CN114382403A - 一种矿产开采用节能型自动钻探设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钻探设备技术领域的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，包括井架，井架上设置有钻探驱动机构和钻探机构，所述钻探机构包括竖直的钻杆，钻杆的底端设置有用于破碎土层的钻头，钻杆的杆身上设置有用于将破碎的土层沿杆身竖直向上运输的连续螺旋叶片。所述连续螺旋叶片的下部叶片直径大于上部叶片直径；所述连续螺旋叶片的周向设置有支撑筒，支撑筒呈中空状，套接在钻杆的外周；所述支撑筒的内壁直径等于连续螺旋叶片的上部叶片直径，支撑筒的外壁直径等于连续螺旋叶片的下部叶片直径。本发明能够在钻孔的过程中对所钻的孔位内壁进行加固，防止在钻孔的过程中钻孔发生塌孔，堵塞钻探设备。

Description

一种矿产开采用节能型自动钻探设备

技术领域

本发明为钻探设备技术领域，具体涉及到的是一种矿产开采用节能型自动钻探设备。

背景技术

工程钻探中，出于直接获取钻孔或者采集构筑物样本的目的，会对一些部位进行钻孔，现有钻探设备在钻孔时，存在钻孔效率低，排屑不畅等问题，当钻探产生的构筑物钻屑不能快速取出时，容易造成堵塞，这将会影响原动机的内燃效率和驱动机的能量传递效率，使得钻探设备低效率高耗能。研究发现，造成钻探时堵塞的主要因素主要为两种：1、钻孔后形成塌孔，位于钻杆两侧的钻孔侧壁塌陷，掉落的碎土堵塞了钻头；2、钻头破碎后的土层体积过大，在向地面运输时因体积过大而堵塞了运输机构，使得整个钻探设备堵塞。因此目前需要一种矿产开采用节能型自动钻探设备解决上述问题。

本发明提供了一种矿产开采用节能型自动钻探设备，该发明能够在钻孔的过程中对所钻的孔位内壁进行加固，防止在钻孔的过程中钻孔发生塌孔，堵塞钻探设备。本发明还能够对钻头所破碎的土层在运输前进行进一步破碎，使得运输设备能够运输较小体积的涂层，避免在运输过程中发生堵塞。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿产开采用节能型自动钻探设备，以解决上述背景技术中提出了现有技术缺点的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿产开采用节能型自动钻探设备，包括井架，井架上设置有钻探驱动机构和钻探机构，所述钻探驱动机构用于驱动钻探机构转动、沿井架竖直进给；所述钻探机构包括竖直的钻杆，钻杆的底端设置有用于破碎土层的钻头，钻杆的杆身上设置有用于将破碎的土层沿杆身竖直向上运输的连续螺旋叶片。

作为本发明的进一步方案，所述连续螺旋叶片的下部叶片直径大于上部叶片直径。

作为本发明的进一步方案，所述连续螺旋叶片的周向设置有支撑筒，支撑筒呈中空状，套接在钻杆的外周；所述支撑筒的内壁直径等于连续螺旋叶片的上部叶片直径，支撑筒的外壁直径等于连续螺旋叶片的下部叶片直径。

作为本发明的进一步方案，所述支撑筒的底端固定安装有用于粉碎土层的刀具，所述刀具位于连续螺旋叶片的下部叶片上方。

作为本发明的进一步方案，所述钻杆、支撑筒转动安装在滑动组件上，所述滑动组件与钻探驱动机构相连，沿井架的竖直方向滑动安装；钻探驱动机构驱动钻杆转动；所述钻杆上固定安装有主动齿轮，支撑筒的内壁上固定安装有内齿圈，所述主动齿轮通过从动齿轮与内齿圈传动连接；所述从动齿轮转动安装在支撑杆上，所述支撑杆竖直设置在滑动组件上。

作为本发明的进一步方案，钻杆的上端固定连接有中空状的延伸杆，在钻杆与固定杆的连接处设置有取料仓，所述取料仓位于连续螺旋叶片的上端，取料仓内部与中空状的延伸杆相连通；取料仓的侧壁上间隔开有开口，所述开口用于允许破碎的土层进入取料仓；延伸杆的上端设置有气泵，所述气泵用于将取料仓内的破碎土层吸附至延伸杆顶端。

作为本发明的进一步方案，所述滑动组件包括竖直滑动安装在井架上的支撑板和浮动板，钻杆、支撑筒转动安装在浮动板上，支撑杆与支撑板键连接；所述支撑板和浮动板之间设置有压缩弹簧，支撑板上安装驱动浮动板振动的振动机构。

