CN219548794U - 钻具及钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桩基技术领域，提供一种钻具及钻机，钻具包括至少两个电爆钻头和脉冲放电单元，至少两个电爆钻头用于分别设置在至少两个钻孔内，各个电爆钻头均包括电***组件，电***组件能够产生冲击波；脉冲放电单元与各个电爆钻头的电***组件电连接，用于给电***组件输出电脉冲波。将至少两个电爆钻头设置在至少两个钻孔内，并分别给各个电爆钻头的电***组件输出电脉冲波，使电***组件产生冲击波作用于钻孔底部岩土，可以实现至少两个钻孔的***，从而可以实现大面积硬岩开采。

Description

钻具及钻机

技术领域

本实用新型涉及桩基技术领域，尤其涉及一种钻具及钻机。

背景技术

目前现有硬岩的基坑开挖方式主要有三种开挖方式，第一种是通过传统机械作业：一般采用挖机+破碎锤的方式，对硬岩进行破碎，该方式噪声振动大，灰尘大，环境污染较高；第二种是通过***开挖：一般采用乳胶***，一次***可开采几千方，但成本高且危险，尤其在城区位置，对周围建筑的扰动以及安全问题导致禁止进行***开采作业；第三种是新型开采方式：气体***开采主要利用二氧化碳膨胀产生冲击波对岩石产生推力，对岩石进行破碎，但利用二氧化碳***重复利用成本较高，需要重新装填气体，并更换易损件，时间成本较高，且高压二氧化碳不易运输，容易产生安全问题。

为了解决上述问题，现有技术中通过电脉冲钻机进行井下破岩作业，电脉冲钻机采用钻孔-灌水-下电极-***的施工方式，使岩体致裂更加高效；电脉冲致裂过程中无火花产生，施工更加安全。

但是，现有电脉冲钻机仅能实现单孔***，无法实现大规模破碎，致使作业效率低。

实用新型内容

本实用新型提供一种钻具及钻机，用以解决现有技术中电脉冲钻机仅能实现单孔***而无法实现大规模破碎的缺陷。

本实用新型提供一种钻具，包括：

至少两个电爆钻头，用于分别设置在至少两个钻孔内，各个所述电爆钻头均包括电***组件，所述电***组件能够产生冲击波；

脉冲放电单元，与各个所述电爆钻头的电***组件电连接，用于给所述电***组件输出电脉冲波。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述电爆钻头包括至少一个所述电***组件，所述电***组件的数量为多个时，多个所述电***组件并联或依次串联。

根据本实用新型提供的一种钻具，至少两个所述电爆钻头并联设置。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述电***组件包括：

第一电极，用于与所述脉冲放电单元的正极电连接；

第二电极，用于与所述脉冲放电单元的负极电连接，所述第一电极和所述第二电极之间设置有放电空间；

金属丝，位于所述放电空间内，所述金属丝的两端分别与所述第一电极和所述第二电极电连接。

根据本实用新型提供的一种钻具，相邻两个所述电***组件的其中一个的第二电极与另一个的第一电极电连接。

根据本实用新型提供的一种钻具，还包括送丝装置，所述送丝装置用于将金属丝输送至所述放电空间内。

根据本实用新型提供的一种钻具，所述金属丝上设置有含能物质。

本实用新型还提供一种钻机，包括：

钻机主体；

钻进***，设置在所述钻机主体上，所述钻进***用于钻孔；

如上述任意一项所述的钻具。

根据本实用新型提供的一种钻机，还包括电极提升***，所述电极提升***设置在所述钻机主体上，所述电极提升***用于控制所述钻具的电爆钻头升降。

根据本实用新型提供的一种钻机，所述电极提升***包括：

电缆组件，用于电连接所述钻具的电爆钻头和脉冲放电单元；

电缆卷扬，设置在所述钻机主体的桅杆上，所述电缆卷扬用于收放所述电缆组件；

其中，所述电缆组件缠绕在所述电缆卷扬上，且所述电缆组件绕过所述桅杆顶端的滑轮架。

本实用新型提供的钻具及钻机，钻具包括至少两个电爆钻头和脉冲放电单元，至少两个电爆钻头用于分别设置在至少两个钻孔内，并且各个电爆钻头均包括电***组件；脉冲放电单元与各个电爆钻头的电***组件电连接，脉冲放电单元用于给电***组件输出电脉冲，以使电***组件能够产生冲击波，以对钻孔实现***。

