CN213573902U - 脉冲破岩钻头及脉冲破岩钻机 - Google Patents

Abstract

一种脉冲破岩钻头及脉冲破岩钻机，涉及钻进工具技术领域。该脉冲破岩钻头包括绝缘座、环形电极以及中心电极，其中，环形电极和中心电极分别连接于绝缘座的同一侧，中心电极位于环形电极的中心位置，环形电极包括相互套设的第一电极和第二电极，第二电极的附加电压值大于第一电极的附加电压值，绝缘座上还设有用于供电解液通过的电解液通道。该脉冲破岩钻头能够改善碎岩效果。

Description

脉冲破岩钻头及脉冲破岩钻机

技术领域

本实用新型涉及钻进工具技术领域，具体而言，涉及一种脉冲破岩钻头及脉冲破岩钻机。

背景技术

传统的钻井方法有机械钻孔法和常规爆破法。机械钻孔法利用钻具对岩石的冲击和剪切作用产生应力破坏，该方法有结构简单，操作方便，破碎岩石速度快等优点，但是在对硬岩破碎时钻具易磨损，能耗高。爆破法是利用物质发生化学反应释放出的化学能造成岩石的破碎，具有爆破速度快，操作简单等优点，但是存在破碎扰动大，有害化学物质产生，孔型不规整等缺点，因此，在基础设施施工过程中，通常会优选选择机械钻孔的方式，其中，旋挖钻机作为一种适合在建筑基础工程中成孔作业的施工机械，具有装机功率大、机动灵活、施工效率高等特点，其可以配合多种不同类型的钻斗满足不同地层的钻孔需求。也因此，旋挖钻机得到了较为广泛的应用。

然而，在桩基础施工中进行硬岩钻孔时，采用旋挖钻机通过截齿或牙轮对岩石进行钻凿，使岩石产生冲击破坏，从而取出破碎的岩石，用于预测地质情况。然而，现有的这种机械旋钻的方式，其碎岩效果不佳，从而导致影响了施工效率，并延长了施工工期。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脉冲破岩钻头及脉冲破岩钻机，其能够改善碎岩效果。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型的一方面，提供一种脉冲破岩钻头，该脉冲破岩钻头包括绝缘座、环形电极以及中心电极，其中，环形电极和中心电极分别连接于绝缘座的同一侧，中心电极位于环形电极的中心位置，环形电极包括相互套设的第一电极和第二电极，第二电极的附加电压值大于第一电极的附加电压值，绝缘座上还设有用于供电解液通过的电解液通道。该脉冲破岩钻头能够改善碎岩效果。

可选地，第一电极套设于第二电极之外。

可选地，第二电极包括多个分别与绝缘座连接的第二子电极，多个第二子电极呈环形分布于绝缘座上。

可选地，环形电极还包括与绝缘座连接的第二电极座，中心电极连接于第二电极座的中心位置，多个第二子电极以中心电极为中心环设于第二电极座上。

可选地，多个第二子电极以中心电极为中心呈放射状设置。

可选地，第二电极座的中心位置向外延伸设置有凸块，中心电极连接于凸块上，且中心电极远离绝缘座的一端、第二子电极远离绝缘座的一端，以及第一电极远离绝缘座的一端分别呈平齐设置，电解液通道设于凸块上。