作为本发明的进一步方案，所述浮动板上转动安装有水囊，所述支撑筒的周向侧壁内竖直设置水管，所述水管沿支撑筒的周向间隔设置，每条水管的下端均设置有一个喷水口，所述喷水口位于连续螺旋叶片的两个相邻牙之间，各个喷水口高度不同；水管的上端与水囊相连通。

作为本发明的进一步方案，所述钻杆通过转动盘转动安装在浮动板上；所述转动盘包括转动外盘、转动内盘和固定中间盘，所述转动外盘转动安装在浮动板上，转动内盘固定安装在钻杆上，固定中间盘与支撑杆键连接；所述水管穿过转动外盘与水囊连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明能够在钻孔的过程中对所钻的孔位内壁进行加固，防止在钻孔的过程中钻孔发生塌孔，堵塞钻探设备。此外本发明支撑筒的设置不仅可以加固支撑钻孔，防止塌孔；还可以在输送破碎土层的过程中防止钻孔周围的土质混入所运输的破碎土层中，影响工作人员对该深度土质的分析，避免误判。

2.本发明在支撑筒的底端设置刀具能够对经过的体积较大的破碎土层进行更好地粉碎，避免连续螺旋叶片在向地面运输土层时因体积过大而堵塞了运输机构，使得整个钻探设备堵塞，此外本发明通过主动齿轮、从动齿轮、内齿圈的设置使得刀具与连续螺旋叶片的转动方向相反，使得刀具在连续螺旋叶片向上运输破碎的土层时能够对较大体积的土层进一步粉碎，进一步保证了运输的顺畅。

3.本发明设置了振动机构为钻头提供额外的冲击力，并利用振幅挤压水囊喷水对支撑筒和钻头进行润滑。本发明水囊喷水的大小与振动机构的振幅有关，当振幅较大，说明钻头的继续钻动时所受的阻力较大，需要较多的水润滑支撑筒和钻头；当振幅较小，说明钻头的继续钻动时所受的阻力较小，只需要较少的水润滑支撑筒和钻头即可，避免浪费水资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种矿产开采用节能型自动钻探设备的结构示意图；

图2为本发明贴片机构的结构示意图；

图3为本发明图1半剖时的结构示意图；

图4为本发明图3中A部分的局部放大示意图；

图5为本发明图3中B部分的局部放大示意图；

图6为本发明滴胶机构和夹紧机构的结构示意图；

图7为本发明图6中C部分的局部放大示意图；

图8为本发明夹紧机构的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-井架、2-钻探驱动机构、3-钻探机构、31-钻杆、32-钻头、33-连续螺旋叶片、331-上部叶片、332-下部叶片、34-支撑筒、341-刀具、41-主动齿轮、42-内齿圈、43-从动齿轮、44-支撑杆、51-延伸杆、52-取料仓、53-开口、54-气泵、61-支撑板、62-浮动板、63-压缩弹簧、64-振动机构、71-水囊、72-水管、73-喷水口、81-转动盘、811-转动外盘、812-转动内盘、813-固定中间盘。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，一种矿产开采用节能型自动钻探设备，包括井架1，井架1上设置有钻探驱动机构2和钻探机构3，所述钻探驱动机构2用于驱动钻探机构3转动、沿井架1竖直进给；所述钻探机构3包括竖直的钻杆31，钻杆31的底端设置有用于破碎土层的钻头32，钻杆31的杆身上设置有用于将破碎的土层沿杆身竖直向上运输的连续螺旋叶片33。

作为本发明的进一步方案，所述连续螺旋叶片33的下部叶片332直径大于上部叶片331直径。

作为本发明的进一步方案，所述连续螺旋叶片33的周向设置有支撑筒34，支撑筒34呈中空状，套接在钻杆31的外周；所述支撑筒34的内壁直径等于连续螺旋叶片33的上部叶片331直径，支撑筒34的外壁直径等于连续螺旋叶片33的下部叶片332直径。

