专利名称：一种组合钻孔装置的制作方法
技术领域：
本发明属于锚固工程钻探机械制造领域，尤其涉及锚固工程钻探机械的钻孔设备 领域，特别涉及一种组合钻孔装置。
背景技术：
在锚固工程钻探施工中需要使用钻孔设备，普通造孔钻具为钻杆与冲击器直接连 接，这种施工方法，在钻进过程中，会产生大量的岩粉屑与岩石颗粒，若不能及时清理，容易 造成孔内卡钻或埋钻事故，使冲击器不能正常工作，给钻孔作业带来许多的困难。特别是在 复杂地层或深孔钻孔时，孔内的岩粉屑与岩石颗粒更不易排除，卡钻、埋钻现象尤其突出， 严重影响钻孔效率与成孔质量。普通钻孔钻具为钻杆与冲击器直接连接，普通钻孔钻具在钻孔过程中，钻孔轴向 沿软弱层面倾斜，钻孔轨迹呈“S”型或类“抛物线”型，导致孔内事故频繁，且成孔精度不高， 不能及时进行孔斜纠偏。锚固工程钻探施工中设计要求锚索孔弯曲度< 2%，故采用常规钻 进方式很难达到钻孔精度要求。为此，必须考虑采用特殊的方法来控制孔斜，从机具上和操 作工艺上尽量保证钻孔偏斜达到规定要求。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种组合钻孔装置。在锚固工程钻探施工中使 用本发明装置能有效解决钻探施工中的卡钻事故，使钻探施工正常进行工作，并且能有效 避免钻孔倾斜问题。本发明通过以下技术方案实现一种组合钻孔装置，包括可连接钻杆、潜孔冲击器，其特征在于潜孔冲击器与反 吹研碎装置和扶正装置顺序连接后再与钻杆连接。进一步在潜孔冲击器与反吹研碎装置和扶正装置顺序连接后连接的钻杆延伸部 分至少连接有一组扶正装置。本发明还提供了一种扶正装置，所述扶正装置包括中空的扶正器下接杆、扶正器 上接杆、扶正器钻杆，其中扶正器下接杆、扶正器钻杆、扶正器上接杆顺序依次固定连接，扶 正器钻杆的直径大于扶正器下接杆和扶正器上接杆的直径。进一步扶正器钻杆是管壁厚均勻的圆形钢管或管壁上沿轴向有棱的圆形钢管。更 进一步扶正器钻杆是管壁上沿轴向有四条棱的圆形钢管。进一步在扶正器钻杆外表面镶嵌有钢粒。钻孔扶正装置安装在潜孔锤尾部，具体尺寸根据钻孔孔径确定，扶正器钻杆直径 大于扶正器下接杆和扶正器上接杆的直径，同时实际上也大于地质钻探施工中普通钻杆的 直径。较大的扶正器钻杆直径减小了造孔钻具和冲击器在孔中的活动空间，限制了钻孔轴 向沿软弱层面倾斜，使钻杆始终保持在孔中心位置，从而提高了造孔精度。钻孔扶正装置的使用。钻孔扶正装置安装在潜孔锤尾部，具体尺寸根据钻孔孔径
3确定。必要时可在钻孔扶正装置上镶嵌刚粒，具有后扫切削探头石及孔内岩屑、岩石碎块 作用。在复杂地层，特别是地层中存在宽大裂隙横穿钻孔时，若钻孔扶正装置长度过短，钻 孔扶正装置会掉入裂缝而失去作用，甚至影响钻具的给进和提升。解决办法是加长钻孔 扶正装置，但其长度不宜超过单根钻杆长度；增加钻孔扶正装置数量，每5m左右设置一个 钻孔扶正装置。施工中采用上述方法，大大减小了孔斜偏差，而且有利于通过软弱夹层和 宽大裂缝。通常钻杆的尺寸需与钻孔机具相匹配，根据设计钻孔孔径，主要选用了 Φ89mm、 Φ 114mm、Φ 130mm等刚度较大的粗径钻杆。本发明还提供了一种反吹研碎装置，所述钻孔反吹研碎装置包括中空的反吹上接 杆、定位卡环、反吹连接套、中空的反吹下接杆，其中反吹下接杆头部位于反吹上接杆空腔 内，通过定位卡环、反吹连接套连接，反吹下接杆在反吹上接杆空腔内可滑动；反吹下接杆 头部有进气孔，外表面有圆弧沟槽；反吹上接杆有排气孔，排气孔轴向与反吹上接杆轴向的 夹角小于90度。进一步在反吹上接杆外表面有均勻镶嵌刚粒。所述镶嵌钢粒有3至16颗。更进一步排气孔轴向与反吹上接杆轴向的夹角是60度。排气孔有不少于4个。更进一步进气孔有不少于4个。