻井液的储水罩，所述储水罩与所述第一套块固定连接。

优选地，还包括用于在所述电脉冲钻头钻进时使所述电脉冲钻头始终具有充足的钻井液的储水片，所述储水片与所述绝缘套靠近所述电脉冲钻头的一端固定连接。

优选地，所述电脉冲钻头和所述钻杆的对应位置设有相连通的用于输送钻井液的钻井液通道，所述钻杆和所述绝缘套的侧壁设有同心设置的钻井液输入孔，所述钻井液输入孔与所述钻井液通道相连通。

优选地，所述高压电极和所述低压电极分布的面积大于所述外壳的横截面的面积。

优选地，所述钻杆的外周部设有轴向延伸的用于对应设置所述高压缆线和所述低压缆线的高压缆线凹槽和低压缆线凹槽；

所述高压电极设有用于与所述高压缆线的一端相连的第一接线柱，所述第一接线柱与所述高压缆线凹槽对准设置；

所述低压电极设有用于与所述低压缆线的一端相连的第二接线柱，所述第二接线柱与所述低压缆线凹槽对准设置；

所述绝缘套与所述高压缆线凹槽和所述低压缆线凹槽对应的位置分别设有用于供所述高压缆线和所述低压缆线穿过的缆线孔。

优选地，还包括两个分别用于与所述供电电源的正负极对应相连的导电槽杆，两个所述导电槽杆均设有导向槽，所述高压缆线和所述低压缆线的另一端分别与对应的所述导向槽接触且可分别随所述钻杆的钻进在对应的所述导向槽内移动；

所述外壳的内侧壁设有两个第一凹槽，所述第一凹槽内嵌设有绝缘槽杆，所述绝缘槽杆设有第二凹槽，两个所述导电槽杆分别设于两个所述第二凹槽内。

本发明提供的凿岩机，使用时，分别使高压缆线和低压缆线与供电电源的正负极相连，以对电脉冲钻头供电，并通过控制供电电源的工作参数，使高压电极和低压电极利用脉冲放电产生冲击波、射流或等离子通道的力学效应，从而使岩石产生裂纹直至破碎，达到钻孔的目的。同时，通过驱动机构驱动绝缘套移动，使绝缘套带动钻杆向前钻进，达到连续钻孔的目的。

由于可以看出，该凿岩机改变了现有技术中传统凿岩机机械旋转钻孔的方式，采用电脉冲钻头，利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子通道的力学效应使岩石破碎，无需钻头旋转，钻头不易损坏，降低了钻头更换频率，提高了破岩效率；同时，该破岩方式的污染小，对环境的影响小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例所提供的凿岩机的结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为图2中前端的局部示意图；

图4为图2中后端的局部示意图；

图5为图1中外壳、绝缘槽杆和导电槽杆装配关系的局部示意图；

图6为图1所示凿岩机竖直纵剖图的前端局部示意图；

图7为图1所示凿岩机竖直纵剖图的后端局部示意图；

图8为图1所示凿岩机水平纵剖图的前端局部示意图；

图9为图1所示凿岩机水平纵剖图的后端局部示意图。

图1至图9中的附图标记如下：

1为电脉冲钻头、11为导电缆线、2为钻杆、3为绝缘套、31为第二套块、311为上套块、312为下套块、4为驱动机构、5为外壳、51为盖板、52为U形底壳、53为第一套块、54为滑道、55为固定块、56为滑块、57为支撑块、58为密封片、6为储水罩、7为储水片、8为导电槽杆、9为绝缘槽杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种凿岩机，钻头不容易磨损，施工效率高。

请参考图1-图9，图1为本发明具体实施例所提供的凿岩机的结构示意图；图2为图1的爆炸图；图3为图2中前端的局部示意图；图4为图2中后端的局部示意图；图5为图1中外壳、绝缘槽杆和导电槽杆装配关系的局部示意图；图6为图1所示凿岩机竖直纵剖图的前端局部示意图；图7为图1所示凿岩机竖直纵剖图的后端局部示意图；图8为图1所示凿岩机水平纵剖图的前端局部示意图；图9为图1所示凿岩机水平纵剖图的后端局部示意图。

