CN114016922A - 一种大直径分级破岩旋挖钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大直径分级破岩旋挖钻具，该钻具包括钻杆和钻头构件，所述钻杆带动钻头构件，所述钻头构件按照破岩能到达的不同深度和广度进行至少二级分布，能达到相同破岩深度及广度的钻头组件为同级钻头构件。本发明与现有钻岩设备相比，具有高效的分级破岩效果，使得岩体由下到上由里及外被逐级扩孔破岩，通过分级破岩实现了高效快速对硬岩进行大孔径的钻孔。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔施工技术领域，具体来说，涉及一种高效分级破岩的旋挖钻头。
背景技术
在基坑工程中，影响钻孔钻进速度的因素有多种，例如钻孔半径大，入岩尺寸深，岩石完整性好、风化程度低、强度高等。多种因素的耦合，导致钻进速度慢，成孔工期长等问题。直接采用旋挖钻筒钻进十分困难，在半径大的情况下，更是难以将钻得的岩芯扭断。目前解决此类问题的基本方法有两种，第一种是采用不同直径的钻筒分级扩孔，一般分两级或三级，但此方法具有效率低，换钻筒费时间等缺点；第二种为冲击破岩，再用钻筒旋挖，但冲击破岩对于岩层的破坏具有扩张性，可能会使孔径以外的岩石产生破坏。由此可见，传统的设备与方法无法有效的解决大孔径硬岩钻孔面临的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能快速有效对硬岩进行大孔径钻孔的大直径分级破岩旋挖钻具。
本发明提供的这种大直径分级破岩旋挖钻具包括钻杆和钻头构件，所述钻杆带动钻头构件，其特征在于所述钻头构件按照破岩能到达的不同深度和广度进行至少二级分布，能达到相同破岩深度及广度的钻头组件为同级钻头构件。
作为一级分布，所述钻头构件包括中心钻，该中心钻连接在所述钻杆的端部。
作为二级分布的一种方式，所述钻头构件按照两级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括螺旋排钻，所述螺旋排钻包括一个钻盘、若干组螺旋排杆，每组螺旋排杆均有多根螺旋杆，螺旋杆一端固定在钻杆上另一端装有钻头并由钻头连杆支撑，钻头连杆的一端连接在钻杆上，另一端连接在钻盘上。
作为二级分布的另一种方式，所述钻头构件按照两级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括盘式钻，所述盘式钻包括若干牙轮钻头、支撑杆，各牙轮钻头沿一个钻盘均匀分布，支撑杆一端与钻杆连接另一端通过钻盘与牙轮钻连接。
作为二级分布的第三种方式，所述钻头构件按照两级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括筒式钻，筒式钻包括筒体、连接盖，该连接盖与筒体连接同时与钻杆连接，在所述筒体的下端有钻头，筒体的侧壁上有钻齿。
作为三级分布的一种方式，所述钻头构件按照三级分布在钻杆上，所述钻头构还件还包括盘式钻，所述盘式钻包括若干牙轮钻头、支撑杆，各牙轮钻头沿一个钻盘均匀分布，支撑杆一端与钻杆连接另一端通过钻盘与牙轮钻连接，所述螺旋式钻与所述盘式钻共用一个钻盘。
作为三级分布的另一种方式，所述钻头构件按照三级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括筒式钻，筒式钻包括筒体、连接盖，该连接盖与筒体连接同时与钻杆连接，在所述筒体的下端有钻头，筒体的侧壁上有钻齿。
作为四级分布的一种方式，所述钻头构件按照四级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括筒式钻，筒式钻包括筒体、连接盖，该连接盖与筒体连接同时与钻杆连接，在所述筒体的下端有钻头，筒体的侧壁上有钻齿。
在上述技术方案中所述牙轮钻头安装在钻盘上并位于所述支撑杆和钻头连杆处。所述钻头包括钻头体、主钻齿尖、下钻齿尖、侧钻齿尖，钻头与地面之间的夹角设置为45-50度，主钻齿尖中轴线与所述钻头体中轴线重合，所述侧钻齿尖与钻孔侧岩壁的夹角为45-50度，下钻齿尖的入岩方向与所述主钻齿尖入岩方向相同，但与地面之间的夹角设置为70-80度。
本发明与现有钻岩设备相比，具有高效的分级破岩效果。首先中心钻对中心部位岩石进行钻孔，形成第一级卸荷，随着中心位置的破岩，应力得到初步释放，所有钻头可逐级轻松的破坏岩石，进一步释放一定范围的应力，对剩余岩体进行旋挖，使得岩体由下到上由里及外逐级扩孔破岩，通过分级破岩实现了高效快速对硬岩进行大孔径钻孔。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2反映了本发明一种实施方式中螺旋排钻和盘式钻的结构。
图3是针对图2的俯视图。
图4反映了本发明一种实施方式中筒式钻的结构。
图5是本发明一种实施方式中钻头的结构示意图。
图6是本发明各分级构件与分级破岩的对应关系图。
