具有扶正功能的超深水平钻孔设备的制作方法

本发明涉及水平钻孔施工领域，尤其涉及具有扶正功能的超深水平钻孔设备。

背景技术：

在隧道与地下工程中，通常需要用钻机在地下钻凿出直径较小且具有一定深度的井孔，这种作业称之为钻孔。钻孔作业通常包括垂直钻孔和水平钻孔，其中在长距离的水平钻孔作业中，由于钻头和钻杆自重的影响，钻孔的轨迹会产生偏离设计轴线的误差，即钻头前端会相对钻杆后端产生向下的挠度，从而使得成孔的轨迹产生向下倾斜，因而需要在钻杆上设置若干扶正器来调整钻头仰角。

为此，公开号为cn105735896a的专利文献公开了“利用扶正器组施工超深水平钻孔的方法”，其在传统钻孔方法的基础上，在前端扶正器的后方钻杆上增设不少于1个后端扶正器，并与前端扶正器形成扶正器组，且后端扶正器与前端扶正器间隔设置，后端扶正器的外径小于前端扶正器的外径，以减小钻杆、钻头在孔内的跳动量，利用后端扶正器的重力作用，平衡钻头与前端扶正器之间钻杆产生的下挠量，保持前端钻头轴线最大程度与设计轴线吻合，减小超深孔钻孔误差，满足施工精度要求。但由于现有的扶正器大致包括硬扶正器和软扶正器，其中硬扶正器的最大弊端是尺寸无法调节，因此每次使用硬扶正器进行超深水平钻孔作业时，都需要根据相应的孔径而采用至少一大一小两种型号的扶正器，若还需要连续施工多个孔径不同的水平井孔时，则还需要准备更多型号的扶正器，由此给设备运输和作业管理带来诸多的不便；而软扶正器大多为片状结构，一方面其重量较小，无法有效起到配重平衡作用，另一方面其虽然可以根据孔径而对自身尺寸进行调节，但在超深水平钻孔作业时，钻头和钻杆受到的重力影响十分明显，以致软扶正器的软性结构无法对其进行有效的支撑，最终仍会导致钻杆和钻头偏离轴线，因此现有的软扶正器也无法有效地运用于水平钻孔作业。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了具有扶正功能的超深水平钻孔设备，其解决了采用现有硬扶正器施工超深水平钻孔时会导致运输和管理不便的问题，而采用现有软扶正器施工超深水平钻孔时又无法有效解决钻孔轨迹偏离预定轴线的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

具有扶正功能的超深水平钻孔设备，包括钻杆、固接于钻杆末端的钻头以及固定于钻杆上的多个变径扶正器，其中：

所述变径扶正器包括圆筒形的安装件、分别通过第一转轴可转动地安装在安装件外部的多个滚动件以及可调节地安装在安装件上并用于控制滚动件转动角度的调节组件，所述多个滚动件绕安装件的中心轴呈圆周分布，所述第一转轴分别垂直于所述安装件的中心轴。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：当需要变径时，通过第一调节组件即可控制滚动件转动，进而使其展开或是收缩，最终实现所述变径扶正器的外轮廓尺寸变大或缩小；在进行水平钻孔作业时，将多个变径扶正器分别安装在钻杆上，其中最靠近钻头的变径扶正器调节为外轮廓尺寸均大于其他变径扶正器；因而进行水平钻孔作业时，无需准备多种型号的扶正器，给运输管理等带来了极大的便利，同时本发明制造成本低廉，操作方便，具有较好的市场推广前景。

附图说明

图1为本发明的侧面结构示意图。

图2为图1中a部分的局部放大视图。

图3为图1的b向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1所示，本发明提出了具有扶正功能的超深水平钻孔设备，包括钻杆10、固接于钻杆10末端的钻头11以及固定于钻杆10上的多个变径扶正器，其中：