钻孔反吹研碎装置是针对复杂地层采用风动潜孔锤钻孔施工时，为预防钻孔孔内 事故而设计制作的一个机械结构，该结构是连接于钻杆(包括扶正器)和冲击器之间，实现 提钻时反吹孔内沉积的岩粉屑及由于孔壁不稳定坍塌的岩块，防止孔内钻杆，特别是克服 粗径钻具一扶正器和冲击器所产生卡钻、埋钻的优点。在钻进过程或完成钻进后，若在扶正器或冲击器与孔壁的环状间隙掉落岩块，产 生卡钻事故，反吹又无法解决时，可以通过安装于装置尾部的镶嵌钢粒，通过研磨碾碎作 用，在高压风反吹下组合解决问题，提高钻孔功效。在钻进过程中，当潜孔冲击器正常工作时，反吹上接杆外壁的排气孔处于封闭状 态，钻杆提供的高压气体通过本装置中反吹上接杆的中心孔通过反吹下接杆的进气孔流向 反吹下接杆的中心孔直接向潜孔冲击器供风。在完成钻进后，当潜孔冲击器提出孔底时，反吹下接杆连接着的潜孔冲击器在自 重的作用下顺着花键向下滑动，由于反吹下接杆上的圆弧沟槽被定位卡环卡住而停止向下 滑动，此时反吹下接杆的进气孔处于封闭状态，高压体无法进入潜孔冲击器，与此同时，反 吹上接杆外壁的排气孔与反吹上接杆内腔连通，高压气体通过反吹上接杆的排气孔吹向孔 壁，使从钻杆提供的高压风全部用于孔壁的吹渣，可迅速将因塌孔而掉落的岩渣吹出孔外。综上所述，在钻进过程中，压缩空气经钻杆中心通道、钻孔反吹装置中心通道直接 作用于潜孔锤使冲击锤高频振动、做功并传给钎头，同时在回转力的作用下凿岩成孔；在提 钻过程中，压缩空气经钻杆中心通道直接传至钻孔反吹装置排气口，不驱使潜孔锤做功直 接往孔外排气，将孔内岩屑直接吹出孔外，通过钻孔反吹装置的使用，在大大降低钻孔事故 的同时，可将深孔内清洗的更干净，提高成孔质量。采用有扶正装置的粗径钻具，在锚固工程钻探施工时，分段在普通钻杆中设置加 入钻孔扶正装置，利用粗径钻具的扶正器可使冲击器和钻杆在孔道内保持居中的状态，限 制钻杆和冲击器在孔道中的偏斜方向，有效保证复杂地层或深孔钻进的孔斜控制。本发明的有益性是钻孔反吹研碎与扶正装置是在复杂地层或深孔钻进时采用风
4动潜孔锤钻孔，为提高钻孔施工效率和成孔质量而设计制作的一个复合机械结构，该结构 是连接于钻杆和冲击器之间，实现提钻时反吹孔内沉积的岩粉屑或掉落在岩块，或对附着 于孔壁的探头石及大块岩石进行研碎作用，克服钻杆特别是粗径钻具卡钻、埋钻问题；扶正 器则保证钻具居中于孔道内，保证钻孔精度要求，提高成孔质量在反吹研碎装置的联合作 用下，自身因外径较粗而易生产卡钻、埋钻的问题得以克服。上述装置的联合作用，既提高 了钻孔效率，有提高了成孔质量。
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。图1是本发明装置连接结构示意图；图2是反吹研碎装置工作状态示意图；图3是反吹研碎装置工作状态截面结构示意图；图4是反吹研碎装置未工作状态示意图；图5是反吹研碎装置未工作状态截面结构示意图；图6是扶正装置无棱无齿结构状态示意图；图7是扶正装置结构无棱无齿横截面结构示意图；图8是扶正装置有棱无齿结构状态示意图；图9是扶正装置结构有棱无齿横截面结构示意图；图10是扶正装置有棱有齿结构状态示意图；图11是扶正装置结构有棱有齿横截面结构示意图；图中，1是反吹上接杆，2是进气孔，3是排气孔，4是定位卡环，5是反吹连接套，6 是反吹下接杆，7是钻杆连接位，8是潜孔冲击器连接位，9是镶嵌刚粒，10是圆弧沟槽，11是 排气孔轴向与反吹上接杆轴向的夹角，12是扶正器下接杆，13是扶正器上接杆，14是扶正 器钻杆，15是钻杆接头，16是潜孔冲击器接头，17是凹形排渣槽，18是镶嵌钢粒，21是潜孔 冲击器，22是反吹研碎装置，23是扶正装置，24是钻杆。