在钻探设备钻探的过程中发生堵塞会极大的影响原动机的内燃效率和驱动机的能量传递效率，使得钻探设备低效率高耗能，所以本发明要解决钻探设备发生堵塞的问题。在研究的过程中发现，钻探设备发生堵塞的一个原因为：在钻探的过程中塌孔，位于钻杆31两侧的钻孔侧壁塌陷，掉落的碎土堵塞了钻头32，使得钻探设备无法继续钻探。为此本发明提供了一种实施例。如图1所示，钻探设备包括井架1、钻探驱动机构2、钻探机构3。钻探驱动机构2驱动钻探机构3转动、沿井架1竖直进给进行钻探。当钻头32破碎土层后，破碎的土层在挤压力的作用下会被挤入环绕设置在钻杆31周向的连续螺旋叶片33内。如图1、图5所示，连续螺旋叶片33随着钻头32转动，将所破碎的土层缓慢向地面输送，供工作人员取样分析。如图1所示，为了避免在钻孔的过程中塌孔，本发明在连续螺旋叶片33的周向设置有支撑筒34，当钻头32破碎土层并继续向下钻探时，支撑筒34立即跟进插入所钻的孔位中，将钻孔固定下来。这时即使钻孔的内壁因为土层疏松想要发生塌陷，也会因为有支撑筒34的加固支撑而维持钻孔的形状，避免塌孔堵塞钻头32，影响钻探设备的运行。为了支撑筒34能够顺利插入钻头32所钻的孔位中并不影响后续破碎土层的向上运输，如图6所示，本发明将连续螺旋叶片33分为下部叶片332和上部叶片331，紧靠钻头32上方的为下部叶片332，其余均为上部叶片331，本发明的下部叶片332直径大于上部叶片331直径，支撑筒34的下端恰好延伸至下部叶片332的上方。因为支撑筒34的外壁直径等于连续螺旋叶片33的下部叶片332直径，这样可以保证钻头32所钻的孔位大小至少大于等于下部叶片332的直径，保证支撑筒34可以顺利地插入钻孔中。支撑筒34的内壁直径等于连续螺旋叶片33的上部叶片331直径，这样的设置可以保证在上部叶片331输送破碎的土层时，破碎的土层不会从上部叶片331和支撑筒34内壁之间的缝隙中掉落，保证了输送的稳定性。此外本发明支撑筒34的设置不仅可以加固支撑钻孔，防止塌孔；还可以在输送破碎土层的过程中防止钻孔周围的土质混入所运输的破碎土层中，影响工作人员对该深度土质的分析，避免误判。

作为本发明的进一步方案，所述支撑筒34的底端固定安装有用于粉碎土层的刀具341，所述刀具341位于连续螺旋叶片33的下部叶片332上方。

本发明在研究钻探设备堵塞的过程中发现，钻探设备发生堵塞的另一个原因为：钻头32破碎后的土层体积过大，在向地面运输时因体积过大而堵塞了运输机构，使得整个钻探设备堵塞。所以如图5所示，本发明在支撑筒34的底端固定安装有用于粉碎土层的刀具341。当钻头32破碎土层后，连续螺旋叶片33中的下部叶片332将破碎的土层向支撑筒34内运输，在途中固定安装在支撑筒34底端的刀具341会对破碎的土层进行进一步的粉碎，防止体积过大的土层进入支撑桶内被向上运输，避免钻探设备的堵塞。

作为本发明的进一步方案，所述钻杆31、支撑筒34转动安装在滑动组件上，所述滑动组件与钻探驱动机构2相连，沿井架1的竖直方向滑动安装；钻探驱动机构2驱动钻杆31转动；所述钻杆31上固定安装有主动齿轮41，支撑筒34的内壁上固定安装有内齿圈42，所述主动齿轮41通过从动齿轮43与内齿圈42传动连接；所述从动齿轮43转动安装在支撑杆44上，所述支撑杆44竖直设置在滑动组件上。

为了使刀具341能够对经过的体积较大的破碎土层进行更好地粉碎，本发明设置刀具341与钻杆31反转。本发明的钻杆31在钻探驱动机构2的驱动下正向转动，随意固定设置在钻杆31周向上的连续螺旋叶片33也正向转动。如图6、图8所示，本发明在钻杆31上固定安装有主动齿轮41，在支撑筒34的内壁上固定安装有内齿圈42，在主动齿轮41之间和内齿圈42之间设置有从动齿轮43，所述的从动齿轮43转动安装在支撑杆44上。如图7所示，所述的支撑杆44竖直设置在滑动组件上，不发生水平方向上的移动。主动齿轮41随着钻杆31转动而正向转动，通过从动齿轮43的传递，驱动内齿圈42反向转动，内齿圈42带动支撑筒34反向转动，所以固定安装在支撑筒34底端的刀具341与连续螺旋叶片33的转动方向相反，刀具341在连续螺旋叶片33向上运输破碎的土层时能够对较大体积的土层进一步粉碎，保证进入支撑筒34内运输的土层体积较小，使得整个钻探设备向地面运输的过程顺畅，避免堵塞，影响钻探效率。

