一种可防触电的水平定向钻机及水平定向钻洞方法与流程

本发明涉及钻洞机械领域，尤其涉及一种可防触电的水平定向钻机及水平定向钻洞方法。

背景技术：

非开挖技术进行铺管施工已愈来愈受到人们的重视，在水平导向钻进施工中，准确掌握地下原有管线的分布是安全施工的前提，但由于目前国内城市地下管线资料的准确性和完备程度不高，施工中很可能会破坏地下现有带电管线，极容易造成设备损毁和人员触电事故。

授权公告号cn2683821y的中国专利公开了一种多功能非开挖水平定向钻机，具体公开了多功能非开挖水平定向钻机，包括钻机底盘、钻机倾角调整机构、往复运动机构、动力头齿轮箱、液压钳、钻杆。钻机底盘为平板式结构，底盘两侧设有多个用于固定底盘和钻机的锚固板，钻机倾角调整机构由两个多级油缸组成，多级油缸的一端固定在底盘的端部，另一端固定在槽型导轨一端外侧，槽型导轨另一端与底盘活动连接，多级油缸的升降控制钻机倾角范围0-23°，往复运动机构为油缸直接驱动拖板机构，油缸直接驱动拖板机构由拖板和油缸或等推力伸缩油缸构成，活塞杆尾端销接在槽型导轨上，油缸筒与带有中心孔的拖板通过法兰联接。主要用于城市交通道路管道、线缆的敷设施工。该钻机能够克服现有钻机只能地面施工，无法进行井下施工难题，解决现有钻机无法满足既能水平钻进又具有强力拉拔成孔能力地问题；但该专利公开的方案无法做到防止钻机触电的作用，难以保障在触电时设备和人员的安全。

技术实现要素：

本发明提出一种可防触电的水平定向钻机及水平定向钻洞方法，该可防触电的水平定向钻机及非开挖式可防触电的水平定向钻洞方法可以有效防止钻机在钻地过程中破坏地下带电管线触电，防止造成设备损坏、人员危险。

本发明的技术方案如下：

一种可防触电的水平定向钻机，包括底盘、动力系统、地锚板、钻具以及驱动钻具动作的驱动组，所述钻具包括多根可依次连接的钻杆和钻头；所述驱动组包括设置在底盘上的齿轨、与齿轨配合移动用以拖动钻杆钻进和回拖同时驱动钻杆转动的主机以及设置在主机前方底盘上引导钻杆进给方向的转盘，还包括控制器和报警装置；所述钻头上设置有电流感应器；所述电流感应器与控制器电信号连接；所述底盘上设置有可切换导电或绝缘状态的接地棒；所述控制器控制动力系统断电，控制接地棒切换导电状态，控制报警装置报警。

其中，所述接地棒包括与底盘电连接的上棒和可插入地下的下棒；所述上棒为伸缩棒，其下端部圆周面上套设有电磁铁；所述下棒上端部圆周面上套设有导磁块；所述上棒下端和下棒上端通过一套设在上棒和下棒外的绝缘弹簧连接；所述绝缘弹簧使上棒和下棒静力状态下上下分离。

其中，所述钻头为锥台形，其直径较小的一端中部设置碗形凹槽；所述碗形凹槽的开口与锥台形钻头的侧面通过圆弧过渡；所述碗形凹槽内弧面上、圆弧上以及锥台形钻头的侧面上分别开设有多个等边三角形的浅槽；多个与浅槽形状相同的等边三角形凸块一端分别嵌入浅槽内；所述等边三角形凸块靠近三个角的位置分别开设有通孔；所述浅槽底面对应通孔设置有多个第一挖齿安装孔；与钻头配套的子弹头挖齿穿过通孔后装入第一挖齿安装孔内，同时使三角形凸块固定在浅槽内。

其中，多个三角形凸块聚集排列为多个具有弧度的梭形；梭形两尖端朝向所在处钻头弧面的切线方向；多个梭形环绕钻头中心均匀设置。

其中，所述钻头较大直径的一端侧面设置有环形的弧形凸起；所述凸起紧贴钻头侧面且其尖端朝向钻头直径较小端。

其中，所述碗形凹槽底部设置有圆形通口；所述钻杆为空心管状；所述钻头直径较大的一端与钻杆端部可拆卸固定连接；所述圆形通口与钻杆内部连通；所述钻杆内部沿其长度方向设置有蛟龙轴；所述蛟龙轴传输方向与钻头的进给方向相反；一平行钻头轴向的旋转柱一端由圆形通口伸入钻杆内与蛟龙轴端部可拆卸连接，另一端设置可拆卸的弧形顶帽；所述旋转柱位于碗形凹槽内的外圆周面上均匀设置有多个向弧形顶帽一侧倾斜的第二挖齿安装孔；第二挖齿安装孔上同样安装子弹头挖齿。