附图标记：
钻杆1；钻盘2；
钻头3、钻头体31、主钻齿尖32、下钻齿尖33、侧钻齿尖34；
中心钻4；
螺旋排钻5、螺旋杆件51、连杆52；
盘式钻6、牙轮钻头61、支撑杆62；
筒式钻7、筒体71、连接盖72、钻齿73、排渣孔74、连接头75、加强筋76、销孔77。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明做详细介绍。
本发明大直径分级破岩旋挖钻具包括钻杆和钻头构件，由钻杆带动钻头构件进行钻岩，根据钻头构件破岩能到达的不同深度和广度进行至少二级分布，相同破岩深度及广度的钻头构件为同级钻头构件。
本实施例是一个钻头构件具有四级分布的大直径分级破岩旋挖钻具。
从图1可以看出本发明具有钻杆1，在钻杆1上分布有四级钻头构件：
一级钻头构件是中心钻4，该中心钻通过螺纹连接在钻杆1的底端。中心钻4可选用取芯钻头,如无特殊要求，也可选用破岩钻头。
二级钻头构件是螺旋排钻5，结合图2和图3可以看出该螺旋排钻5包括若干组螺旋排杆51、钻头连杆52，每组螺旋排杆均有多根螺旋杆，螺旋杆一端固定在钻杆1上另一端装有钻头3并由钻头连杆52支撑，钻头连杆52的一端连接在钻杆1上，另一端连接在钻盘2上。在本实施例中螺旋排杆51采用了三组，每组有四根螺旋杆，各螺旋排杆51螺旋连接于连杆52与钻杆1之间，同时连杆52与地面夹角为15度，这使得四个钻头3可以在不同水平面分级破岩，螺旋排杆51的螺旋方向与旋挖方向相同其优点是能最大化将钻杆1的力传递到钻头，从而提高破岩效率。
三级钻头构件是盘式钻6，结合图2和图3可以看出该盘式钻包括若干牙轮钻头61、支撑杆62，支撑杆62一端与钻杆1连接另一端与钻盘2连接，支撑杆62与钻盘2的连接处也是各牙轮钻头与钻盘连接的位置。钻杆1通过支撑杆62将动力传至钻盘2及牙轮钻头61。结合附图3、4，为使筒式钻7与钻盘2之间的岩石加快破碎，六个牙轮钻头61设置于钻盘2下端，同时考虑破岩效率，牙轮钻头61的中轴线于岩壁的夹角设置为45度。
盘式钻6和螺旋排钻5共用钻盘2，支撑杆62和钻头连杆52各有三根分别从上方和下方由钻杆斜撑于钻盘2，在钻盘2上形成六个固定点，这六个点的位置也是六个牙轮钻头61的安装位置。
四级钻头构件是筒式钻7，结合图4可以看出筒式钻7包括筒体71、连接盖72、钻齿73、排渣孔74、连接头75、加强筋76。筒体71的底部装有钻头3，侧壁装有钻齿73，用于对底部和侧面的岩石破岩。筒体71的顶部与连接盖72连接；连接盖72上面设有排渣孔74并焊接有连接头75和加强筋76，每个加强筋76上设置有销孔77，钻杆1与连接头75焊接，以达到增大旋转动力，增加力传递的目的。
从图5可以看出，螺旋排钻5和筒式钻7采用的钻头3包括钻头体31、主钻齿尖32、下钻齿尖33、侧钻齿尖34，其中主钻齿尖32中轴线与所述钻头体31中轴线重合，钻头3整体与地面之间的夹角设置为45-50度，所述侧钻齿尖34与钻孔侧岩壁的夹角同样设置为45-50度，下钻齿尖33的入岩方向与所述主钻齿尖32入岩方向相同，但与地面之间的夹角设置为70-80度。钻头3的破岩效果分为三个部分：第一，下钻齿尖33在旋转过程中初步破坏岩石，增加主钻齿尖32的破岩效率；第二，主钻齿尖32在旋转过程中倾斜入岩破岩；第三；侧钻齿尖34在旋转过程中侧向倾斜入岩破岩。三个齿尖的旋转破岩同时在两个方向进行，使得破岩立体化，效率高。
结合图6可以看出，中心钻4、螺旋排钻5、盘式钻6、筒式钻7的竖向位置关系为从下至上，水平方向是由里至外。由于位置关系，中心钻4首先进行破岩，其破岩区域为一级破岩区域I；随着中心位置的破岩，地应力得到初步释放；其次，随着中心钻4的钻进，螺旋排钻5开始接触并破坏岩石，其破岩区域为二级破岩区域Ⅱ，同时，临近中心钻4的螺旋排钻5中的钻头3中间位置的应力释放，可轻松将下方岩石破坏，同理，螺旋排钻5上的其它钻头3也可依次破岩，效率得到显著提升；盘式钻6的牙轮钻头61除了将其下方的岩石破坏，其倾斜角度产生的破坏力还可使筒式钻7底部的钻头3与牙轮钻头61之间的岩石产生扰动，加速其破坏，牙轮钻头61的破岩区域为三级破岩区域Ⅲ；最后，筒式钻7底部的钻头3完成向下钻进，对底部的钻头3与牙轮钻头61之间的岩石施加扭力，可轻松完成破岩，其破岩区域为四级破岩区域Ⅳ。从而实现大直径分级破岩。
Claims (10)
1.一种大直径分级破岩旋挖钻具包括钻杆和钻头构件，所述钻杆带动钻头构件，其特征在于所述钻头构件按照破岩能到达的不同深度和广度进行至少二级分布，能达到相同破岩深度及广度的钻头组件为同级钻头构件。
2.根据权利要求1所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件包括中心钻，该中心钻连接在所述钻杆的端部。