作为本发明的进一步方案，钻杆31的上端固定连接有中空状的延伸杆51，在钻杆31与固定杆的连接处设置有取料仓52，所述取料仓52位于连续螺旋叶片33的上端，取料仓52内部与中空状的延伸杆51相连通；取料仓52的侧壁上间隔开有开口53，所述开口53用于允许破碎的土层进入取料仓52；延伸杆51的上端设置有气泵54，所述气泵54用于将取料仓52内的破碎土层吸附至延伸杆51顶端。

本发明为了使得钻探机构3能够拥有更高的钻探深度设置了延伸杆51。此时整个钻探设备的取样过程为，如图6、图7、图8所示，本发明的破碎土层在连续螺旋叶片33和支撑筒34的共同作用下运输至钻杆31的和延伸杆51的连接处，此时钻杆31继续转动，在后续不断运输的土层的挤压力下，破碎土层会通过开口53被挤入取料仓52内。此时如图1所示，位于延伸杆51上端的气泵54会通过中空状的延伸杆51直接吸取取样仓内的土层，将取样的土层从钻探设备中取出供工作人员分析。本发明中刀具341的进一步粉碎也为此时土层进入取料仓52提供了良好的条件，避免土层因为提价过大卡在开口53处无法进入取料仓52，使得整个钻探设备堵塞。

作为本发明的进一步方案，所述滑动组件包括竖直滑动安装在井架1上的支撑板61和浮动板62，钻杆31、支撑筒34转动安装在浮动板62上，支撑杆44与支撑板61键连接；所述支撑板61和浮动板62之间设置有压缩弹簧63，支撑板61上安装驱动浮动板62振动的振动机构64。

本发明在研究中还发现使得钻探设备堵塞的原因还有可能是因为土层太硬，钻探设备无法继续钻动，此时除了更换钻头32外，驱动钻头32振动，提供更大的冲击力也是一种解决该问题的方式。如图1、图4所示，本发明将在井架1上竖直滑动的滑动组件设为支撑板61和浮动板62，支撑本和浮动板62之间设置有压缩弹簧63，且支撑板61上安装驱动浮动板62振动的振动机构64。在土层太硬时需要振动提供更大的冲击力时，启动振动机构64，振动机构64驱动浮动板62振动，钻杆31、支撑筒34均设置在浮动板62上，所以钻杆31、钻头32竖直往复振动提供更大的冲击力，辅助钻头32钻穿土层，避免钻探设备因为土层太硬而更换钻头32，费时费力，影响工作效率。在钻头32无法继续钻动时均可以启动振动机构64提供冲击力。

作为本发明的进一步方案，所述浮动板62上转动安装有水囊71，所述支撑筒34的周向侧壁内竖直设置水管72，所述水管72沿支撑筒34的周向间隔设置，每条水管72的下端均设置有一个喷水口73，所述喷水口73位于连续螺旋叶片33的两个相邻牙之间，各个喷水口73高度不同；水管72的上端与水囊71相连通。

上文所述在钻头32无法钻动时启动振动机构64提高冲击力，为了进一步使得整个钻探机构3顺畅，本发明在钻头32振动时向支撑筒34内喷水辅助钻动。如图4所示，本发明在支撑板61和浮动板62之间设置有可挤压的水囊71，在浮动板62振动时水囊71被挤压出水。如图2、图3所示，本发明还在支撑筒34的周向侧壁内竖直设置水管72，水囊71内的水被挤压后通过水管72进入到支撑筒34内再通过单向喷水的喷水口73向支撑筒34内喷水。本发明将喷水口73设置在连续螺旋叶片33的两个相邻牙之间，各个喷水口73高度不同，这样在水囊71受挤压时，不同高度的喷水口73会同时喷水，保证整个支撑筒34内全部能够均匀地喷上水，避免水只能喷在支撑筒34的底部。水进入支撑筒34后会湿润运输的破碎土层，使得运输的过程顺畅，然后多余的水会竖着钻杆31、支撑筒34向下流动至钻头32处，湿润钻头32，保证钻头32钻孔顺畅。此外本发明水囊71喷水的大小与振动机构64的振幅有关，当振幅较大，说明钻头32的继续钻动时所受的阻力较大，需要较多的水润滑支撑筒34和钻头32；当振幅较小，说明钻头32的继续钻动时所受的阻力较小，只需要较少的水润滑支撑筒34和钻头32即可，避免浪费水资源。

作为本发明的进一步方案，所述钻杆31通过转动盘81转动安装在浮动板62上；所述转动盘81包括转动外盘811、转动内盘812和固定中间盘813，所述转动外盘811转动安装在浮动板62上，转动内盘812固定安装在钻杆31上，固定中间盘813与支撑杆44键连接；所述水管72穿过转动外盘811与水囊71连接。

