CN117803305A - 一种组合式反井钻进潜孔锤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜孔锤，公开了一种组合式反井钻进潜孔锤，其包括设有潜孔锤钻头(301)的单体式潜孔锤(3)，还包括能够带动单体式潜孔锤(3)转动的驱动轴(2)，驱动轴(2)上设有输入齿轮(103)，单体式潜孔锤(3)上设有与输入齿轮(103)啮合的输出齿轮(104)；驱动轴(2)中部设有介质输入腔(203)，介质输入腔(203)与活塞腔(306)连通且自介质输入腔(203)底部为活塞腔(306)提供用于驱动潜孔锤活塞(303)轴向运动的动力介质。本发明能够实现潜孔锤钻进与反井钻进相结合，充分发挥两者优势，克服潜孔锤钻进导向性差、反井钻具磨损严重的局限，提高大直径地面管道井、矿山救援井等各类井筒的施工效率和施工质量。

Description

一种组合式反井钻进潜孔锤

技术领域

本发明涉及一种潜孔锤，尤其涉及了一种反井钻进潜孔锤。

背景技术

井巷工程是为采矿或者其他目的在地下开掘的井筒、巷道和硐室等工程的总称。近年来，随着地下空间开发工程建设规模的不断扩大和高质量发展需求，井巷工程已由矿山开采拓宽到水电交通工程、城市地下空间建设、国防工程等领域。

井筒作为井巷工程的咽喉通道，承担着设备、人员和矿物提升，通风、供水、供电及安全逃逸通道等重要功能，其最大特点为直径大。现有的大直径工程井施工主要采用正循环回转泥浆钻井、正循环回转泥浆钻井复合反井法施工、正循环潜孔锤钻井、反循环潜孔锤钻井等四种方法。

其中，大直径潜孔锤钻进具有钻进效率高、施工成本低、施工安全、排渣能力强等优势，可有效提高钻进效率、缩短钻井周期。然而，采用潜孔锤钻进，目前尚无法实施随钻定向，只能通过电磁波随钻测量系统监控钻孔轨迹；在不导向的情况下，大直径潜孔锤反循环钻进偏斜量控制缺少准确经验。

反井钻井法是反向破碎岩石的钻孔工艺，即利用反井钻机和专用反井钻具，从井筒下部逐级向上掘进，破碎下来的岩石受到重力的作用落到井筒底部。反井钻进过程中没有重复的切削过程，成井质量好、速度快、围岩受损小且功效高。然而该方法存在硬岩钻进刀具磨损严重、动力消耗大的问题。

因此，提供一种反井钻进用潜孔锤，将潜孔锤钻进与反井钻进相结合，充分发挥两者优势，又能克服潜孔锤钻进导向性差、反井钻具磨损严重的局限，提高大直径地面管道井、矿山救援井等各类井筒的施工效率和施工质量，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中针对大直径工程井施工存在的问题，提供了一种组合式反井钻进潜孔锤。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种组合式反井钻进潜孔锤，包括设有潜孔锤钻头的单体式潜孔锤，单体式潜孔锤中部形成活塞腔，活塞腔内设有用于冲击潜孔锤钻头的潜孔锤活塞，

还包括能够带动单体式潜孔锤转动的驱动轴，驱动轴上设有输入齿轮，单体式潜孔锤上设有与输入齿轮啮合的输出齿轮；驱动轴中部设有介质输入腔，介质输入腔与活塞腔连通且自介质输入腔底部为活塞腔提供用于驱动潜孔锤活塞轴向运动的动力介质。

作为优选，单体式潜孔锤为多个且绕驱动轴周向均匀设置。多个单体式潜孔锤同步钻进，能够有效实现对岩石的破碎。

作为优选，还包括齿轮箱，输入齿轮和输出齿轮均设置于齿轮箱内，驱动轴自齿轮箱的中心处穿过齿轮箱且齿轮箱能够跟随驱动轴转动；单体式潜孔锤穿过齿轮箱且潜孔锤钻头处于齿轮箱的上端面处，齿轮箱的上端面上还安装有辅助钻头。辅助钻头的设置能够进一步加强潜孔锤钻进效率。

