CN114541969A - 一种岩层钻进用冲击钻头 - Google Patents

Abstract

一种岩层钻进用冲击钻头，用于解决现有技术冲孔不均匀的技术问题。包括钻头本体，钻头本体内开有蓄水腔，蓄水腔内滑动连接滑柱，滑柱上开有第一通水孔，钻头本体底部开有第二通水孔；套筒，套筒套设在钻头本体外且其与钻头本体转动连接，套筒可以钻头本体的轴线为中心转动，套筒底部沿其周向设有多个冲击组件，该冲击组件位于钻头本体底部下方；通水管，通水管固定穿设在钻头本体上；挡水板，多块挡水板均固定在套筒顶部且以钻头本体的轴线为中心呈圆周分布，通水管伸出钻头本体的端部可与任一块挡水板弧形的内侧对应；牵引绳，牵引绳与滑柱顶部连接，本发明结构简单，主要用于冲击钻孔。

Description

一种岩层钻进用冲击钻头

技术领域

本发明涉及施工技术领域，具体涉及一种岩层钻进用冲击钻头。

背景技术

冲击成孔是施工领域对桩基进行施工的一种常用方式，冲击成孔一般采用冲击钻头对桩孔进行冲击钻进，在冲击成孔的过程中桩孔中会有大量的稀释的泥浆，从而随着冲击钻头对桩孔底部不断的冲击钻进，桩孔底部的岩层被逐渐破碎，破碎后的石屑将悬浮在泥浆中，然后施工人员将正循环或者反循环的方式将桩孔中悬浮石屑的泥浆带出，并不断地向桩孔内注入稀释的泥浆物，从而不断冲击钻进，不断将冲击形成的石屑通过泥浆带出，从而可以达到冲击成孔的目的。

实际施工中，冲击钻头的底部上固定多个冲击齿，当冲击钻头朝向桩孔底部冲击时，冲击齿在冲击钻头巨大的冲击动能作用下能够冲击桩孔底部的岩层，从而将岩层破碎成小石屑。

冲击冲孔过程中，冲击钻头一般不会发生转动，因此冲击钻头带动冲击齿多次冲击桩孔底部时，冲击齿一般也只能对桩孔底部的固定部位进行冲击，该种方式不利于冲击齿对桩孔底部不同部位的岩层进行均匀破碎，因此制约了冲击钻进效果，现有技术中，冲击钻头在向上提升的过程中有时候也会产生微小幅度的转动，但是这种转动并不可控，大多数情况下冲击钻头并不发生明显地转动。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提出一种岩层钻进用冲击钻头，用于解决背景技术中提到的现有技术中冲击钻头在带动冲击齿对桩孔底部进行冲击钻进时，冲击钻头一般不能调节冲击齿每次对桩孔底部的冲击部位，进而致使桩孔底部不同部位的岩层破碎不均匀，造成制约对桩孔底部冲击钻进的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种岩层钻进用冲击钻头，包括：

钻头本体，该钻头本体为圆柱状，该钻头本体内开有与其同轴的蓄水腔，该蓄水腔内滑动连接一块与其适配且可上下滑动的滑柱，该滑柱上开有将其上下两端贯通的第一通水孔，该钻头本体底部开有与蓄水腔底部导通的第二通水孔；

套筒，该套筒底部开口，该套筒套设在钻头本体外且其可以钻头本体的轴线为中心转动，该套筒底部设有多个冲击组件，该冲击组件位于钻头本体底部下方；

通水管，该通水管与钻头本体固接，且其一端与蓄水腔顶部导通，其另一端从钻头本体顶部伸出并以与钻头本体轴线垂直的方向弯折；

挡水板，该挡水板为多块，多块该挡水板均固定在套筒顶部，多块该挡水板以钻头本体的轴线为中心呈圆周分布，该挡水板为弧形板结构，且通水管伸出钻头本体的端部可与任一块挡水板弧形的内侧对应，该挡水板用于承接从通水管中喷出的水体进而带动套筒转动；

