激光导向钻孔系统的制作方法

本实用新型涉及工程钻孔施工领域，更具体的说，它涉及一种激光导向钻孔系统。

背景技术：

定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(各种管道、电缆等)的一种施工机械，它广泛应用于供水、排水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中，它适用于沙土、粘土、卵石及岩石等地况，我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-30℃~+45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。定向钻进设备，在十几年间也获得了飞速发展，成为发达国家中新兴的产业。目前其发展趋势正朝着大型化和微型化、适应硬岩作业、自备式锚固系统、钻杆自动堆放与提取、钻杆连接自动润滑、防触电系统等自动化作业功能、超深度导向监控、应用范围广等特征发展。该种设备一般适用于管径φ300~φ1200mm的钢管、PE管、水泥管等，最大铺管长度可达2500m，适应于软土到硬岩多种土壤条件，应用前景广阔。

在非开挖定向顶管施工中,为了控制入土点和出土点的偏移精度，传统的施工方法是通过钻头里带有导向探棒,通过探棒发射红外线,传导到地面的导向仪接受器,从而来检测到地下钻头的走向。该传统方法，由于红外线在传递过程中受到环境的干扰比较大，导致信号的传递误差较大，不能满足地下污水顶管施工中,对控制精度在5公分以内的工程需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种控制精度更加准确的激光导向钻孔系统。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种激光导向钻孔系统，包括钻机、钻杆组件、钻头组件、激光发射装置、摄像装置和显示装置，所述钻机包括带有中心通孔的动力头，所述钻杆组件连接于所述动力头的前端，所述钻头组件与所述钻杆组件的另一端连接，且所述钻头组件内设置有用于接受激光发射装置发射出的激光的激光靶装置，所述激光发射装置和摄像装置设置于所述动力头的后端且所述激光发射装置发射的激光直射于激光靶装置上并通过所述摄像装置捕捉而显示于所述显示装置。

通过采用上述技术方案，在进行径向钻孔施工时，激光发射装置沿预设施工轨迹发射出激光线，激光线沿钻机动力头内的中心通道、双壁或单壁钻杆的内孔达到钻头组件内的激光靶装置，激光线照射在激光靶装置的中心位置，可通过摄像装置捕捉并传输到显示装置中。在施工过程中，当钻头行走轨迹偏离预设的施工轨迹时，则激光线会照射在偏离激光靶装置的中心位置，通过摄像装置和显示装置反馈给操作者，然后，操作者通过导向钻头的前斜掌面在钻头不旋转给进时，斜掌面所受反作用力的原理，可调整钻头行走轨迹回复到预设行走轨迹。这样可保证工程施工所要求的轨迹精度。由于激光发射装置发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行，所以其在激光靶装置的定位非常准确，大大提高了径向钻孔施工的控制精度。

较佳的，所述激光靶装置包括用于坐标显向的LED标靶和用于给所述LED标靶供电的供电组件。

通过采用上述技术方案，LED标靶在钻头组件内的黑暗环境中可以提供照明，使得激光照射在LED标靶上能够清晰可见激光在LED标靶上的位置，并且根据激光在LED标靶上的位置从而确定钻头组件在地下的朝向。

较佳的，所述LED标靶包括标靶盘和设置于标靶盘上的若干LED灯，若干LED灯在标靶盘上排布形成钟表布局。

通过采用上述技术方案，LED灯在标靶盘上形成钟表布局能够直观的表现出各个方位，其直观性强，便于操作者迅速反应，从而能够迅速调节钻头组件的钻孔走向。

较佳的，所述钻杆组件包括若干双壁钻杆，所述钻头组件包括双壁钻头，所述双壁钻杆和双壁钻头均包括有用于通水的通水腔和用于供激光通过的激光通道腔。

通过采用上述技术方案，使得钻杆组件和钻头组件内均能够通水和通过激光，通水的作用是使得钻头组件在钻孔的时候将土质软化，更加有利于钻头组件的掘进，并且还能起到降温的作用。

较佳的，所述双壁钻头包括导向钻头激光靶仓、花键后挡圈、密封堵和斜掌钻头体，所述激光靶装置位于所述导向钻头激光靶仓内，所述导向钻头激光靶仓的外壁上设置水道一，所述花键后挡圈位于所述导向钻头激光靶仓的后端且与所述导向钻头激光靶仓之间形成水道二，所述导向钻头激光靶仓与所述斜掌钻头体通过所述密封堵连接，且所述密封堵上设置有水道三，所述斜掌钻头体上设置有水道四，所述斜掌钻头体上还设置有与所述水道四连通的出水口，所述水道一、水道二、水道三和水道四相互连通构成所述通水腔。

