CN111287660A - 冲击旋喷钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冲击旋喷钻具，转轴组件、钻杆组件、喷嘴钻头组件依次连接；钻杆组件为内外管双层结构，内管与外管之间为第一通道，内管的中央通孔为第二通道；转轴组件上设有进水口与进气口，进水口与第二通道连通，进气口与第一通道连通；喷嘴钻头组件上设置有喷嘴、钻头，喷嘴的中央通道连通第二通道、外侧通道连通第一通道；喷嘴与钻头之间设置有弹性单向封堵结构。本发明钻进完成后，不需要加工钻机撤出、更换钻具，只需要将钻杆组件从转轴组件上拆下来后，投放一颗钢球，即可进行旋喷施工，采用一套钻具就可以完成引孔钻进施工及旋喷施工，施工工序简单，施工成本低，钻杆拆卸方便、快捷，减少了施工工时。
Description
技术领域
本发明涉及钻机设备技术领域，尤其是一种冲击旋喷钻具。
背景技术
旋喷施工法是利用钻机钻孔，通过高压发生装置将浆液从高压喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体。由于旋喷钻机一般很难直接穿透含有卵石层、岩层或沙层等的地层，在这些地层中进行旋喷施工时，一般首先需要进行引孔施工，并在钻孔中下PVC管进行护壁，再进行旋喷施工；而常规的旋喷钻机通常采用分流器将不同的介质（水、气、浆）输送至钻杆的各个通道内，而分流器通常由许多零件组成，形成不同的通道，分流器在较大的冲击力的作用下很容易被损坏，因此，常规的旋喷钻机不能直接采用顶驱冲击进行引孔施工，只能采用其他顶驱冲击钻机进行引孔施工，再采用旋喷钻机进行旋喷施工，施工工序比较繁琐，引孔施工完成后还需要首先撤掉引孔钻机，再下旋喷钻机，涉及的钻机钻具较多，施工成本较高，花费的施工工时较长。
发明内容
本申请人针对上述现有旋喷钻具在含有卵石层、岩层或沙层等的地层施工时，需要首先采用其他钻机进行引孔施工，撤掉引孔钻机后再进行旋喷施工，施工工序较繁琐，施工成本较高，施工工时较长等缺点，提供一种结构合理的冲击旋喷钻具，采用一套钻具完成引孔施工及旋喷施工，施工工序简单，施工成本较低，施工工时较短。
本发明所采用的技术方案如下：
一种冲击旋喷钻具，转轴组件、钻杆组件、喷嘴钻头组件依次连接；所述钻杆组件为内外管双层结构，内管与外管之间的环形间隙为第一通道，内管的中央通孔为第二通道；所述转轴组件的主轴上设有进水口与进气口，进水口与第二通道连通，进气口与第一通道连通；所述喷嘴钻头组件上设置有喷嘴、钻头，喷嘴位于钻头的上方，喷嘴的中央通道连通第二通道、外侧通道连通第一通道；喷嘴与钻头之间设置有弹性单向封堵结构；引孔施工时，第二通道的液体压力大于弹性封堵结构的弹性力时导通，小于弹性封堵结构的弹性力时封闭；旋喷施工时，在第二通道内放置封堵件可封堵钻头的通道。
本发明钻进完成后，不需要加工钻机撤出、更换钻具，只需要将钻杆组件从转轴组件上拆下来后，投放一颗钢球，即可进行旋喷施工，采用一套钻具就可以完成引孔钻进施工及旋喷施工，施工工序简单，施工成本低，钻杆拆卸方便、快捷，减少了施工工时。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述弹性单向封堵结构包括弹簧及钢球，弹簧的外径小于钢球的外径，弹簧的下端面设置有挡板，上端面抵在钢球上，初始状态时，弹簧处于压缩状态，将钢球压紧喷嘴座内相应的台阶面上；或弹性单向封堵结构为单向阀结构。
喷嘴座上设置有套筒，套筒中央开设下大上小的台阶通孔、贯通第二通道，弹簧及钢球装设在套筒下部、孔径大的台阶孔内，钢球的外径小于下部大台阶孔的内径、大于上部小台阶的内径。
主轴的中央沿纵向开设有盲孔，盲孔连通第二通道，进水口通过第一输入通道连通盲孔。
所述第一输入通道为沿周向均匀设置的一个或若干个通孔。
主轴上位于盲孔的外侧开设有若干个分流孔，分流孔连通第一通道，进气口通过第二输入通道连通分流孔，第二输入通道与盲孔不贯通。
所述第二输入通道为沿周向开设的一圈环槽，或为沿周向均匀设置的若干个盲孔。
主轴的盲孔下端部设置有第一上内接头，第一上内接头上端部的支撑部的外圆柱面沿周向设置有若干凸起的键齿，相邻两键齿之间的空隙导通分流孔与第一通道。
所述转轴组件上的进水口与进气口位于同一纵剖面的同一侧，二者的中心轴相互平行。
