CN112943084A - 一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法。钻机为使用伸缩钻杆的钻机、集束潜孔锤和空压机组成。高压空气驱动集束潜孔锤，排渣为泥浆气举反循环方式，泥浆护壁防止覆盖层塌孔，不用护筒跟进。本发明克服了现有技术潜孔锤钻机空气循环排渣容易塌孔，必须护筒跟进，地质要求苛刻的缺点；具有钻机型号小，设备造价低，泥浆护壁不需要护筒跟进，伸缩钻杆配合潜孔锤钻孔，硬岩钻进速度超快，综合成本超低，能施工超深覆盖层的超大直径入岩桩孔优点。本发明还公开了一种泥浆反循环潜孔锤钻机的使用方法。

Description

一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法

技术领域

本发明涉及潜集束孔锤钻机技术领域，更具体地说它是一种泥浆反循环潜孔锤钻机。本发明还公开了所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机的使用方法。

背景技术

现有伸缩钻杆潜孔锤钻机排渣为空气循环，空气循环排钻渣冲刷孔壁造成塌孔，没有泥浆护壁功能，必须护筒跟进，护筒跟进速度慢成本高，降低了综合施工速度，大大增加了施工成本，存在无法施工深覆盖层入岩钻孔桩的缺点，虽然潜孔锤钻进效率高速度快，但适应地质条件严苛，无法大面积普遍推广。

因此，现亟需开发一种设备制造费用小，钻孔直径大，不用护筒跟进，施工速度快成本低，能施工大直径超深覆盖层入岩钻孔桩的泥浆循环潜孔锤钻机。

发明内容

本发明的第一目的是为了提供一种泥浆反循环潜孔锤钻机，为一种地基岩土钻井机械，本发明设备能施工大直径超深覆盖层入岩钻孔；克服了现有伸缩钻杆潜孔锤钻机技术设备全护筒跟进成本高，不能施工超深覆盖层入岩钻孔桩的缺点。

本发明的第二目的是为了提供所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机的使用方法，设备造价低，施工速度快、成本低。

为了实现上述本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种泥浆反循环潜孔锤钻机，其特征在于：包括集束潜孔锤、桩架、动力头、钻杆、排浆管、进气和排气管、钢丝绳、多通道钻杆接头、外龙头，钻机；

所述钻杆为多层伸缩钻杆，所述桩架上的所述动力头上悬挂所述钻杆的最外层钻杆，所述动力头驱动所述钻杆的最外层钻杆，带动所述集束潜孔锤旋转；

所述钢丝绳穿过所述外龙头顶部开口、所述钻杆，固定在所述钻杆和所述集束潜孔锤之间的所述多通道钻杆接头内的提引器上；

所述进气和排气管穿过所述外龙头、所述钻杆，进入所述多通道钻杆接头内通过提引器旋转通道，进气管进入所述集束潜孔锤的潜孔锤，排气管接入所述集束潜孔锤排气通道；

上述方案中，所述钻机为各种使用伸缩钻杆的钻机或者为履带吊机简单改制的钻机，履带吊机改制钻机结构包括履带吊机、所述桩架、所述动力头；

上述方案中，所述集束潜孔锤上的每个单体潜孔锤有封闭的外套，收集潜孔锤全部排气排入所述集束潜孔锤内部排气通道，潜孔锤底部无排气孔；

上述方案中，所述集束潜孔锤的吸渣管与所述多通道钻杆接头、所述钻杆、所述外龙头、所述排浆管和泥浆处理器联通；

上述方案中，所述多通道钻杆接头结构包括：钻杆短接头、多通道提引器、进气和排气管、钢丝绳、中心钻杆、外层钻杆、集束潜孔锤；所述多通道提引器固定在所述钻杆短接头内，所述进气和排气管、所述钢丝绳连接所述多通道提引器，所述钻杆短接头采用方接头形式与所述中心钻杆、所述集束潜孔锤连接，所述多通道钻杆接头内有泥浆通道；