牵引绳，该牵引绳一端与滑柱顶部连接，其另一端穿设过通水管并从钻头本体顶部穿出。

工作原理：

施工人员可以通过卷扬机与牵引绳连接，从而通过牵引绳带动钻头本体和套筒在桩孔中上下移动，之后施工人员将钻头本体和套筒放入桩孔中。

之后施工人员通过卷扬机在桩孔中下放钻头本体和套筒，该过程中，桩孔中的水体将通过通水管进入到所述蓄水腔中，并且此时在重力作用下，所述滑柱在蓄水腔内相对蓄水腔向下滑动，该过程中进入蓄水腔内的部分水将依次流经第一通水孔和第二通水孔从钻头本体的底部流出，直到钻头本体和套筒下落冲击到桩孔底部，此时所述冲击组件能够对桩孔底部的岩层进行冲击，且此时所述蓄水腔位于滑柱上部的部分充满水体。

之后施工人员通过卷扬机向上提升牵引绳，此时牵引绳首先带动滑柱向上滑动，滑柱向上滑动过程中将挤压位于蓄水腔上部的水体，随着滑柱向上滑动，牵引绳逐渐将带动钻头本体和套筒向上移动，为了克服结构自重以及结构在桩孔中上升时水体的阻力，此时滑柱将顶推位于蓄水腔上部的水体，该部分水体中的一部分将通过第一通水孔和第二通水孔从钻头本体底部排出，该部分水体中的另一部分将通过通水管以一定的水压排出，该部分水体在从通水管中排出的过程中将顶推所述挡水板，从而使挡水板受到一定的侧向力，该侧向力将使套筒产生一定角度的转动，此时钻头本体和套筒作为一个整体在水平方向上也将产生一定幅度的摆动。

所述套筒转动后能够带动冲击组件转动，从而改变冲击组件的位置，当下次进行冲击钻进时，所述冲击组件能够对桩孔底部的不同部位进行冲击钻进。

通过卷扬机重复以上操作，直到将桩孔底部冲击到设计的桩孔底标高为止。

本发明的主要结构自重集中在所述钻头本体上，所述套筒只是起到能够带动冲击组件转动的目的，因此本发明结构既能满足冲击钻进的结构自重，又能满足在钻进过程中通过套筒带动冲击组件转动。

本发明的有益效果为：

本发明使用过程中， 施工人员通过卷扬机和牵引绳下放所述钻头本体和套筒的过程中，桩孔内的水体将通过通水管进入到蓄水腔中，随着持续地下放冲击，所述滑柱将滑落到蓄水腔的底部，之后施工人员再次通过卷扬机和牵引绳向上牵拉滑柱，此时的初始状态是钻头本体和套筒位于桩孔的底部，而桩孔内的水体将对钻头本体和套筒产生较大的下压力，而随着牵引绳向上牵拉滑柱，滑柱在上升的过程中将克服水体的下压力以及结构自重，随着本发明结构离开桩孔底部的那一刻，本发明也将克服水体阻力向上移动，从而所述滑柱能够以一定强度的顶推力顶推位于蓄水腔上部的水体，从而使该部分水体以一定的压强从通水管中排出，排出的过程中将顶推挡水板，从而使挡水板受到侧向力而带动套筒转动，进而套筒带动冲击组件转过一定的转角，从而能够改变冲击组件每一次冲击桩孔底部的部位，该种方式能够有效地对桩孔底部不同部位的岩层均匀冲击破碎，从而有利于提高桩孔施工的效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图1结构的俯视示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图4为图3结构的俯视示意图。