作为优选，还包括配气总成，配气总成包括内部与介质输入腔连通的配气盒，配气盒上连接有与单体式潜孔锤一一对应的配气管，配气管一端连接在配气盒上，另一端与活塞腔连通。

作为优选，单体式潜孔锤的下端部和驱动轴的下端部均连接有回转分隔总成；回转分隔总成包括中部形成介质通道的回转分隔轴，介质通道与配气盒连通；回转分隔轴两端均设有内部设置盘根的盘根盒，两端的盘根盒上分别连接有上盘根盒压盖和下盘根盒压盖，盘根盒与上盘根盒压盖之间以及盘根盒与下盘根盒压盖之间均能够相对转动，盘根盒与回转分隔轴之间构成回转密封；

单体式潜孔锤的下端部或驱动轴的下端部连接在上盘根盒压盖上，配气管或配气盒连接在下盘根盒压盖上。

回转分隔总成能够有效实现驱动轴和单体式潜孔锤回转时，配气总成不回转。

作为优选，盘根盒为一端开口的圆筒体，所述圆筒体的底面设有供回转分隔轴穿过的通孔，盘根盒的内壁与回转分隔轴的外壁构成盘根安装腔；

盘根盒的开口端外壁上设有环形凸缘，上盘根盒压盖和下盘根盒压盖上均设有与相应环形凸缘滑动配合的环形凹槽；

盘根盒的开口端还设有对所述根安装腔构成密封的密封压套，密封压套压接于盘根盒的内壁与回转分隔轴的外壁之间。环形凸缘与环形凹槽的配合能够很好的实现盘根盒与盘根压盖之间的相对回转。

作为优选，盘根盒内设有多个盘根和多个与盘根间隔布置的内隔环。内隔环、密封压套以及盘根的设置能够有效实现对盘根与盘根盒、回转分隔轴之间的回转密封。

作为优选，单体式潜孔锤的下端部连接有潜孔锤下接头，潜孔锤下接头的下部连接有潜孔锤冲管接头，驱动轴的下端部以及潜孔锤冲管接头的下端部均螺纹连接于相对应的上盘根盒压盖内；

下盘根盒压盖内壁上设有内螺纹且螺纹连接在配气盒的上端部，配气管端部固定连接有呈圆环状的配气盖，配气盖上端部螺纹连接于下盘根盒压盖内。螺纹连接的方式能够使得配气和与回转分隔总成之间的拆装均较为方便，同时也能够使得配气管与单体式潜孔锤之间的连接更加方便。

作为优选，驱动轴外固定有限位凸环，限位凸环处于齿轮箱内，齿轮箱呈圆筒状且包括齿轮箱盖板、齿轮箱底板和齿轮箱侧板，限位凸环与齿轮箱底板之间设有设置于驱动轴上的推力轴承，单体式潜孔锤与齿轮箱盖板和齿轮箱底板之间均设有滚动轴承。滚动轴承的设置能够有效保证单体式潜孔锤既能够绕其轴线自转，又能与齿轮箱同步绕驱动轴公转。

作为优选，齿轮箱盖板中心处设有供驱动轴穿过的中心孔，驱动轴外壁上还设有环形花键槽，环形花键槽底臂上设有外花键；中心孔内设有与齿轮箱盖板胀紧配合的扭力环，扭力环内壁上设有与外花键啮合的内花键。驱动轴借助扭力环可将回转动力传递给齿轮箱，齿轮箱回转过程中带动辅助钻头以及潜孔锤钻头绕中心轴公转，从而破碎岩石。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明通过反向设置单体式潜孔锤，实现潜孔锤钻进与反井钻进相结合，充分发挥两者优势，克服潜孔锤钻进导向性差、反井钻具磨损严重的局限，提高大直径地面管道井、矿山救援井等各类井筒的施工效率和施工质量。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图2的剖视图；

图3为图1中齿轮箱的横剖示意图；

图4为图1中中心轴的结构示意图；

图5为图1中回转分隔总成的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种组合式反井钻进潜孔锤，如图1-图5所示，包括设有潜孔锤钻头301的单体式潜孔锤3，单体式潜孔锤3中部形成活塞腔306，活塞腔306内设有用于冲击潜孔锤钻头301的潜孔锤活塞303，还包括能够带动单体式潜孔锤3转动的驱动轴2，驱动轴2上设有输入齿轮103，单体式潜孔锤3上设有与输入齿轮103啮合的输出齿轮104；驱动轴2中部设有介质输入腔203，介质输入腔203与活塞腔306连通且自介质输入腔203底部为活塞腔306提供用于驱动潜孔锤活塞303轴向运动的动力介质，本实施例中的动力介质为压缩空气。