本发明提供一种凿岩机，包括电脉冲钻头1、钻杆2、绝缘套3和驱动机构4。

具体地，电脉冲钻头1包括高压电极和低压电极，高压电极和低压电极分别与导电缆线11相连，导电缆线11包括高压缆线和低压缆线，具体地，高压电极与高压缆线相连，低压电极与低压缆线相连，高压缆线用于与供电电源的正极相连，低压缆线用于与供电电源的负极相连，以对电脉冲钻头1进行供电。

电脉冲钻头1固定在钻杆2的一端，钻杆2对电脉冲钻头1起到固定和支撑的作用。

钻杆2与绝缘套3固定套接，绝缘套3套设在钻杆2外，用于对钻杆2起到绝缘作用。

绝缘套3远离电脉冲钻头1的一端与驱动机构4相连，驱动机构4用于驱动钻杆2钻进。

使用时，分别使高压缆线和低压缆线与供电电源的正负极相连，以对电脉冲钻头1供电，并通过控制供电电源的工作参数，使高压电极和低压电极利用脉冲放电产生冲击波、射流或等离子通道的力学效应，从而使岩石产生裂纹直至破碎，达到钻孔的目的。同时，通过驱动机构4驱动绝缘套3移动，使绝缘套3带动钻杆2向前钻进，达到连续钻孔的目的。

由于可以看出，本发明提供的凿岩机，改变了现有技术中传统凿岩机机械旋转钻孔的方式，采用电脉冲钻头1，利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子通道的力学效应使岩石破碎，无需钻头旋转，钻头不易损坏，降低了钻头更换频率，提高了破岩效率；同时，该破岩方式的污染小，对环境的影响小。

需要说明的是，本发明对驱动机构4的具体结构不做限定，只要能够驱动钻杆2钻进即可，优选地，驱动机构4为液压缸。

在上述实施例的基础之上，还包括设于绝缘套3外周部的外壳5，外壳5靠近电脉冲钻头1的一端固设有第一套块53，绝缘套3与第一套块53可滑动的套接，以在驱动装置的作用下，使绝缘套3可相对外壳5轴向移动。

可以理解的是，驱动机构4的固定部固设于外壳5远离电脉冲钻头1的另一端。

需要说明的是，本发明对外壳5的具体形状及结构不做限定，优选地，外壳5为长方体状的壳体结构。

考虑到装配的方便性，如图2所示，作为一种优选方案，外壳5包括U形底壳52和盖板51，盖板51优选通过螺栓与U形底壳52相连。

为了减轻凿岩机的整体重量，优选地，盖板51上设有减重孔。

考虑到绝缘套3的另一端与外壳5的连接方式，在上述实施例的基础之上，绝缘套3远离电脉冲钻头1的一端固设有第二套块31，第二套块31与驱动机构4的输出端相连；外壳5内设有用于对钻杆2移动进行导向的滑道54，第二套块31与滑道54可滑动连接。

也就是说，本实施例中，绝缘套3通过第二套块31与驱动机构4相连，通过驱动机构4的作用，使第二套块31沿滑道54滑动，从而可确保钻杆2钻进的稳定性，同时，滑道54可以对钻杆2的钻进方向进行导向，从而可确保钻进方向的精准性。

可以理解的是，滑道54沿外壳5的轴向延伸设置。

本发明对滑道54的具体设置位置不做限定，例如，滑道54可以设置在外壳5两侧的内壁上，也可以设置在外壳5的底部内壁和/或顶部内臂上。

考虑到滑道54设置的方便性，优选地，滑道54设置在外壳5的底部内壁上。

进一步地，考虑到加工的方便性，优选地，滑道54与外壳5分别单独加工成型后装配固定。

作为一种优选方案，U形底壳52的底部内壁设有用于定位滑道54的定位槽。

考虑到第一套块53尺寸的限制，如图6所示，作为一种优选方案，滑道54靠近电脉冲钻头1的一端固定有固定块55，第一套块53与固定块55固定连接，第一套块53通过固定块55和滑道54间接的与外壳5固定连接。