可选地，凸块自第二电极座朝向远离第二电极座的方向呈逐渐收敛，电解液通道包括多个，多个电解液通道均布于凸块的周壁上，以使电解液自电解液通道呈放射状喷出。

可选地，第一电极包括多个分别与绝缘座连接的第一子电极，多个第一子电极呈环形分布于绝缘座上，第二子电极和第一子电极呈交错设置。

可选地，第一电极还包括第一电极座，第一电极座呈环状设置，且多个第一子电极均布于第一电极座上，第一电极座与绝缘座连接。

可选地，绝缘座上设有多个连接孔，连接孔用于与脉冲破岩钻头的钻杆连接。

本实用新型的另一方面，提供一种脉冲破岩钻机，该脉冲破岩钻机包括上述的脉冲破岩钻头。该脉冲破岩钻机能够改善碎岩效果。

本实用新型的有益效果包括：

本申请提供的脉冲破岩钻头包括绝缘座、环形电极以及中心电极，其中，环形电极和中心电极分别连接于绝缘座的同一侧，中心电极位于环形电极的中心位置，环形电极包括相互套设的第一电极和第二电极，第二电极的附加电压值大于第一电极的附加电压值，绝缘座上还设有用于供电解液通过的电解液通道。这样，在使用过程中，可将脉冲破岩钻头伸入至需要碎岩的孔槽内，然后通过电解液通道向该孔槽内通入电解液，从而使得电解液充满第一电极和第二电极之间的间隙处，该间隙处的电解液发生解离和碰撞电离变为等离子态从而形成等离子通道。在瞬间高温加热作用下，等离子通道内压力急剧升高，从而使等离子体通道膨胀并击穿岩石，使周围的岩石碎裂。破碎的岩石砂砾通过碎岩钻头和孔槽之间的间隙在电解液的压力作用下被排出以运移到地面。由于申请包括中心电极，以及相互套设的第一电极和第二电极，这样一来，在一定程度上也可以使得岩石破碎效果更佳(岩石的周边可以形成环形碎岩效果，且在中心位置也可以形成碎岩效果)，如此一来，本申请便可以进一步提高碎岩效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的脉冲破岩钻头的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的脉冲破岩钻头的结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例提供的第二电极的结构示意图之一；

图4为本实用新型实施例提供的第二电极的结构示意图之二；

图5为本实用新型实施例提供的第一电极的结构示意图之一；

图6为本实用新型实施例提供的第一电极的结构示意图之二。

图标：10-绝缘座；11-电解液通道；20-环形电极；21-第一电极；211-第一子电极；212-第一电极座；22-第二电极；221- 第二子电极；222-第二电极座；30-中心电极；40-凸块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参照图1和图2，本实施例提供一种脉冲破岩钻头，该脉冲破岩钻头包括绝缘座10、环形电极20以及中心电极30，其中，环形电极20和中心电极30分别连接于绝缘座10的同一侧，中心电极30位于环形电极20的中心位置，环形电极20包括相互套设的第一电极21和第二电极22，第二电极22的附加电压值大于第一电极21的附加电压值，绝缘座10上还设有用于供电解液通过的电解液通道11。

需要说明的是，上述绝缘座10是用于连接环形电极20和中心电极30的，以使得环形电极20和中心电极30连接于绝缘座10上，从而与绝缘座10形成一个整体，进而使得钻头的集成度更高，以便于脉冲破岩钻头的整体相对脉冲破岩钻机的钻杆连接。

在本实施例中，环形电极20和中心电极30都是加设有电压的，其可以是直接将导线与环形电极20和中心电极30电连接，也可以是在绝缘座10上设有电缆通道，从而通过电缆通道分别将导线与环形电极20及中心电极30电连接。在本实施例中，为了便于导线规整收集，以提高作业环境的整洁性，可在绝缘座10内增设电缆通道，从而将导线穿设于电缆通道内，这样，导线的一端可穿过绝缘座10的电缆通道分别与环形电极20 和中心电极30电连接，另一端穿过钻杆的对应电缆通道与电源连接。

另外，环形电极20和中心电极30均设于绝缘座10的同一侧，且中心电极30位于环形电极20的内部，环形电极20包括相互套设的第一电极21和第二电极22，第二电极22的附加电压值大于第一电极21的附加电压值，这样，可在绝缘座10的同一侧且第一电极21和第二电极22之间形成等离子脉冲通道，从而在使用过程中，将脉冲破岩钻头置于要破碎区域的孔槽内，且将环形电极20和中心电极30所在的一侧靠近该孔槽的槽底，从而在第一电极21和第二电极22之间产生放电通道，等离子通道受热膨胀，并对周围的岩体做功，从而达到破碎岩石的效果。

本申请在环形电极20内还设有中心电极30，这样，不仅能实现在第一电极21和第二电极22之间形成等离子通道，还能在中心电极30的作用下使得岩石破碎效果更佳，在一定程度上改善在岩石的周边形成环形破碎，而岩石的中心区域破碎效果欠佳的缺陷。

应理解，上述第一电极21和第二电极22是相互套设的关系，即第一电极21套设于第二电极22内，或者第二电极22套设于第一电极21内。由于第二电极22相对第一电极21来说电压值较高，因此，为了避免在作业过程中造成一定的安全隐患，在本实施例中，第二电极22套设于第一电极21内。

