CN113982473A - 一种直线摆动式潜孔锤钻机及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直线摆动式潜孔锤钻机。它包括集束潜孔锤、导向架、摆动驱动装置；所述集束潜孔锤为成对设置或单个设置，在井孔内对称分开布置；集束潜孔锤安装在导向架底部，摆动驱动装置安装在导向架底部，摆动驱动装置驱动集束潜孔锤相对于导向架往复摆动运动。本发明克服了现有技术旋转驱动装置结构复杂笨重，传递旋转力矩太小，不容易密封，不适应深水工作的缺点；具有结构简单可靠耐用，摆动力巨大，适应10米左右超大直径和2000米级水下及复杂恶劣环境下工作，能钻进矩形、圆形和环切取芯钻进，可以应用于钻孔桩机、地下连续墙铣槽机、竖井钻机、竖井掘进机和隧道掘进机的优点。本发明还公开了直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及岩土钻进钻机技术领域，更具体地说它是一种直线摆动式潜孔锤钻机。本发明还公开了所述的直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法。
背景技术
现有岩土钻进钻机技术中，为钻头旋转钻进方案，旋转驱动装置一般包括马达、减速机，当钻进井孔尺寸较大时，结构复杂笨重，传递旋转力矩太小，水下不易密封，结构容易磨损，存在钻进效率低，不适应超大直径、超深水下及复杂恶劣环境中工作的缺点。因此，现亟需开发一种设备结构简单耐用、制造费用小、钻孔直径超大、钻进速度快，适应超深水下及复杂恶劣环境中工作的钻机技术方案。
发明内容
本发明的第一目的是为了提供一种直线摆动式潜孔锤钻机，为一种地基岩土钻进机械，本发明的直线摆动式潜孔锤钻机，钻头为直线往复摆动钻进方式，具有结构简单可靠耐用，摆动力巨大，适应超10米左右及以下大直径、2000米以上深度水下、粉尘潮湿高温等恶劣环境下工作，可以钻进矩形、圆形井孔或环形取芯钻进，可以应用于钻孔桩机、地下连续墙铣槽机、竖井钻机、竖井掘进机和隧道掘进机的特点；克服了现有技术钻头旋转设备方案中，旋转驱动装置结构复杂笨重，传递旋转力矩太小，不容易密封，容易磨损，不适应深水工作的缺点。
本发明的第二目的是为了提供所述的沿直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法，设备造价低，钻进效率高、成本低。
为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种摆动式潜孔锤钻机，其特征在于：包括集束潜孔锤、导向架、摆动驱动装置；
所述集束潜孔锤为成对设置或单个设置，在井孔内对称分开布置；
集束潜孔锤安装在导向架底部，摆动驱动装置安装在导向架底部，摆动驱动装置驱动集束潜孔锤相对于导向架往复摆动运动。
在上述技术方案中，所述集束潜孔锤底部形状为矩形或半圆形，或者半圆环形。
为了实现上述本发明的第二目的，本发明的技术方案为：所述的直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：导向架引导钻进方向或进行方向纠偏；
步骤二：摆动驱动装置驱动成对集束潜孔锤沿直线对称往复摆动，在井孔范围内靠近或分开，同时集束潜孔锤上的钻头冲击凿碎岩土，岩土碎屑经流体循环排出井孔或下落到溜渣孔；
步骤三：完成井孔钻进。
在上述技术方案中，集束潜孔锤的形状为矩形或半圆形，或者为半圆环形；钻进井孔形成的形状为矩形或近似的圆形，或者为环状留出岩芯。
本发明具有如下优点：
(1)本发明的钻机结构简单耐用，造价低，维修周期长；
(2)本发明的钻机摆动驱动力超大，可以钻进10米以上超大直径井孔；
(3)本发明钻机摆动驱动装置可以为液压油缸，是高压密封，避免了旋转驱动装置密封困难、不耐水压问题，钻机可以在2000米深度以上深水或粉尘潮湿高温恶劣环境下工作；
(4)本发明钻具不旋转，潜孔锤动力管线和排渣管道与潜孔锤的钻杆或钢丝绳不会扭绞，方便设置管道进行泥浆或空气反循环排渣，拓宽了潜孔锤的应用范围。
综合以上内容，本发明提供的一种直线摆动式潜孔锤钻机结构简单造价低，具有能钻进10米左右超大直径和2000米深度水下井孔，可以在复杂恶劣环境下工作，可以钻进矩形、圆形井孔或环形取芯钻进，可以应用于钻孔桩机、地下连续墙铣槽机、竖井钻机、竖井掘进机和隧道掘进机的优点。
附图说明
图1为本发明中成对集束潜孔锤摆动到完全分开的工作结构示意图。