将至少两个电爆钻头设置在至少两个钻孔内，并分别给各个电爆钻头的电***组件输出电脉冲，使各个电***组件产生冲击波作用于钻孔底部岩土，可以实现至少两个钻孔的***，从而可以实现大面积硬岩开采。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的多个电爆钻头下放至多个钻孔内的示意图；

图2是本实用新型提供的一个电爆钻头下放至一个钻孔内的示意图(电爆钻头包括两个电***组件)；

图3是本实用新型提供的电爆钻头的结构示意图(电爆钻头包括两个电***组件)；

图4是本实用新型提供的多个电爆钻头下放至多个钻孔内的俯视图；

图5是本实用新型提供的钻机的结构示意图；

图6是本实用新型提供的脉冲放电单元与多个电爆钻头的连接关系图；

图7是本实用新型提供的脉冲放电单元与一个电爆钻头的两个电***组件的连接关系图；

图8是本实用新型提供的脉冲放电单元与多个电爆钻头的两个电***组件的连接关系图。

附图标记：

1、电爆钻头；2、电缆组件；3、电缆卷扬；

4、钻进***；5、动力***；6、定位***；

7、气水***；8、控制台；11、电***组件；

12、送丝装置；111、第一电极；112、第二电极；

113、金属丝；114、通孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图8描述本实用新型的钻具及钻机。

如图1所示，本实用新型提供的一种钻具，可以包括至少两个电爆钻头1和脉冲放电单元。

其中，至少两个电爆钻头1可以用于设置在至少两个钻孔内，以实现多孔***。

并且，各个电爆钻头1均可以包括电***组件11，电***组件11能够产生冲击波，以能够在钻孔内进行碎岩或扩孔。

脉冲放电单元可以用于给电***组件11提供能量，以使电***组件11能够产生冲击波，以对钻孔实现***。

如此设置，将至少两个电爆钻头1分别设置在至少两个钻孔内，并分别给各个电爆钻头1的电***组件11提供电脉冲波，使各个电***组件11产生冲击波作用于钻孔底部岩土，可以实现至少两个钻孔的***，从而可以实现大面积硬岩开采。

或者，可以将至少两个电爆钻头1均放置在单个钻孔内，可以实现单个钻孔的***。

这样，可以使钻具满足不同工况的需求，大面积硬岩基坑开挖或者孤石深孔破碎，一套***可实现不同功能。

在本实用新型的可选实施例中，电爆钻头1可以包括至少一个电***组件11，电***组件11的数量为多个时，多个电***组件11并联或依次串联。这样，可以提高电爆钻头1的***效果，可以有效提高电爆钻头1碎岩或扩孔效果及效率。

这里，电爆钻头1可以包括一个或多个电***组件11，并且这里的多个为两个或两个以上。

在本实施例中，电爆钻头1可以包括两个电***组件11，通过两个电***组件11产生的冲击波的叠加可以形成更大的冲击波，以提高电爆钻头1的碎岩或扩孔效果及效率。

在可选的实施例中，电***组件11可以包括第一电极111、第二电极112和金属丝113，第一电极111用于与脉冲放电单元的正极电连接，第二电极112用于与脉冲放电单元的负极电连接，并且第一电极111和第二电极112之间可以设置有放电空间，金属丝113可以位于放电空间内，而且金属丝113的两端可以分别与第一电极111和第二电极112电连接。这样，脉冲放电单元可以将能量释放给金属丝113，随着能量的不断注入，金属依次经历熔化、汽化、击穿和等离子体放电等过程，在这些过程中均会发生体积膨胀并产生强大的冲击波作用在周围的岩石或土层上，从而实现对岩石或土层的破碎或扩底；并且，通过电极和金属丝113相结合的放电方式，可以提高冲击波的大小，同时可以降低对储能电容的需求，可以有效降低设备成本和体积；而且对储能电容需求降低以后，可以同步降低电压的大小，保证安全可靠性。

需要说明的是，现有的电脉冲钻机采用传统液电效应方式，需求电压较高，电容储能较大，达到3000kj左右，一方面由于需要的电压较高所以对于设备绝缘和耐压需求较高，另一方面造成设备成本也大幅度升高；而本电爆钻头1的电***组件11采用两个电极与金属丝113相结合的放电方式，可以有效降低对储能电容的需求，相对于现有电脉冲钻机的储能电容需要达到3000kj左右来说，本电***组件11只需要达到100kj即可实现电***组件11的***。

