CN111608588B - 一种地质勘探随钻扩孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种地质勘探随钻扩孔装置公开了一种能够利用高压水流配合切割刀片切割扩孔，避免热效应，能够对切割刀片冷却降温，降低刃体磨损，且能够调整扩孔内径，适应不同大小扩孔需求的装置，其特征在于连接套一端通过固定轴和钻头相连接，连接套内壁和外侧壁之间形成储水腔，固定板能够滑动的套置于固定轴上，固定板顶部通过至少三个液压杆和连接套一端相连接，固定板底部等距离固定置有多个连接耳，钻头上固定置有多个与连接耳相对应的固定耳，转动喷管的一端和固定耳相铰接，转动喷管外侧面上置有切割刀片，所述切割刀片通过螺栓和转动喷管外侧面相连接，所述切割刀片为金刚石材质，转动喷管外侧面上靠近切割刀片处置有一排高压喷头。

Description

一种地质勘探随钻扩孔装置

技术领域

本发明一种地质勘探随钻扩孔装置涉及一种用于地质勘探的扩孔装置，属于勘探设备领域。特别涉及一种能够利用高压水流配合切割刀片切割扩孔，避免热效应，能够对切割刀片冷却降温，降低刃体磨损，且能够调整扩孔内径，适应不同大小扩孔需求的装置。

背景技术

钻孔取样是煤矿地质勘探过程中，常用的一种取样手段，通过带有钻头的取样筒进行岩土取样，大大方便了地质勘探工作，但是在钻探过程中，钻杆容易发生卡死现象，而为了避免钻孔钻具的卡死通常会利用扩孔装置对钻孔进行扩大，而目前使用的扩孔装置其结构简单，扩孔器在进行扩孔时金刚石刃与钻孔间的间隙尺寸小，冷却效果差，切割刃体寿命短、容易磨损。

公告号CN208430976U公开了一种地质勘查用扩孔器，主要由外管、第一扩孔器、扩孔钻头、第二扩孔器以及导正钻头构成，其中，扩孔钻头的上端与第一扩孔器固定连接，外管的下端固定插设于第一扩孔器的内部，且外管的下端端面与扩孔钻头的里台相抵，第二扩孔器的上端与扩孔钻头的下端固定连接，导正钻头固定安装于扩孔器的下端，其中，导正钻头的直径小于扩孔钻头的直径，该扩孔器使用时其扩孔刃体与钻孔壁间隙小，冷却水流无法有效作用到刃体上，刃体磨损较大，使用寿命较短。

公告号CN207110971U公开了一种扩孔器及扩孔装置，扩孔器包括连接器、导杆、钻头和至少两个扩孔组件；导杆与连接器滑动连接，钻头固定于导杆远离连接器的一端，至少两个扩孔组件圆周分布于导杆的外侧；扩孔组件包括第一扩孔臂、第二扩孔臂和第三扩孔臂，第一扩孔臂的一端与连接器铰接，第一扩孔臂的另一端与第二扩孔臂的一端铰接，第二扩孔臂的另一端与第三扩孔臂的一端铰接，第三扩孔臂的另一端与钻头铰接，该扩孔器扩孔时热磨损较大，扩孔刃体使用寿命较低。

发明内容

为了改善上述情况，本发明一种地质勘探随钻扩孔装置提供了一种能够利用高压水流配合切割刀片切割扩孔，避免热效应，能够对切割刀片冷却降温，降低刃体磨损，且能够调整扩孔内径，适应不同大小扩孔需求的装置。