通过采用上述技术方案，便于钻头组件的组装，并且能够使钻头组件内通水。

较佳的，所述花键后挡圈插接于所述导向钻头激光靶仓的后端并通过密封圈一密封。

通过采用上述技术方案，花键后挡圈与导向钻头激光靶仓的连接结构简单，便于两者的拆装，并且密封性好，便于通水。

较佳的，所述密封堵插接于所述导向钻头激光靶仓的前端并通过密封圈二密封。

通过采用上述技术方案，密封堵与导向钻头激光靶仓的连接结构简单，便于两者的拆装，并且密封性好，便于通水。

较佳的，所述激光靶装置与所述密封堵之间通过定位销连接。

通过采用上述技术方案，由于密封堵相对于导向钻头激光靶仓固定，所以，激光靶装置与密封堵之间通过定位销连接后能够实现周向限位，使得激光靶装置在导向钻头激光靶仓的位置相对固定，能够始终与斜掌钻头体的斜掌朝向对应。

较佳的，所述钻头组件的侧壁上设置有用于拆装所述激光靶装置的侧开口，所述侧开口处连接有侧盖。

通过采用上述技术方案，能够从钻头组件的侧面进行激光靶装置的拆装，这样则不需要将钻杆组件与钻头组件拆卸后才能进行激光靶装置的拆装，其拆装方式更加便捷。

较佳的，所述侧盖通过螺钉固定连接于所述钻头组件的侧壁上，且侧盖与所述侧开口的侧壁之间通过密封圈三密封。

通过采用上述技术方案，侧盖的连接结构简单，并且侧盖与侧开口之间的密封性好，能够起到防尘防水的作用，对钻头组件内的激光靶装置起到保护作用。

综上所述，本实用新型相比于现有技术具有以下有益效果：1.本实用新型在进行径向钻孔施工时控制精度更高；2.本实用新型的拆装便捷性高；3. 本实用新型设有单壁钻杆和单壁钻头或双壁钻杆和双壁钻头，其中双壁钻杆和双壁钻头设有水道，将土质软化，并且还能起到降温的作用。可更加便于钻孔掘进。

附图说明

图1为实施例一的整体示意图；

图2为实施例一中钻头组件的剖视图；

图3为图2的B部放大示意图；

图4为图2的C部放大示意图；

图5为实施例一中导向钻头激光靶仓的横向剖视图；

图6为实施例一中导向钻头激光靶仓的D向侧视图；

图7为实施例一中导向钻头激光靶仓的E-E向剖视图

图8为实施例一中花键后挡圈的横向剖视图；

图9为实施例一中花键后挡圈的F-F向剖视图；

图10为实施例一中密封堵的结构示意图；

图11为实施例一中密封堵的G向侧视图；

图12为实施例一中斜掌钻头体的横向剖视图；

图13为实施例一中斜掌钻头体的A向侧视图；

图14为实施例一中斜掌钻头体的俯视图；

图15为实施例一中激光靶装置的横向剖视图；

图16为实施例一中激光靶装置的H向侧视图；

图17为实施例二中导向钻头激光靶仓的侧视图；

图18为实施例二中导向钻头激光靶仓的I-I向剖视图。

图中：1、钻机；11、动力头；111、中心通孔；2、钻杆组件；3、钻头组件；31、导向钻头激光靶仓；311、水道一；312、环槽一；313、密封圈一；314、密封圈二；315、定位销；316、八方接头；317、侧开口；318、侧盖；319、密封圈三；32、花键后挡圈；321、凸起；322、凹槽；323、水道二；33、密封堵；331、水孔一；332、水孔二；333、水道三；334、顶丝；335、密封圈四；336、定位孔；34、斜掌钻头体；341、水道四；342、出水口；343、合金片；344、耐磨焊道；35、激光靶装置；351、壳体；352、电池组；353、标靶盘；3531、LED灯；354、导线；355、玻璃罩；356、前端盖；357、后座；358、螺钉；359、密封圈五；4、激光发射装置；5、摄像装置；6、显示装置；7、通水腔；8、激光通道腔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例：一种激光导向钻孔系统，如图1所示，包括钻机1、钻杆组件2、钻头组件3、激光发射装置4、摄像装置5和显示装置6，钻机1包括带有中心通孔111的动力头11，钻杆组件2连接于动力头11的前端，钻头组件3与钻杆组件2的另一端连接，且钻头组件3内设置有用于接受激光发射装置4发射出的激光线的激光靶装置35，激光发射装置4和摄像装置5设置于动力头11的后端。摄像装置5连接有显示装置6，能够将捕捉到的激光线的位置输送至显示装置6中显示出来。

工程施工时，激光发射装置4沿预设施工轨迹发射出激光线，激光线沿钻机1动力头11内的中心通道、双壁或单壁钻杆的内孔达到钻头组件3内的激光靶装置35，激光线照射在激光靶装置35的中心位置，可通过摄像装置5捕捉并传输到显示装置6中。在施工过程中，当钻头行走轨迹偏离预设的施工轨迹时，则激光线会照射在偏离激光靶装置35的中心位置，通过摄像装置5和显示装置6反馈给操作者，然后，操作者通过导向钻头的前斜掌面在钻头不旋转给进时，斜掌面所受反作用力的原理，可调整钻头行走轨迹回复到预设行走轨迹。这样可保证工程施工所要求的轨迹精度。