在可选的实施例中，电爆钻头1可以包括多个电***组件11。

在第一种可选的实施例中，多个电***组件11并联，即多个电***组件11的第一电极111均与脉冲放电单元的正极电连接，多个电***组件11的第二电极112均与脉冲放电单元的负极电连接。这样，可以分别控制各个电***组件11的***时间，使各个电***组件11的***时间相错开，可以使各个电***组件11***产生的冲击波叠加，从而产生更大的冲击波，提高电爆钻头1的碎岩或扩孔效果及效率。

在第二种可选的实施例中，多个电***组件11依次串联，这样，可以使多个电***组件11同时***。

具体地，相邻两个电***组件11的其中一个的第二电极112与另一个的第一电极111电连接，以使多个电***组件11依次串联。

在可选的实施例中，电爆钻头1可以通过正极电缆和负极电缆与脉冲放电单元形成回路。

这里，各个电爆钻头1的正极端均可以与正极电缆电连接，各个电爆钻头1的负极端均可以与负极电缆电连接，以使至少两个电爆钻头1形成并联。并且，正极电缆可以与脉冲放电单元的正极电连接，负极电缆可以与脉冲放电单元的负极电连接，以能够将脉冲放电单元输出的电脉冲输送给各个电爆钻头1。

在第一种实施例中，各个电***组件11的第一电极111可以通过第一导电件与正极电缆电连接，各个电***组件11的第二电极112可以通过第二导电件与负极电缆电连接。

在第二种实施例中，第一个电***组件11的第一电极111可以通过第一导电件与正极电缆电连接，最后一个电***组件11的第二电极112可以通过第二导电件与负极电缆电连接。

在可选的实施例中，电爆钻头1可以包括导电电芯和套设在导电电芯外的导电套筒，导电电芯可以与正极电缆电连接，导电套筒可以与负极电缆电连接，并且导电电芯和导电套筒之间设置有绝缘件，第一电极111可以与导电电芯电连接，第二电极112可以与导电套筒电连接，以使电***组件11与脉冲放电单元形成回路。

在第一种方式中，各个电***组件11的第一电极111均与导电电芯电连接，各个电***组件11的第二电极112均与导电套筒电连接，以实现多个电***组件11的并联。

在第二种方式中，第一个电***组件11的第一电极111与导电电芯电连接，第一个电***组件11的第二电极112与第二个电***组件11的第一电极111电连接，第二个电***组件11的第二电极112与第三个电***组件11的第一电极111电连接，如此依次连接，直至最后一个电***组件11的第二电极112与导电套筒电连接。

并且，在导电套筒对应金属丝113的位置均设置有开孔，以便于供金属丝113电***产生的冲击波作用到钻孔孔壁上。

在可选的实施例中，多个电***组件11可以沿竖直方向依次分布，这样，便于布置，有利于减小钻具的体积，并且便于多个电***组件11在***时均能够作用到钻孔孔壁上。

在本实用新型的可选实施例中，钻具还可以包括送丝装置12，送丝装置12可以用于将金属丝113输送至放电空间内。这样，在电***组件11的金属丝113完成一次电***后，通过送丝装置12可以给电***组件11补充金属丝113，重新完成金属丝113的装填，以满足下一次的放电***需求。

在可选的实施例中，送丝装置12可以设置在电爆钻头1的底端，并且送丝装置12可以位于最后一个电***组件11的下方，以便于送丝装置12为多个电***组件11补充金属丝113。

在可选的实施例中，送丝装置12可以包括绝缘盘和送丝驱动件，绝缘盘上卷绕有金属丝113，并且送丝驱动件能够驱动绝缘盘旋转，以使绝缘盘放丝。

这里，送丝驱动件可以为电机。

在可选的实施例中，送丝装置12还可以包括与导电套筒连接的导向部，导向部上设置有供金属丝113穿过的导向孔，导向孔可以与导向套筒同轴设置，并且导向孔可以位于最后一个电***组件11的正下方。这里，导向部可以为绝缘材质。随着绝缘盘的旋转，金属丝113可以向上移动，直至金属丝113可以与第一个电***组件11的第一电极111接触。

