CN218716510U - 螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，所述钻机包括集束潜孔锤、螺旋摆动油缸、过渡接头、钻杆或履带吊、进气管、液压油管、排渣管、排气管。所述螺旋摆动油缸安装在集束潜孔锤和伸缩钻杆之间，钻杆固定不旋转，螺旋摆动油缸驱动集束潜孔锤往复摆动旋转钻进。本实用新型潜孔锤钻机的水下进气管、排气管、排渣管与钻杆之间相对静止不会发生扭绞摩擦，钻杆采用伸缩钻杆，钻进采用泥浆反循环排渣、泥浆护壁，钻进松散覆盖层地质时避免全护筒跟进，钻进速度极快，大幅度节约综合施工成本。

Description

螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机

技术领域

本实用新型涉及潜孔锤钻机技术领域，更具体地说它是螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机。

背景技术

大直径气动潜孔锤入岩钻进为冲击破碎，功率大钻进速度超快，速度比其他钻机例如旋挖钻机等挤压破碎方式钻进速度快5-30倍，但是现有的大直径潜孔锤钻机，为钻机桩架上动力头驱动钻杆带动潜孔锤钻头旋转钻进，由于进气管、排渣管、排气管与不停旋转的钻杆之间会发生扭绞摩擦，井下无法布设排渣管和排气管，导致排渣方式只能是空气正循环排渣，潜孔锤底部排出的大量空气直接排入井孔，如果松散覆盖层地层钻进采用泥浆护壁，潜孔锤的大量排气与护壁泥浆混合，会降低护壁泥浆的容重，使泥浆失去护壁功能导致严重塌孔事故，不得已必须全护筒跟进。但是全护筒跟进需要增加大量施工设备，速度很慢成本巨大，所以现有的潜孔锤钻机存在无法施工大深度覆盖层入岩钻孔桩的缺点，现有潜孔锤钻机只能施工占比5％左右的岩面很浅的入岩井孔。建设工程中95％以上井孔都是较厚覆盖层的地质，导致高效钻进的空气潜孔锤技术无法大面积普遍推广。同时，潜孔锤钻机正循环排渣依靠大流量高速气流上举钻渣，多消耗大量空气动力，而且潜孔锤排气压力较高导致能效明显降低，造成能耗加大成本上升。

因此，现亟需开发采用泥浆护壁避免全护筒跟进，施工速度快成本低，能施工大直径超深覆盖层入岩钻孔桩的泥浆反循环潜孔锤钻机。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，为一种地基岩土钻井机械，本实用新型潜孔锤钻机能使用伸缩钻杆，采用泥浆护壁，避免全护筒跟进，施工速度极快，成本很低。

为了实现上述本实用新型的目的，本实用新型的技术方案为：螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，其特征在于：包括集束潜孔锤、螺旋摆动油缸、过渡接头、伸缩钻杆、进气管、液压油管、排渣管、排气管、进气管排气管中心回转接头、螺旋摆动油缸中心通孔、钻机或履带吊、桩架；

所述集束潜孔锤与所述螺旋摆动油缸的内缸固定联结，所述螺旋摆动油缸的外缸与所述过渡接头固定联结，所述过渡接头与所述钻杆固定联结；

所述进气管上端连接空气压缩机，下端进入井孔，经过所述过渡接头、所述进气管排气管中心回转接头、所述螺旋摆动油缸的中间通孔，再进入所述集束潜孔锤内部，与所述集束潜孔锤的所有单体潜孔锤进气口连通；

所述液压油管上端连接地面上的所述钻机或履带吊的液压动力设备，下端进入井孔与所述螺旋摆动油缸连接；

所述排渣管上端连接泥浆净化设备，下端进入井孔与所述过渡接头上的泥浆管接头连接，所述排渣管的排渣通道向下经过所述过渡接头内部、所述螺旋摆动油缸的中间通孔、所述集束潜孔锤内部连通到所述集束潜孔锤底部的进渣口；

所述排气管上端联通大气环境，下端经过井孔进入所述过渡接头、进气管排气管中心回转接头、所述螺旋摆动油缸的中间通孔，再进入所述集束潜孔锤内部与所有单体潜孔锤的排气孔连通。

