CN116220562A - 一种岩土工程勘察钻探装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩土工程勘察钻探装置，支撑平台上转动地安装有一个箍圈，钻具包括若干横截面呈扇形的钻条，每根钻条的顶部侧壁上凸出地具有一个弧形的限位挡条，钻条的内壁上具有若干根沿其长度方向均匀间隔布置的破碎棱条，每根破碎棱条沿钻条的圆周方向延伸布置，且横截面呈等腰三角形；箍圈中央具有通孔，通孔正上方具有与箍圈螺纹连接的压紧杆，压紧杆底端转动安装有一个压块，压块底端滑动连接有与钻条数量一致的撑杆，每根撑杆的自由端滑动配合地安装在钻条内壁的滑槽内，撑杆推动所有钻条同步下移，所有钻条的限位挡条与通孔处的箍圈的顶端面挤压接触。本发明可以提高钻进效率，尤其利于大直径浅孔钻进。

Description

一种岩土工程勘察钻探装置

技术领域

本发明属于岩土勘察钻探技术领域，更具体的说是一种岩土工程勘察钻探装置。

背景技术

在岩土工程勘察时，有时候会遇到钻进困难的情况，这是因为现有的麻花钻等实心钻杆类钻具，螺旋布置的切削刃还往往承担着排屑的作用，钻进效率非常缓慢，因为钻进过程中的碎屑都位于孔和钻杆之间十分有限的空间内，纵然有钻杆的螺旋状切削副刃的辅助输送、上移，其效率也极为有限。

尤其是大孔径的钻探，本身钻进过程中，孔内掘出的土方量就很大，而切削刃为了考虑强度，厚度是一定范围内的，那么排屑输送通道就相对一定，当孔径较大时，就会严重影响钻进效率。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种岩土工程勘察钻探装置，有效地解决了上述背景技术中岩土勘察钻孔时，钻进效率亟待提升的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种岩土工程勘察钻探装置，包括钻具和安装钻具的支撑平台，支撑平台上转动地安装有一个箍圈；所述钻具包括若干横截面呈扇形的钻条，每根钻条的顶部侧壁上凸出地具有一个弧形的限位挡条，所述钻条的内壁上具有若干根沿其长度方向均匀间隔布置的破碎棱条，每根所述破碎棱条沿钻条的圆周方向延伸布置，且横截面呈等腰三角形；所述箍圈中央具有通孔，通孔正上方具有与箍圈螺纹连接的压紧杆，所述压紧杆底端转动安装有一个压块，压块底端滑动连接有与钻条数量一致的撑杆，每根撑杆的自由端滑动配合地安装在所述钻条内壁的滑槽内，所述滑槽的纵切面由上至下逐步扩大而呈直角梯形状结构，所述压紧杆竖直下移时，通过所述撑杆推动所有钻条同步下移，以使得所有钻条的所述限位挡条与所述通孔处的箍圈的顶端面挤压接触。

进一步地，撑杆的自由端均固接有与之垂直的柱销，在所述滑槽的底端侧壁边缘处具有沿弧形路径延伸的沟槽，所述沟槽供所述柱销安装滑入。

进一步地，撑杆的顶端安装有滚筒，压块为圆柱饼状结构，所述滚筒能沿着所述压块底端面的滑动腔滑动，所述滑动腔设有呈环形阵列的若干个，滑动腔长度方向位于压块的直径方向上。

进一步地，钻条的底端具有沿其径向延伸的端面切刀，端面切刀在钻条径向上的延伸长度不小于所述等腰三角形的高。

进一步地，端面切刀的表面设有若干弧形的渐开线状的切削刃，相邻两切削刃之间的间距从一端到另一端逐步增大。

进一步地，在每块端面切刀的侧面上还设有若干锯齿形的切割齿。

进一步地，端面切刀在钻条径向上的延伸长度等于所述等腰三角形的高；所述压紧杆内轴向滑动贯穿有一根破碎杆，所述破碎杆滑动配合地贯穿所述压块中央后伸入到所有钻条围成的圆形区域内，且伸入圆形区域内的部分环形阵列地固接有若干破碎斧，破碎斧的斧刃朝下，且破碎斧位于相邻两钻条之间且不与钻条接触。