具体实施例方式实施例1结合图1至图7。图1是本发明装置连接结构示意图，图2是反吹研碎装置工作状态示意图，图3是 反吹研碎装置工作状态截面结构示意图，图4是反吹研碎装置未工作状态示意图，图5是反 吹研碎装置未工作状态截面结构示意图，图6是扶正装置无棱无齿结构状态示意图，图7是 扶正装置结构无棱无齿横截面结构示意图。图1所示潜孔冲击器21与反吹研碎装置22连接，与反吹研碎装置22与扶正装 置23连接，扶正装置23与钻杆24连接；钻杆24是常规设计，在实际施工中可以根据需要 由多根连接延伸，本例中在两钻杆24连接处还连接安装有一套扶正装置23。实际施工中扶 正装置23可以有多套安装连接在延伸的钻杆24中。潜孔冲击器21、反吹研碎装置22、扶 正装置23、钻杆24上均有常规接杆，两两相互连接是通过常规的接杆连接。图中1是反吹上接杆，2是进气孔，3是排气孔，4是定位卡环，5是反吹连接套，6是
5反吹下接杆，7是钻杆连接位，8是潜孔冲击器连接位，9是镶嵌钢粒，10是圆弧沟槽，11是排 气孔轴向与反吹上接杆轴向的夹角。根据锚固工程钻孔需要，在反吹研碎装置尾部孔内掉落岩块，产生卡钻事故，反吹 又无法解决时，可以通过安装于装置尾部的镶嵌钢粒9，通过研磨碾碎作用，在高压风反吹 下组合解决问题，提高钻孔功效。在较单一地层无卡钻事故时可以用不镶嵌钢粒9的反吹 装置。本例图中有镶嵌钢粒9。本例钻孔反吹研碎装置，包括中空的反吹上接杆1、定位卡环4、反吹连接套5、中 空的反吹下接杆6、钻杆、潜孔冲击器，其中钻杆在钻杆连接位7与反吹上接杆1连接，潜孔 冲击器在潜孔冲击器连接位8与反吹下接杆6连接，反吹下接杆6头部位于反吹上接杆1 空腔内，通过定位卡环4、反吹连接套5连接，反吹下接杆6在反吹上接杆1空腔内可滑动， 反吹下接杆6头部有进气孔2，外表面有圆弧沟槽10，反吹上接杆1有排气孔3，排气孔3轴 向与反吹上接杆1轴向的夹角11小于90度。本例镶嵌钢粒9有8颗，排气孔3轴向与反吹上接杆1轴向的夹角11是60度，排 气孔3和进气孔2各有4个。在完成钻进后，潜孔冲击器提出孔底时，反吹下接杆6连接着的潜孔冲击器在自 重的作用下顺着花键向下滑动，由于反吹下接杆6上的圆弧沟槽10被定位卡环4卡住而停 止向下滑动，此时反吹下接杆6的进气孔2处于封闭状态，高压体无法进入潜孔冲击器，与 此同时，反吹上接杆1外壁的排气孔3与反吹上接杆1内腔连通，高压气体通过反吹上接杆 1的排气孔3吹向孔壁，使从钻杆提供的高压风全部用于孔壁的吹渣，可迅速的将因塌孔而 掉落的岩渣吹出孔外。在钻进过程中，当潜孔冲击器正常工作时，反吹上接杆1外壁的排气孔3处于封闭 状态，钻杆提供的高压气体通过本装置中反吹上接杆1的中心孔通过反吹下接杆6的进气 孔2流向反吹下接杆6的中心孔直接向潜孔冲击器供风。在钻进施工中，还应选择合理的钻进参数。合理的钻进参数应根据施工区域所处 工程地质条件和岩石特性来决定。一般应符合“中等钻压、慢转速、平稳风压”的操作要求， 造孔进尺效率为3 5m/h，风压稳定在1. 0 1. 2Mpa时，冲击频率为18次/s，转速为18 23r/min比较合理。钻压大小以孔内钻具的总重量为参考值，在钻进过程中应不断调整相关 参数。图6和图7所示是本发明扶正装置23的一种结构。所述扶正装置23包括中空的 扶正器下接杆12、扶正器上接杆13、扶正器钻杆14，其中扶正器下接杆12、扶正器钻杆14、 扶正器上接杆13顺序依次固定连接，扶正器钻杆14的直径大于扶正器下接杆12和扶正器 上接杆13的直径。钻杆接头15、潜孔冲击器接头或与其他钻具的接头16分别位于扶正装 置23的两端。钻孔扶正装置23安装在潜孔锤21尾部或与潜孔锤21连接的反吹研碎装置22尾 部，具体尺寸根据钻孔孔径确定，扶正器钻杆14直径大于扶正器下接杆12和扶正器上接杆 13的直径，同时实际上也大于普通钻杆的直径。实施例2 与实施例1所有结构相同，但镶嵌钢粒9可以有3颗、6颗、12颗或16颗，不论有几 颗镶嵌钢粒9，其目的都是利用镶嵌钢粒9的研磨碾碎作用，通过研磨碾碎孔内掉落岩块，