本实施例中的钻头组件3中的双壁钻头，对应的钻杆组件2为双壁钻杆，其选用申请号为2016208950562中国实用新型专利申请中的双壁钻杆，由于其在该专利申请中已有公开，在此不做赘述。参见图2，本实施例中的钻头组件3包括导向钻头激光靶仓31、花键后挡圈32、密封堵33和斜掌钻头体34，激光靶装置35位于所述导向钻头激光靶仓31内，导向钻头激光靶仓31的外壁上设置水道一311，花键后挡圈32位于导向钻头激光靶仓31的后端，导向钻头激光靶仓31与所述斜掌钻头体34通过所述密封堵33连接。各组件形成的双壁钻头包括有用于通水的通水腔7和用于供激光通过的激光通道腔8。

参见图3、图5、图6、图7、图8和图9，花键后挡圈32插接于导向钻头激光靶仓31的后端并通过密封圈一313密封，导向钻头激光靶仓31的外壁上设置有若干轴向的水道一311，且在导向钻头激光靶仓31内壁的后端设置有与水道一311连通的环槽一312。花键后挡圈32的外周设置有若干轴向的凸起321，相邻的凸起321之间形成凹槽322，当花键后挡圈32插接于导向钻头激光靶仓31内后，凹槽322形成供水通过的水道二323。导向钻头激光靶仓31的后端设置有八方接头316（或螺纹接头），通过该八方接头316能够将钻头激光靶仓与双壁钻杆连接起来。水从双壁钻杆中流过来，依次流经水道二323、环槽一312和水道一311。

参见图4、图10和图11，导向钻头激光靶仓31与斜掌钻头体34通过密封堵33连接，密封堵33插接于导向钻头激光靶仓31内，并通过密封圈二314密封。密封堵33上设置有定位孔336，密封堵33与导向钻头激光靶仓31内的激光靶装置35间通过定位销315连接。密封堵33与导向钻头激光靶仓31之间通过顶丝334连接，且导向钻头激光靶仓31与斜掌钻头体34之间还通过密封圈四335密封连接。且密封堵33上设置有相互连通的水孔一331、水孔二332和水道三333，斜掌钻头体34上设置有水道四341。水道一311、水道二323、水道三333和水道四341相互连通构成通水腔7，水流依次从水道二323、环槽一312、水道一311、水孔一331、水孔二332、水道三333和水道四341流过。

参见图12、图13和图14，水流最终从斜掌钻头体34上的出水口342流出，该出水口342处设置内六角水嘴用于出水。在斜掌钻头体34的前端设置有合金片343，在斜掌钻头体34的斜掌面以及侧面上均设置有耐磨焊道344。

参见图15和图16，激光靶装置35包括壳体351、设置于壳体351一端的前端盖356、设置于壳体351另一端的后座357、设置于壳体351内的电池组352，在壳体351靠近前端盖356的一侧设置有标靶盘353，标靶盘353与电池组352通过导线354连接，并且，在壳体351的端部设置有玻璃罩355，前端盖356与壳体351螺纹连接将玻璃罩355固定在壳体351的端面。底座与壳体351之间通过螺钉358连接，并且，底座与壳体351之间通过密封圈五359密封连接。在标靶盘353上设置有若干LED灯3531，若干LED在标靶盘353上排布形成钟表布局。为了便于辨识，在标靶盘353的中心设置有一颗LED灯3531，指定设置有四颗LED灯3531的方向为12点钟方向，其余设置有两颗LED灯3531的方向分别为3点钟、6点钟和9点钟方向；当然，也可以用不同颜色的LED灯3531来辨识不同的方向，然后指定12点钟对应斜掌钻头体34上合金片343位置，这样就可以通过激光线在标靶盘353上的位置偏移来确定斜掌钻头体34的偏移，从而调整斜掌钻头体34的掘进方向。

该激光导向钻孔系统的适用范围:适用于各类径向钻孔施工工程，如:非开挖中顶管施工，管棚支护工程，基坑支护工程，煤矿瓦斯及探水孔施工，冷冻技术钻孔施工，矿山爆破钻孔，山体护坡，堤坝围堰加固孔施工，地铁隧道等钻孔施工等等径向钻孔工程。

实施例二：一种激光导向钻孔系统，本实施例与实施例一的区别在于激光靶装置35放入导向钻头激光靶仓31内的结构不同，参见图17和图18，本实施例中，在导向钻头激光靶仓31的侧壁上设置有侧开口317，侧开口317处连接有侧盖318，侧盖318通过螺钉358固定连接于钻头组件3的侧壁上，且侧盖318与侧开口317的侧壁之间通过密封圈三319密封。

在需要将激光靶装置35放入导向钻头激光靶仓31内或将激光靶装置35从导向钻头激光靶仓31内取出时，只需要将侧盖318打开或固定即可，相比于实施例一中，拆装激光靶装置35需要将导向钻头激光靶仓31与双壁钻杆拆分，本实施例的拆装更加方便。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。