一种小尺寸定向钻孔设备的制作方法

本发明涉及钻孔机械装备制造技术领域，尤其涉及一种小尺寸定向钻孔设备，具体涉及一种钻孔质量高、施工简便、成本低廉且适用于狭小作业空间的小尺寸定向钻孔设备。

背景技术：

近年来，可燃气体泄漏爆炸事故频发，城市可燃气体来源主要包括天然气和输油管线。燃气事故发生的基本条件是气体浓度达到爆炸下限以上，而气体聚集到一定浓度必须在受限空间内才能实现，因此对于燃气管线泄漏爆炸的监测可以集中于燃气管线临近的受限空间，如窨井、暗渠和地下室等。

通过PU管采集窨井内的气体进行监测可以实现气体的远距离采集，但是在城市道路下铺设大量PU管难度极大，尤其是沥青路面和混凝土路面。对于此种工况，目前常用的施工方法是通过冲击钻或者切割机在路面上开槽敷设，但上述施工方法存在很多困难：如挖槽宽度与挖槽深度相互制约、修复困难、施工时间受限、施工成本高及施工安全风险高。此外，上述施工方式易对道路表面造成明显影响，且施工完成后还需再专门回填，施工效率低，对城市交通造成影响较大。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种钻孔质量高、施工简便、成本低廉且适用于狭小作业空间的小尺寸定向钻孔设备，以解决当前通过冲击钻或者切割机在路面上开槽敷设，以造成挖槽宽度与挖槽深度相互制约、修复困难、施工时间受限、施工成本高及施工安全风险高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种小尺寸定向钻孔设备，用于在窨井内进行定向钻孔操作，其包括驱动机构、操作平台、钻孔机构及导轨，所述操作平台包括搭接架及高度可调节的支撑架，所述搭接架用于搭接在所述窨井的井口边缘处，所述支撑架可转动地连接在所述搭接架的底部；所述导轨固定于所述支撑架的底部，所述驱动机构用于驱动所述钻孔机构沿着所述导轨的走向移动。

其中，所述搭接架的边缘设有多个以所述搭接架的中心对称设置的支撑件，且所述支撑件的高度可调节。

其中，所述钻孔机构包括设有钻杆的钻机，所述钻机的底部设有滑块，所述驱动机构用于驱动所述钻机并使其通过所述滑块在所述导轨上滑动。

其中，所述支撑架上还设有定位机构，所述定位机构对应于所述钻杆设置，用于指示预设钻孔位置。

其中，所述定位机构为激光定位机构或微调螺丝定位机构。

其中，所述支撑架设有供所述钻杆穿过并在其中滑动的定位孔。

其中，本申请提供的小尺寸定向钻孔设备还包括换气装置，所述换气装置对应于所述钻机设于所述搭接架上。

其中，本申请提供的小尺寸定向钻孔设备还包括供水装置，所述供水装置对应于所述钻杆设于所述支撑架上。

其中，所述支撑架包括两根平行设置的支撑杆，所述导轨底部的两端均设有凹槽，所述凹槽与所述支撑杆卡接以使得所述导轨固定在所述支撑架上。

其中，所述驱动机构为步进电机。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种小尺寸定向钻孔设备，用于在窨井内进行定向钻孔操作，其包括驱动机构、操作平台、钻孔机构及导轨，操作平台包括搭接架及高度可调节的支撑架，搭接架用于搭接在窨井的井口边缘处，支撑架可转动地连接在搭接架的底部；导轨固定于支撑架的底部，驱动机构用于驱动钻孔机构沿着导轨的走向移动。针对在窨井等小作业空间进行定向钻孔，操作时，只需将装载有钻孔机构的操作平台伸入窨井内，调节所需支撑架的高度及转向角度，在驱动机构的作用下使得钻孔机构沿着导轨的走向进行定向钻孔作业，灵活性强，也无需操作人员手持钻孔机构操作，作业孔成型好，钻孔质量高，自动化程度高，施工速度快，同时将地表作业转入地下，尤其不用开挖路面，施工社会影响小，成孔后即可进行穿管施工且施工完成后不需再专门回填，极大程度上降低了施工成本，经济效益高，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