本发明一种地质勘探随钻扩孔装置是这样实现的：本发明一种地质勘探随钻扩孔装置由连接套、液压杆、连接软管、固定板、连接件、转动喷管、切割刀片、固定耳、钻头、高压喷头、支撑杆、连接耳、进水管和固定轴组成，连接套一端通过固定轴和钻头相连接，连接套内壁和外侧壁之间形成储水腔，固定板能够滑动的套置于固定轴上，固定板顶部通过至少三个液压杆和连接套一端相连接，固定板底部等距离固定置有多个连接耳，钻头上固定置有多个与连接耳相对应的固定耳，转动喷管的一端和固定耳相铰接，转动喷管外侧面上置有切割刀片，所述切割刀片通过螺栓和转动喷管外侧面相连接，转动喷管外侧面上靠近切割刀片处置有一排高压喷头，所述高压喷头的长度小于切割刀片宽度，所述高压喷头和转动喷管相连通，支撑杆一端和转动喷管外侧面靠近中间处相铰接，支撑杆另一端和固定板上对应的连接耳相铰接，连接软管的一端通过连接件和转动喷管另一端相连接，且相连通，连接软管另一端和储水腔相连通，进水管和储水腔相连通，所述钻头外侧面上置有打磨凸点，所述高压喷头的内径能够改变大小，所述转动喷管与钻头之间的夹角不小于45度。

本发明还涉及一种高压喷头压强和钻头转速之间的调整方法，所述液压杆上设置压力传感器，将压力传感器分别和数据处理器之间通信连接，所述数据处理器和控制器连接，控制器分别和高压水泵的控制器、电钻的驱动电机上的控制器连接；

其特征在于包括以下步骤：

1）所述压力传感器读取液压杆上的压力强度信息；

2）压力传感器检测到的数据无线传输给与自身建立了通信连接的数据处理器，所述数据处理器根据预先设定的计算机程序进行数据处理，并且和所述控制器之间进行数据交互，所述控制器执行以下判断规则：

所述压力传感器采集到的压力数据超过预先设定的压力数据水平的时候，所述控制器发送的执行指令，调整驱动电机上转速，先控制电钻转速减小，所述控制器控制高压水泵提高压力，第一个间歇时间后，控制电钻转速提升到正常水平，第二个间歇时间，控制器控制高压水泵将压力调整为正常水平；

所述间歇时间优选的为30秒-60秒之间，可以根据当地地质岩石的强度情况设定。

3）所述压力传感器检测到的数据恢复到预先设定的计算机程序正常压力的时候，就能够控制所述高压水泵和电钻按照正常水平进行运转，能够根据步骤2中的判断规则，在一个扩孔过程中，不断重复步骤2的扩孔作业过程。

有益效果

一、 利用高压水流进行切割扩孔，能够避免热效应发生。

二、 高压冲击后的水体能够对扩孔刃体进行充分冷却，降低扩孔刃体的磨损，提高扩孔刃体使用寿命。

三、能够自由调控水切割的扩孔角度，进行不同大小的扩孔需求。

四、产生的反作用力小，能够降低扩孔钻杆的震荡，避免偏心。

五、能够避免钻探的扬尘，较为环保。

附图说明

图1本发明一种地质勘探随钻扩孔装置的立体结构图。

图2本发明一种地质勘探随钻扩孔装置的结构示意图。

附图中

其中为：连接套（1），液压杆（2），连接管（3），固定板（4），连接件（5），转动喷管（6），切割刀片（7），固定耳（8），钻头（9），高压喷头（10），支撑杆（11），连接耳（12），进水管（13），固定轴（14）。