附图标记说明：钻头本体1、蓄水腔2、滑柱3、第一通水孔4、第二通水孔5、套筒6、通水管7、挡水板8、牵引绳9、安装槽10、转轴11、第一冲击齿12、第三通水孔13、排水管14、单向阀15、底板1a、空腔16、连通槽17、第四通水孔18、第五通水孔19、平面轴承20、弯折部6a、安装板21、第六通水孔22、第二冲击齿23、第一螺栓24、过水槽25、第二螺栓26、加劲板27。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种岩层钻进用冲击钻头，包括：

钻头本体1，该钻头本体1为圆柱状，该钻头本体1内开有与其同轴的蓄水腔2，该蓄水腔2内滑动连接一块与其适配且可上下滑动的滑柱3，该滑柱3上开有将其上下两端贯通的第一通水孔4，该钻头本体1底部开有与蓄水腔2底部导通的第二通水孔5；

套筒6，该套筒6底部开口，该套筒6套设在钻头本体1外且其可以钻头本体1的轴线为中心转动，该套筒6底部设有多个冲击组件，该冲击组件位于钻头本体1底部下方；

通水管7，该通水管7与钻头本体1固接，且其一端与蓄水腔2顶部导通，其另一端从钻头本体1顶部伸出并以与钻头本体1轴线垂直的方向弯折；

挡水板8，该挡水板8为多块，多块该挡水板8均固定在套筒6顶部，多块该挡水板8以钻头本体1的轴线为中心呈圆周分布，该挡水板8为弧形板结构，且通水管7伸出钻头本体1的端部可与任一块挡水板8弧形的内侧对应，该挡水板8用于承接从通水管7中喷出的水体进而带动套筒6转动；

牵引绳9，该牵引绳9一端与滑柱3顶部连接，其另一端穿设过通水管7并从钻头本体1顶部穿出。

如图1所示，所述套筒6底部沿其周向开有多个与多个冲击组件一一对应的安装槽10，所述冲击组件包括转动设于安装槽10内的转轴11和固定在转轴11上的多个第一冲击齿12，每个冲击组件中的部分第一冲击齿12位于钻头本体1底部的下方。现有技术在冲击施工的过程中，施工人员一般是在钻头本体1底部焊接第一冲击齿12，当使用一段时间后，第一冲击齿12产生了磨损，施工人员会隔一段时间将磨损的第一冲击齿12从钻头本体1底部割下，并将新的第一冲击齿12焊接固定到钻头本体1底部，现有技术的该种频繁更换第一冲击齿12的方式大大增加了施工人员的工作量，因此本发明通过转轴11并在转轴11上固定多个第一冲击齿12，本发明结构在通过牵引绳9下上提升或者下放的过程中，桩孔内水体的阻力将作用到第一冲击齿12上，从而通过第一冲击齿12带动转轴11转动，进而转轴11转动将调节不同的第一冲击齿12对桩孔的底部进行冲击，该种设置方式可大大简化施工人员更换第一冲击齿12的程序。

如图1所示，所述钻头本体1上在同一高度且沿其周向开有多个与蓄水腔2上部导通的第三通水孔13，所述套筒6外壁上固定多根可与多个第三通水孔13一一对应且导通的排水管14，多根排水管14分别一一对应与多个安装槽10导通，且排水管14的管口与位于安装槽10中的第一冲击齿12对应。

为了确保能够使转轴11转动，这里设置了所述第三通水孔13和排水管14，当施工人员通过牵引绳9带动滑柱3向上滑动并挤压位于蓄水腔2上部的水体时，位于蓄水腔2上部的水体将通过第三通水孔13进入到所述排水管14中，进而排水管14将排出具有一定压力的水体，该部分水体将对第一冲击齿12进行冲击，从而使得转轴11转动，进而转轴11转动能调节不同的第一冲击齿12对桩孔底部进行冲击钻进，这里同时发生两个动作，其一是位于蓄水腔2上部的一部分水体通过通水管7排出，从通水管7排出的水体喷射到挡水板8上，进而挡水板8受到侧向力带动套筒6转动；其二是位于蓄水腔2上部的另一部分水体通过第三通水孔13和排水管14排出，从排水管14排出的水体将作用到第一冲击齿12上，从而带动转轴11转动，转轴11转动调节第一冲击齿12，从而使不同的第一冲击齿12分别冲击钻进桩孔底部。