还有，需要说明的是，上述电解液可以是水、泥浆或者离子溶液等，具体不做限制，只要能使得在电解液的作用下，使得第一电极21和第二电极22之间形成等离子通道便于破岩即可。

综上所述，本申请提供的脉冲破岩钻头包括绝缘座10、环形电极20以及中心电极30，其中，环形电极20和中心电极30 分别连接于绝缘座10的同一侧，中心电极30位于环形电极20 的中心位置，环形电极20包括相互套设的第一电极21和第二电极22，第二电极22的附加电压值大于第一电极21的附加电压值，绝缘座10上还设有用于供电解液通过的电解液通道11。这样，在使用过程中，可将脉冲破岩钻头伸入至需要碎岩的孔槽内，然后通过电解液通道11向该孔槽内通入电解液，从而使得电解液充满第一电极21和第二电极22之间的间隙处，该间隙处的电解液发生解离和碰撞电离变为等离子态从而形成等离子通道。在瞬间高温加热作用下，等离子通道内压力急剧升高，从而使等离子体通道膨胀并击穿岩石，使周围的岩石碎裂。破碎的岩石砂砾通过碎岩钻头和孔槽之间的间隙在电解液的压力作用下被排出以运移到地面。由于申请包括中心电极30，以及相互套设的第一电极21和第二电极22，这样一来，在一定程度上也可以使得岩石破碎效果更佳(岩石的周边可以形成环形碎岩效果，且在中心位置也可以形成碎岩效果)，如此一来，本申请便可以进一步提高碎岩效果。

上述第二电极22可以为一个电极，也可以是多个子电极围合形成的，可选地，在本实施例中，第二电极22包括多个分别与绝缘座10连接的第二子电极221，多个第二子电极221呈环形分布于绝缘座10上。

请结合参照图2和图3，为了便于第二电极22的更换与检修，在本实施例中，上述多个第二子电极221可以分别和绝缘座10之间为拆卸连接。当然，在其他的实施例中，也可以根据不同的需求选择将第二子电极221和绝缘座10固定连接等。

为了进一步的便于多个第二子电极221相对绝缘座10的拆卸，在本实施例中，可选地，环形电极20还包括与绝缘座10 连接的第二电极座222，中心电极30连接于第二电极座222的中心位置，多个第二子电极221以中心电极30为中心环设于第二电极座222上。

需要说明的是，第二电极座222位于第二子电极221和绝缘座10之间，用于将第二子电极221连接于绝缘座10上，可选地，可将第二子电极221连接于第二电极座222上，再将第二电极座222可拆卸连接于绝缘座10上。例如，可以通过在第二电极座222上设有多个螺孔，从而通过螺钉将第二电极座222 可拆卸连接于绝缘座10上。

另外，在本实施例中，中心电极30也连接于第二电极座222 上，这样，可便于中心电极30与第二电极22一并拆下。应理解，在本实施例中，当中心电极30连接于第二电极座222上时，且中心电极30、第二电极22以及第二电极座222采用同一材质时，中心电极30和应当和第二电极22的附加电压值相同。

示例地，在本实施例中，第二电极座222、第二电极22以及中心电极30采用同一材质制成，其可以是一体成型的也可以是相互独立连接而成的。且第二电极22以及中心电极30均为高压电极，其通入的为高压电，而位于第二电极22外围的第一电极21为低压电极，其通入的是低压电。

可选地，为了达到更佳的破岩效果，在本实施例中，多个第二子电极221以中心电极30为中心呈放射状设置。请参照图 3和图4，且第二子电极221还包括自第二子电极221远离第二电极座222的一端朝向第一电极21的方向延伸设置，以使得第二子电极221呈L形设置。

还有，第二电极座222的中心位置向外延伸(即沿第二子电极221的延伸方向)设置有凸块40，中心电极30连接于凸块 40上，且中心电极30远离绝缘座10的一端、第二子电极221 远离绝缘座10的一端，以及第一电极21远离绝缘座10的一端分别呈平齐设置，电解液通道11设于凸块40上。这样，也便于电解液的喷洒。

为了便于电解液的喷洒，在本实施例中，凸块40自第二电极座212朝向远离第二电极座212的方向呈逐渐收敛(以形成漏斗状结构)，电解液通道11包括多个，多个电解液通道11 均布于凸块40的周壁上，以使电解液自电解液通道11呈放射状喷出。