具体实施方式：

本发明一种地质勘探随钻扩孔装置是这样实现的：本发明一种地质勘探随钻扩孔装置由连接套（1）、液压杆（2）、连接软管、固定板（4）、连接件（5）、转动喷管（6）、切割刀片（7）、固定耳（8）、钻头（9）、高压喷头（10）、支撑杆（11）、连接耳（12）、进水管（13）和固定轴（14）组成，连接套（1）一端通过固定轴（14）和钻头（9）相连接，连接套（1）内壁和外侧壁之间形成储水腔，固定板（4）能够滑动的套置于固定轴（14）上，固定板（4）顶部通过至少三个液压杆（2）和连接套（1）一端相连接，固定板（4）底部等距离固定置有多个连接耳（12），钻头（9）上固定置有多个与连接耳（12）相对应的固定耳（8），转动喷管（6）的一端和固定耳（8）相铰接，转动喷管（6）外侧面上置有切割刀片（7），所述切割刀片（7）通过螺栓和转动喷管（6）外侧面相连接，转动喷管（6）外侧面上靠近切割刀片（7）处置有一排高压喷头（10），所述高压喷头（10）的长度小于切割刀片（7）宽度，所述高压喷头（10）和转动喷管（6）相连通，支撑杆（11）一端和转动喷管（6）外侧面靠近中间处相铰接，支撑杆（11）另一端和固定板（4）上对应的连接耳（12）相铰接，连接软管的一端通过连接件（5）和转动喷管（6）另一端相连接，且相连通，连接软管另一端和储水腔相连通，进水管（13）和储水腔相连通，所述钻头（9）外侧面上置有打磨凸点，所述高压喷头（10）的内径能够改变大小，所述转动喷管（6）与钻头（9）之间的夹角不小于45度。

使用时，首先根据钻孔内径大小需求，调整转动喷管（6）和支撑杆之间的角度，当需要调整扩大切割半径时，通过液压杆（2）推动固定板（4）向钻头（9）方向滑动，固定板（4）推动支撑杆（11）向钻头（9）方向移动，由于支撑杆（11）分别与固定板（4）、转动喷管（6）相铰接，转动喷管（6）和钻头（9）相铰接，支撑杆（11）一端能够推动转动喷管（6）一端向远离固定轴（14）中心的方向移动，进而扩大了高压喷头（10）与切割刀片（7）的切割范围，需要调整缩小切割半径时，通过液压杆（2）拉动固定板（4）向远离钻头（9）方向滑动，固定板（4）拉动支撑杆（11）向远离钻头（9）方向移动，由于支撑杆（11）分别与固定板（4）、转动喷管（6）相铰接，转动喷管（6）与钻头（9）相铰接，支撑杆（11）一端能够拉动转动喷管（6）一端向靠近固定轴（14）中心的方向移动，进而缩小了高压喷头（10）与切割刀片（7）的切割范围；

调整好装置的切割半径后，利用连接套（1）将装置和钻杆相连接，将进水管（13）和高压水泵出水口相连接，将钻头（9）伸入至待扩大内径的钻孔中，启动钻机，将带有切割磨料的高压水流从进水管（13）输入，水流能够依次沿着进水管（13）、储水腔、连接软管流入至转动喷管（6）内，然后经高压喷头（10）喷射至钻孔的孔壁上，高压喷头（10）喷出的水流具有较大的冲击力，能够使钻孔孔壁的岩石颗粒脱落，同时，钻机的钻杆带动连接套（1）转动，连接套（1）带动转动喷管（6）上的高压喷头（10）与切割刀片（7）转动，实现高压喷头（10）对钻孔孔壁的旋转切割，切割刀片（7）能够对钻孔孔壁进一步打磨切割，使钻孔孔壁更加光滑；

以高压水流切割为主，切割刀片（7）切割为辅，能够避免切割刀片（7）切割时的热效应发生，进行高压冲击后的水体能够对扩孔的切割刀片（7）进行充分冷却，降低扩孔刃体的磨损，提高其使用寿命，同时，高压水流切割时，产生的反作用力小，能够降低扩孔钻杆的震荡，避免扩孔过程中出现偏心现象，能够避免钻孔内出现扬尘，较为环保。

本发明还涉及一种高压喷头（10）压强和钻头（9）转速之间的调整方法，所述液压杆（2）上设置压力传感器，将压力传感器分别和数据处理器之间通信连接，所述数据处理器和控制器连接，控制器分别和高压水泵的控制器、电钻的驱动电机上的控制器连接；