上述方案中，所述外龙头结构包括：钢丝绳、进气和排气管、旋转接头、外层钻杆、内层钻杆、溢流泄压筒、回浆管、扶正轮、排浆管；所述旋转接头将所述排浆管、所述溢流泄压筒与所述外层钻杆顶部旋转连接，所述钢丝绳、所述进气和排气管穿过所述溢流泄压桶底板中心通孔的扶正轮中间，所述回浆管与所述溢流泄压筒连接；

为了实现本发明的第二目的，是为了提供所述的一种泥浆反循环潜孔锤旋挖钻机的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：装配；

将所述进气和排气管、所述钢丝绳与所述多通道钻杆接头内的提引器连接，所述进气和排气管另一端与空压机联通；

将所述钻杆与所述多通道钻杆接头、所述集束潜孔锤连接；

将所述排浆管与所述外龙头、地面泥浆处理***联通；

步骤二：起吊；

所述钢丝绳悬吊钻杆及其他钻具至钻孔工位；

步骤三：钻孔；

启动所述动力头驱动所述集束潜孔锤旋转；

启动空压机供气，使所述集束潜孔锤冲击凿岩，在所述集束潜孔锤内的排浆管内注入高压空气，形成泥浆气举反循环，经所述钻杆、所述排浆管排出钻渣，处理后的优质泥浆回注到钻孔内实现泥浆护壁，实现潜孔锤对岩土钻进，覆盖层不用护筒跟进；

同步下放所述钢丝绳、所述进气和排气管，使所述钻杆随钻进下放，直至钻孔完成；

进一步的，在钻进较大直径钻孔时，采用分级扩孔钻头或岩石取芯钻头钻进，降低钻机钻压和扭矩，减小钻机型号；

进一步的，在上述步骤三中，当钻孔为有水湿孔时，将空气注入所述集束潜孔锤中吸渣管内，形成泥浆气举反循环排渣；

在钻孔为无水干孔时，在所述集束潜孔锤的吸渣管内安装空气射吸装置，注入空气，形成空气反循环清渣。

在钻孔为开钻浅孔时，在所述集束潜孔锤的内吸渣管内安装空气射吸装置，注入空气，形成泥浆反循环清渣；

本发明具有如下优点：

(1)本发明集束潜孔锤泥浆循环排渣，泥浆护壁保证覆盖层不塌孔，不需要护筒跟进，能施工大直径超深覆盖层入岩井孔，避免了巨额的钢护筒跟进成本，伸缩钻杆配合潜孔锤钻孔硬岩作业，施工速度超快，综合施工成本超低，设备适应所有入岩钻孔工程；

(2)本发明钻压小，钻压由钻具提供，钻杆可以不加压，钻杆长度不受限制，钻进深度很深，可以用于超深桩孔钻井施工；

(3)本发明因为潜孔锤钻孔钻压和扭矩较小，配套使用的钻机型号较小，大大降低了大直径超深井孔施工设备造价；

(4)本发明用履带吊机改制为潜孔锤钻机造价更低。

综合以上内容，本发明提供的泥浆反循环潜孔锤钻机设备造价低，覆盖层钻孔不需要护筒跟进，伸缩钻杆配合潜孔锤入岩钻孔速度超快，能施工超深覆盖层超大直径入岩钻孔，综合施工成本超低。

附图说明

图1为本发明用于履带吊机结构示意图；

图中1-集束潜孔锤，2-桩架,3-动力头,4-钻杆，5-排浆管,6-进气和排气管，7-钢丝绳，8-多通道钻杆接头，9-外龙头，10-钻机；

图2为本发明用于旋挖钻机结构示意图；

图中1-集束潜孔锤，2-桩架,3-动力头,4-钻杆，5-排浆管,6-进气和排气管，7-钢丝绳，8-多通道钻杆接头，9-外龙头，10-钻机；

图3为本发明外龙头结构示意图

图中，1-1—进气和排气管、1-2—钢丝绳、1-3—旋转接头、1-4—外层钻杆、1-5—内层钻杆、1-6—溢流泄压筒、1-7—回浆管、1-8—扶正轮、1-9—排浆管