本实施例中的单体式潜孔锤3为常规小直径气动潜孔锤，其结构简单，加工制造方便，成本低。工作过程中，一方面地面空气压缩机将压缩空气通过钻杆中心通道、介质输入腔203输入活塞腔306内，压缩空气驱动潜孔锤活塞303往复运动，潜孔锤活塞303向上冲击潜孔锤钻头301；另一方面钻杆带动驱动轴2转动，驱动轴2通过输入齿轮103和输出齿轮104的配合实现单体式潜孔锤3的自转，进而进一步实现对钻进潜孔锤上方岩石的破碎。

本实施例通过反向设置单体式潜孔锤3，实现潜孔锤钻进与反井钻进相结合，充分发挥两者优势，克服潜孔锤钻进导向性差、反井钻具磨损严重的局限，提高大直径地面管道井、矿山救援井等各类井筒的施工效率和施工质量。

另外还包括齿轮箱1，输入齿轮103和输出齿轮104均设置于齿轮箱1内，驱动轴2自齿轮箱1的中心处穿过齿轮箱1且齿轮箱1能够跟随驱动轴2转动；单体式潜孔锤3穿过齿轮箱1且潜孔锤钻头301处于齿轮箱1的上端面处，齿轮箱1的上端面上还安装有辅助钻头105。

工作过程中，齿轮箱1跟随驱动轴2转动，继而实现了单体式潜孔锤3自转的同时还能够绕驱动轴2公转，另外在齿轮箱1上端面上配设辅助钻头105，辅助钻头105也能够绕驱动轴2公转，继而进一步加强组合式反井钻进潜孔锤破碎其上方岩石的能力，有力实现地面垂直井巷的反井钻进。

输入齿轮103和输出齿轮104均通过胀紧套108分别固定在驱动轴2和单体式潜孔锤3上，钻进过程中，驱动轴2接收来自钻机的转速和扭矩，并通过输入齿轮103和输出齿轮104驱动单体式潜孔锤3回转。

本实施例中驱动轴2外固定有限位凸环201，限位凸环201处于齿轮箱1内，齿轮箱1呈圆筒状且包括齿轮箱盖板101、齿轮箱底板102和齿轮箱侧板109，限位凸环201与齿轮箱底板102之间设有设置于驱动轴2上的用于承受轴向荷载的推力轴承106，单体式潜孔锤3与齿轮箱盖板101和齿轮箱底板102之间均设有滚动轴承304。

齿轮箱盖板101中心处设有供驱动轴2穿过的中心孔，驱动轴2外壁上还设有环形花键槽202，环形花键槽202底臂上设有外花键；中心孔内设有与齿轮箱盖板101胀紧配合的扭力环203，扭力环203内壁上设有与外花键啮合的内花键，借助于扭力环203，驱动轴2可将回转动力传递给齿轮箱1，从而实现齿轮箱1回转过程中带动辅助钻头105绕中心轴公转，破碎岩石。

齿轮箱1整体呈圆筒状，其上设置供驱动轴2穿过的中心孔和供单体式潜孔锤3穿过的边孔，边孔绕中心孔周向均匀布置，输入齿轮103和输出齿轮104均安装在齿轮箱1内部，多个辅助钻头105绕驱动轴2周向环形布置，形成完整的遮盖面，不仅充分对内部齿轮进行保护，还能够使得齿轮箱盖板101上端面上能够充分布置钻头，既能够加强钻进效果，又能够提供破碎的受力和施力均匀性。

本实施例中单体式潜孔锤3为多个且绕驱动轴2周向均匀设置，为了实现多个单体式潜孔锤3的同步运动，还包括配气总成5，配气总成5包括内部与介质输入腔203连通的配气盒501，配气盒501上连接有与单体式潜孔锤3一一对应的配气管502，配气管502一端连接在配气盒501上，另一端与活塞腔306连通。另外为了实现驱动轴2和单体式潜孔锤3回转时，配气总成5不回转，还在单体式潜孔锤3的下端部和驱动轴2的下端部均连接有回转分隔总成4；