所述变径扶正器包括圆筒形的安装件20、分别通过第一转轴90可转动地安装在安装件20外部的多个滚动件30以及可调节地安装在安装件20上并用于控制滚动件30转动角度的调节组件，所述多个滚动件30绕安装件20的中心轴呈圆周分布，所述第一转轴90分别垂直于所述安装件20的中心轴；

具体地，所述安装件20的外壁同轴地固定设置有一圈环形的凸起部21且所述凸起部21外壁设有外螺纹，所述凸起部21与安装件20可为一体式结构或焊接的分体式结构；

所述调节组件与凸起部21通过螺纹连接已实现其可沿安装件20的轴向进行调节，具体地，所述调节组件包括螺纹连接在凸起部21上且外壁设有一圈环形限位槽41的调节部40、可转动地安装在限位槽41内的限位环42以及通过第二转轴91铰接在限位环42上的多个连接部43，所述连接部43的数量与滚动件30的数量相等，多个所述连接部43且还与多个所述滚动件30分别通过第三转轴92一一对应的铰接；所述调节部40包括具有内螺纹的第一调节套40和螺纹连接在第一调节套40一端的第二调节套44，第一调节套40的内径大于钻杆10外径并与所述凸起部21螺纹连接，所述第二调节套44包括外径小于第一调节套40外径的套体441以及固设于套体441外壁的一圈环形的限位部442，且所述限位部442端部、套体441外表面与第一调节套40端部之间包围形成所述限位槽41，所述套体441的内径大于钻杆10的外径；优选地，所述第一调节套40的远离第二调节套44一端固接有一圈环形的阻挡部45；

所述滚动件30包括支撑件301以及螺纹连接在支撑件301上的多个万向滚珠302，所述支撑件301的沿钻杆10轴向的两个端部设置有倾斜面303，所述倾斜面303上安装有万向滚珠302，以保证所述滚动件30旋转一定角度时也可通过万向滚珠与钻孔的孔壁相接触。

如图2和图3所示，所述安装件20的外壁固定连接有多组带有第一铰接孔的支撑臂22，优选地，每组支撑臂22为两个且其第一铰接孔为同轴设置，所述支撑件301的底部中心对称设有两个带有第二铰接孔的第一吊耳304，所述支撑臂22和第一吊耳304通过第一转轴90铰接；所述支撑件301的底部一端还设有带有第三铰接孔的一对第二吊耳305，所述限位环42上设有带有第四铰接孔的多对第三吊耳421，所述连接部43为条形件且其两端分别设有第五铰接孔，以供所述连接部43通过第二转轴91和第三转轴92分别与第三吊耳421和第二吊耳305铰接。

如图1和图2所示，在进行水平钻孔作业时，将多个变径扶正器分别通过螺栓紧固在钻杆10上，其中最靠近钻头11的前端变径扶正器调节为外轮廓尺寸均大于其他变径扶正器，提变径的具体过程为，转动调节部40使得调节部40在螺纹结构的作用下沿安装件20轴向移动，由于限位环42被可转动地限位在所述限位槽41内，则限位环42也会发生同步平移，同时限位环42通过连接部43控制滚动件30以第一转轴90作为支点发生转动，进而使得滚动件30一端翘起并适应钻孔的孔径以保证多个滚动件30均可接触到钻孔的孔壁，即可保证钻杆10始终处于钻孔的中心轴处；而后端扶正器则无需进行变径，而只是通过配重的平衡作用将后端的钻杆10进行向下压制，即可避免前端钻头11上翘，进而保证前端钻头11始终水平前进并保证钻孔轨迹不会发生偏斜。

本发明中，所述安装件20、第一调节套40、第二调节套44、阻挡部45、限位环42等均可采用金属管经过车、铣等工序加工而制成，所述支撑件301可采用金属板材依次经车削斜面、弯折成一定弧度和铣螺孔等工序而制成，因保证其起到有效的配重作用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。