其中，所述蛟龙轴外圆周上间隔套设有轴承；多根沿轴承外圆周均匀设置的支杆一端固定在轴承外圈上，另一端固定在钻杆内壁上；所述钻机还包括可使多根钻杆内的蛟龙轴相互连接联动转动的联轴器。

其中，所述主机包括与齿轨配合的座体和转动设置在座体上夹住钻杆端部的夹盘；所述夹盘包括可转动的外盘和可转动的内盘；所述外盘从钻杆外圆周面夹住钻杆；所述内盘夹住蛟龙轴；所述外盘与内盘的转动方向相反。

其中，所述外盘包括环形体和均匀固定在环形体外圆周面上的多个液压缸；所述液压缸的伸缩杆穿透环形体朝向环形体的圆心，所述伸缩杆的端部连接一与钻杆外圆周面配合的弧形压板。

一种非开挖式可防触电的水平定向钻洞方法，采用所述的可防触电的水平定向钻机，包括以下依序进行的步骤：

步骤一：将钻头安装在第一根钻杆一端的端部，钻杆另一端套入环形体中心，液压缸同步启动，伸缩杆驱动弧形压板压紧钻杆外圆周面；

步骤二：座体在齿轨上移动从而驱动钻杆进给，同时，外盘驱动钻杆转动，内盘驱动蛟龙轴反向转动；

步骤三：将三角形凸块嵌入浅槽内，并将挖齿分别穿过通孔后装入浅槽内的第一挖齿安装孔内；在第二挖齿安装孔上同样安装挖齿；钻头钻入地面下，挖齿随钻头的旋转力和进给力对土壤进行挖掘，圆弧上的挖齿首先破坏土壤的结构，并将土壤分别向碗形凹槽内和钻头侧面导引，导引至钻头侧面的土壤受钻头圆台形的结构挤压紧实洞壁，导引至碗形凹槽内的土壤在旋转柱上和碗形凹槽上挖齿的引导下一边向圆形通口引导，一边在旋转柱上和碗形凹槽上挖齿的相互反向剪切作用下破碎，然后由蛟龙轴沿钻杆内部传输出地面外；若钻头触碰地下电缆造成漏电，电流感应器感应电流后发送信号至控制器；控制器控制动力系统断电，控制电磁铁通电使上棒和下棒接触将钻机上的电流导入地下，同时控制报警装置报警；

步骤四：第一根钻杆另一端进给至转盘处时，停止钻洞，使外盘松开钻杆，内盘松开蛟龙轴；主机退回至齿轨末端；将下一根钻杆连接在第一根钻杆的末端，使用联轴器连接第一根钻杆和下一根钻杆的蛟龙轴后重复步骤一的过程。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明可以有效防止钻机在钻地过程中破坏地下带电管线触电，防止造成设备损坏、人员危险。

2、本发明设置的电流感应器和接地棒能够有效的感应漏电电流，并使接地棒接地导流，防止发生危险，未触电时接地棒不导流，可防止接地棒将钻机本身正常电流倒入地下，造成电力浪费和电极工作障碍。

3、本发明的钻头能够将土壤分别向碗形凹槽内和钻头侧面导引，导引至钻头侧面的土壤受钻头圆台形的结构挤压紧实洞壁，有效提高洞壁的稳定性，并且能够有效引导破碎碗形凹槽内的土壤后由蛟龙轴沿钻杆内部传输出地面外，能够减少钻洞过程中土壤的过渡堆积挤压，造成阻力过大，浪费能量，损坏钻头的现象。

4、本发明在弧形凸条上设置有第一挖齿安装孔和第二挖齿安装孔，既能够方便的更换磨损的挖齿，而且能够有效利用钻头的旋转力同时对土层或岩层进行进给、剪切和破碎，有效利用挖齿的功能部位，挖洞效果好，同时还能有效的导引土壤或碎石从圆形通口进入钻杆内传输出去。