其中，回转分隔总成4包括中部形成介质通道407的回转分隔轴401，介质通道407与配气盒501连通；回转分隔轴401两端均设有内部设置盘根406的盘根盒402，两端的盘根盒402上分别连接有上盘根盒压盖403和下盘根盒压盖408，盘根盒402与上盘根盒压盖403之间以及盘根盒402与下盘根盒压盖408之间均能够相对转动，盘根盒402与回转分隔轴401之间构成回转密封；

单体式潜孔锤3的下端部或驱动轴2的下端部连接在上盘根盒压盖403上，配气管502或配气盒501连接在下盘根盒压盖408上。

单体式潜孔锤3的下端部连接有潜孔锤下接头302，潜孔锤下接头302的下部连接有潜孔锤冲管接头305，驱动轴2的下端部以及潜孔锤冲管接头305的下端部均螺纹连接于相对应的上盘根盒压盖403内；

下盘根盒压盖408内壁上设有内螺纹且螺纹连接在配气盒501的上端部，配气管502端部固定连接有呈圆环状的配气盖503，配气盖503上端部螺纹连接于下盘根盒压盖408内。

其中，盘根盒402为一端开口的圆筒体，所述圆筒体的底面设有供回转分隔轴401穿过的通孔，盘根盒402的内壁与回转分隔轴401的外壁构成盘根安装腔411；

盘根盒402的开口端外壁上设有环形凸缘409，上盘根盒压盖403和下盘根盒压盖408上均设有与相应环形凸缘409滑动配合的环形凹槽410；

盘根盒402的开口端还设有对所述根安装腔构成密封的密封压套404，密封压套404压接于盘根盒402的内壁与回转分隔轴401的外壁之间，盘根盒402内设有多个盘根406和多个与盘根406间隔布置的内隔环405。

钻进过程中，中心轴上方钻杆穿过小直径先导孔，便于钻孔轨迹偏斜量控制，有效保证大直径地面管道井、矿山救援井精准透巷。

然后将组合式反井钻进潜孔锤放置于巷道内，中心轴与钻杆连接获得来自地面钻机的提升力和回转动力。提升力作用下，潜孔锤钻头301和辅助钻头105压入岩石。回转动力作用下，驱动轴2通过输入齿轮103与输出齿轮104的配合驱动单体式潜孔锤3自转，通过扭力环203驱动齿轮箱1及齿轮箱1上的辅助钻头105公转，于是，单体式潜孔锤3将自转和公转的复合作用施加于岩石，辅助钻头105将公转作用施加于岩石。

同时，地面空气压缩机将压缩空气通过钻杆中心通道、驱动轴2中部的介质输入腔203、回转分隔总成4输送至配气盒501，并从配气盒501经配气管502、配气盖503、回转分隔总成4输送至单体式潜孔锤3，驱动单体式潜孔锤3内的潜孔锤活塞303往复运动，冲击潜孔锤钻头301。

最终在自转、公转、冲击工作共同作用下，组合式反井钻进潜孔锤破碎其上方岩石，实现地面垂直井巷的反井钻进。

容易理解的是，本领域技术人员在本申请提供的一个或几个实施例基础上，可以对本申请的实施例进行结合、拆分、重组等得到其他实施例，这些实施例均没有超出本申请的保护范围。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种组合式反井钻进潜孔锤，包括设有潜孔锤钻头(301)的单体式潜孔锤(3)，其特征在于：单体式潜孔锤(3)中部形成活塞腔(306)，活塞腔(306)内设有用于冲击潜孔锤钻头(301)的潜孔锤活塞(303)，

还包括能够带动单体式潜孔锤(3)转动的驱动轴(2)，驱动轴(2)上设有输入齿轮(103)，单体式潜孔锤(3)上设有与输入齿轮(103)啮合的输出齿轮(104)；驱动轴(2)中部设有介质输入腔(203)，介质输入腔(203)与活塞腔(306)连通且自介质输入腔(203)底部为活塞腔(306)提供用于驱动潜孔锤活塞(303)轴向运动的动力介质。

