CN113323661B

CN113323661B - 脉冲钻进装置

Info

Publication number: CN113323661B
Application number: CN202110653591.2A
Authority: CN
Inventors: 周鹏; 钱阳; 马宁
Original assignee: Beijing Sany Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Sany Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2041-06-11
Also published as: CN113323661A; EP4311910A1; WO2022257478A1

Abstract

本发明实施例提供了一种脉冲钻进装置，包括：多个钻杆、钻头、储能电容和放电开关。各钻杆上均对应连接有储能电容，储能电容能够为与其相连的钻杆充电，钻头与钻杆连接，放电开关与钻杆连接，以控制钻杆放电至钻头并破碎岩石，并且，多个钻杆能够实现连续交替充电和放电。与现有技术相比，该脉冲钻进装置设有多个所述钻杆，各所述钻杆均相应配置连接有所述储能电容。所述放电开关能够相应控制各所述钻杆的充电状态。其中一个所述钻杆处于放电状态时，其余所述钻杆均处于充电状态。处于放电状态的钻杆的电能耗尽后转为充电状态，同时使得满电状态的钻杆进行连续放电。由此，多个钻杆能够实现连续交替充电和放电，进而极大提升了钻进效率。

Description

脉冲钻进装置

技术领域

本发明涉及钻进设备技术领域，尤其涉及一种脉冲钻进装置。

背景技术

脉冲放电破碎矿石是过去几十年发展起来的一种破碎新技术，利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子体通道的力学效应对矿石产生破坏作用。破碎的过程无飞石、无有害物质产生，且放电过程易于控制。

但是，目前所采用的脉冲钻进装置都属于单次充放电形式，并不能真正实现连续放电钻进的功能，钻进破碎效率较低。

发明内容

本发明提供一种脉冲钻进装置，用以解决现有技术中的脉冲钻进装置不能连续进行充放电且钻进效率较低的问题，实现使脉冲钻进装置连续充放电并提升钻进效率的效果。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，包括：多个钻杆、钻头、储能电容和放电开关。

其中，各所述钻杆上均对应连接有所述储能电容，所述储能电容能够为与其相连的所述钻杆充电，所述钻头与所述钻杆连接，所述放电开关与所述钻杆连接，以控制所述钻杆放电至所述钻头并破碎岩石，并且，多个所述钻杆能够实现连续交替充电和放电。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述钻头包括一体式钻头。各所述钻杆均与所述一体式钻头连接。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述钻头包括多个分体式钻头。各所述钻杆上均配置连接有一个所述分体式钻头。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述钻头通过钻头连接件与所述钻杆可拆卸连接。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，每个所述钻杆均相应配置有一个所述放电开关，以控制各所述钻杆的工作状态。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述脉冲钻进装置还包括控制单元。所述控制单元与各所述放电开关均电性连接，以通过控制各所述放电开关的工作状态来控制各所述钻杆的放电时间和放电顺序。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述钻杆与所述钻头连接件的连接端口处的低压端与高压端之间设有绝缘层。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，每个所述钻杆上至少配置连接有一个所述储能电容，各所述储能电容均与高压电源连接，所述高压电源与所述控制单元电性连接。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述脉冲钻进装置还包括壳体。各所述储能电容和各所述钻杆均安装于所述壳体内。

根据本发明提供的一种脉冲钻进装置，所述壳体内设有排渣通道。多个所述钻杆以所述排渣通道的中心点为阵列中心点环形阵列在所述壳体的内部。

在本发明提供的脉冲钻进装置中，各所述钻杆上均对应连接有所述储能电容，所述储能电容能够为与其相连的所述钻杆充电。所述钻头与所述钻杆连接，所述放电开关与所述钻杆连接，以控制所述钻杆放电至所述钻头并破碎岩石，并且，多个所述钻杆能够实现连续交替充电和放电。

与现有技术相比，该脉冲钻进装置设有多个所述钻杆，各所述钻杆均相应配置连接有所述储能电容。所述放电开关能够相应控制各所述钻杆的充电状态。其中一个所述钻杆处于放电状态时，其余所述钻杆均处于充电状态。处于放电状态的钻杆的电能耗尽后转为充电状态，同时使得满电状态的钻杆进行连续放电。由此，多个钻杆能够实现连续交替充电和放电，进而极大提升了钻进效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的脉冲钻进装置的结构示意图；

图2是本发明提供的安装有一体式钻头的脉冲钻进装置的结构示意图；

图3是安装有一体式钻头的脉冲钻进装置的工作状态示意图；

图4是本发明提供的安装有分体式钻头的脉冲钻进装置的结构示意图；

图5是安装有分体式钻头的脉冲钻进装置的工作状态示意图；

附图标记：

100：钻杆； 101：第一钻杆；

102：第二钻杆； 103：第三钻杆；

104：第四钻杆； 201：一体式钻头；

202：分体式钻头； 300：储能电容；

400：放电开关； 500：钻头连接件；

600：壳体； 700：排渣通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图5对本发明实施例提供的一种脉冲钻进装置进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成任何特别限定。

