CN219262282U - 钻具、工作系统及作业机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桩基施工技术领域，并提供一种钻具、工作系统及作业机械，钻具包括置于钻孔内的钻具本体，钻具本体包括导电电芯、导电套筒和电爆炸负载，导电套筒套设在导电电芯外，导电电芯与导电套筒间设有绝缘件，导电电芯的第一端和导电套筒的第一端的中一者用于与脉冲发生器的正极电连接；另一者用于与脉冲发生器的负极电连接；电爆炸负载的两端分别与导电电芯的第二端和导电套筒的第二端电连接。脉冲发生器可将能量释放给电爆炸负载，随能量的不断注入，电爆炸负载依次经历熔化、汽化、击穿和等离子体放电等过程，在这些过程中产生强大的冲击波作用在周围的岩石或土层上，用于实现对岩土实施破碎，亦可用于对已形成的桩基孔进行扩径处理。

Description

钻具、工作系统及作业机械

技术领域

本实用新型涉及桩基施工技术领域，尤其涉及一种钻具、工作系统及作业机械。

背景技术

通常情况下，在形成桩基孔的施工过程中，地层中的岩石在受到足够大的压力作用下，可实现岩石节理的贯通和裂纹形成，内聚力消失从而只克服摩擦力就能从岩体上分离，并且可实现小岩体在压力作用下被挤压向自由面，裂纹扩展到自由面，小岩体被剪断从岩体上分离，以将完整的岩石变为碎块和碎屑，实现所需的钻进作业。

现有技术中，通常采用机械破岩或化学爆炸破岩等方式进行岩石破碎及钻进作业，现有的机械破岩一般采用旋挖钻机、电液桩机、冲击震动锤等设备进行岩石破碎实现钻进，但是入岩钻进效率较低，而且针对不同性能的岩层需要更换不同类型的施工设备，工法比较繁琐，工作效率低下，岩石破碎成本较高；其他岩石破碎方法，比如化学爆炸破岩，则过程复杂，且炸药管控严格，安全风险高，污染环境。

实用新型内容

本实用新型提供一种钻具、工作系统及作业机械，用以解决现有技术中采用机械破岩或化学爆炸破岩等方式进行岩石破碎及钻进作业存在的工作效率低、成本高、安全风险高、污染环境等缺陷。

本实用新型提供一种钻具，包括钻具本体，所述钻具本体适于置于钻孔内，所述钻具本体包括：

导电电芯；

导电套筒，套设在所述导电电芯外，所述导电电芯与所述导电套筒之间设置有绝缘件，且所述导电电芯的第一端和所述导电套筒的第一端的其中一者用于与脉冲发生器的正极电连接；另一者用于与所述脉冲发生器的负极电连接；

电爆炸负载，所述电爆炸负载的两端分别与所述导电电芯的第二端和所述导电套筒的第二端电连接。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述电爆炸负载包括：

金属丝，所述金属丝的第一端与所述导电电芯的第二端电连接，所述金属丝的第二端与所述导电套筒的第二端电连接；

含能材料，设置在所述金属丝上。

根据本实用新型提供的一种钻具，还包括：

负载连接件，与所述导电套筒的第二端连接，所述负载连接件与所述绝缘件之间形成用于容纳所述电爆炸负载的空间，所述电爆炸负载的第一端穿过所述空间与所述导电电芯电连接，所述电爆炸负载的第二端与所述负载连接件电连接，且所述负载连接件或所述导电套筒上设置有多个开孔，所述开孔与所述电爆炸负载相对应。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述导电电芯的第一端和所述脉冲发生器的正极通过正极电缆电连接，且所述导电电芯的第一端通过正极防水快换接头与所述正极电缆电连接；

所述导电套筒的第一端与所述脉冲发生器的负极通过负极电缆电连接，且所述导电套筒的第一端通过负极防水快换接头与所述负极电缆电连接。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述导电电芯的第二端设置有导电弹性件，所述电爆炸负载的第一端与所述导电弹性件电连接。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述导电电芯的第二端设置有凹槽，所述导电弹性件位于所述凹槽内。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述电爆炸负载的第一端设置有与所述导电弹性件电连接的第一导电垫片，所述电爆炸负载的第二端设置有与所述负载连接件电连接的第二导电垫片。