图4为本发明多通道钻杆接头结构示意图

图中，2-1—中心钻杆、2-2—外层钻杆、2-3—进气和排气管、2-4—钢丝绳、2-5—多通道提引器、2-6—钻杆短接头、2-7—集束潜孔锤。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，包括集束潜孔锤1、桩架2动力头3、钻杆4、排浆管5、进气和排气管6、钢丝绳7、多通道钻杆接头8、外龙头9，钻机10；

本发明的潜孔锤钻头给进力可以依靠钻具自重，钻杆可以不加压，钻头旋转需要的扭矩较小转速很低功率挍小，适应于各种履带吊机简单改制的钻机；改制内容为：加大吊机主卷扬机单绳提吊力、安装桩架2、安装动力头3；改制后即可回转驱动钻杆4，上提、下放钻杆4和集束潜孔锤1，配合空压机设备，具备全面的泥浆反循环潜孔锤钻机钻孔功能；

动力头3驱动钻杆4带动集束潜孔锤1旋转；提吊钻杆4的钢丝绳7穿过外龙头9、钻杆4内部，固定在多通道钻杆接头8中的提引器上，保护钢丝绳7不随钻杆旋转打绞；

高压空气进入进气和排气管6中进气管，进气管经过外龙头9顶部开口进入钻杆4内部，经过多通道钻杆接头8中的提引器内旋转接头，再进入集束潜孔锤1中，驱动潜孔锤冲击凿岩；提引器保证钻杆4旋转时钻杆4内的进气和排气管6不会旋转打绞；

集束潜孔锤1中的单体潜孔锤外包裹有外套，收集潜孔锤排气进入集束潜孔锤1的排气通道，经过多通道钻杆接头8、进气和排气管6排入大气，潜孔锤底部不排气，气体不会泄漏入钻孔泥浆中导致塌孔，同时也减小了潜孔锤排气背压，保持潜孔锤有最大能效；

将进气和排气管6中的部分气体注入集束潜孔锤1中的吸渣管，形成气举泥浆反循环，泥浆携带钻渣，经过多通道钻杆接头8内的钻杆内壁和提引器之间的通道进入钻杆4中内部，经过外龙头9、排浆管5进入泥浆处理***，处理后的泥浆返回钻孔保持水头保护孔壁不塌孔；

钻杆4的伸缩钻杆内外壁方法为，在内层钻杆顶部外壁安装弹性密封体，与外层钻杆内壁形成滑动密封；

外龙头9结构包括：进气和排气管1-1、钢丝绳1-2、旋转接头1-3、外层钻杆1-4、内层钻杆1-5、溢流泄压筒1-6、回浆管1-7、扶正轮1-8、排浆管1-9；旋转接头1-3将排浆管1-9、溢流泄压筒1-6与外层钻杆1-5顶部旋转连接，保证钻杆4自由旋转；进气和排气管1-1、钢丝绳1-2穿过溢流泄压桶1-6底板中心通孔的扶正轮1-8中间，避免进气和排气管1-1和钢丝绳1-2磨损；回浆管1-7与溢流泄压筒1-6连接，使外龙头9泄漏泥浆在溢流泄压桶1-6中排气泄压，流入回浆管1-7回收；

钢丝绳7、进气和排气管6通过的外龙头9顶部的开口泄漏出的泥浆，在溢流减压桶1-6中排气减压后排入回流管1-7回收，避免泄漏泥浆造成污染；

多通道钻杆接头9结构包括：中心钻杆2-1、外层钻杆2-2、进气和排气管2-3、钢丝绳2-4、多通道提引器2-5、钻杆短接头2-6、集束潜孔锤2-7；多通道提引器2-7固定在钻杆短接头2-6内，进气、排气管2-3、钢丝绳2-4连接多通道提引器2-5，保证进气和排气管、钢丝绳不随钻杆4旋转；钻杆短接头2-6采用方接头锁销形式与中心钻杆2-1、集束潜孔锤2-7连接，多通道钻杆接头内通道提供泥浆通道；多通道钻杆接头直径较大，加大了内部泥浆通过截面积，使现有中小型号伸缩钻杆的钻机可以采用泥浆反循环，完成超大大直径超深覆盖层的钻孔施工；