因为本发明的钻杆31、支撑筒34均转动安装在浮动板62上，且钻杆31与支撑筒34的转动反向相反。为了使得水管72能够顺利地从支撑筒34内连接到位于浮动板62上的水囊71内，且不影响支撑筒34的转动，本发明设置了转动盘81。如图8所示，本发明将转动盘81分为转动外盘811、转动内盘812和固定中间盘813，转动外盘811转动安装在浮动板62上，支撑筒34与转动外盘811固定安装，转动内盘812固定安装在钻杆31上，这样支撑筒34与钻杆31能够反向转动。本发明还将固定中间盘813与支撑杆44键连接，支撑杆44为从动齿轮43提供支撑力，保证从动齿轮43无法发生水平方向的为位移，水管72穿过转动外盘811与水囊71连接。

Claims (7)

1.一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于：包括井架（1），井架（1）上设置有钻探驱动机构（2）和钻探机构（3），所述钻探驱动机构（2）用于驱动钻探机构（3）转动、沿井架（1）竖直进给；所述钻探机构（3）包括竖直的钻杆（31），钻杆（31）的底端设置有用于破碎土层的钻头（32），钻杆（31）的杆身上设置有用于将破碎的土层沿杆身竖直向上运输的连续螺旋叶片（33）；

所述连续螺旋叶片（33）的下部叶片（332）直径大于上部叶片（331）直径；

所述连续螺旋叶片（33）的周向设置有支撑筒（34），支撑筒（34）呈中空状，套接在钻杆（31）的外周；所述支撑筒（34）的内壁直径等于连续螺旋叶片（33）的上部叶片（331）直径，支撑筒（34）的外壁直径等于连续螺旋叶片（33）的下部叶片（332）直径。

2.根据权利要求1所述的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于：所述支撑筒（34）的底端固定安装有用于粉碎土层的刀具（341），所述刀具（341）位于连续螺旋叶片（33）的下部叶片（332）上方。

3.根据权利要求2所述的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于： 所述钻杆（31）、支撑筒（34）转动安装在滑动组件上，所述滑动组件与钻探驱动机构（2）相连，沿井架（1）的竖直方向滑动安装；钻探驱动机构（2）驱动钻杆（31）转动；所述钻杆（31）上固定安装有主动齿轮（41），支撑筒（34）的内壁上固定安装有内齿圈（42），所述主动齿轮（41）通过从动齿轮（43）与内齿圈（42）传动连接；所述从动齿轮（43）转动安装在支撑杆（44）上，所述支撑杆（44）竖直设置在滑动组件上。

4.根据权利要求3所述的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于：钻杆（31）的上端固定连接有中空状的延伸杆（51），在钻杆（31）与固定杆的连接处设置有取料仓（52），所述取料仓（52）位于连续螺旋叶片（33）的上端，取料仓（52）内部与中空状的延伸杆（51）相连通；取料仓（52）的侧壁上间隔开有开口（53），所述开口（53）用于允许破碎的土层进入取料仓（52）；延伸杆（51）的上端设置有气泵（54），所述气泵（54）用于将取料仓（52）内的破碎土层吸附至延伸杆（51）顶端。

5.根据权利要求4所述的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于：所述滑动组件包括竖直滑动安装在井架（1）上的支撑板（61）和浮动板（62），钻杆（31）、支撑筒（34）转动安装在浮动板（62）上，支撑杆（44）与支撑板（61）键连接；所述支撑板（61）和浮动板（62）之间设置有压缩弹簧（63），支撑板（61）上安装驱动浮动板（62）振动的振动机构（64）。

6.根据权利要求5所述的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于：所述浮动板（62）上转动安装有水囊（71），所述支撑筒（34）的周向侧壁内竖直设置水管（72），所述水管（72）沿支撑筒（34）的周向间隔设置，每条水管（72）的下端均设置有一个喷水口（73），所述喷水口（73）位于连续螺旋叶片（33）的两个相邻牙之间，各个喷水口（73）高度不同；水管（72）的上端与水囊（71）相连通。

7.根据权利要求6所述的一种矿产开采用节能型自动钻探设备，其特征在于：所述钻杆（31）通过转动盘（81）转动安装在浮动板（62）上；所述转动盘（81）包括转动外盘（811）、转动内盘（812）和固定中间盘（813），所述转动外盘（811）转动安装在浮动板（62）上，转动内盘（812）固定安装在钻杆（31）上，固定中间盘（813）与支撑杆（44）键连接；所述水管（72）穿过转动外盘（811）与水囊（71）连接。

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