图2为本发明中成对集束潜孔锤摆动到完全靠拢的工作结构示意图。
图3为本发明中设置单个集束潜孔锤的结构示意图。
图4为本发明用于矩形井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动到完全靠拢的工作结构示意图。
图5为本发明用于矩形井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动到完全分开的工作结构示意图。
图6为本发明用于圆形井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩的工作结构示意图。
图7为本发明用于圆形井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩完成后形成的圆形井孔形状图。
图8为本发明用于圆形井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩至成对集束潜孔锤摆动到完全分开位置的工作结构示意图。
图9为本发明用于圆形井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩至成对集束潜孔锤摆动到完全靠拢位置的工作结构示意图。
图10为本发明用于圆环取芯井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩的工作结构示意图。
图11为本发明用于圆环取芯井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩至成对集束潜孔锤摆动到完全靠拢位置的工作结构示意图。
图12为本发明用于圆环取芯井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩至成对集束潜孔锤摆动到完全分开位置的工作结构示意图。
图13为本发明用于圆环取芯井孔钻进时，成对集束潜孔锤摆动冲击凿岩完成后形成的圆环井孔形状图。
图4中的箭头表示成对集束潜孔锤的摆动方向。
图5中的箭头表示成对集束潜孔锤的摆动方向。
图6中位于上方的对向箭头表示成对集束潜孔锤摆动到完全靠拢的方向；
位于下方的箭头表示成对集束潜孔锤摆动到完全分开的方向。
图7中，A表示标准圆形；B表示施工完成形状。
图中1-集束潜孔锤，2-导向架,3-摆动驱动装置，4-单体潜孔锤。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：一种直线摆动式潜孔锤钻机，包括集束潜孔锤1、导向架2、摆动驱动装置3，单体潜孔锤4；
导向架2尺寸与井孔尺寸匹配，具有一定长度，在钻进时进行导向，也可以安装纠偏装置进行纠偏；集束潜孔锤1为成对设置或单个设置(如图1、图2、图3所示)，在井孔断面上对称分开布置，摆动驱动装置3驱动集束潜孔锤1相对于导向架2摆动运动；
集束潜孔锤1安装在导向架2底部，集束潜孔锤1与导向架2活动连接；
摆动驱动装置3安装在导向架2底部；摆动驱动装置3与集束潜孔锤1连接；
摆动驱动装置3驱动集束潜孔锤1相对于导向架2往复直线摆动运动；摆动驱动装置3通过调整其伸出长度驱动集束潜孔锤1相对于导向架2往复直线摆动运动(如图1、图2、图3所示)；
集束潜孔锤1上安装多只单体潜孔锤4；集束潜孔锤1上的单体潜孔锤4在摆动方向的垂直方向连续排列(如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示)，潜孔锤冲击时将潜孔锤钻头下面的岩土全部凿碎，摆动驱动装置3驱动集束潜孔锤1，使集束潜孔锤1不停对称往复摆动，使潜孔锤钻头不停地换位冲击，将井孔全断面岩土全部凿碎，岩土碎屑用流体循环排出井孔或下落到溜渣孔，完成井孔的钻进(如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13所示)。
集束潜孔锤1由摆动驱动装置3摆动驱动，在井孔内机械机构没有旋转驱动装置，摆动驱动装置3可以为伸缩式液压油缸，密封压力很高，可以达到30-40兆帕甚至更高，适合2000米左右水下高压环境工作，摆动驱动装置3的液压油缸可以为多组，尺寸小结构简单耐用，摆动力巨大，能钻进10米左右直径尺寸的超大井孔；潜孔锤可以采用高压气体为冲击动力介质，能够在井孔外向潜孔锤超长远距离管道输送，输送的能量损失小，适合2000米左右深度水下钻井工作，可以应用于超深竖井施工机械，集束潜孔锤1中的单体潜孔锤4排气孔设置在冲击器外表面，排气孔通过集束潜孔锤1锤体内部通道与连通大气的排气管道连通，使潜孔锤排气压力降低，使潜孔锤形成闭气反循环，增加潜孔锤的能效，同时在泥浆护壁钻进时，保证潜孔锤排气不会进入井孔泥浆内，避免排气影响泥浆护壁效果。
