CN101509351B

CN101509351B - 无损伤钻探钻头设备

Info

Publication number: CN101509351B
Application number: CN2009103008818A
Authority: CN
Inventors: 腾延京; 方雪松; 李伯伦
Original assignee: JIANYAN FOUNDATION ENGINEERING LLC
Current assignee: JIANYAN FOUNDATION ENGINEERING LLC
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2029-03-16
Also published as: CN101509351A

Abstract

一种无损伤钻探钻头设备，包括钻机和钻头、钻杆，在钻头靠底部外径上沿圆周开有环形探测线圈槽，槽内放置探测线圈，探测线圈盖环盖在槽口上，缝隙处由胶粘连至表面平整；钻头上开有探测电路板槽，探测电路板密封于槽内，盖板固定在槽口上面，缝隙处由胶粘连至表面平整，盖板上留有安放电路控制开关的小孔；钻头上部沿圆周开有环形报警发射线圈槽，槽内放入报警信号发射线圈，发射线圈盖环盖在槽口上，缝隙处由胶粘连至表面平整；探测线圈与报警信号发射线圈分别与探测电路相连。可避免在钻探过程中伤及地下埋藏的金属管网，并提高了探测精度。

Description

无损伤钻探钻头设备

技术领域

本发明属于一种地下勘测及金属探测的钻探设备，特别涉及一种能勘测地下金属管线的钻探设备。

背景技术

伴随着城市的迅速发展，地下埋藏的各种带金属的管线也越来越多，这就给地下勘测造成很多困难，一旦在施工过程中损坏了地下管线，对管线所有者和勘测施工方都会带来较大损失。由于现有的钻探设备都不具备地下金属探测功能，为了避免勘测过程中对地下埋藏的金属管线造成损坏，通常的做法是先用探测设备对该区域进行探测，确定地下埋藏金属管网的大致方位，避开可能的位置，然后再进行钻探工作。普通的金属探测器的探头直径较大，探测距离远，因此造成定位精度较低。金属探测器种类繁多，功能各异，有的探测距离较大，有的能区别不同种类的金属，目前性能较高的当属探地雷达，它不仅能探测金属，还能探测非金属固体物，并且可显示在屏幕上。虽然有多种探测器可选用，但都存在精度较低的问题：普通金属探测器只能感知地下有无金属，不能测定准确位置；探地雷达在原理上可以实现高精度，实际工作中尚存很多困难，如对探测区域一无所知，所布设的探测线难免会出现偏差，探测过程中就会产生遗漏，同时，对探测数据的处理和解读，很多情形下都要依赖操作人员具有的工作经验来判断，由此可能产生人为因素影响测量结果，导致测量精确度较低的情况出现；同时探地雷达还存在设备庞大，受施工现场限制等问题，使用成本较高。由于不能准确判定金属管网的实际位置，钻进过程中难免出事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种无损伤钻探钻头设备，要解决避免在钻探过程中伤及地下埋藏的金属管网的技术问题。

本发明采用如下技术方案：这种无损伤钻探钻头设备，包括钻机和钻头、钻杆，其特征在于：

在钻头靠底部外径上沿圆周开有环形探测线圈槽，槽内放置探测线圈，探测线圈盖环盖在槽口上，缝隙处由胶粘连至表面平整；

钻头上开有探测电路板槽，探测电路板密封于槽内，盖板固定在槽口上面，缝隙处由胶粘连至表面平整，盖板上留有安放电路控制开关的小孔；

钻头上部沿圆周开有环形报警发射线圈槽，槽内放入报警信号发射线圈，发射线圈盖环盖在槽口上，缝隙处由胶粘连至表面平整；

探测线圈槽、探测电路板槽及报警发射线圈槽由轴向连通槽连通；

探测线圈与报警信号发射线圈分别与探测电路板上的探测电路相连；

在钻机上安装报警信号接收线圈，钻杆从报警信号接收线圈中穿过，报警信号接收线圈与安装在钻机上的报警电路连接。

上述钻头与短接连接成加长钻头，探测电路板槽和环形报警发射线圈槽开在短接上。

上述报警电路可与蜂鸣器和警灯连接。

上述探测电路板槽和环形报警发射线圈槽槽内可涂有绝缘胶，探测线圈和报警信号发射线圈粘在槽内。

上述探测电路板槽内可涂有绝缘胶，探测电路板涂有防水层，探测电路板的底部由绝缘胶粘合。

上述探测电路由反相器及电容器构成一个电容三点式振荡器，电容三点式振荡器与可调电位器RP连接，电容三点式振荡器的信号接收端与探测线圈连接，电容三点式振荡器的信号输出端依次与反向放大器、二极管P1整流电路、放大器和二极管P2连接，二极管P2与音频振荡器的信号输入端连接，音频振荡器的输出端连接报警信号发射线圈，报警信号接收线圈与报警电路连接。