其特征在于包括以下步骤：

1）所述压力传感器读取液压杆（2）上的压力强度信息；

2）压力传感器检测到的数据无线传输给与自身建立了通信连接的数据处理器，所述数据处理器根据预先设定的计算机程序进行数据处理，并且和所述控制器之间进行数据交互，所述控制器执行以下判断规则：

所述压力传感器采集到的压力数据超过预先设定的压力数据水平的时候，所述控制器发送的执行指令，调整驱动电机上转速，先控制电钻转速减小，所述控制器控制高压水泵提高压力，第一个间歇时间后，控制电钻转速提升到正常水平，第二个间歇时间，控制器控制高压水泵将压力调整为正常水平；

所述间歇时间优选的为15秒-30秒之间，可以根据当地地质岩石的强度情况设定。

3）所述压力传感器检测到的数据恢复到预先设定的计算机程序正常压力的时候，就能够控制所述高压水泵和电钻按照正常水平进行运转，能够根据步骤2中的判断规则，在一个扩孔过程中，不断重复步骤2的扩孔作业过程。

所述步骤2中，先控制电钻转速减小，所述控制器控制高压水泵提高压力，能够使高压喷头（10）的压强增大，利用水流冲击切割高硬度岩石，同步控制电钻转速减小，能降低切割刀片（7）的强切割导致的刀片损坏；

所述步骤2中，在一个间歇时间后，在被高压喷头（10）切割过之后，控制电钻转速提升到正常水平，配合高压喷头（10）的高压强作业，对于扩孔作业中的，高强度岩石，就可以使切割和高压喷头（10）共同作用，提高扩孔作业效果。

所述步骤2中，第二个间歇时间，控制器控制高压水泵将压力调整为正常水平，能够使高压喷头（10）压强和钻头（9）转速之间形成一个预设的扩孔作业水平，在液压杆（2）上压力达到预设最大水平的时候，完成扩孔作业。

所述高压喷头（10）的长度小于切割刀片（7）宽度的设计，能够避免旋转切割时，高压喷头（10）与孔壁直接接触，对高压喷头（10）造成损伤；

所述钻头（9）外侧面上置有打磨凸点的设计，能够利用钻头（9）对孔壁进行初步打磨；

所述切割刀片（7）通过螺栓和转动喷管（6）外侧面相连接的设计，一方面，切割刀片（7）出现损坏时，能够将损坏的单个切割刀片（7）拆换维修，另一方面，对于孔壁较为坚硬，对切割刀片（7）损伤较大的钻孔，能够先取下切割刀片（7），使用高压水流初步切割后，再重新使用切割刀片（7）进行切割打磨；

所述高压喷头（10）的内径能够改变大小的设计，能够通过调整高压喷头（10）内径的大小，改变高压水流的水压，以适应不同钻孔的扩孔需求，提高钻孔效率；

所述转动喷管（6）与钻头（9）之间的夹角不小于45度的设计，一方面能够避免影响高压水流的喷射效果，另一方面能够避免转动喷管（6）与孔壁接触的一端磨损严重，影响装置的正常使用；

所述高压喷头（10）配合切割刀片（7）的设计，能够将切割刀片（7）与高压水流两种切割方式有效结合，一方面能够利用切割刀片（7）对高压水流切割后的孔壁进一步打磨切割，使孔壁更加光滑，另一方面，以高压水流为主，能够降低对切割刀片（7）的磨损，同时，冲击后的水体能够对切割刀片（7）进行实时冷却降温，降低切割刀片（7）的损伤，提高切割刀片（7）的使用寿命；

液压杆（2）配合支撑杆（11）、转动喷管（6）的设计，能够利用液压杆（2），实现支撑杆（11）与转动喷管（6）之间角度关系的转变，进而改变装置扩孔半径的大小，以适应不同扩孔大小需求；

通过液压杆（2）调整支撑杆（11）与转动喷管之间角度，能够实现对装置扩孔半径大小的调整，通过高压水流旋转切割以及切割刀片（7）的切割，能够有效扩孔的同时，降低对刃体的磨损，提高刃体的使用寿命，且能够降低扩孔钻杆处产生的震荡；