进一步地，集束潜孔锤1形状可以为矩形、半圆形、半圆环形，如附图所示，钻进能由于矩形、近似圆形井孔，还能钻进环形井孔留出岩芯，进行取芯钻进。可以用于钻进矩形、近似圆形或圆环形井孔，用于地下连续墙铣槽机、竖井钻机、竖井掘进机、隧道掘进机、钻孔桩钻机及其环切取芯钻进的岩土施工机械技术方案。
参阅附图可知：所述的直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法，包括如下步骤，
步骤一：钻进井孔时，导向架2控制钻进方向(即，导向架2引导钻进方向或进行方向纠偏；)；
步骤二：摆动驱动装置3驱动成对集束潜孔锤1沿直线对称往复摆动，在井孔范围内靠近或分开，同时集束潜孔锤1上的钻头冲击凿碎岩土，岩土碎屑经流体循环排出井孔或下落到溜渣孔；
步骤三：完成井孔钻进。
进一步地，集束潜孔锤1的形状为矩形或半圆形，或者为半圆环形；钻进井孔形成的形状为矩形(如图4、图5所示)或近似的圆形(如图6、图7、图8、图9所示)，或者为环状留出岩芯；
当集束潜孔锤1为半圆环形时，钻进环形井孔留出岩芯，进行取芯钻进(如图10、图11、图12、图13所示)。
为了能够更加清楚的说明本发明所述的直线摆动式潜孔锤钻机及其使用方法与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：
由上表可知，本发明所述的直线摆动式潜孔锤钻机及其使用方法与现有技术相比，密封性好、设备结构简单耐用、钻进效率高、适应超大直径、超深水下及复杂恶劣环境中工作。
其它未说明的部分均属于现有技术。
Claims (4)
1.一种直线摆动式潜孔锤钻机，其特征在于：包括集束潜孔锤(1)、导向架(2)、摆动驱动装置(3)；
集束潜孔锤(1)为成对设置或单个设置，在井孔断面上对称分开布置；
集束潜孔锤(1)安装在导向架(2)底部，摆动驱动装置(3)安装在导向架(2)底部，摆动驱动装置(3)驱动集束潜孔锤(1)相对于导向架(2)往复摆动运动。
2.根据权利要求1所述的直线摆动式潜孔锤钻机，其特征在于：集束潜孔锤(1)底部形状为矩形或半圆形，或者半圆环形。
3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的一种直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：导向架(2)引导钻进方向或进行方向纠偏；
步骤二：摆动驱动装置(3)驱动成对集束潜孔锤(1)沿直线对称往复摆动，在井孔范围内靠近或分开，同时集束潜孔锤(1)上的钻头冲击凿碎岩土，岩土碎屑经流体循环排出井孔或下落到溜渣孔；
步骤三：完成井孔钻进。
4.根据权利要求3所述的直线摆动式潜孔锤钻机的使用方法，其特征在于：集束潜孔锤(1)的形状为矩形或半圆形，或者为半圆环形；集束潜孔锤(1)钻进井孔形成的形状为矩形或近似的圆形，或者为环状留出岩芯。
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Cited By (1)
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| WO2024088229A1 (zh) * | 2022-10-26 | 2024-05-02 | 武汉通途鑫路桥工程有限公司 | 一种不旋转潜孔锤钻机及其使用方法 |
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2021
- 2021-11-12 CN CN202111336570.4A patent/CN113982473A/zh active Pending
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| WO2024088229A1 (zh) * | 2022-10-26 | 2024-05-02 | 武汉通途鑫路桥工程有限公司 | 一种不旋转潜孔锤钻机及其使用方法 |
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