6在高压风反吹下解决卡钻等问题，提高钻孔功效。实施例3与实施例1或实施例2所有结构相同，但排气孔3是6个或8个。实施例4与实施例1、实施例2或实施例3所有结构相同，但排气孔3轴向与反吹上接杆1 轴向的夹角11是60度。实施例5与实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所有结构相同，结合图8和图9，扶正装 置23在轴向还有棱，本例在轴向有四条棱，四条棱形成了轴向的凹形排渣槽17，轴向棱既 实现了扶正装置23直径大于钻杆直径的要求，形成的凹形排渣槽17又有利于钻孔排渣的需要。实施例6与实施例5所有结构相同，扶正装置23在扶正器钻杆14表面还有镶嵌的钢粒形 成的齿18，在扶正器钻杆14上镶嵌钢粒，具有后扫切削探头石及孔内岩屑、岩石碎块作用。
权利要求
一种组合钻孔装置，包括可连接钻杆(24)、潜孔冲击器(21)，其特征在于潜孔冲击器(21)与反吹研碎装置(22)和扶正装置(23)顺序连接后再与钻杆(24)连接。
2.根据权利要求1所述的组合钻孔装置，其特征在于在潜孔冲击器(21)与反吹研碎 装置(22)和扶正装置(23)顺序连接后连接的钻杆(24)延伸部分至少连接有一组扶正装 置(23)。
3.根据权利要求1或2所述的组合钻孔装置，其特征在于所述扶正装置(23)包括中 空的扶正器下接杆(12)、扶正器上接杆(13)、扶正器钻杆(14)，其中扶正器下接杆(12)、扶 正器钻杆(14)、扶正器上接杆(13)顺序依次固定连接，扶正器钻杆(14)的直径大于扶正器 下接杆(12)和扶正器上接杆(13)的直径。
4.根据权利要求3所述的组合钻孔装置，其特征在于扶正器钻杆(14)是管壁厚均勻 的圆形钢管或管壁上沿轴向有棱的圆形钢管。
5.根据权利要求3所述的组合钻孔装置，其特征在于扶正器钻杆(14)外表面镶嵌有 钢粒(18)。
6.根据权利要求1或2所述的组合钻孔装置，其特征在于所述钻孔反吹研碎装置包 括中空的反吹上接杆(1)、定位卡环(4)、反吹连接套(5)、中空的反吹下接杆(6)，其中反吹 下接杆(6)头部位于反吹上接杆(1)空腔内，通过定位卡环(4)、反吹连接套(5)连接，反吹 下接杆(6)在反吹上接杆(1)空腔内可滑动；反吹下接杆(6)头部有进气孔(2)，外表面有 圆弧沟槽(10)；反吹上接杆(1)有排气孔(3)，排气孔(3)轴向与反吹上接杆(1)轴向的夹 角(11)小于90度。
7.根据权利要求6所述的组合钻孔装置，其特征在于在反吹上接杆(1)外表面有均 勻镶嵌钢粒(9)。
8.根据权利要求6所述的组合钻孔装置，其特征在于排气孔(3)轴向与反吹上接杆 (1)轴向的夹角(11)是60度。
9.根据权利要求6所述的组合钻孔装置，其特征在于排气孔(3)有不少于4个。
10.根据权利要求6所述的组合钻孔装置，其特征在于进气孔(2)有不少于4个。
全文摘要
本发明公开了一种组合钻孔装置，包括可连接钻杆、潜孔冲击器，其中潜孔冲击器与反吹研碎装置和扶正装置顺序连接后再与钻杆连接；在潜孔冲击器与反吹研碎装置和扶正装置顺序连接后连接的钻杆延伸部分至少连接有一组扶正装置。本发明实现提钻时反吹孔内沉积的岩粉屑或掉落在岩块，或对附着于孔壁的探头石及大块岩石进行研碎作用，克服钻杆特别是粗径钻具卡钻、埋钻问题；扶正器则保证钻具居中于孔道内，保证钻孔精度要求，提高成孔质量在反吹研碎装置的联合作用下，自身因外径较粗而易生产卡钻、埋钻的问题得以克服。上述装置的联合作用，既提高了钻孔效率，有提高了成孔质量。
文档编号E21B17/10GK101949262SQ20101050966
公开日2011年1月19日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者吕文强, 李正兵, 罗建林, 鲜少毅 申请人:中国水利水电第七工程局成都水电工程建设有限公司