进一步地，箍圈采用电机驱动而旋转，所述破碎杆由液压驱动而实现竖直往复移动。

进一步地，钻条顶部的外壁具有螺纹；还包括一个锁紧螺纹环，所述锁紧螺纹环在所述撑杆将所有钻条固定于箍圈内后，拧至所述箍圈的下端面处。

最后，在箍圈上端固接有横梁，横梁内螺纹安装有所述压紧杆，且与压紧杆的顶端螺帽之间设有压紧弹簧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的岩土工程勘察钻探装置，可以针对打孔机岩土进行钻进，主要采用上涌式钻屑排出，由于采用环形阵列的钻条结构，在钻条底端（或端面切刀）和钻条侧边均可以进行旋切钻削，具有多个切削部位，且相邻切削部位之间都有较大的间隙，在钻进过程中，提高钻进效率，对于大直径的浅孔钻探尤为有效，优势明显。

同时，本装置还具体设置了专门的破碎杆，允许在进行超大孔钻进过程中，为考虑排屑和钻进效率的兼顾，而预留中央岩柱，初钻之后，额外进行一次破碎杆破碎，破碎斧以及钻条侧面、破碎棱条三者很好地对岩柱挤压破碎，利用端面切刀作为内底，将钻具内破碎的岩土整体提出即可，可以一次性提出大部分钻屑和破碎的块状岩土，至于余下的钻屑、碎块，要求高的钻孔作业，甚至可以直接人工掘出或者换用等径的麻花钻进行排屑清理即可。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中的B—B剖视图；

图3为设有破碎杆时的图1中的A—A剖视图；

图4为图1中的另一种B—B剖视图；

图5为端面切刀的端面示意图；

图6为破碎斧的横截面图；

图7为破碎杆的一种具体安装结构图。

其中，箍圈1、钻条2、限位挡条3、破碎棱条4、压紧杆5、压块6、撑杆7、滑槽8、端面切刀9、切割齿10、切削刃11、破碎杆12、破碎斧13、滑动腔14、滚筒15、柱销16。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围：

如图1-2所示，本发明提出了一种岩土工程勘察钻探装置，具体实施时，包括钻具和安装钻具的支撑平台，支撑平台适应性设计即可，用于安装钻具，关键地，在支撑平台上转动地安装有一个箍圈1；同时，上述的钻具包括若干横截面呈扇形的钻条2，每根钻条2的顶部侧壁上凸出地具有一个弧形的限位挡条3，例如一个弧形的矩形条。此外，在钻条2的内壁上具有若干根沿其长度方向均匀间隔布置的破碎棱条4，每根破碎棱条4沿钻条2的圆周方向延伸布置，且横截面呈等腰三角形，其顶点的尖端处朝钻条2的圆心一侧布置。并且，在箍圈1中央具有通孔，可以是一个圆心的孔，在通孔正上方具有与箍圈1螺纹连接的压紧杆5，压紧杆5底端转动安装有一个压块6，压块6可以是圆形，压块6底端滑动连接有与钻条2数量一致的撑杆7，例如为4根，每根撑杆7的自由端滑动配合地安装在钻条2内壁的滑槽8内，自由端可以在滑槽8内竖直滑动，如图1，滑槽8的纵切面由上至下逐步扩大而呈直角梯形状结构，压紧杆5竖直下移时，通过撑杆7推动所有钻条2同步下移，以使得所有钻条2的限位挡条3与通孔处的箍圈1的顶端面挤压接触，从而将撑开为圆形阵列的所有钻条2固定安装在箍圈1上，箍圈1转动就可以实现阵列后的钻条2的下钻，必要时，可以在钻条2的外壁设置螺旋的切削副刃，提高切削能力。