上述方案中，螺旋摆动油缸的螺旋副的内外缸和活塞斜齿之间为滚子啮合传动，传动为滚动摩擦。

上述方案中，所述钻机或履带吊为使用伸缩钻杆的钻机或者为履带吊机改制的钻机，履带吊机改制钻机结构包括所述履带吊机、所述桩架、伸缩钻杆。

上述方案中，所述集束潜孔锤上的每个单体潜孔锤潜孔锤底部无排气孔，排气孔在单体潜孔锤冲击器的外侧，排气孔与所述排气管连通，所述集束潜孔锤排气通过所述排气管排入到大气环境，保持排气不会泄入桩孔中泥浆内。

上述方案中，在松散覆盖层地层中，在井孔内注满泥浆，将高压空气输入所述集束潜孔锤底部的进渣口管内，形成泥浆气举反循环排渣，经过净化后的泥浆返回井孔，采用泥浆护壁保护井壁不塌孔，避免采用全护筒跟进措施。

本实用新型具有如下优点：本实用新型的螺旋摆动油缸水下驱动钻机结构简单可靠，造价低，承受水压超大，结构耐磨，不需保养，维修周期长。钻机使用伸缩钻杆提高功效，采用泥浆护壁避免全护筒跟进，施工速度极快大幅度降低施工综合成本，使空气潜孔锤钻机普遍适用于所有复杂地质的地层快速钻进。对比现有使用伸缩钻杆的大直径潜孔锤钻机技术方案，解决了伸缩钻杆潜孔锤钻机不能施工深厚覆盖层地质入岩钻孔的问题，使现有大直径潜孔锤钻机只能施工5％比例的入岩桩上升到100％比例，可以为大直径井孔钻孔节约大量工期和施工成本。

附图说明

图1为本实用新型螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机的井下结构示意图；

图2为本实用新型螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机为旋挖钻机主机结构示意图；

图3为本实用新型螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机为履带吊主机结构示意图；

图中：1-集束潜孔锤、2-螺旋摆动油缸、3-过渡接头、4-伸缩钻杆、5-进气管、6-液压油管、7-排渣管、8-排气管、9-进气管排气管中心回转接头、10-螺旋摆动油缸中心通孔、11-钻机或履带吊、12-桩架、13-井壁。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，所述钻机包括集束潜孔锤1、螺旋摆动油缸2、过渡接头3、伸缩钻杆4、进气管5、液压油管6、排渣管7、排气管8、进气管排气管中心回转接头9、螺旋摆动油缸中心通孔10、钻机或履带吊11、桩架12。

根据附图1、2、3所示，本实用新型所述的潜孔锤钻机在钻机钻进时，桩架12固定伸缩钻杆4不旋转，为螺旋摆动油缸2的外缸提供反扭矩，螺旋摆动油缸2在液压油管6的驱动下内外缸之间产生旋转扭矩，集束潜孔锤1由螺旋摆动油缸2的内缸驱动，往复摆动旋转，集束潜孔锤1钻进不需要方向性，正反向旋转都能钻进。进气管5、液压油管6、排渣管7、排气管8在井孔内悬垂与不旋转的伸缩钻杆4在井孔内平行布置，由钻机或履带吊11控制与伸缩钻杆4同步升降，它们之间保持相对静止，互相之间不会发生扭绞摩擦，方便水下管线布设，使现有技术的井孔内需要管线情况下的分节钻杆技术方案优化为伸缩钻杆技术方案，大幅度提高现有潜水钻机综合钻进速度。

根据图3所示，集束潜孔锤1钻压由集束潜孔锤1和伸缩钻杆4自重提供，伸缩钻杆4可以不加压，集束潜孔锤1钻进需要的旋转扭矩和转速较小，适应于履带吊机简单改制的钻机；改制内容为：加大吊机主卷扬机单绳提吊力、安装桩架12、伸缩钻杆4；改制后桩架12固定伸缩钻杆4不旋转为螺旋摆动油缸2提供反扭矩，集束潜孔锤1由螺旋摆动油缸2驱动，往复摆动旋转，履带吊11同步升降伸缩钻杆4、进气管5、液压油管6、排渣管7、排气管8和集束潜孔锤1具有伸缩钻杆和泥浆反循环潜孔锤钻孔功能。