当然，该种设计方式，随着套筒6每次的转动，也可能出现第三通水孔13不能与排水管14形成一一对应并导通的情况，但整个钻进过程中，所述套筒6每次都是以一定的角度进行转动，因此随着钻进频率的增加，总能使第三通水孔13与排水管14实现多次导通，从而依然能达到调节不同的第一冲击齿12对桩孔底部冲击钻进的目的。

如图1所示，每个所述第一通水孔4内均设有防止水体从蓄水腔2上部通过第一通水孔4向蓄水腔2下部流通的单向阀15，这里设置所述单向阀15的目的在于当滑柱3向上滑动挤压位于蓄水腔2上部的水体时防止该部分水体通过第一通水孔4进入到蓄水腔2下部，从而进一步保证了滑柱3对位于蓄水腔2上部水体的顶推压力，所述单向阀15属于比较常见的阀门结构，本发明不再作进一步地阐述。

如图1所示，所述钻头本体1底部可拆卸地固定有底板1a，所述底板1a上螺纹连接多个第二螺栓26，该第二螺栓26与所述钻头本体1的底部螺纹连接，多个所述第二通水孔5均开设在底板1a上。这里将所述底板1a设为可拆卸地目的在于，施工人员通过底板1a打开蓄水腔2的下部，从而施工人员可以通过高压水枪等工具对第一通水孔4进行冲洗，从而防止水体中的杂物堵塞第一通水孔4，而蓄水腔2的上部可以通过排水管14进行冲洗，冲洗后的水体通过通水管7排出即可。

如图2所示，所述套筒6为上部缩口、下部扩口的喇叭形结构，该套筒6外壁上开有多个过水槽25。

将套筒6设为这种喇叭形结构，当本发明结构处于桩孔底部，如图1所示，其目的在于当通过牵引绳9牵拉滑柱3时，此时桩孔内的水体大部分位于套筒6上部，此时桩孔内的水体给予套筒6一个极大的向下的压力，而此时施工人员又要克服该压力通过牵引绳9带动滑柱3向上滑动，因此滑柱3能够给予位于蓄水腔2上部的水体更大的压力，从而进一步提高位于蓄水腔2上部水体通过通水管7向外排出的压力，进而给予挡水板8更大的侧向力，进一步提高转动套筒6的效率。如图2所示，设置过水槽25的目的在于当本发明结构向下冲击时，桩孔内的水体能够通过过水槽25滑过，从而进一步减小本发明在桩孔内下落过程水体对本发明结构的阻力，从而进一步提高冲击效率。

如图1所示，所述套筒6沿其周向的侧壁在侧壁内开有空腔16，所述钻头本体1在与蓄水腔2下部对应的周向外壁上开有环形的连通槽17，所述钻头本体1下部开有将蓄水腔2下部与连通槽17导通的第四通水孔18，所述套筒6侧壁上开有与连通槽17导通的第五通水孔19。

这里将套筒6内开设空腔16，其主要目的是进一步减轻套筒6结构自重，从而可更加轻易地驱动套筒6转动，这里设置所述连通槽17、第四通水孔18和第五通水孔19的目的在于能够通过第四通水孔18、连通槽17和第五通水孔19向空腔16内注满水体，注满的水体一方面减少桩孔内水体对套筒6的浮力作用，从而提高冲击效果，另一方面当本发明结构冲击到桩孔底部的瞬间，所述滑柱3相对蓄水腔2向下滑动进而挤压位于蓄水腔2下部的水体，蓄水腔2下部的水体将在瞬间通过第四通水孔18、连通槽17和第五通水孔19有向空腔16内流动的趋势，该种趋势将给予已经填充在空腔16内的水体一定压力，从而位于空腔16内的水体将对空腔16侧壁进行顶推，从而进一步防止套筒6在冲击钻进过程中发生冲击变形，该种方式既保证了套筒6能够转动，又保证了套筒6在冲击钻进过程中的结构强度。