本发明的进水口与进气口位于同一纵剖面的同一侧，二者的中心轴相互平行，进水口与进气口相互平行、位于同侧，则与进水口连接的供水装置及与进气口连接的供气装置可以设置于同一侧，整体结构可以设计得更加紧凑，可以节省安装空间，适用于安装空间较小的区域，适用性更广泛。
主轴外周套设有套管。
本发明的有益效果如下：
本发明钻进完成后，不需要加工钻机撤出、更换钻具，只需要将钻杆组件从转轴组件上拆下来后，投放一颗钢球，即可进行旋喷施工，采用一套钻具就可以完成引孔钻进施工及旋喷施工，施工工序简单，施工成本低，钻杆拆卸方便、快捷，减少了施工工时。
本发明的进水口与进气口位于同一纵剖面的同一侧，二者的中心轴相互平行，进水口与进气口相互平行、位于同侧，则与进水口连接的供水装置及与进气口连接的供气装置可以设置于同一侧，整体结构可以设计得更加紧凑，可以节省安装空间，适用于安装空间较小的区域，适用性更广泛。
附图说明
图1为本发明的剖视图，此时处于引孔钻进状态。
图2为图1中A部的放大图。
图3为本发明的剖视图，此时处于旋喷状态。
图4为图3中B-B的剖视图。
图5为图3中C部的放大图。
图6为图3中D部的放大图。
图7为图3中E部的放大图。
图中：1、主轴；2、套管；3、进水口；4、进气口；5、上外接头；6、第一上内接头；7、第二上内接头；8、外管；9、内管；10、第一下内接头；11、第二下内接头；12、下外接头；13、喷嘴；14、喷嘴座；15、钻头；16、套筒；17、弹簧；18、钢球；19、第一通道；20、第二通道；21、第一输入通道；22、盲孔；23、第二输入通道；24、分流孔；25、第一沉孔；26、支撑部；27、弹簧安装部；28、第二沉孔；29、中央通道；30、外侧通道。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本发明从上至下依次为转轴组件、钻杆组件、喷嘴钻头组件，钻杆组件的上端通过接头组件连接到转轴组件上，钻杆组件的下端通过接头组件连接喷嘴钻头组件。
如图1、图2所示，转轴组件的主轴1外周套设有套管2，套管2外周沿径向嵌设有进水口3与进气口4，进水口3与进气口4位于同一纵剖面的同一侧，二者的中心轴相互平行，进水口3与进气口4相互平行、位于同侧，则与进水口3连接的供水装置及与进气口4连接的供气装置可以设置于同一侧，整体结构可以设计得更加紧凑，可以节省安装空间，适用于安装空间较小的区域，适用性更广泛。主轴1的上端部沿纵向开设有与驱动装置连接的中心孔，主轴1的中央沿纵向还开设有开口端位于下端部的盲孔22，盲孔22的口部开设第一沉孔25，第一沉孔25的内壁面上开设螺纹；主轴1上对应进水口3、进气口4分别沿径向开设有第一输入通道21、第二输入通道23，第一输入通道21为沿周向均匀设置的一个或若干个通孔，贯通进水口3与盲孔22；第二输入通道23优选为沿周向开设的一圈环槽，当然第二输入通道23也可以为沿周向均匀设置的若干个盲孔；如图4所示，第二输入通道23与盲孔22不贯通，其底部与盲孔22之间保留一定的壁厚；主轴1上位于盲孔22的外侧，沿周向开设有若干个分流孔24，分流孔24贯通第二输入通道23；如图1、图2所示，主轴1下端部的第一沉孔25内通过螺纹固定设有上外接头5，上外接头5中央的台阶孔内设置有第一上内接头6，上外接头5的内圆周面与第一上内接头6的外圆周面之间的环形间隙形成第一通道19，如图4所示，第一上内接头6的顶端伸入主轴1的盲孔22内，二者的配合面之间设置密封件，第一上内接头6的中央通孔导通盲孔22，形成第二通道20，第一上内接头6位于第一沉孔25的底面与上外接头5的台阶面之间的部位为支撑部26，支撑部26的下端面置于上外接头5的台阶面上，支撑部26的上端面外侧设置挡圈进行轴向限位，如图3所示，支撑部26的外圆柱面沿周向设置有若干凸起的键齿，如图4所示，相邻两键齿与上外接头5相应的内圆周面之间的形成空隙导通分流孔24与第一通道19；第一上内接头6的下端部的外周套设在第二上内接头7的上端部，二者的配合面之间设置有密封件，第二上内接头7的中央通孔导通第一上内接头6的中央通孔，形成第二通道20，第二上内接头7上部的外圆周面与上外接头5的内圆周面之间具有环形间隙形成为第一通道19。