3.根据权利要求2所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件按照两级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括螺旋排钻，所述螺旋排钻包括一个钻盘、若干组螺旋排杆，每组螺旋排杆均有多根螺旋杆，螺旋杆一端固定在钻杆上另一端装有钻头并由钻头连杆支撑，钻头连杆的一端连接在钻杆上，另一端连接在钻盘上。
4.根据权利要求2所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件按照两级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括盘式钻，所述盘式钻包括若干牙轮钻头、支撑杆，各牙轮钻头沿一个钻盘均匀分布，支撑杆一端与钻杆连接另一端通过钻盘与牙轮钻连接。
5.根据权利要求2所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件按照两级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括筒式钻，筒式钻包括筒体、连接盖，该连接盖与筒体连接同时与钻杆连接，在所述筒体的下端有钻头，筒体的侧壁上有钻齿。
6.根据权利要求3所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件按照三级分布在钻杆上，所述钻头构还件还包括盘式钻，所述盘式钻包括若干牙轮钻头、支撑杆，各牙轮钻头沿一个钻盘均匀分布，支撑杆一端与钻杆连接另一端通过钻盘与牙轮钻连接，所述螺旋式钻与所述盘式钻共用一个钻盘。
7.根据权利要求3所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件按照三级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括筒式钻，筒式钻包括筒体、连接盖，该连接盖与筒体连接同时与钻杆连接，在所述筒体的下端有钻头，筒体的侧壁上有钻齿。
8.根据权利要求6所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头构件按照四级分布在钻杆上，所述钻头构件还包括筒式钻，筒式钻包括筒体、连接盖，该连接盖与筒体连接同时与钻杆连接，在所述筒体的下端有钻头，筒体的侧壁上有钻齿。
9.根据权利要求6所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述牙轮钻头安装在钻盘上并位于所述支撑杆和钻头连杆处。
10.根据权利要求5所述大直径分级破岩旋挖钻具，其特征在于所述钻头包括钻头体31、主钻齿尖32、下钻齿尖33、侧钻齿尖34，钻头与地面之间的夹角设置为45-50度，主钻齿尖32中轴线与所述钻头体31中轴线重合，所述侧钻齿尖34与钻孔侧岩壁的夹角为45-50度，下钻齿尖33的入岩方向与所述主钻齿尖32入岩方向相同，但与地面之间的夹角设置为70-80度。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| US5417292A (en) * | 1993-11-22 | 1995-05-23 | Polakoff; Paul | Large diameter rock drill |
| CN202031485U (zh) * | 2011-05-10 | 2011-11-09 | 北京市三一重机有限公司 | 旋挖钻具和旋挖钻机 |
| CN106639888A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-05-10 | 北京中车重工机械有限公司 | 旋挖钻机及其钻斗总成 |
| CN212774148U (zh) * | 2020-08-13 | 2021-03-23 | 中交一公局集团有限公司 | 一种旋挖钻的三级导向钻具 |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5417292A (en) * | 1993-11-22 | 1995-05-23 | Polakoff; Paul | Large diameter rock drill |
| CN202031485U (zh) * | 2011-05-10 | 2011-11-09 | 北京市三一重机有限公司 | 旋挖钻具和旋挖钻机 |
| CN106639888A (zh) * | 2016-10-25 | 2017-05-10 | 北京中车重工机械有限公司 | 旋挖钻机及其钻斗总成 |
| CN212774148U (zh) * | 2020-08-13 | 2021-03-23 | 中交一公局集团有限公司 | 一种旋挖钻的三级导向钻具 |
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