本发明的实施例提供了一种脉冲钻进装置，如图1、图2和图4所示，该脉冲钻进装置包括：多个钻杆100、钻头、储能电容300和放电开关400。

其中，各钻杆100上均对应连接有储能电容300。储能电容300能够为与其相连的钻杆100充电。钻头与钻杆100连接，放电开关400与钻杆100连接，以控制钻杆100放电至钻头并破碎岩石。并且，多个钻杆能够实现连续交替充电和放电。

与现有技术相比，该脉冲钻进装置设有多个钻杆100，各钻杆100均相应配置连接有储能电容300。放电开关400能够相应控制各钻杆100的充电状态。其中一个钻杆100处于放电状态时，其余钻杆100均处于充电状态。处于放电状态的钻杆100的电能耗尽后转为充电状态，同时使得满电状态的钻杆100进行连续放电。由此，多个钻杆100能够实现连续交替充电和放电，进而极大提升了钻进效率。

例如，在本发明的一个实施例中，如图1所示，钻杆100包括第一钻杆101、第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104。第一钻杆101、第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104均相应地配置连接有储能电容300。假设放电开关400首先控制第一钻杆101放电至钻头进行破碎岩石，则第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104均处于充电状态。当第一钻杆101的电能耗尽时，放电开关400可以控制第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104中的任意一个钻杆100放电至钻头进行破碎岩石。同时，储能电容300为第一钻杆101进行充电。以此规律循环往复，由此，第一钻杆101、第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104能够实现连续交替充电和放电，进而极大提升了钻进效率。

此处应当说明的是，上述实施例仅是本发明的一个示意性实施例，并不能对本发明构成任何限定。钻杆100的数量可以根据实际需求自行确定。

例如，在本发明的一个实施例中，钻头包括一体式钻头201。各钻杆100均与一体式钻头201连接。

如图2和图3所示，该脉冲钻进装置包括一个一体式钻头201。多个钻杆100均与该一体式钻头201连接。任意钻杆100均可放电至该一体式钻头201进行破碎岩石。安装有一体式钻头201的脉冲钻进装置能够实现小直径同等能量条件下的持续钻进工作。

又例如，在本发明的一个实施例中，钻头包括多个分体式钻头202。各钻杆100上均配置连接有一个分体式钻头202。

如图4和图5所示，该脉冲钻进装置包括多个分体式钻头202。分体式钻头202的数量与钻杆100的数量相等。也就是说，每个钻杆100上均配置连接有分体式钻头202。各钻杆100能够放电至与其连接的相应的分体式钻头202上进行破碎岩石。安装有分体式钻头202的脉冲钻进装置能够实现小能量大直径的持续钻进工作。

在本发明的一个实施例中，钻头通过钻头连接件500与钻杆100可拆卸连接。

根据以上描述的实施例可知，通过更换钻头的种类，使得该脉冲钻进装置能够适用于不同工况下的持续钻进工作，极大提升了该脉冲钻进装置的灵活性和通用性。

在本发明的一个实施例中，每个钻杆100均相应配置有一个放电开关400，以控制各钻杆100的工作状态。

例如，第一钻杆101配置连接有第一放电开关。第二钻杆102配置连接有第二放电开关。第三钻杆103配置连接有第三放电开关。第四钻杆104配置连接有第四放电开关。当需要第一钻杆101进行放电时，第一放电开关处于导通状态，第一钻杆101放电至钻头进行破碎岩石。此时，第二放电开关、第三放电开关和第四放电开关均处于截止状态，第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104均处于充电状态。当第一钻杆101的电能耗尽时，使得第一放电开关、第三放电开关和第四放电开关处于截止状态，第二放电开关处于导通状态，第二钻杆102放电至钻头进行破碎岩石，其余钻杆均处于充电状态。

在本发明的一个实施例中，钻杆100与钻头连接件500的连接端口处的低压端与高压端之间设有绝缘层。绝缘层用于隔绝高压电极钻头与低压电极钻头及外壳连接，防止电能泄露，引起安全问题。

在本发明的一个实施例中，脉冲钻进装置还包括控制单元。控制单元与各放电开关400均电性连接，以通过控制各放电开关400的工作状态来控制各钻杆100的放电时间和放电顺序。

进一步，在本发明的一个实施例中，每个钻杆100上至少配置连接有一个储能电容300。各储能电容300均与高压电源连接。高压电源与控制单元电性连接。结合上述实施例具体来讲，该脉冲钻进装置还包括控制单元。控制单元与第一放电开关、第二放电开关、第三放电开关和第四放电开关均电性连接。每个钻杆100上均可以配置有多个储能电容300，各储能电容300均与高压电源连接。高压电源能够将常规220V市电或380V工业电转化为高压直流电，转储到储能电容300中以为第一钻杆101、第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104进行充电。控制***能够控制高压电源为第一钻杆101、第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104相对应的储能电容300充电。