2.根据权利要求1所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：单体式潜孔锤(3)为多个且绕驱动轴(2)周向均匀设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：还包括齿轮箱(1)，输入齿轮(103)和输出齿轮(104)均设置于齿轮箱(1)内，驱动轴(2)自齿轮箱(1)的中心处穿过齿轮箱(1)且齿轮箱(1)能够跟随驱动轴(2)转动；单体式潜孔锤(3)穿过齿轮箱(1)且潜孔锤钻头(301)处于齿轮箱(1)的上端面处，齿轮箱(1)的上端面上还安装有辅助钻头(105)。

4.根据权利要求2所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：还包括配气总成(5)，配气总成(5)包括内部与介质输入腔(203)连通的配气盒(501)，配气盒(501)上连接有与单体式潜孔锤(3)一一对应的配气管(502)，配气管(502)一端连接在配气盒(501)上，另一端与活塞腔(306)连通。

5.根据权利要求4所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：单体式潜孔锤(3)的下端部和驱动轴(2)的下端部均连接有回转分隔总成(4)；

回转分隔总成(4)包括中部形成介质通道(407)的回转分隔轴(401)，介质通道(407)与配气盒(501)连通；

回转分隔轴(401)两端均设有内部设置盘根(406)的盘根盒(402)，两端的盘根盒(402)上分别连接有上盘根盒压盖(403)和下盘根盒压盖(408)，盘根盒(402)与上盘根盒压盖(403)之间以及盘根盒(402)与下盘根盒压盖(408)之间均能够相对转动，盘根盒(402)与回转分隔轴(401)之间构成回转密封；单体式潜孔锤(3)的下端部或驱动轴(2)的下端部连接在上盘根盒压盖(403)上，配气管(502)或配气盒(501)连接在下盘根盒压盖(408)上。

6.根据权利要求4所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：盘根盒(402)为一端开口的圆筒体，所述圆筒体的底面设有供回转分隔轴(401)穿过的通孔，盘根盒(402)的内壁与回转分隔轴(401)的外壁构成盘根安装腔(411)；

盘根盒(402)的开口端外壁上设有环形凸缘(409)，上盘根盒压盖(403)和下盘根盒压盖(408)上均设有与相应环形凸缘(409)滑动配合的环形凹槽(410)；盘根盒(402)的开口端还设有对所述根安装腔构成密封的密封压套(404)，密封压套(404)压接于盘根盒(402)的内壁与回转分隔轴(401)的外壁之间。

7.根据权利要求6所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：盘根盒(402)内设有多个盘根(406)和多个与盘根(406)间隔布置的内隔环(405)。

8.根据权利要求5所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：单体式潜孔锤(3)的下端部连接有潜孔锤下接头(302)，潜孔锤下接头(302)的下部连接有潜孔锤冲管接头(305)，驱动轴(2)的下端部以及潜孔锤冲管接头(305)的下端部均螺纹连接于相对应的上盘根盒压盖(403)内；

下盘根盒压盖(408)内壁上设有内螺纹且螺纹连接在配气盒(501)的上端部，配气管(502)端部固定连接有呈圆环状的配气盖(503)，配气盖(503)上端部螺纹连接于下盘根盒压盖(408)内。

9.根据权利要求3所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：驱动轴(2)外固定有限位凸环(201)，限位凸环(201)处于齿轮箱(1)内，齿轮箱(1)呈圆筒状且包括齿轮箱盖板(101)、齿轮箱底板(102)和齿轮箱侧板(109)，限位凸环(201)与齿轮箱底板(102)之间设有设置于驱动轴(2)上的推力轴承(106)，单体式潜孔锤(3)与齿轮箱盖板(101)和齿轮箱底板(102)之间均设有滚动轴承(304)。

10.根据权利要求9所述的一种组合式反井钻进潜孔锤，其特征在于：齿轮箱盖板(101)中心处设有供驱动轴(2)穿过的中心孔，驱动轴(2)外壁上还设有环形花键槽(202)，环形花键槽(202)底臂上设有外花键；中心孔内设有与齿轮箱盖板(101)胀紧配合的扭力环(203)，扭力环(203)内壁上设有与外花键啮合的内花键。