附图说明

图1是本发明一种小尺寸定向钻孔设备实施例的小尺寸定向钻孔设备的总布置图；

图2是本发明一种小尺寸定向钻孔设备实施例的操作平台的结构示意图；

图3是本发明一种小尺寸定向钻孔设备实施例的导轨的结构示意图；

图4是本发明一种小尺寸定向钻孔设备实施例的钻孔机构的结构示意图。

图中：1-1：搭接架；1-2：支撑架；1-3：支撑杆；2：导轨；2-1：轨道；2-2：凹槽；3：钻机；4：钻杆；5：钻头；6：激光定位机构；7：驱动机构；8：换气装置；9：控制开关；10：固定螺杆；11：把手；12：万向脚轮；13：激光线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种小尺寸定向钻孔设备，用于在窨井内或其它狭小作业空间内进行定向钻孔操作，其包括驱动机构7、操作平台、钻孔机构及导轨2，操作平台包括高度可调节的支撑架1-2及设于支撑架1-2顶部的搭接架1-1，支撑架1-2可转动地连接在搭接架1-1的底部，以用于调整支撑架1-2的转向角度，进而使得钻孔机构能快速对准预设钻孔位置；其中，支撑架1-2可通过圆盘与搭接架1-1可转动连接或支撑架1-2与搭接架1-1铰接；搭接架1-1用于搭接在窨井的井口边缘处；导轨2固定于支撑架1-2的底部，驱动机构7用于驱动钻孔机构沿着导轨2的走向移动。为适用于不同的施工条件，将支撑架1-2设计为高度可调节形式，由此，既可以用于调节所需打孔高度的位置，也能适用于不同深度的作业空间。其中，高度可调节可通过伸缩杆及锁定机构来实现。其中，搭接架1-1既可以通过重力作用直接放置在井口边缘处，也可在搭接架1-1的边缘处设有地爪固定连接，以提高整个小尺寸定向钻孔设备的结构稳定性。

特别的，为降低操作人员的劳动强度，本申请提供的小尺寸定向钻孔设备，在其支撑架1-2的底部设有万向脚轮12，便于操作人员将钻孔设备推送至所需作业空间处；同时，在搭接架1-1上设有把手11，以便于操作人员将钻孔设备放入作业空间内，以提高工作效率。除此之外，本申请还可设有一个控制端，该控制端用于调节支撑架1-2的高度及其转向角度，自动化程度高。

例如用于联通两窨井的钻孔作业，在具体操作时，只需将装载有钻孔机构的操作平台伸入井窖内，搭接架固定在井口边缘，调节所需支撑架1-2的高度及其转向角度，打开控制开关9，驱动机构7驱动钻孔机构沿着导轨2的走向进行定向钻孔作业，无需操作人员手持钻孔机构操作，自动化程度高，钻孔质量高，施工速度快，将地表作业转入地下，使施工对城市地面、路面的占用和交通影响极小；成孔后即可进行穿管施工且施工完成后不需再专门回填，因此施工成本主要是人工成本和钻机耗损，每米不超过100元，极大程度上降低了施工成本，经济性好；实用性强，利于进行标准化生产及推广。

进一步地，搭接架1-1的边缘设有多个以搭接架1-1的中心对称设置的支撑件，且支撑件的高度可调节。在本实施例中，支撑件为固定螺杆10，4个固定螺杆10分别设置在搭接架1-1的四个角处，通过调节固定螺杆10的高度，其中，固定螺杆10可为伸缩杆，以此来调节搭接架1-1与地面的倾斜角，进而以使得钻孔机构快速且精确地对准预设钻孔位置，利于提高钻孔精度，以提高钻孔质量。除此之外，固定螺杆10与搭接架1-1的连接处还可设有弹簧片，通过弹簧片来调节固定螺杆10与支撑地面的距离，进而以调节搭接架1-1与地面的倾斜角。

具体地，钻孔机构包括设有钻杆4的钻机3，其中，钻杆4设有钻头5；在本实施例中，钻杆4水平布置，即钻杆4的布置方向与地面平行；钻机3的底部设有滑块，驱动机构7驱动钻机3使其通过滑块带动钻杆4及钻头5在导轨2上滑动。除上述之外，钻机3的底部还可设有与轨道2-1相配合连接的槽道，以在驱动机构7的作用下沿着导轨2的走向移动。在本实施例中，导轨2在使用的过程中起到控制方向的作用。

为保证钻孔质量，需对预钻孔的位置进行严格的定位，本申请在支撑架1-2上还设有定位机构，定位机构对应于钻杆4设置，用于指示预设钻孔位置；优选地，定位机构为激光定位机构6或微调螺丝定位机构。在本实施例中，本发明在支撑架1-2上设有激光定位机构6，利用大功率激光线13投射方式进行钻孔的预定位，从而指导钻机的操作。全程操作只需少量人工参与，自动化程度高，定位快速，同时具备定位精度高、定位操作安全便捷、操作简便等优点。为进一步地提高钻孔质量，支撑架1-2设有供钻杆4穿过并在其中滑动的定位孔，定位孔的直径大于钻杆4的外径。