为了实现本发明的第二目的，是为了提供所述的一种泥浆反循环潜孔锤旋挖钻机的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：装配；

将进气和排气管6、钢丝绳7与多通道钻杆接头8内的提引器连接，进气和排气管6另一端与空压机联通；

将钻杆4与多通道钻杆接头8、集束潜孔锤1连接；

将排浆管5与外龙头9、地面泥浆处理***联通；

步骤二：起吊；

钢丝绳7悬吊钻杆4及其他钻具至钻孔工位；

步骤三：钻孔；

启动动力头3驱动集束潜孔锤1旋转；

启动空压机供气，使集束潜孔锤1冲击凿岩，在集束潜孔锤1内的排浆管内注入高压空气，形成泥浆气举反循环，经钻杆4、排浆管5排出钻渣，处理后的优质泥浆回注到钻孔内实现泥浆护壁，实现潜孔锤对岩土钻进；

同步下放钢丝绳7、进气和排气管6，使钻杆4随钻进下放，直至钻孔完成；

进一步的，在上述步骤三中，当钻孔为有水湿孔时，将高压空气注入集束潜孔锤1中吸渣管内，吸入携带钻渣的泥浆，形成泥浆气举反循环排渣；

在钻孔为无水干孔时，在集束潜孔锤1的吸渣管内安装空气射吸装置，注入高压空气，吸入钻渣，形成空气反循环清渣，方便无水干孔无泥浆施工；

在钻孔为开钻浅孔时，在集束潜孔锤1的内吸渣管内安装空气射吸装置，注入空气，吸入携带钻渣的泥浆，形成泥浆反循环清渣，方便开孔情况下气举反循环无效时，进行泥浆反循环钻进；

本发明泥浆反循环潜孔锤钻机硬岩钻进速度很快，在大直径钻孔施工时采用分级扩孔或取芯钻进方法，仍然会具有较快钻进速度，这样可以降低钻机钻压和扭矩，减小钻机10型号，潜孔锤施工钻压较小，钻机10可以不加压，伸缩钻杆只需要传递扭矩，钻杆4钻孔深度比加压钻进更深；本发明泥浆反循环潜孔锤钻机型号小，具备超深超大直径硬岩钻孔的钻进能力，钻进速度超快，综合施工成本超低。

为了能够更加清楚的说明本发明所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这三种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：

由上表可知，本发明所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法在大直径深厚覆盖层钻孔时，与现有技术相比，设备轻巧、造价低，钻进岩石速度快，施工成本低。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (10)

1.一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：包括集束潜孔锤(1)、桩架(2)、动力头(3)、钻杆(4)、排浆管(5)、进气和排气管(6)、钢丝绳(7)、多通道钻杆接头(8)、外龙头(9)、钻机(10)；

钻杆(4)为多层伸缩钻杆；

桩架(2)上的动力头(3)上悬挂钻杆(4)的最外层钻杆；动力头(3)驱动钻杆(4)，带动集束潜孔锤(1)旋转；

钢丝绳(7)穿过外龙头(9)、钻杆(4)，固定在钻杆(4)和集束潜孔锤(1)之间的多通道钻杆接头(8)内的提引器上；

多通道钻杆接头(8)安装在钻杆(4)和集束潜孔锤(1)之间；

进气和排气管(6)进入外龙头(9)、钻杆(4)，穿过多通道钻杆接头(8)内的提引器旋转接头，进入集束潜孔锤(1)的潜孔锤。

2.根据权利要求1所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：钻机(10)为各种使用伸缩钻杆的钻机或者为履带吊机简单改制的钻机，履带吊机改制钻机结构包括履带吊机、桩架(2)、动力头(3)。