考虑到绝缘套3远离电脉冲钻头1的一端安装的方便性，如图4和图7所示，作为一种优选方案，第二套块31包括用于与绝缘套3的上半圈套接的上套块311和用于与绝缘套3的下半圈套接的下套块312，上套块311和下套块312相互配合连接，以形成固定绝缘套3的整体的第二套块31。

考虑到第二套块31与滑道54连接的方便性，优选地，滑道54上设有可滑动的滑块56，第二套块31通过滑块56与滑道54可滑动的连接。

为了使该凿岩机具有较好的密封效果，防止灰尘等杂质进入驱动机构4的内部，在上述各个实施例的基础之上，外壳5罩设于驱动机构4的外周部，外壳5内设有用于固定驱动机构4的固定部的支撑块57，支撑块57与密封片58相连，密封片58用于密封外壳5的端部。

也就是说，本实施例中的外壳5延伸至驱动机构4的外周部，使驱动机构4位于外壳5的内部，并通过密封片58使外壳5的该端密封，以避免驱动机构4裸露。

优选地，支撑块57设有用于定位驱动机构4的固定部的定位孔，如图7和图9所示，驱动机构4为液压缸，液压缸的固定座固定在定位孔内。

考虑到密封片58固定的方便性，优选地，密封片58上开设有与支撑块57的外轮廓形状相配合的安装孔，通过将密封片58套设在支撑块57上，实现密封片58的固定。

可以理解的是，在凿岩机刚开始凿岩时，岩石的外部不具有孔道，无法利用钻孔储存钻井液，因此，为了保证在凿岩机刚开始凿岩时使电脉冲钻头1具有足够的钻井液，在上述各个实施例的基础之上，电脉冲钻头1的外周部罩设有用于储存钻井液的储水罩6，储水罩6与第一套块53固定连接。

也就是说，储水罩6能够在凿岩机刚开始进行破岩时，在岩石外部为电脉冲钻头1储水，使电脉冲钻头1被钻井液包围，有利于破岩。

为了使电脉冲钻头1在刚开始破岩时具有足够的钻井液，优选地，储水罩6的侧壁上开设有溢流孔。也就是说，当钻井液流入储水罩6后，会被储水罩6储存起来；当储水罩6上的溢流孔有钻井液流出时，说明钻井液已经将电脉冲钻头1完全包围，这时，可以开始使高压电极和低压电极通电进行破岩。

可以理解的是，储水罩6与第一套块53固定连接，不随电脉冲钻头1自由移动。

为了在电脉冲钻头1钻进的过程中使钻井液能够在电脉冲钻头1处汇集，在上述实施例的基础之上，还包括用于在电脉冲钻头1钻进时使电脉冲钻头1始终具有充足的钻井液的储水片7，储水片7与绝缘套3靠近电脉冲钻头1的一端固定连接，以使储水片7能够随电脉冲钻头1的钻进而移动。

为了使储水片7具有较好的储水效果，优选地，储水片7的外径与电脉冲钻头1所能开孔的孔径相同，以在电脉冲钻头1钻进的过程中，始终保持电脉冲钻头1保有充足的钻井液；同时，为了使电脉冲钻头1所破碎的岩石能够顶开储水片7以沿着所凿开的钻孔被钻井液冲出钻孔，储水片7为柔性储水片7，也即，储水片7具有一定的柔性，能够被破碎岩石顶开，以便于破碎岩石的排出。

考虑到储水片7设置的方便性，优选地，绝缘套3靠近电脉冲钻头1的一端设有定位凹槽，以对储水进行定位。

考虑到钻井液的输送问题，在上述各个实施例的基础之上，电脉冲钻头1和钻杆2的对应位置设有相连通的用于输送钻井液的钻井液通道，钻杆2和绝缘套3的侧壁设有同心设置的钻井液输入孔。

具体地，本实施例中，钻杆2和电脉冲钻头1上均设置有用于供钻井液通过的钻井液通道，且钻杆2和电脉冲钻头1上的钻井液通道相连通，同时，钻杆2和绝缘套3的侧壁上均设有钻井液输入孔，且钻杆2和绝缘套3上的钻井液输入孔同心设置，且钻井液输入孔与钻井液通道相连通。