5、本发明三角形凸块的排列方式优化了三角形凸块的受力，提高其使用寿命，既能利用自身的结构破开、引导土壤，又可以利用相邻三角形凸块的作用力提高自身的承载力。

6、本发明的挖齿穿过三角形凸块上的通孔安装在钻头内，每个三角形凸块上的挖齿利用三角形凸块的一体结构具有良好的安装稳固性以及精确稳定的相对位置关系，并且还能有效向外延伸挖齿的被抱紧位置，从而可以防止挖齿折断；同时三角形凸块利用挖齿作为铆钉结构紧固在浅槽内，可有效防止三角形凸块脱落；因此，三角形凸块和挖齿之间具有相辅相成，相互促进的关系。

附图说明

图1为本发明钻机的主视图；

图2为本发明钻机的侧视图；

图3为本发明钻机的俯视图；

图4为本发明钻具的结构示意图；

图5为本发明钻头的俯视示意图；

图6为本发明夹盘的示意图；

图7为本发明接地棒的示意图。

图中附图标记表示为：

1-底盘、3-动力系统、4-地锚板、5-钻具、51-钻杆、511-蛟龙轴、512-轴承、513-支杆、514-联轴器、52-钻头、521-碗形凹槽、522-圆形通口、523-圆弧、524-三角形凸块、526-挖齿、527-电流感应器、528-凸起、6-驱动组、61-齿轨、62-主机、621-座体、622-夹盘、623-外盘、624-内盘、625-环形体、626-液压缸、627-伸缩杆、628-弧形压板、62-主机、63-转盘、7-控制器、8-接地棒、81-上棒、82-下棒、83-电磁铁、84-导磁块、85-绝缘弹簧、9-报警装置、13-旋转柱、131-弧形顶帽、132-第二挖齿安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

参见图1、图4，一种可防触电的水平定向钻机，包括底盘1、动力系统3、地锚板4、钻具5以及驱动钻具5动作的驱动组6，所述钻具5包括多根可依次连接的钻杆51和钻头52；所述驱动组6包括设置在底盘1上的齿轨61、与齿轨61配合移动用以拖动钻杆51钻进和回拖同时驱动钻杆51转动的主机62以及设置在主机62前方底盘1上引导钻杆51进给方向的转盘63，还包括控制器7和报警装置9；所述钻头52上设置有电流感应器527；所述电流感应器527与控制器7电信号连接；所述底盘1上设置有可切换导电或绝缘状态的接地棒8；所述控制器7控制动力系统3断电，控制接地棒8切换导电状态，控制报警装置9报警。

其中，参见图7，所述接地棒8包括与底盘1电连接的上棒81和可插入地下的下棒82；所述上棒81为伸缩棒，其下端部圆周面上套设有电磁铁83；所述下棒82上端部圆周面上套设有导磁块84；所述上棒81下端和下棒82上端通过一套设在上棒81和下棒82外的绝缘弹簧85连接；所述绝缘弹簧85使上棒81和下棒82静力状态下上下分离。

其中，参见图5，所述钻头52为锥台形，其直径较小的一端中部设置碗形凹槽521；所述碗形凹槽521的开口与锥台形钻头52的侧面通过圆弧523过渡；所述碗形凹槽521内弧面上、圆弧523上以及锥台形钻头52的侧面上分别开设有多个等边三角形的浅槽；多个与浅槽形状相同的等边三角形凸块524一端分别嵌入浅槽内；所述等边三角形凸块524靠近三个角的位置分别开设有通孔；所述浅槽底面对应通孔设置有多个第一挖齿安装孔；与钻头52配套的子弹头挖齿526穿过通孔后装入第一挖齿安装孔内，同时使三角形凸块524固定在浅槽内；挖齿526穿过三角形凸块524上的通孔安装在钻头52内，每个三角形凸块524上的挖齿526利用三角形凸块524的一体结构具有良好的安装稳固性以及精确稳定的相对位置关系，并且还能有效向外延伸挖齿526的被抱紧位置，从而可以防止挖齿526折断；同时三角形凸块524利用挖齿526作为铆钉结构紧固在浅槽内，可有效防止三角形凸块524脱落；因此，三角形凸块524和挖齿526之间具有相辅相成，相互促进的关系。