本实用新型还提供一种工作系统，包括：

脉冲发生器，设置在钻孔的上方；

如上述任意一项所述的钻具。

根据本实用新型提供的一种工作系统，还包括：

正极电缆，用于连接所述脉冲发生器的正极和所述钻具的导电电芯的第一端；

负极电缆，用于连接所述脉冲发生器的负极和所述钻具的导电套筒的第一端；

第一导管，设置在护筒的内壁上，所述正极电缆位于所述第一导管内；

第二导管，设置在所述护筒的内壁上，所述负极电缆位于所述第二导管内。

本实用新型还提供一种作业机械，包括如上述任意一项所述的钻具和上述所述的工作系统。

本实用新型提供的钻具、工作系统及作业机械，钻具本体包括导电电芯、导电套筒和电爆炸负载。导电电芯的第一端和导电套筒的第一端的其中一者用于与脉冲发生器的正极电连接、另一者用于与脉冲发生器的负极电连接，并且，电爆炸负载的两端分别与导电电芯的第二端和导电套筒的第二端电连接。这样，可以使电爆炸负载的两端分别与脉冲发生器的正极和负极电连接，脉冲发生器可以将能量释放给电爆炸负载，随着能量的不断注入，电爆炸负载依次经历熔化、汽化、击穿和等离子体放电等过程，在这些过程中均会发生体积膨胀并产生强大的冲击波作用在周围的岩石或土层上，从而实现对岩石或土层的破碎或对桩基孔进行扩孔处理，使破碎效率大幅度提高，工作成本大幅度降低，并能够适应各种地形作业。

并且，导电套筒套设在导电电芯外，有利于减小钻具本体的体积，便于布置，并且可以实现钻具的集成化，且钻具结构简单，易于人员操作，不易产生故障，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型提供的钻具的立体图之一；

图2是本实用新型提供的钻具的立体图之二(正极防水快换接头和负极防水快换接头的母接头和公接头分离时的示意图)；

图3是本实用新型提供的钻具的主视图；

图4是图3中A-A的剖视图；

图5是本实用新型提供的钻具的立体图之三(隐藏电爆炸负载)；

图6是本实用新型提供的导电电芯与电爆炸负载的连接示意图；

图7是图4中的B的局部放大图；

图8是本实用新型提供的电爆炸负载的主视图；

图9是图8中C-C的剖视图；

图10是本实用新型提供的工作系统的使用状态图。

附图标记：

1、钻具；2、脉冲发生器；3、正极电缆；

4、负极电缆；5、第一导管；6、护筒；

7、钻孔；8、履带吊；11、导电电芯；

12、导电套筒；13、电爆炸负载；14、绝缘件；

15、正极防水快换接头； 16、负极防水快换接头；

17、负载连接件； 18、开孔； 19、导电弹性件；

111、凹槽；131、金属丝；132、含能材料；

133、外壳； 134、第一导电垫片； 135、第二导电垫片；

136、卡块； 151、正极防水母接头； 152、正极防水公接头；

161、负极防水母接头；162、负极防水公接头。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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。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。

下面结合图1至图10描述本实用新型的钻具、工作系统及作业机械。

如图1-图5所示，本实用新型提供的一种钻具，可以包括钻具本体，钻具本体可以置于钻孔7内，并且钻具本体可以位于护筒6的下方，以能够实现对岩石的破碎或扩底功能。

其中，钻具本体可以包括导电电芯11、导电套筒12和电爆炸负载13。导电电芯11的第一端和导电套筒12的第一端的其中一者可以用于与脉冲发生器2的正极电连接、另一者可以用于与脉冲发生器2的负极电连接，并且，电爆炸负载13的两端可以分别与导电电芯11的第二端和导电套筒12的第二端电连接。这样，可以使电爆炸负载13的两端分别与脉冲发生器2的正极和负极电连接，脉冲发生器2可以将能量释放给电爆炸负载13，随着能量的不断注入，电爆炸负载13依次经历熔化、汽化、击穿和等离子体放电等过程，在这些过程中均会发生体积膨胀并产生强大的冲击波作用在周围的岩石或土层上，可以用于实现对岩土实施破碎，亦可以用于对已形成的桩基孔进行扩径处理。