本装置在使用时，将压紧杆5连接在一起的钻条2竖直放入到预先安装好的箍圈1内，使得限位挡条3位于箍圈1上方，然后朝下拧入压紧杆5，推动所有撑杆7顺着滑槽8下滑，并逐步朝外侧移动、撑开，待限位挡条3搁置在箍圈1上端面时，继续拧动压紧杆5直至不能转动，使得钻条2径向移动并在限位挡条3导向下，紧贴箍圈1内壁，将所有钻条2以撑开的形式，紧贴在箍圈1内，实现钻具的安装，安装后的钻具具有若干竖直的缝隙，即相邻钻条2至今的间隔区域，在钻进时，钻条2侧边缘也可以作为切削锋刃，并令刮除的岩土碎屑可以经上述缝隙进入钻具内部，从而朝上涌出，必要时，也可以在钻条2内壁设置螺旋叶片状的输送带（图中未示出），以提高排屑效率，但是，本装置主要是针对浅孔或者大直径孔的钻探，因此通常可以不必设置螺旋叶片辅助输送，即可实现钻屑的自动涌出，尤其适用于岩层钻屑较细的情况。

为了便于固定钻条2，快速形成钻具，如图1和图7，在撑杆7的自由端均固接有与之垂直的柱销16，在滑槽8的底端侧壁边缘处具有沿弧形路径延伸的沟槽（图中未标号），沟槽供柱销16安装滑入，从而更好地固定钻具。此外，在撑杆7的顶端安装有滚筒15，压块6为圆柱饼状结构，滚筒15能沿着压块6底端面的滑动腔14滑动，滑动腔14设有呈环形阵列的若干个，滑动腔14长度方向位于压块6的直径方向上，可以灵活地实现钻具的固定安装，且在非使用状态下，也可以保持撑杆7和钻条2以及压紧杆5的不脱离性。如图1，在钻条2的底端具有沿其径向延伸的端面切刀9，端面切刀9在钻条2径向上的延伸长度不小于等腰三角形的高，以便防止破碎棱条4直接在竖直方向上与岩土碰撞，确保端面切刀9先切出孔后，若是内部具有孤立的中心岩柱，之所以有孤立岩柱，这是因为本钻具类似一个钻筒，钻进时，若是端面切刀9沿着钻具径向延伸的长度不够长（图4则是足够长），则会在钻孔中间产生孤立的岩柱，这个岩柱可能会自行崩断，例如端面切刀9几乎延伸至钻具中央圆心处时。当然，实践中，也可能不会崩断，如图3，即端面切刀9与钻具中央圆心处距离较远时，则孤立岩柱就较大，此时就可能不会自然断裂，例如图3，端面切刀9在钻条2径向上的延伸长度等于等腰三角形的高。

超大孔钻进，在需要对孤立岩柱进行单独破碎，具体可以是在压紧杆5内轴向滑动贯穿有一根破碎杆12，破碎杆12滑动配合地贯穿压块6中央后伸入到所有钻条2围成的圆形区域内，且伸入圆形区域内的部分环形阵列地固接有若干破碎斧13，如图3和图6，破碎斧13的斧刃朝下，且破碎斧13位于相邻两钻条2之间且不与钻条2接触，从而在钻具钻好孔后，破碎杆12竖直下移，带动破碎斧13击碎孤立岩柱或者钻具中间存留的大颗粒钻屑，利于钻具内部自动朝上排屑。

为了提高切削性能，如图5，在端面切刀9的表面设有若干弧形的渐开线状的切削刃11，相邻两切削刃11之间的间距从一端到另一端逐步增大，如图4，还可以在每块端面切刀9的侧面上还设有若干锯齿形的切割齿10，以在钻具旋转时，进行切割。具体制作是，箍圈1采用电机驱动而旋转，破碎杆12由液压驱动而实现竖直往复移动。还可以在钻条2顶部的外壁具有螺纹，还包括一个锁紧螺纹环，锁紧螺纹环在撑杆7将所有钻条2固定于箍圈1内后，拧至箍圈1的下端面处，以便钻具安装好后，再用锁紧螺纹环紧固钻具，与箍圈1连为一体更可靠。对于箍圈1的安装，如图1，在箍圈1上端固接有横梁，横梁内螺纹安装有压紧杆5，且与压紧杆5的顶端螺帽之间设有压紧弹簧，提升紧固力。