根据附图1所示，螺旋摆动油缸2没有减速机，在液压油管6液压动力驱动下，直接输出低速大扭矩，转速和扭矩通过调节螺旋摆动油缸2的液压油压力和流量进行大幅度无级调节。螺旋摆动油缸2结构简单可靠造价低廉，螺旋摆动油缸2螺旋副啮合长度较长，结构强度大，克服了现有潜水钻机技术马达驱动减速机方案的齿轮啮合长度小，传动结构强度低的缺点，耐受钻头负载的冲击荷载，使用周期很长。螺旋摆动油缸2的密封结构为小直径低转速孔内高压密封型式，可以安装内外双向高压密封，可以承受20-50兆帕以上水压，不需要水下随动保压，维修周期长，较现有潜水钻机技术马达驱动减速机方案的旋转端面大直径密封结构可靠耐用很多，且结构简单造价低廉。

根据图1所示，进气管5和排气管8在井孔内与伸缩钻杆4平行布置，进入过渡接头3后，在旋转中心线上通过进气管排气管中心回转接头9，再进入集束潜孔锤1内部与所有单体潜孔锤导通。进气管排气管中心回转接头9实现进气管5和排气管8上下部分之间互相密封旋转的功能。

根据图1所示，过渡接头3下端与螺旋摆动油缸2的外缸固定连结，集束潜孔锤1与螺旋摆动油缸2的内缸固定连结，过渡接头3的内部与螺旋摆动油缸中心通孔10形成排渣管7与集束潜孔锤1之间的排渣通道。排渣管7的排渣通道进入过渡接头3、螺旋摆动油缸中心通孔10，经过集束潜孔锤1内部到达集束潜孔锤1底部的进渣口。螺旋摆动油缸2的内缸和外缸之间互相密封旋转，实现了排渣管7与集束潜孔锤1底部进渣口之间的互相密封旋转功能。

所述集束潜孔锤1上的每个单体潜孔锤潜孔锤底部无排气孔，排气孔在单体潜孔锤冲击器的外侧，排气孔与排气管8连通，集束潜孔锤1全部排气通过排气管8排入到大气环境，保持集束潜孔锤1排气不会泄入桩孔中泥浆内，集束潜孔锤1的空气循环为闭气反循环方式，使集束潜孔锤1的排气压力降到最低，保持集束潜孔锤1有最高能效。钻进产生的钻渣包括泥浆或空气介质，采用反循环方式通过排渣管7排出井孔外。在松散覆盖层地层中，在井孔内注满泥浆，将高压空气输入所述集束潜孔锤1底部的进渣口管内，形成泥浆气举反循环排渣，经过净化后的泥浆返回井孔，采用泥浆护壁保护井壁13不塌孔，避免采用全护筒跟进措施，大大加快施工速度，节约巨大的全护筒跟进成本。

优化的，螺旋摆动油缸2的内外缸和活塞螺旋副的斜齿之间通过滚子啮合，传动为滚动摩擦，降低摩擦损耗提高能效，减少摩擦发热延长设备使用寿命。

上述这种螺旋摆动油缸驱动的潜水钻机的使用方法，该方法包括如下步骤，

步骤一：装配

在所述伸缩钻杆4下面依次安装所述集束潜孔锤1、所述螺旋摆动油缸2、所述过渡接头3；

所述进气管5上端与地面上的空气压缩机连接，下端与所述过渡接头3上的进气管接头连接；

所述液压油管6上端连接地面上的钻机或履带吊11主机的液压动力设备，下端与所述螺旋摆动油缸2连接；

所述排渣管7上端连接地面上的泥浆净化机，下端与所述过渡接头3上的泥浆管接头连接；

所述排气管8上端联通大气环境，下端与所述过渡接头3上的排气管接头连接；

步骤二：起吊

起吊步骤一安装的设备至钻井工位；

步骤三：钻孔；

同步下放伸缩钻杆4、进气管5、液压油管6、排渣管7、排气管8使集束潜孔锤1接触岩土表面，钻机或履带吊11的桩架12固定所述伸缩钻杆4不旋转，为螺旋摆动油缸2提供反扭矩，启动螺旋摆动油缸2带动集束潜孔锤1往复摆动旋转，启动空压机，向进气管5输入高压空气，启动集束潜孔锤1上的潜孔锤钻进岩土，钻渣包括泥浆或空气介质，采用反循环方式通过排渣管7排出井孔外，随着钻进同步下放伸缩钻杆4、进气管5、液压油管6、排渣管7和排气管8和集束潜孔锤1，直至钻孔完成；在松散覆盖层地层中，钻进采用泥浆反循环排渣，经过净化后的泥浆返回井孔，利用泥浆护壁保持井孔不塌孔，避免采用全护筒跟进措施。