如图1所示，所述钻头本体1顶部设有一个与钻头本体1同轴的平面轴承20，所述套筒6顶部向其轴线方向弯折形成环形的弯折部6a，该弯折部6a与平面轴承20的上轴承面固定连接，设置所述平面轴承20是为了进一步减小套筒6在转动过程中产生的摩擦力，使得套筒6进一步地被轻易转动。

如图1所示，所述通水管7与蓄水腔2顶部导通的一端扩口，该通水管7另一端缩口，该种设置方式能够进一步提高所述通水管7出水口的排水压力，从而进一步提高驱动套筒6转动的效率。

实施例2

本发明实施例2中与实施例1不同之处在于套筒6结构以及冲击组件，实施例2不含有排水管14以及第三通水孔13，其他结构均与实施例1结构相同，如图3和图4所示，所述套筒6底部固定一块水平且与其同轴的安装板21，如图3所示，该安装板21上开有与所述第二通水孔5导通的第六通水孔22，多个冲击组件均设于安装板21上，每个冲击组件均包括一个第二冲击齿23和多个将第二冲击齿23可拆卸地固定在安装板21上的第一螺栓24，所述套筒6侧壁和安装板21之间固定有加劲板27，该种设置方式便于施工人员更换所述第二冲击齿23。

工作原理：

施工人员可以通过卷扬机与牵引绳9连接，从而通过牵引绳9带动钻头本体1和套筒6在桩孔中上下移动，之后施工人员将钻头本体1和套筒6放入桩孔中。

之后施工人员通过卷扬机在桩孔中下放钻头本体1和套筒6，该过程中，桩孔中的水体将通过通水管7进入到所述蓄水腔2中，并且此时在重力作用下，所述滑柱3在蓄水腔2内相对蓄水腔2向下滑动，该过程中进入蓄水腔2内的部分水将依次流经第一通水孔4和第二通水孔5从钻头本体1的底部流出，直到钻头本体1和套筒6下落冲击到桩孔底部，此时所述冲击组件能够对桩孔底部的岩层进行冲击，且此时所述蓄水腔2位于滑柱3上部的部分充满水体。

之后施工人员通过卷扬机向上提升牵引绳9，此时牵引绳9首先带动滑柱3向上滑动，滑柱3向上滑动过程中将挤压位于蓄水腔2上部的水体，随着滑柱3向上滑动，牵引绳9逐渐将带动钻头本体1和套筒6向上移动，为了克服结构自重以及结构在桩孔中上升时水体的阻力，此时滑柱3将顶推位于蓄水腔2上部的水体，该部分水体中的一部分将通过第三通水孔13和排水管14从排水管14底部排出，从排水管14底部排出的水体将对第一冲击齿12产生冲击力，从而使第一冲击齿12带动转轴11转动，该部分水体中的另一部分将通过通水管7以一定的水压排出，该部分水体在从通水管7中排出的过程中将顶推所述挡水板8，从而使挡水板8受到一定的侧向力，该侧向力将使套筒6产生一定角度的转动，此时钻头本体1和套筒6作为一个整体在水平方向上也将产生一定幅度的摆动。

所述套筒6转动后能够带动冲击组件转动，从而改变冲击组件的位置，当下次进行冲击钻进时，所述冲击组件能够对桩孔底部的不同部位进行冲击钻进。

通过卷扬机重复以上操作，直到将桩孔底部冲击到设计的桩孔底标高为止。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于，包括：