也就是说，外部钻井液箱中的钻井液可经由水管从绝缘套3和钻杆2上的钻井液输入孔进入钻井液通道内，最终输送至电脉冲钻头1的高压电极和低压电极处。

优选地，钻井液输入孔对准第二套块31设置，第二套块31的对应位置也设有用于与绝缘套3上的钻井液输入孔同心的钻井液输入孔。

可以理解的是，现有技术中的凿岩机的边心距较大，钻周边孔时存在一定的外插角，在钻进过程中需要对钻洞外扩才能保证钻洞的尺寸不变，造成超挖，为了解决该问题，在上述各个实施例的基础之上，高压电极和低压电极分布的面积大于外壳5的横截面的面积。

由于高压电极和低压电极所分布区域的岩石均可被破碎，因此，钻孔的横截面的面积将大于外壳5的横截面的面积，避免在钻进过程中对钻孔进行外扩，从而可以避免产生超挖现象，有效解决边心距的问题，降低施工成本。

考虑到高压缆线和低压缆线的设置方式，在上述各个实施例的基础之上，钻杆2的外周部设有轴向延伸的用于对应设置高压缆线和低压缆线的高压缆线凹槽和低压缆线凹槽；高压电极设有用于与高压缆线的一端相连的第一接线柱，第一接线柱与高压缆线凹槽对准设置；低压电极设有用于与低压缆线的一端相连的第二接线柱，第二接线柱与低压缆线凹槽对准设置；绝缘套3与高压缆线凹槽和低压缆线凹槽对应的位置分别设有用于供高压缆线和低压缆线穿过的缆线孔。

也就是说，钻杆2的外周部分别设有高压缆线凹槽和低压缆线凹槽，绝缘套3设有两个缆线孔，两个缆线孔分别与高压缆线凹槽和低压缆线凹槽对准设置，高压缆线的一端与第一接线柱相连，并从高压缆线凹槽内穿过，然后从绝缘套3上与高压缆线凹槽对应的缆线孔内穿过，以与供电电源相连；低压缆线的一端与第二接线柱相连，并从低压缆线凹槽内穿过，然后从绝缘套3上与低压缆线凹槽对应的缆线孔内穿过，以与供电电源相连。

进一步地，在上述实施例的基础之上，还包括两个分别用于与供电电源的正负极对应相连的导电槽杆8，两个导电槽杆8均设有导向槽，高压缆线和低压缆线的另一端分别与对应的导向槽接触且可分别随钻杆2的钻进在对应的导向槽内移动；外壳5的内侧壁设有两个第一凹槽，第一凹槽内嵌设有绝缘槽杆9，绝缘槽杆9设有第二凹槽，两个导电槽杆8分别设于两个第二凹槽内。

也就是说，导电槽杆8用于对高压缆线和低压缆线的伸缩进行导向，具体地，为了描述方便，将两个导电槽杆8分别称为高压导电槽杆8和低压导电槽杆8，高压导电槽杆8设有第一导向槽，低压导电槽杆8设有第二导向槽，高压缆线远离第一接线柱的另一端可滑动的设于第一导向槽内，以使高压缆线随着电脉冲钻头1的钻进在第一导向槽内自由移动；低压缆线远离第二接线柱的另一端可滑动的设于第二导向槽内，以使低压缆线随着电脉冲钻头1的钻进在第二导向槽内自由移动。

同时，可以理解的是，导电槽杆8具有导电的功能，高压缆线与第一导向槽接触，低压缆线与第二导向槽接触，以通过两个导电槽杆8将供电电源的电力传输到高压缆线和低压缆线上，进而将电力提供给高压电极和低压电极，实现电力的输送。

需要说明的是，本发明对导电槽杆8的具体材质不做限定，导电槽杆8为不锈钢导电槽杆8，包括但不限于4140不锈钢导电槽杆8、高强度碳钢导电槽杆8或超合金导电槽杆8等，只要导电槽杆8具有较高的韧性和耐磨性即可。