并且，导电套筒12可以套设在导电电芯11外，这样，有利于减小钻具本体的体积，便于布置，并且可以实现钻具的集成化。

此外，导电电芯11和导电套筒12之间可以设置有绝缘件14，这样，可以避免导电电芯11和导电套筒12接触而出现短路现象。

如此设置，通过位于钻孔7内的钻具本体的电爆炸负载13可以产生强大的冲击波并作用在周围岩石或土层上，可以实现对岩石的破碎或对桩孔的扩大，使破碎效率大幅度提高，工作成本大幅度降低，并能够适应各种地形作业；并且该钻具的结构简单，集成化程度高，易于人员操作，不易产生故障，实用性强。

在本实用新型的可选实施例中，如图7和图9所示，电爆炸负载13可以包括金属丝131，金属丝131的第一端可以与导电电芯11的第二端电连接，金属丝131的第二端可以与导电套筒12的第二端电连接。这样，通过导电电芯11和导电套筒12可以使金属丝131连接在脉冲发生器2的回路上，可以便于向金属丝131注入能量，使金属丝131电爆炸。这里，金属丝131可以为铜丝。

电爆炸负载13还可以包括含能材料132，含能材料132可以设置在金属丝131上。这样，金属丝131电爆炸可以驱动含能材料132爆炸，可大幅度提升冲击波的峰值压力，增强冲击波对孔壁的压力，并且可降低设备电压。

在可选的实施例中，电爆炸负载13可以包括罩在金属丝131外的外壳133，含能材料132位于外壳133内。

这里，含能材料132可以为含有爆炸基团或含氧化剂和可燃物并能够独立进行化学反应并能输出能量的化合物或混合物。具体地，外壳133内设置有含能材料溶液，含能材料溶液可以为含铝粉溶液。

在可选的实施例中，如图1-图5所示，钻具还可以包括负载连接件17，负载连接件17可以与导电套筒的第二端连接，负载连接件17与绝缘件14之间可以形成空间，空间用于容纳电爆炸负载13。这样，可以进一步地实现钻具的集成化，便于将钻具整体下放至钻孔7内。

这里，电爆炸负载13的第一端可以穿过空间与导电电芯11电连接，电爆炸负载13的第二端可以与负载连接件17电连接。这样，可以实现电爆炸负载13与导电电芯11和导电套筒12的电连接，以能够形成回路。

具体地，电爆炸负载13的第一端可与穿过空间的导电电芯11的第二端接触，电爆炸负载13的第二端可以与负载连接件17接触，这样，既能够使电爆炸负载13两端分别与导电电芯11和导电套筒12的电连接，又便于拆装电爆炸负载13。

并且，负载连接件17或导电套筒12上可以设置有多个开孔18，开孔18可以与电爆炸负载13相对应。这样，当电爆炸负载13发生电爆炸时，产生的冲击波可以通过开孔18作用到孔壁上，从而有利于提高冲击波对孔壁的压力，有利于孔壁破碎。

在可选的实施例中，如图4所示，导电电芯11的第二端可以设置有导电弹性件19，电爆炸负载13的第一端可以与导电弹性件19电连接，以实现与导电电芯的电连接。

这里，导电电芯11的第二端可以设置有凹槽111，凹槽111与空间相连通，导电弹性件19位于凹槽111内，导电弹性件19能够沿凹槽111的轴向伸缩。这样，便于拆装电爆炸负载13。

在可选的实施例中，电爆炸负载13的第一端可以设置有第一导电垫片134，第一导电垫片134可以与导电弹性件19电连接；电爆炸负载13的第二端可以设置有第二导电垫片135，第二导电垫片135可以与负载连接件17电连接。

这里，第一导电垫片134可以与金属丝131的第一端电连接，第二导电垫片135可以与金属丝131的第二端电连接。第一导电垫片134和第二导电垫片135均可以为金属垫片，具体地，第一导电垫片134和第二导电垫片135均可以为铜垫片。