进一步地，本发明提供的小尺寸定向钻孔设备还包括换气装置8，换气装置8对应于钻机3设于搭接架1-1上，用于为钻机3降温及为窨井内补充氧气。在本实施例中，通过采用换气装置8，避免钻机3始终处于高速、高温的运行状态，提高散热速度，利于延长钻机3的使用寿命，同时，若采用柴油或汽油发动机作为钻孔机构的动力来源，则通过设有换气装置8利于补充当前作业空间内的氧含量，利于维护整个小尺寸定向钻孔设备的正常作业。

进一步地，本发明提供的小尺寸定向钻孔设备还包括供水装置，供水装置对应于钻杆4设于支撑架1-2上。在钻孔作业中，钻机3驱动钻头5转动及前进进行钻孔，在此过程中，钻头5与岩石或其它坚硬材料发生摩擦时，温度急剧升高，通过供水装置对钻头5及钻杆4进行降温从而避免钻头5始终处于高温状态，同时也对钻头5及钻杆4起到润滑作用，并及时将钻头5研磨的粉粒冲刷出来，有助于延长钻头5的使用寿命。特别的，针对不同的施工条件，可选择相适应的钻头5材质，如针对花岗岩等坚硬岩石，可选用岩石专用钻头5。

具体地，支撑架1-2包括两根平行设置的支撑杆1-3，导轨2底部的两端均设有凹槽2-2，凹槽2-2与支撑杆1-3卡接以使得导轨2固定在支撑架1-2上。这种固定形式，结构简单，组装便捷且固定效果好，并可根据具体的施工条件随时调整导轨2在支撑架1-2上的位置，适用性广，实用性强。

优选地，驱动机构7为步进电机。步进电机精度高，响应快，利于提高钻孔的质量及提高钻孔速度，且钻孔后无需进行回填作业，减小了施工成本，经济性好。

特别的，本申请提供的小尺寸定向钻孔设备主要针对狭小作业空间内进行定向钻孔作业。在本实施例中，以钻孔长度为6米举例说明：

在操作前，需做好预处理工作：首先采用金属探测仪，施工时结合施工处的管网信息资料，确定在钻头经过的位置没有其他管线。其次，施工前要清理作业空间，其中作业空间可以是窨井或人工挖的坑道，如果作业空间为窨井，在作业之前需采用通风设备向窨井内通风，降低井内有毒有害气体浓度，排出井内异物；如果作业空间为人工坑道，作业前需清理干净坑道内异物，尤其是钻机行程范围内不得有异物。

紧接着，对操作平台进行定位。确定孔两端位置以后，根据激光定位装置对操作平台的位置进行调整，并采用地脚螺栓或配重对操作平台进行定位，在采用微调对定位后的操作平台进行调整以减少孔位误差。由于工作面小，钻杆长度受限，通常钻杆长度仅为30-40cm。以长6米的孔为例，每打一段孔，都得取出钻杆，取出岩芯，再装上钻杆，再钻进，不断重复以上工作，直至钻穿6米长管线。

钻孔完成后，为防止碎屑掉落，影响穿管，可以在穿管之前采用吹扫工艺将成孔内碎屑吹哨干净。穿管分为套管和工作管线，受到工作平面的限制，套管也必须是一节一节穿进孔内，工作管线可在套管穿入的同时穿进，也可以待套管穿入完成后，在穿入工作管线。封堵分为套管与孔壁之间的封堵和成孔两端的封堵。为了保证套管能顺利穿过成孔，必须使得套管与孔壁之间存在一定的缝隙，缝隙的存在必然影响到道路下沉，如果缝隙较小，道路下沉在可接受范围内，可以不进行封堵，但是如果缝隙太大，必须进行封堵。封堵可采用喷枪将沥青喷入缝隙内封堵。由于穿孔破坏了窨井内壁，因此必须对窨井内壁进行修复与防水封堵。

综上所述，本发明提供了一种小尺寸定向钻孔设备，用于在窨井内进行定向钻孔操作，其包括驱动机构、操作平台、钻孔机构及导轨，操作平台包括搭接架及高度可调节的支撑架，搭接架用于搭接在窨井的井口边缘处，支撑架可转动地连接在搭接架的底部；导轨固定于支撑架的底部，驱动机构用于驱动钻孔机构沿着导轨的走向移动。针对在窨井等小作业空间进行定向钻孔，操作时，只需将装载有钻孔机构的操作平台伸入窨井内，调节所需支撑架的高度及转向角度，在驱动机构的作用下使得钻孔机构沿着导轨的走向进行定向钻孔作业，灵活性强，也无需操作人员手持钻孔机构操作，作业孔成型好，钻孔质量高，自动化程度高，施工速度快，同时将地表作业转入地下，尤其不用开挖路面，施工社会影响小，成孔后即可进行穿管施工且施工完成后不需再专门回填，极大程度上降低了施工成本，经济效益高，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。