其中，多个三角形凸块524聚集排列为多个具有弧度的梭形；梭形两尖端朝向所在处钻头52弧面的切线方向；多个梭形环绕钻头52中心均匀设置；三角形凸块524的排列方式优化了三角形凸块524的受力，提高其使用寿命，既能利用自身的结构破开、引导土壤，又可以利用相邻三角形凸块524的作用力提高自身的承载力。

其中，所述钻头52较大直径的一端侧面设置有环形的弧形凸起528；所述凸起528紧贴钻头52侧面且其尖端朝向钻头52直径较小端。

其中，参见图4，所述碗形凹槽521底部设置有圆形通口522；所述钻杆51为空心管状；所述钻头52直径较大的一端与钻杆51端部可拆卸固定连接；所述圆形通口522与钻杆51内部连通；所述钻杆51内部沿其长度方向设置有蛟龙轴511；所述蛟龙轴511传输方向与钻头52的进给方向相反；一平行钻头52轴向的旋转柱13一端由圆形通口522伸入钻杆51内与蛟龙轴511端部可拆卸连接，另一端设置可拆卸的弧形顶帽131；所述旋转柱13位于碗形凹槽521内的外圆周面上均匀设置有多个向弧形顶帽131一侧倾斜的第二挖齿安装孔132；第二挖齿安装孔132上同样安装子弹头挖齿526。

其中，所述蛟龙轴511外圆周上间隔套设有轴承512；多根沿轴承512外圆周均匀设置的支杆513一端固定在轴承512外圈上，另一端固定在钻杆51内壁上；所述钻机还包括可使多根钻杆51内的蛟龙轴511相互连接联动转动的联轴器514。

其中，参见图6，所述主机62包括与齿轨61配合的座体621和转动设置在座体621上夹住钻杆51端部的夹盘622；所述夹盘622包括可转动的外盘623和可转动的内盘624；所述外盘623从钻杆51外圆周面夹住钻杆51；所述内盘624夹住蛟龙轴511；所述外盘623与内盘624的转动方向相反。

其中，所述外盘623包括环形体625和均匀固定在环形体625外圆周面上的多个液压缸626；所述液压缸626的伸缩杆627穿透环形体625朝向环形体625的圆心，所述伸缩杆627的端部连接一与钻杆51外圆周面配合的弧形压板628。

一种非开挖式可防触电的水平定向钻洞方法，采用所述的可防触电的水平定向钻机，包括以下依序进行的步骤：

步骤一：将钻头52安装在第一根钻杆51一端的端部，钻杆51另一端套入环形体625中心，液压缸626同步启动，伸缩杆627驱动弧形压板628压紧钻杆51外圆周面；

步骤二：座体621在齿轨61上移动从而驱动钻杆51进给，同时，外盘623驱动钻杆51转动，内盘624驱动蛟龙轴511反向转动；

步骤三：将三角形凸块524嵌入浅槽内，并将挖齿526分别穿过通孔后装入浅槽内的第一挖齿安装孔内；在第二挖齿安装孔132上同样安装挖齿526；钻头52钻入地面下，挖齿526随钻头52的旋转力和进给力对土壤进行挖掘，圆弧523上的挖齿首先破坏土壤的结构，并将土壤分别向碗形凹槽521内和钻头52侧面导引，导引至钻头52侧面的土壤受钻头52圆台形的结构挤压紧实洞壁，导引至碗形凹槽521内的土壤在旋转柱13上和碗形凹槽521上挖齿的引导下一边向圆形通口522引导，一边在旋转柱13上和碗形凹槽521上挖齿的相互反向剪切作用下破碎，然后由蛟龙轴511沿钻杆51内部传输出地面外；若钻头52触碰地下电缆造成漏电，电流感应器527感应电流后发送信号至控制器7；控制器7控制动力系统3断电，控制电磁铁83通电使上棒81和下棒82接触将钻机上的电流导入地下，同时控制报警装置9报警；

步骤四：第一根钻杆51另一端进给至转盘63处时，停止钻洞，使外盘623松开钻杆51，内盘624松开蛟龙轴511；主机62退回至齿轨61末端；将下一根钻杆51连接在第一根钻杆51的末端，使用联轴器514连接第一根钻杆51和下一根钻杆51的蛟龙轴511后重复步骤一的过程。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。