如图1、图2所示，钻杆组件为内外管双层结构，其内管9插装在外管8的中央通孔内，内管9的中央通孔为第二通道20，内管9的外圆周面与外管8的内圆周面之间的环形间隙为第一通道19；如图4所示，外管8的上端部通过螺纹固定连接在在上外接头5下端部外周，二者的配合面之间设置密封件；如图1、图2所示，内管9的上端部套设在第二上内接头7下端部的外周，第二上内接头7下部的外圆周面与外管8的内圆周面之间具有环形间隙成为第一通道19；如图5所示，外管8的下端部通过螺纹固定连接有下外接头12，二者的配合面之间设置密封件，下外接头12的中央通孔内插装有第一下内接头10，第一下内接头10的外圆周面与下外接头12的内圆周面之间具有环形间隙导通形成第一通道19；第一下内接头10的上端部伸入内管9的下端部，其中央通孔与内管9的中央通孔导通形成第二通道20。
如图1、图2所示，喷嘴钻头组件的喷嘴座14的中央开设台阶通孔，台阶通孔内装设有第二下内接头11，喷嘴座14的下端口部的台阶孔内通过螺纹与钻头15固定连接，钻头15位于第二下内接头11的下方；如图5所示，喷嘴座14的上端部通过螺纹固定在下外接头12下端部的外周，二者的配合面之间设置密封件，第二下内接头11的上端部套设在第一下内接头10下端部的外周，二者的配合面之间设置密封件，第二下内接头11的外圆周面与下外接头12的内圆周面之间具有环形间隙导通形成第一通道19，第二下内接头11的中央通孔导通第一下内接头10的中央通孔形成第二通道20；如图2、图6所示，若干个喷嘴13沿径向穿设在喷嘴座14上台阶孔径最小的部位，喷嘴13的内端穿透第二下内接头11，喷嘴13的中央通道29连通第二通道20，喷嘴13上位于中央通道29外周的外侧通道30连通第一通道19，进气口4通过贯通的第一通道19给喷嘴13提供高压气体，进水口3通过贯通的第二通道20给喷嘴13提供高压水；第二下内接头11的下端部、位于喷嘴13的下方为弹簧安装部27，弹簧安装部27装设在喷嘴座14位于钻头15上方的台阶孔内，二者的配合面之间设置密封件，弹簧安装部27的上端面抵在喷嘴座14内相应的台阶面上，下端面抵在钻头15的上端面，弹簧安装部27中央开设有第二沉孔28，第二沉孔28内装设有套筒16，二者的配合面之间设置密封件，套筒16中央开设下大上小的台阶通孔、贯通第二通道20；如图2所示，弹簧17及钢球18装设在套筒16下部、孔径大的台阶孔内，钢球18的外径小于下部大台阶孔的内径、大于上部小台阶的内径，弹簧17的外径小于钢球18的外径；套筒16下端面固定设置有挡板、将弹簧17的下端面压紧，挡板上具有连通钻头15及第二通道20的中央通孔，弹簧17的上端面压紧抵在钢球18上，初始状态时，弹簧17处于压缩状态，将钢球18压紧在套筒16内相应的台阶面上；当第二通道20内的高压水克服弹簧17的弹力后，向下挤压钢球18及弹簧17，将第二通道20及钻头15导通，在冲击钻进施工时，第二通道20内的高压水一部分从喷嘴13向周边喷射，另一部分从钻头15的出水口向前部喷射；如图6所示，从钻杆组件上方向第二通道20内投放另一个钢球18，放入的钢球18在高压水的压力作用下，将套筒16的台阶通孔封堵住，从而将钻头15的出水通道封堵住，则高压水只能从喷嘴13的通道流出。
本发明实际工作时，将转轴组件的主轴1与驱动装置连接，进水口3与供水装置连接，进气口4与供气装置连接；冲击钻进施工时，驱动装置带动喷嘴钻头组件的钻头15向下钻进，供水装置将高压水通过进水口3输入第二通道20内，然后分别从喷嘴13、钻头15两路喷射，喷出的高压水可以对钻头15进行润滑、冷却，并将钻孔形成的钻渣沿孔壁携带返回底面；旋喷施工时，从钻杆组件上方向第二通道20内投放一颗钢球18，封堵钻头15的通道，供水装置将高压水通过进水口3输入第二通道20内，供气装置将高压气通过进气口4输入第一通道19内，驱动装置带动喷嘴钻头组件转动，第一通道19内的高压气从喷嘴13的外侧通道30喷出，第二通道20内高压水从喷嘴13的中央通道29喷出，进行旋喷施工。本发明钻进完成后，不需要加工钻机撤出、更换钻具，只需要将钻杆组件从转轴组件上拆下来后，投放一颗钢球18，即可进行旋喷施工，采用一套钻具就可以完成引孔钻进施工及旋喷施工，施工工序简单，施工成本低，钻杆拆卸方便、快捷，减少了施工工时。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。比如，在钻头15与喷嘴13之间也可以设置单向阀结构作为弹性单向封堵结构，或在钻头15与喷嘴13的上方采用其他弹性元件加堵头作为弹性单向封堵结构，实现单向导通的功能，达到在钻进时高压水可以将单向阀或堵头挤开导通钻头15与第二通道20的目的即可。