钻头本体(1)，该钻头本体(1)为圆柱状，该钻头本体(1)内开有与其同轴的蓄水腔(2)，该蓄水腔(2)内滑动连接一块与其适配且可上下滑动的滑柱(3)，该滑柱(3)上开有将其上下两端贯通的第一通水孔(4)，该钻头本体(1)底部开有与蓄水腔(2)底部导通的第二通水孔(5)；

套筒(6)，该套筒(6)底部开口，该套筒(6)套设在钻头本体(1)外且其可以钻头本体(1)的轴线为中心转动，该套筒(6)底部设有多个冲击组件，该冲击组件位于钻头本体(1)底部下方；

通水管(7)，该通水管(7)与钻头本体(1)固接，且其一端与蓄水腔(2)顶部导通，其另一端从钻头本体(1)顶部伸出并以与钻头本体(1)轴线垂直的方向弯折；

挡水板(8)，该挡水板(8)为多块，多块该挡水板(8)均固定在套筒(6)顶部，多块该挡水板(8)以钻头本体(1)的轴线为中心呈圆周分布，该挡水板(8)为弧形板结构，且通水管(7)伸出钻头本体(1)的端部可与任一块挡水板(8)弧形的内侧对应，该挡水板(8)用于承接从通水管(7)中喷出的水体进而带动套筒(6)转动；

牵引绳(9)，该牵引绳(9)一端与滑柱(3)顶部连接，其另一端穿设过通水管(7)并从钻头本体(1)顶部穿出。

2.根据权利要求1所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述套筒(6)底部沿其周向开有多个与多个冲击组件一一对应的安装槽(10)，所述冲击组件包括转动设于安装槽(10)内的转轴(11)和固定在转轴(11)上的多个第一冲击齿(12)，每个冲击组件中的部分第一冲击齿(12)位于钻头本体(1)底部的下方。

3.根据权利要求2所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述钻头本体(1)上在同一高度且沿其周向开有多个与蓄水腔(2)上部导通的第三通水孔(13)，所述套筒(6)外壁上固定多根可与多个第三通水孔(13)一一对应且导通的排水管(14)，多根排水管(14)分别一一对应与多个安装槽(10)导通，且排水管(14)的管口与位于安装槽(10)中的第一冲击齿(12)对应。

4.根据权利要求1所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：每个所述第一通水孔(4)内均设有防止水体从蓄水腔(2)上部通过第一通水孔(4)向蓄水腔(2)下部流通的单向阀(15)。

5.根据权利要求4所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述钻头本体(1)底部可拆卸地固定有底板(1a)，多个所述第二通水孔(5)均开设在底板(1a)上。

6.根据权利要求1所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述套筒(6)沿其周向的侧壁在侧壁内开有空腔(16)，所述钻头本体(1)在与蓄水腔(2)下部对应的周向外壁上开有环形的连通槽(17)，所述钻头本体(1)下部开有将蓄水腔(2)下部与连通槽(17)导通的第四通水孔(18)，所述套筒(6)侧壁上开有与连通槽(17)导通的第五通水孔(19)。

7.根据权利要求1所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述钻头本体(1)顶部设有一个与钻头本体(1)同轴的平面轴承(20)，所述套筒(6)顶部向其轴线方向弯折形成环形的弯折部(6a)，该弯折部(6a)与平面轴承(20)的上轴承面固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述套筒(6)底部固定一块水平且与其同轴的安装板(21)，该安装板(21)上开有与所述第二通水孔(5)导通的第六通水孔(22)，多个冲击组件均设于安装板(21)上，每个冲击组件均包括一个第二冲击齿(23)和多个将第二冲击齿(23)可拆卸地固定在安装板(21)上的第一螺栓(24)。

9.根据权利要求1所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述通水管(7)与蓄水腔(2)顶部导通的一端扩口，该通水管(7)另一端缩口。

10.根据权利要求3所述的一种岩层钻进用冲击钻头，其特征在于：所述套筒(6)为上部缩口、下部扩口的喇叭形结构，该套筒(6)外壁上开有多个过水槽(25)。

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