最后说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种岩土工程勘察钻探装置，包括钻具和安装钻具的支撑平台，其特征在于：所述支撑平台上转动地安装有一个箍圈(1)；

所述钻具包括若干横截面呈扇形的钻条(2)，每根钻条(2)的顶部侧壁上凸出地具有一个弧形的限位挡条(3)，所述钻条(2)的内壁上具有若干根沿其长度方向均匀间隔布置的破碎棱条(4)，每根所述破碎棱条(4)沿钻条(2)的圆周方向延伸布置，且横截面呈等腰三角形；

所述箍圈(1)中央具有通孔，通孔正上方具有与箍圈(1)螺纹连接的压紧杆(5)，所述压紧杆(5)底端转动安装有一个压块(6)，压块(6)底端滑动连接有与钻条(2)数量一致的撑杆(7)，每根撑杆(7)的自由端滑动配合地安装在所述钻条(2)内壁的滑槽(8)内，所述滑槽(8)的纵切面由上至下逐步扩大而呈直角梯形状结构，所述压紧杆(5)竖直下移时，通过所述撑杆(7)推动所有钻条(2)同步下移，以使得所有钻条(2)的所述限位挡条(3)与所述通孔处的箍圈(1)的顶端面挤压接触。

2.根据权利要求1所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述撑杆(7)的自由端均固接有与之垂直的柱销(16)，在所述滑槽(8)的底端侧壁边缘处具有沿弧形路径延伸的沟槽，所述沟槽供所述柱销(16)安装滑入。

3.根据权利要求1所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述撑杆(7)的顶端安装有滚筒(15)，压块(6)为圆柱饼状结构，所述滚筒(15)能沿着所述压块(6)底端面的滑动腔(14)滑动，所述滑动腔(14)设有呈环形阵列的若干个，滑动腔(14)长度方向位于压块(6)的直径方向上。

4.根据权利要求1所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述钻条(2)的底端具有沿其径向延伸的端面切刀(9)，端面切刀(9)在钻条(2)径向上的延伸长度不小于所述等腰三角形的高。

5.根据权利要求4所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述端面切刀(9)的表面设有若干弧形的渐开线状的切削刃(11)，相邻两切削刃(11)之间的间距从一端到另一端逐步增大。

6.根据权利要求5所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：在每块端面切刀(9)的侧面上还设有若干锯齿形的切割齿(10)。

7.根据权利要求5所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述压紧杆(5)内轴向滑动贯穿有一根破碎杆，所述破碎杆滑动配合地贯穿所述压块(6)中央后伸入到所有钻条(2)围成的圆形区域内，且伸入圆形区域内的部分环形阵列地固接有若干破碎斧(13)，破碎斧(13)的斧刃朝下，且破碎斧(13)位于相邻两钻条(2)之间且不与钻条(2)接触。

8.根据权利要求7所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述箍圈(1)采用电机驱动而旋转，所述破碎杆由液压驱动而实现竖直往复移动。

9.根据权利要求1所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述钻条(2)顶部的外壁具有螺纹；

还包括一个锁紧螺纹环，所述锁紧螺纹环在所述撑杆(7)将所有钻条(2)固定于箍圈(1)内后，拧至所述箍圈(1)的下端面处。

10.根据权利要求1所述的一种岩土工程勘察钻探装置，其特征在于：所述箍圈(1)上端固接有横梁，横梁内螺纹安装有所述压紧杆(5)，且与压紧杆(5)的顶端螺帽之间设有压紧弹簧。

Images