Claims (10)
1.一种冲击旋喷钻具，其特征在于：转轴组件、钻杆组件、喷嘴钻头组件依次连接；
所述钻杆组件为内外管双层结构，内管（9）与外管（8）之间的环形间隙为第一通道（19），内管（9）的中央通孔为第二通道（20）；
所述转轴组件的主轴（1）上设有进水口（3）与进气口（4），进水口（3）与第二通道（20）连通，进气口（4）与第一通道（19）连通；
所述喷嘴钻头组件上设置有喷嘴（13）、钻头（15），喷嘴（13）位于钻头（15）的上方，喷嘴（13）的中央通道（29）连通第二通道（20）、外侧通道（30）连通第一通道（19）；喷嘴（13）与钻头（15）之间设置有弹性单向封堵结构；引孔施工时，第二通道（20）的液体压力大于弹性封堵结构的弹性力时导通，小于弹性封堵结构的弹性力时封闭；旋喷施工时，在第二通道（20）内放置封堵件可封堵钻头（15）的通道。
2.按照权利要求1所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：所述弹性单向封堵结构包括弹簧（17）及钢球（18），弹簧（17）的外径小于钢球（18）的外径，弹簧（17）的下端面设置有挡板，上端面抵在钢球（18）上，初始状态时，弹簧（17）处于压缩状态，将钢球（18）压紧喷嘴座（14）内相应的台阶面上；或弹性单向封堵结构为单向阀结构。
3.按照权利要求2所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：喷嘴座（14）上设置有套筒（16），套筒（16）中央开设下大上小的台阶通孔、贯通第二通道（20），弹簧（17）及钢球（18）装设在套筒（16）下部、孔径大的台阶孔内，钢球（18）的外径小于下部大台阶孔的内径、大于上部小台阶的内径。
4.按照权利要求1所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：主轴（1）的中央沿纵向开设有盲孔（22），盲孔（22）连通第二通道（20），进水口（3）通过第一输入通道（21）连通盲孔（22）。
5.按照权利要求4所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：所述第一输入通道（21）为沿周向均匀设置的一个或若干个通孔。
6.按照权利要求1所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：主轴（1）上位于盲孔（22）的外侧开设有若干个分流孔（24），分流孔（24）连通第一通道（19），进气口（4）通过第二输入通道（23）连通分流孔（24），第二输入通道（23）与盲孔（22）不贯通。
7.按照权利要求6所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：所述第二输入通道（23）为沿周向开设的一圈环槽，或为沿周向均匀设置的若干个盲孔。
8.按照权利要求6所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：主轴（1）的盲孔（22）下端部设置有第一上内接头（6），第一上内接头（6）上端部的支撑部（26）的外圆柱面沿周向设置有若干凸起的键齿，相邻两键齿之间的空隙导通分流孔（24）与第一通道（19）。
9.按照权利要求1所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：所述转轴组件上的进水口（3）与进气口（4）位于同一纵剖面的同一侧，二者的中心轴相互平行。
10.按照权利要求1所述的冲击旋喷钻具，其特征在于：主轴（1）外周套设有套管（2）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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