3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：集束潜孔锤(1)上的每个单体潜孔锤有封闭的外套，收集潜孔锤全部排气排入集束潜孔锤(1)内部排气通道，经多通道钻杆接头(8)、进气和排气管(6)排入大气，潜孔锤底部无排气孔，潜孔锤排气不会泄入桩孔中泥浆内，集束潜孔锤(1)中有泥浆吸渣管。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：高压空气进入进气和排气管(6)，穿过钻杆(4)，经过多通道钻杆接头(8)内的提引器旋转接头，进入集束潜孔锤(1)上的每个单体潜孔锤。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：集束潜孔锤(1)的吸渣管与多通道钻杆接头(8)、钻杆(4)、外龙头(9)、排浆管(5)和泥浆处理器联通。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：外龙头(9)结构包括：钢丝绳(1-1)、进气和排气管(1-2)、旋转接头(1-3)、最外层钻杆(1-4)、内层钻杆(1-5)、溢流泄压筒(1-6)、回浆管(1-7)、扶正轮(1-8)、排浆管(1-9)；旋转接头(1-3)将排浆管(1-9)、溢流泄压筒(1-6)与最外层钻杆(1-4)顶部旋转连接，钢丝绳(1-1)、进气和排气管(1-2)穿过溢流泄压桶(1-6)底板中心通孔的扶正轮中间，回浆管(1-7)与溢流泄压筒(1-6)连接。

7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：多通道钻杆接头(8)结构包括：钻杆短接头(2-1)、多通道提引器(2-2)、进气和排气管(2-3)、钢丝绳(2-4)、中心钻杆(2-5)、外层钻杆(2-6)、集束潜孔锤(2-7)；多通道提引器(2-2)固定在钻杆短接头(2-1)内，进气和排气管(2-3)、钢丝绳(2-4)连接多通道提引器(2-2)，钻杆短接头(2-1)采用方接头形式与中心钻杆(2-5)、集束潜孔锤(2-7)连接，钻杆短接头(2-1)与多通道提引器(2-2)之间空间为泥浆通道。

8.根据权利要求1-7中所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机及其使用方法，其特征在于：用泥浆反循环潜孔锤钻机在有覆盖层地质钻孔过程中，采用泥浆护壁方法保护孔壁不坍塌，不需要护筒跟进。

9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：装配；

将进气和排气管(6)、钢丝绳(7)与多通道钻杆接头(8)内的提引器连接，进气和排气管(6)另一端和空压机联通；

将钻杆(4)与多通道钻杆接头(8)、集束潜孔锤(1)连接；

将排浆管(5)与外龙头(9)、地面泥浆处理***联通；

步骤二：起吊；

钢丝绳(7)悬吊钻杆及其他钻具至钻孔工位；

步骤三：钻孔；

启动动力头(3)驱动集束潜孔锤(1)旋转；

启动空压机供气，使集束潜孔锤(1)冲击凿岩，在集束潜孔锤(1)内的吸渣管内注入高压空气，形成泥浆气举反循环，经钻杆(4)、排浆管(5)排出钻渣，实现潜孔锤对岩土钻进；处理后的优质泥浆回注到钻孔内实现泥浆护壁，在覆盖层地质钻孔过程中不用护筒跟进；

同步下放钢丝绳(7)、进气和排气管(6)，使钻杆(4)随钻进下放，直至钻孔完成。

10.根据权利要求9中要求所述的一种泥浆反循环潜孔锤钻机使用方法，其特征在于：在步骤三中，当钻孔为有水湿孔时，将高压空气注入集束潜孔锤(1)中吸渣管内，形成泥浆气举反循环排渣；

在钻孔为无水干孔时，在集束潜孔锤(1)的吸渣管内安装空气射吸装置，注入高压空气，形成空气反循环清渣；

在钻孔为开钻浅孔时，在集束潜孔锤(1)的吸渣管内安装空气射吸装置，注入高压空气，形成泥浆反循环清渣。

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