请再结合参照图5和图6，另外，上述第一电极21可以为呈环形设置的一个电极，以将第二电极22容置于第一电极21 之内；也可以是包括多个分别与绝缘座10连接的第一子电极 211，多个第一子电极211呈环形分布于绝缘座10上，以将第二电极22围设于由多个第一子电极211形成的环形圈内，第二子电极221和第一子电极211呈交错设置。具体地采用哪种设置方式可根据实际情况而定，本申请不做限制。

当第一电极21包括多个分别与绝缘座10连接的第一子电极211时，多个第一子电极211可以分别与绝缘座10可拆卸连接，以便于第一子电极211的拆卸或者检修。

可选地，为了进一步便于第一电极21的拆卸或者检修，在本实施例中，上述第一电极21还包括第一电极座212，第一电极座212呈环状设置，且多个第一子电极211均布于第一电极座212上，第一电极座212与绝缘座10连接。这样，可通过将第一电极座212从绝缘座10上拆卸下来，从而便于所有的第一子电极211的整体拆卸。

需要说明的是，第一电极座212上还可以设有螺孔，以便于通过螺栓将第一电极座212可拆卸连接于绝缘座10上。

还有，第一子电极211远离第一电极座212的一端也可以朝向靠近第二电极22的方向延伸设置，可参见图5和图6所示。

另外，第一电极座212呈环形设置，可以便于将第二电极 22置于第一电极21之内，应理解，在使用过程中，应当保证第二电极22和第一电极21之间绝缘连接，示例地，第一电极座 212和第二电极22之间具有间隙。

可选地，为了实现对整个桩孔截面全断面的破碎，在本实施例中，上述第一子电极211和第二子电极221呈交错设置，请参见图1和图2。

为了使得本申请提供的脉冲破岩钻头便于与脉冲破岩钻机进行拆卸连接，在本实施例中，上述的绝缘座10还对应设有连接螺孔，从而便于将螺栓穿过该连接螺孔以与脉冲破岩钻机的钻杆进行可拆卸连接。

本实施例还提供了一种脉冲破岩钻机，该脉冲破岩钻机包括上述的脉冲破岩钻头。该脉冲破岩钻机能够改善碎岩效果。由于上述的脉冲碎岩钻头的结构及其有益效果均已在前文做了详细阐述与说明，故在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种脉冲破岩钻头，其特征在于，包括绝缘座、环形电极以及中心电极，其中，所述环形电极和所述中心电极分别连接于所述绝缘座的同一侧，所述中心电极位于所述环形电极的中心位置，所述环形电极包括相互套设的第一电极和第二电极，所述第二电极的附加电压值大于所述第一电极的附加电压值，所述绝缘座上还设有用于供电解液通过的电解液通道。

2.根据权利要求1所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述第一电极套设于所述第二电极之外。

3.根据权利要求2所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述第二电极包括多个分别与所述绝缘座连接的第二子电极，多个所述第二子电极呈环形分布于所述绝缘座上。

4.根据权利要求3所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述环形电极还包括与所述绝缘座连接的第二电极座，所述中心电极连接于所述第二电极座的中心位置，多个所述第二子电极以所述中心电极为中心环设于所述第二电极座上。

5.根据权利要求4所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，多个所述第二子电极以所述中心电极为中心呈放射状设置。

6.根据权利要求4所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述第二电极座的中心位置向外延伸设置有凸块，所述中心电极连接于所述凸块上，且所述中心电极远离所述绝缘座的一端、所述第二子电极远离所述绝缘座的一端，以及所述第一电极远离所述绝缘座的一端分别呈平齐设置，所述电解液通道设于所述凸块上。

7.根据权利要求6所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述凸块自所述第二电极座朝向远离所述第二电极座的方向呈逐渐收敛，所述电解液通道包括多个，多个所述电解液通道均布于所述凸块的周壁上，以使所述电解液自所述电解液通道呈放射状喷出。

8.根据权利要求3所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述第一电极包括多个分别与所述绝缘座连接的第一子电极，多个第一子电极呈环形分布于所述绝缘座上，所述第二子电极和所述第一子电极呈交错设置。

9.根据权利要求8所述的脉冲破岩钻头，其特征在于，所述第一电极还包括第一电极座，所述第一电极座呈环状设置，且多个所述第一子电极均布于所述第一电极座上，所述第一电极座与所述绝缘座连接。

10.一种脉冲破岩钻机，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的脉冲破岩钻头。

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