在本实施例中，外壳133可以包括筒体、两个分别设置在筒体两端的端盖，第一导电垫片134和第二导电垫片135可以分别为外壳133的两个端盖，并且外壳133的筒体可以为绝缘材料。

此外，为了避免电爆炸负载13发生偏移或晃动，保证电爆炸负载13固定的稳固性，在电爆炸负载13的第一端还设置有卡块136，卡块136可以与第一导电垫片134或金属丝131的第一端固定连接，并且卡块136能够嵌在导电弹性件19内。这样，能够提高导电弹性件19与电爆炸负载13连接的稳固性，可以避免导电弹性件19或电爆炸负载13发生径向偏移而断开连接。

这里，导电弹性件19可以为金属弹簧，卡块136可以嵌在金属弹簧的空腔内。

在本实用新型的可选实施例中，导电电芯11的第一端与脉冲发生器2的正极可以通过正极电缆3电连接，并且导电电芯11的第一端可以通过正极防水快换接头15与正极电缆3电连接。这样，便于将钻具和正极电缆3连接，并且可以避免出现漏电现象。

导电套筒12的第一端与脉冲发生器2的负极可以通过负极电缆4电连接，并且导电套筒12的第一端可以通过负极防水快换接头16与负极电缆4电连接。这样，便于将钻具与负极电缆4连接，并且可以避免出现漏电现象。

在可选的实施例中，正极防水快换接头15可以包括正极防水母接头151和与正极防水母接头151可拆卸连接的正极防水公接头152，正极防水母接头151可以设置在导电电芯11的第一端，正极防水公接头152可以设置在正极电缆3的端部，以便于实现导电电芯11和正极电缆3的拆装。

负极防水快换接头16可以包括负极防水母接头161和与负极防水母接头161可拆卸连接的负极防水公接头162，负极防水母接头161可以设置在导电套筒12的第一端，负极防水公接头162可以设置在负极电缆4的端部，以便于实现导电套筒12和负极电缆4的拆装。

下面对本实用新型提供的工作系统进行描述，下文描述的工作系统与上文描述的钻具可相互对应参照。

本实用新型提供的一种工作系统，可以包括脉冲发生器2和如上述任意一项实施例所述的钻具。

其中，脉冲发生器2可以设置在钻孔7的上方，钻具可以设置在钻孔7内，并且钻具可以设置在护筒6的下方，钻具可以随护筒6一同下放至钻孔7内。这样，便于钻具对钻孔7进行扩孔作业。

本实用新型提供的工作系统所达到的有益效果与本实用新型提供的钻具所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。

在本实用新型的可选实施例中，工作系统还可以包括正极电缆3和负极电缆4，正极电缆3用于连接脉冲发生器2的正极和钻具1的导电电芯11的第一端；负极电缆4用于连接脉冲发生器2的负极和钻具1的导电套筒12的第一端。

工作系统还可以包括第一导管5，第一导管5可以设置在护筒6的内壁上，并且正极电缆3可以位于第一导管5内，这样，第一导管5既可以对正极电缆3起到固定限位的作用，又能够对正极电缆3起到防护作用，避免正极电缆3损坏而发生漏电现象以及避免液态混凝土对正极电缆3和钻具1产生压力。

工作系统还可以包括第二导管，第二导管可以设置在护筒6的内壁上，并且负极电缆4可以位于第二导管内，这样，第二导管既可以对负极电缆4起到固定限位的作用，又能够对负极电缆4起到防护作用，避免负极电缆4损坏而发生漏电现象以及避免液态混凝土对负极电缆4和钻具1产生压力。

这里，第一导管5和第二导管均可以为圆管，并且第一导管5和第二导管的轴线均可以与护筒6的轴线平行。

在可选的实施例中，脉冲发生器2可以包括储能装置和控制开关，储能装置的正极输出端可以通过正极电缆3与钻具1的导电电芯11电连接，储能装置的负极输出端可以通过负极电缆4与钻具1的导电套筒12电连接，以能够将能量释放给钻具1的电爆炸负载13。