在上述方案的步骤三中，当钻孔为有水湿孔时，向井孔注满泥浆，将高压空气输入集束潜孔锤1底部的进渣口管内，形成泥浆气举反循环排渣；

当钻孔为无水干孔时，在集束潜孔锤1底部的进渣口管内安装向内喷射的空气射流喷嘴，输入高压空气，产生空气射吸效应将钻渣吸入排渣管7排出钻渣，形成空气反循环排渣；

当钻孔为开钻浅孔时，在集束潜孔锤1底部的进渣口管内安装向内喷射的空气射流喷嘴，输入高压空气，产生空气射吸效应将泥浆和钻渣吸入排渣管7排除钻渣和泥浆，形成空气射吸泥浆反循环排渣。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (5)

1.螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，其特征在于：包括集束潜孔锤(1)、螺旋摆动油缸(2)、过渡接头(3)、伸缩钻杆(4)、进气管(5)、液压油管(6)、排渣管(7)、排气管(8)、进气管排气管中心回转接头(9)、螺旋摆动油缸中心通孔(10)、钻机或履带吊机(11)、桩架(12)；

所述集束潜孔锤(1)与所述螺旋摆动油缸(2)的内缸固定联结，所述螺旋摆动油缸(2)的外缸与所述过渡接头(3)固定联结，所述过渡接头(3)与所述伸缩钻杆(4)固定联结；

所述进气管(5)上端与地面上的空气压缩机连接，下端进入井孔，经过所述过渡接头(3)、所述进气管排气管中心回转接头(9)、所述螺旋摆动油缸(2)的中间通孔，再进入所述集束潜孔锤(1)内部，与所述集束潜孔锤(1)的所有单体潜孔锤进气口连通；

所述液压油管(6)上端连接地面上的钻机或履带吊机(11)的液压动力设备，下端进入井孔与所述螺旋摆动油缸(2)连接；

所述排渣管(7)上端连接地面上的泥浆净化设备，下端进入井孔与所述过渡接头(3)连通，所述排渣管(7)的排渣通道向下经过所述螺旋摆动油缸(2)的中间通孔、所述集束潜孔锤(1)内部连通到所述集束潜孔锤(1)底部的进渣口；

所述排气管(8)上端联通大气环境，下端进入井孔，进入所述过渡接头(3)内部、所述进气管排气管中心回转接头(9)、所述螺旋摆动油缸中心通孔(10)，再进入所述集束潜孔锤(1)内部与所有单体潜孔锤的排气孔连通。

2.根据权利要求1中权利要求所述的螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，其特征在于：所述螺旋摆动油缸(2)的内外缸和活塞螺旋副的斜齿之间为滚子啮合传动，传动为滚动摩擦。

3.根据权利要求2中权利要求所述的螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，其特征在于：所述钻机或履带吊机(11)为使用伸缩钻杆的钻机或者为履带吊机改制的钻机，履带吊机改制钻机结构包括所述履带吊机(11)、所述桩架(12)、伸缩钻杆(4)。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，其特征在于：所述集束潜孔锤(1)上的钻头底部无排气孔，排气孔设在所述集束潜孔锤(1)的单体潜孔锤冲击器的外侧，所述集束潜孔锤(1)的单体潜孔锤冲击器排气孔与所述排气管(8)连通，所述集束潜孔锤(1)排气通过所述排气管(8)排入到大气环境，保持所述集束潜孔锤(1)排气不会泄入井孔内。

5.根据权利要求4中所述的螺旋摆动油缸驱动旋转的潜孔锤钻机，其特征在于：在松散覆盖层地层中，在井孔内注满泥浆，将高压空气输入所述集束潜孔锤(1)底部的进渣口管内，形成泥浆气举反循环排渣，经过净化后的泥浆返回井孔，采用泥浆护壁保护井壁(13)不塌孔，避免采用全护筒跟进措施。

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