导电槽杆8设于外壳5上，外壳5对导电槽杆8起到固定和支撑的作用，为了使外壳5与导电槽杆8绝缘隔开，两个绝缘槽杆9分别放置在外壳5的两个第一凹槽内，两个导电槽杆8分别设置在两个绝缘槽杆9的第二凹槽内，以防止导电槽杆8漏电；

需要说明的是，本发明对绝缘槽杆9的材质不做限定，绝缘槽杆9包括但不限于尼龙绝缘槽杆9或环氧树脂绝缘槽杆9。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的凿岩机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种凿岩机，其特征在于，包括：

电脉冲钻头(1)，所述电脉冲钻头(1)包括高压电极和低压电极，所述高压电极和所述低压电极分别与高压缆线和低压缆线对应相连，所述高压缆线和所述低压缆线分别用于与供电电源的正负极对应相连；

与所述电脉冲钻头(1)固定连接的钻杆(2)，所述钻杆(2)外套设有绝缘套(3)；

与所述绝缘套(3)固定连接、用于驱动所述钻杆(2)钻进的驱动机构(4)；

设于所述绝缘套(3)外周部的外壳(5)，所述外壳(5)靠近所述电脉冲钻头(1)的一端固设有用于与所述绝缘套(3)可滑动套接的第一套块(53)，所述驱动机构(4)的固定部固设于所述外壳(5)的另一端；所述绝缘套(3)远离所述电脉冲钻头(1)的一端固设有第二套块(31)，所述第二套块(31)与所述驱动机构(4)的输出端相连；所述外壳(5)内设有用于对所述钻杆(2)移动进行导向的滑道(54)，所述第二套块(31)与所述滑道(54)可滑动连接；

用于在所述电脉冲钻头(1)钻进时使所述电脉冲钻头(1)始终具有充足的钻井液的储水片(7)，所述储水片(7)与所述绝缘套(3)靠近所述电脉冲钻头(1)的一端固定连接；

其中，所述钻杆(2)的外周部设有轴向延伸的用于对应设置所述高压缆线和所述低压缆线的高压缆线凹槽和低压缆线凹槽；

所述高压电极设有用于与所述高压缆线的一端相连的第一接线柱，所述第一接线柱与所述高压缆线凹槽对准设置；

所述低压电极设有用于与所述低压缆线的一端相连的第二接线柱，所述第二接线柱与所述低压缆线凹槽对准设置；

所述绝缘套(3)与所述高压缆线凹槽和所述低压缆线凹槽对应的位置分别设有用于供所述高压缆线和所述低压缆线穿过的缆线孔；

还包括两个分别用于与所述供电电源的正负极对应相连的导电槽杆(8)，两个所述导电槽杆(8)均设有导向槽，所述高压缆线和所述低压缆线的另一端分别与对应的所述导向槽接触且可分别随所述钻杆(2)的钻进在对应的所述导向槽内移动；

所述外壳(5)的内侧壁设有两个第一凹槽，所述第一凹槽内嵌设有绝缘槽杆(9)，所述绝缘槽杆(9)设有第二凹槽，两个所述导电槽杆(8)分别设于两个所述第二凹槽内。

2.根据权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，所述外壳(5)罩设于所述驱动机构(4)的外周部，所述外壳(5)内设有用于固定所述固定部的支撑块(57)，所述支撑块(57)与用于密封所述外壳(5)的端部的密封片(58)相连。

3.根据权利要求1或2所述的凿岩机，其特征在于，所述电脉冲钻头(1)的外周部罩设有用于储存钻井液的储水罩(6)，所述储水罩(6)与所述第一套块(53)固定连接。

4.根据权利要求3所述的凿岩机，其特征在于，所述电脉冲钻头(1)和所述钻杆(2)的对应位置设有相连通的用于输送钻井液的钻井液通道，所述钻杆(2)和所述绝缘套(3)的侧壁设有同心设置的钻井液输入孔，所述钻井液输入孔与所述钻井液通道相连通。

5.根据权利要求3所述的凿岩机，其特征在于，所述高压电极和所述低压电极分布的面积大于所述外壳(5)的横截面的面积。

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