这里，储能装置可以为电源或电容。

需要说明的是，为保证钻具1扩孔结束后，钻具1能够顺利拔出。施工过程中可以借助履带吊8配合液压振动锤(或是其它辅助护筒6起拔装置)辅助施工，使用液压振动锤夹头夹住钢护筒6，夹紧后，借助履带吊8的拉力对护筒6进行起拔，钻具1跟随护筒6上升至地面上。相应的，通过改变护筒6的埋深，可以实现对钻孔7不同部位的扩大。

在可选的实施例中，工作系统可以包括多个钻具1，多个钻具1的导电电芯11均通过正极电缆3与脉冲发生器2的正极电连接，多个钻具1的导电套筒12均通过负极电缆4与脉冲发生器2的负极电连接。这样，多个钻具1可以由一个脉冲发生器2提供能量。

这里，一个钻孔7内可以设置有多个钻具1，这样，有利于提高碎岩或扩孔效率。

下面对本实用新型提供的作业机械进行描述，下文描述的作业机械与上文描述的钻具或工作系统可相互对应参照。

本实用新型提供的一种作业机械，可以包括如上述任意一项实施例所述的钻具或如上述所述的工作系统。

本实用新型提供的作业机械所达到的有益效果与本实用新型提供的钻具或工作系统所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。

需要说明的是，上述作业机械可以为钻机，或其他能够实现钻孔7作业或桩基施工的工程机械。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻具，其特征在于，包括钻具本体，所述钻具本体适于置于钻孔内，所述钻具本体包括：

导电电芯；

导电套筒，套设在所述导电电芯外，所述导电电芯与所述导电套筒之间设置有绝缘件，且所述导电电芯的第一端和所述导电套筒的第一端的其中一者用于与脉冲发生器的正极电连接；另一者用于与所述脉冲发生器的负极电连接；

电爆炸负载，所述电爆炸负载的两端分别与所述导电电芯的第二端和所述导电套筒的第二端电连接。

2.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述电爆炸负载包括：

金属丝，所述金属丝的第一端与所述导电电芯的第二端电连接，所述金属丝的第二端与所述导电套筒的第二端电连接；

含能材料，设置在所述金属丝上。

3.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，还包括：

负载连接件，与所述导电套筒的第二端连接，所述负载连接件与所述绝缘件之间形成用于容纳所述电爆炸负载的空间，所述电爆炸负载的第一端穿过所述空间与所述导电电芯电连接，所述电爆炸负载的第二端与所述负载连接件电连接，且所述负载连接件或所述导电套筒上设置有多个开孔，所述开孔与所述电爆炸负载相对应。

4.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述导电电芯的第一端和所述脉冲发生器的正极通过正极电缆电连接，且所述导电电芯的第一端通过正极防水快换接头与所述正极电缆电连接；

所述导电套筒的第一端与所述脉冲发生器的负极通过负极电缆电连接，且所述导电套筒的第一端通过负极防水快换接头与所述负极电缆电连接。

5.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，所述导电电芯的第二端设置有导电弹性件，所述电爆炸负载的第一端与所述导电弹性件电连接。

6.根据权利要求5所述的钻具，其特征在于，所述导电电芯的第二端设置有凹槽，所述导电弹性件位于所述凹槽内。

7.根据权利要求6所述的钻具，其特征在于，所述电爆炸负载的第一端设置有与所述导电弹性件电连接的第一导电垫片，所述电爆炸负载的第二端设置有与所述负载连接件电连接的第二导电垫片。

8.一种工作系统，其特征在于，包括：

脉冲发生器，设置在钻孔的上方；

如权利要求1-7任意一项所述的钻具。

9.根据权利要求8所述的工作系统，其特征在于，还包括：

正极电缆，用于连接所述脉冲发生器的正极和所述钻具的导电电芯的第一端；

负极电缆，用于连接所述脉冲发生器的负极和所述钻具的导电套筒的第一端；

第一导管，设置在护筒的内壁上，所述正极电缆位于所述第一导管内；

第二导管，设置在所述护筒的内壁上，所述负极电缆位于所述第二导管内。

10.一种作业机械，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的钻具或如权利要求8或9所述的工作系统。

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