同时，控制***还可以设定一定的放电时间和一定的放电顺序。例如，控制***可以设定放电顺序依次为第一钻杆101、第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104。每个钻杆100的放电时间为30min。

开始时，控制***控制第一放电开关处于导通状态，第二放电开关、第三放电开关和第四放电开关均处于截止状态。此时，第一钻杆101放电至钻头进行破碎工作。同时，控制***控制高压电源为第二钻杆102、第三钻杆103和第四钻杆104进行充电。第一钻杆101放电30min后，控制***控制第一放电开关、第三放电开关和第四放电开关处于截止状态，第二放电开关处于导通状态。此时，第二钻杆102放电至钻头进行破碎工作。同时，控制***控制高压电源为第一钻杆101、第三钻杆103和第四钻杆104进行充电。第二钻杆102放电30min后，第一放电开关、第二放电开关和第四放电开关处于截止状态，第三放电开关处于导通状态。此时，第三钻杆103放电至钻头进行破碎工作。同时，控制***控制高压电源为第一钻杆101、第二钻杆102和第四钻杆104进行充电。第三钻杆103放电30min后，第一放电开关、第二放电开关和第三放电开关处于截止状态，第四放电开关处于导通状态。此时，第四钻杆104放电至钻头进行破碎工作。同时，控制***控制高压电源为第一钻杆101、第二钻杆102和第三钻杆103进行充电。由此规律，进行下一循环连续充电和放电工作。

此处应当理解的是，每根钻杆100上至少配置连接有一个储能电容300。每根钻杆100上所配置连接的储能电容300可以根据实际需求自行调整。所有储能电容可以与同一个高压电源连接。

在本发明的一个实施例中，脉冲钻进装置还包括壳体600。各储能电容300和各钻杆100均安装于壳体600内。

进一步，在本发明的一个实施例中，如图1至图5所示，壳体600内设有排渣通道700。多个钻杆100以排渣通道700的中心点为阵列中心点环形阵列在壳体600的内部。

如图1所示，排渣通道700位于多个钻杆100的中心位置。用于打压泥浆，冲出破碎岩石的碎渣，实现正循环排渣。或者从排渣通道700将碎渣吸出，实现反循环排渣。

根据以上描述的实施例可知，该脉冲钻进装置的结构简单、紧凑，易于操作。相较于传统机械破碎方式，其破碎效率大幅提升，且工作成本较低。同时，该装置能够适用于不同工况下的钻进工作，具有较高的灵活性和通用性。另外，与现有的脉冲钻进装置相比较，该装置能够真正实现连续充电和连续放电，进而实现连续钻进工作，其钻进工作效率极大提升。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种脉冲钻进装置，其特征在于，包括：多个钻杆、钻头、储能电容和放电开关，

其中，各所述钻杆上均对应连接有所述储能电容，所述储能电容能够为与其相连的所述钻杆充电，所述钻头与所述钻杆连接，所述放电开关与所述钻杆连接，以控制所述钻杆放电至所述钻头并破碎岩石，并且，多个所述钻杆能够实现连续交替充电和放电，

当其中一个所述钻杆处于放电状态时，其余所述钻杆均处于充电状态；当处于放电状态的所述钻杆的电能耗尽转为充电状态时，其中任一满电状态的所述钻杆进行连续放电，

其中，在所述放电状态下，所述放电开关控制所述钻杆放电至所述钻头进行破碎岩石；在所述充电状态下，所述钻杆未控制所述钻头进行破碎岩石操作。

2.根据权利要求1所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述钻头包括一体式钻头，各所述钻杆均与所述一体式钻头连接。

3.根据权利要求1所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述钻头包括多个分体式钻头，各所述钻杆上均配置连接有一个所述分体式钻头。

4.根据权利要求2或3所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述钻头通过钻头连接件与所述钻杆可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的脉冲钻进装置，其特征在于，每个所述钻杆均相应配置有一个所述放电开关，以控制各所述钻杆的工作状态。

6.根据权利要求5所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述脉冲钻进装置还包括控制单元，所述控制单元与各所述放电开关均电性连接，以通过控制各所述放电开关的工作状态来控制各所述钻杆的放电时间和放电顺序。

7.根据权利要求4所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述钻杆与所述钻头连接件的连接端口处的低压端与高压端之间设有绝缘层。

8.根据权利要求6所述的脉冲钻进装置，其特征在于，每个所述钻杆上至少配置连接有一个所述储能电容，各所述储能电容均与高压电源连接，所述高压电源与所述控制单元电性连接。

9.根据权利要求8所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述脉冲钻进装置还包括壳体，各所述储能电容和各所述钻杆均安装于所述壳体内。

10.根据权利要求9所述的脉冲钻进装置，其特征在于，所述壳体内设有排渣通道，多个所述钻杆以所述排渣通道的中心点为阵列中心点环形阵列在所述壳体的内部。