本发明的工作原理是：在一定距离内当钻头下方出现金属物，探测电路将探测线圈检测到的信号处理后，通过报警信号发射线圈将报警信号通过钻杆发送到地上，报警信号接收线圈接收到信号后传至报警电路，然后发出声、光报警信号，让操作人员提早采取安全措施。由于钻具所处的工作环境比较恶劣，转动、振动、泥浆污染等，用电缆传递信号比较困难，因此本发明采用无线发射与接收信号的方式。

本发明的有益效果如下：

本发明在钻探设备上安装一套具有地下金属探测功能的探测报警装置，将金属探测和报警装置与钻探设备合二为一，形成一个有机整体，与普通金属探测器的区别在于：普通金属探测器的探头只能在地上沿着地面进行探测，而本发明的探头是钻头，探测功能与钻进功能被组合在一起，成为金属探测钻头，探测过程是在地下随钻头钻进而同步进行的。

由于钻具及工作环境的限制，探头设计也受到限制，本发明的探测距离较普通的金属探测器小很多，这对普通的金属探测器是致命的缺点，在此却成为本发明的优点。其原因在于：探测器会随着钻具逐渐延伸，只有接近金属管网时才会发出报警信号，短距离报警提高了报警准确度，并提高了探测精度。由此解决了城市地下堪测施工过程中使用单一金属探测器（包括探地雷达）精度低的问题，具有较高的实用性。

附图说明

图1为探测钻头装配示意图。

图2为无损伤钻探钻头设备的探测原理框图。

图3为无损伤钻探钻头设备在钻机上的安装示意图。

图4是本发明的电路原理图。

图中：1-探测线圈、2-探测电路板、3-报警信号发射线圈、4-报警信号接收线圈、5-报警电路、6-蜂鸣器、7-警灯、8-钻头、9-环形探测线圈槽、10-轴向连通槽、11-短接、12-探测电路板槽、13-环形报警发射线圈槽、14-发射线圈盖环、15-盖板、16-探测线圈盖环、17-钻机、18-钻杆、19-小孔。

具体实施方式

参见图1，图2所示，无损伤钻探钻头设备分为两个部分：a.钻具上的探测线圈1、探测电路板2、报警信号发射线圈3；b.地面上的报警信号接收线圈4、报警电路5、蜂鸣器6、警灯7。

参见图1所示，钻头8与短接11连接在一起，钻头8上靠底部位置上开有环形探测线圈槽9，槽内放置探测线圈1；短接11上开有探测电路板槽12，探测电路板2置于槽内；盖板15固定在槽口上面，缝隙处由胶粘连至表面平整，盖板15上留有安放电路控制开关的小孔19；

短接11的上部开有环形报警发射线圈槽13，用于放置报警发射线圈3；探测线圈槽9、探测电路板槽12及报警发射线圈槽13由轴向连通槽10连通，使线圈与电路连接。

参见图3所示，报警信号接收线圈4安装于钻机17之上，而钻杆18从报警信号接收线圈4的中心穿过，报警信号发射线圈3发出的信号通过钻杆14发送到报警信号接收线圈4；报警电路5、蜂鸣器6及警灯7安置于钻机上，其位置以有利于操作人员接收报警信号为佳。

本发明的安装方法如下：

1、钻头的加工与安装

钻头有多种类型，每种类型还有不同的口径；在具体实施过程中，如果选用普通的市售钻头，这些钻头通常其长度较短，壁厚较薄，很难在上面安装探测电路板，因此可以按图1所示的方式来加工与安装：选择与钻头8相配套的口径加工一短接11，短接11中心开通孔，使钻井液能够流通，短接11的壁厚一般在25mm以内；短接11通过螺纹与钻头8连接，使其成为一个整体，然后在钻头8上靠底部位置上开环形探测线圈槽9，在短接11上开探测电路板槽12及报警信号发射线圈槽13，在轴向上开一细连通槽10将环形探测线圈槽9、探测电路板槽12、环形报警发射线圈槽13连通，所开槽的尺寸由对应的钻头口径及探测电路板决定。在所加工的槽内涂上绝缘胶，将漆包线按设计圈数缠入环形探测线圈槽9及报警信号发射线圈槽13，分别构成探测线圈1和报警信号发射线圈3，然后在其上涂布绝缘胶，把发射线圈盖环14及探测线圈盖环16放入对应位置，与胶粘连后表面平整。将探测线圈1和报警信号发射线圈3的线头焊接在探测电路板2的相应接点上，然后将电路板作防水处理，放入探测电路板槽12，使其与底部的绝缘胶粘合，再将盖板15固定在上面。当需要使用时，通过盖板15上的小孔19将电路控制开关按下，探测电路开始启动；把探测钻头与钻具连接起来就可进行工作。