达到能够利用高压水流配合切割刀片（7）切割扩孔，避免热效应，能够对切割刀片（7）冷却降温，降低刃体磨损，且能够调整扩孔内径，适应不同大小扩孔需求的目的。

上述实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征是：由连接套、液压杆、连接软管、固定板、连接件、转动喷管、切割刀片、固定耳、钻头、高压喷头、支撑杆、连接耳、进水管和固定轴组成，连接套一端通过固定轴和钻头相连接，连接套内壁和外侧壁之间形成储水腔，固定板能够滑动的套置于固定轴上，固定板顶部通过至少三个液压杆和连接套一端相连接，固定板底部等距离固定置有多个连接耳，钻头上固定置有多个与连接耳相对应的固定耳，转动喷管的一端和固定耳相铰接，转动喷管外侧面上置有切割刀片，所述切割刀片通过螺栓和转动喷管外侧面相连接，转动喷管外侧面上靠近切割刀片处置有一排高压喷头，所述高压喷头和转动喷管相连通，支撑杆一端和转动喷管外侧面靠近中间处相铰接，支撑杆另一端和固定板上对应的连接耳相铰接，连接软管的一端通过连接件和转动喷管另一端相连接，且相连通，连接软管另一端和储水腔相连通，进水管和储水腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于所述高压喷头的内径能够改变大小。

3.根据权利要求1所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于所述转动喷管与钻头之间的夹角不小于45度。

4.根据权利要求1所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于所述钻头外侧面上置有打磨凸点。

5.根据权利要求2所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于所述高压喷头配合切割刀片的设计，能够将切割刀片与高压水流两种切割方式有效结合，一方面能够利用切割刀片对高压水流切割后的孔壁进一步打磨切割，使孔壁更加光滑，另一方面，以高压水流为主，能够降低对切割刀片的磨损。

6.根据权利要求1所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于所述液压杆配合支撑杆、转动喷管的设计，能够利用液压杆，实现支撑杆与转动喷管之间角度关系的转变，进而改变装置扩孔半径的大小，以适应不同扩孔大小需求。

7.根据权利要求6所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于通过所述液压杆调整支撑杆与转动喷管之间角度，能够实现对装置扩孔半径大小的调整，通过高压水流旋转切割以及切割刀片的切割，能够有效扩孔的同时，降低对刃体的磨损。

8.根据权利要求1所述的一种地质勘探随钻扩孔装置，其特征在于所述高压喷头的长度小于切割刀片宽度。

9.一种应用在权利要求1中地质勘探随钻扩孔装置的高压喷头压强和钻头转速之间的调整方法，所述液压杆上设置压力传感器，将压力传感器分别和数据处理器之间通信连接，所述数据处理器和控制器连接，控制器分别和高压水泵的控制器、电钻的驱动电机上的控制器连接；

其特征在于包括以下步骤：

1）所述压力传感器读取液压杆上的压力强度信息；

2）压力传感器检测到的数据无线传输给与自身建立了通信连接的数据处理器，所述数据处理器根据预先设定的计算机程序进行数据处理，并且和所述控制器之间进行数据交互，所述控制器执行以下判断规则：

所述压力传感器采集到的压力数据超过预先设定的压力数据水平的时候，所述控制器发送的执行指令，调整驱动电机上转速，先控制电钻转速减小，所述控制器控制高压水泵提高压力，第一个间歇时间后，控制电钻转速提升到正常水平，第二个间歇时间，控制器控制高压水泵将压力调整为正常水平；

3）所述压力传感器检测到的数据恢复到预先设定的计算机程序正常压力的时候，就能够控制所述高压水泵和电钻按照正常水平进行运转，能够根据步骤2中的判断规则，在一个扩孔过程中，不断重复步骤2的扩孔作业过程。

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