如果生产钻头时选用的钻头长度大、壁厚，满足探测钻头的要求，则不必再加工短接11，可直接在钻头上加工探测线圈槽9、探测电路板槽12及环形报警发射线圈槽13。

2、探测电路板

由于钻头尺寸的限制，安放电路板的空间很有限，因此电路以简单实用为原则，同样参数的元器件选用体积较小者，电路板选用厚度较薄的柔性板，这样有利于电路板缩小所占用的空间，使较小口径的钻头也能加工成带探测功能的钻头。

电路的工作原理参见图4，采用元器件较少的CMOS六反相器构成的探测电路。探测线圈1采用一只高Q值的电感L1，它与反相器及电容器构成了一个电容三点式振荡器。调节电位器RP可使电路处在刚刚起振的状态下，微弱的振荡信号通过由反相器和电阻组成的反向放大器进行放大，再由二极管P1进行整流，整流后的信号再由放大器进行放大，最后通过二极管P2去控制音频振荡器的工作状态。

钻头底部的电感L1在没有接近金属物体时，电路正常起振。振荡信号控制音频振荡器停止工作，此时报警信号发射线圈3没有信号输出。当钻头接近金属物体时(电感线圈的轴向方向)，电感L1的Q值下降，电路停振。没有信号去抑制音频振荡器，因此音频振荡器开始工作，音频信号由报警信号发射线圈3通过钻杆发射到地面。使用时，接通电源后，仔细调整电位器RP使报警电路的蜂鸣器刚刚不响，或警灯刚好不亮，这时灵敏度较高，探测距离较大。当钻头底部的电感L1在接近了金属物体时，报警电路的蜂鸣器响起，或警灯亮起，完成探测报警。

3、报警部分：报警信号接收线圈4安装在位于钻杆轴线的钻机上，即钻杆从报警信号接收线圈4中穿过，其位置以不妨碍钻机工作为宜。通过钻杆传递报警信号，可以使用较为简单的发射与接收电路，这对空间极为有限的探测钻头更加有利；同时接收信号也比较可靠。报警器选用蜂鸣器6、警灯7等较常用的装置，将其安装在操作人员易看到和听到的位置。

Claims

1.一种无损伤钻探钻头设备, 包括钻机（17）和钻头(8)、钻杆(18)，其特征在于：

所述钻头（8）靠底部外径上沿圆周开有环形探测线圈槽（9），槽内放置探测线圈（1），探测线圈盖环（16）盖在槽口上，缝隙处由胶粘连至表面平整；

所述钻头（8）与短接（11）连接成加长钻头，短接（11）上开有探测电路板槽（12）,探测电路板（2）密封于槽内,盖板（15）固定在槽口上面，缝隙处由胶粘连至表面平整，盖板（15）上留有安放电路控制开关的小孔（19）；

短接（11）的上部沿圆周开有环形报警发射线圈槽（13），槽内放入报警信号发射线圈（3），发射线圈盖环（14）盖在槽口上，缝隙处由胶粘连至表面平整；

探测线圈槽（9）、探测电路板槽（12）及报警发射线圈槽（13）由轴向连通槽（10）连通；

探测线圈（1）与报警信号发射线圈（3）分别与探测电路板（2）上的探测电路相连；

在钻机（17）上安装报警信号接收线圈（4），钻杆（18）从报警信号接收线圈（4）中穿过，报警信号接收线圈（4）与安装在钻机上的报警电路（5）连接。

2.根据权利要求1所述的无损伤钻探钻头设备，其特征在于：上述报警电路（5）与蜂鸣器（6）和警灯（7）连接。

3.根据权利要求1所述的无损伤钻探钻头设备，其特征在于：上述探测电路板槽（12）和环形报警发射线圈槽（13）槽内涂有绝缘胶，探测线圈（1）和报警信号发射线圈（3）粘在槽内。

4.根据权利要求1所述的无损伤钻探钻头设备，其特征在于：上述探测电路板槽（12）内涂有绝缘胶，探测电路板（2）涂有防水层，探测电路板（2）的底部由绝缘胶粘合。

5.根据权利要求1所述的无损伤钻探钻头设备，其特征在于：上述探测电路由反相器及电容器构成一个电容三点式振荡器，电容三点式振荡器与可调电位器RP连接，电容三点式振荡器的信号接收端与探测线圈（1）连接，电容三点式振荡器的信号输出端依次与反向放大器、二极管P1整流电路、放大器和二极管P2连接，二极管P2与音频振荡器的信号输入端连接，音频振荡器的输出端连接报警信号发射线圈（3），报警信号接收线圈（4）与报警电路连接。