并且，为了避免金属丝113在向上移动的过程中出现弯曲或偏移，在第一电极111和第二电极112上均可以设置有导向槽，导向槽可以与导向孔相对应。这样，在金属丝113的移动过程中可以对金属丝113起到导向的作用，可以有效避免金属丝113偏移或弯曲。

在可选的实施例中，第一电极111和第二电极112上均可以设置有供金属丝113穿过的通孔114，以保证金属丝113能够与第一电极111和第二电极112接触，从而保证金属丝113能够与第一电极111和第二电极112电连接。

这里，通孔114可以与导向槽相对应。

在可选的实施例中，金属丝113上可以设置有含能物质，这样，金属丝113电***可以驱动含能物质***，可大幅度提升冲击波的峰值压力，增强冲击波对孔壁的压力，并且可降低设备电压。

在本实用新型的可选实施例中，如图6所示，脉冲放电单元可以包括至少两个储能模块，至少两个储能模块用于分别给至少两个电爆钻头1的电***组件11提供能量。

这里，储能模块可以为储能电容。

各个储能模块的正极端可以通过正极电缆分别与各个电爆钻头1的正极端电连接，各个电爆钻头1的负极端可以通过负极电缆分别与各个储能模块的负极端电连接。

在可选的实施例中，脉冲放电单元还可以包括控制模块和充电模块，控制模块可以与充电模块电连接，充电模块可以与各个储能模块电连接。控制模块能够控制充电模块给各个储能模块传输电能，当储能模块上的能量储存到设定值时，电能能够通过开关瞬间传递到电爆钻头1的电***组件11上，使电***组件11产生巨大的冲击波，以对岩石进行破碎。

需要说明的是，设定值可以为100kj。

在可选的实施例中，如图7和图8所示，储能模块可以包括至少一个第一储能模块，各个第一储能模块分别为各个电***组件11提供电脉冲波。

具体地，各个第一储能模块的正极端可以通正极导线分别与各个电***组件11的第一电极111电连接，各个第一储能模块的负极端可以通过负极导线分别与各个电***组件11的第二电极112电连接。这样，可以分别为各个电***组件11提供电脉冲波，以便于各个电***组件11可以在不同时段产生冲击波。

需要说明的是，图6、图7和图8中的“N”和“M”均可以为大于1的整数。

下面对本实用新型提供的钻机进行描述，下文描述的钻机与上文描述的钻具可相互对应参照。

如图5所示，本实用新型提供的一种钻机，可以包括钻机主体、钻进***4和如上述任意一个实施例所述的钻具。

本实用新型提供的钻机所达到的有益效果与本实用新型提供的钻具所达到的有益效果相一致，则这里不再赘述。

其中，钻进***4可以设置在钻机主体上，并且钻进***4可以用于钻孔。

在可选的实施例中，钻机还可以包括定位***6，定位***6可以进行钻孔定位，以确定钻孔的位置。

这里，不对定位***6的具体结构进行限定，定位***6可以为现有钻机的定位***6。

钻机的实施过程可以为：

第一步：对硬岩基坑工地进行勘测，并进行钻孔布孔；

第二步：通过钻机的定位***6，进行钻孔定位，并通过钻机的钻进***4进行钻孔钻进；

第三步：通过将钻具的电爆钻头1下放至钻孔内，并在钻孔内加入介质(不可压缩流体或低压缩流体：包括水、泥浆等，可根据不同需求进行配置)；

第四步：钻具的脉冲放电单元的控制模块控制充电模块将电能传输至储能模块上，当储能模块上能量储存到设定值时，电能通过开关瞬间传递电爆钻头1的金属丝113(或设置有含能物质的金属丝113)上，产生巨大冲击波，从而对岩石进行破碎；

第五步：若岩石已经沿钻孔破碎完成，则重复第二步到第四步，若岩石只是产生裂隙，则需要通过钻具的送丝装置12为电***组件11补充金属丝113，重复步骤第四步，直至岩石沿钻孔破碎。

在本实用新型的可选实施例中，钻机还可以包括电极提升***，电极提升***可以设置在钻机主体上，并且电极提升***可以用于控制钻具的电爆钻头1升降。这样，便于将钻具的电爆钻头1下放至钻孔内或在钻孔完成后将电爆钻头1从钻孔内取出。

在可选的实施例中，钻具的脉冲放电单元可以设置在钻机主体上，脉冲放电单元可以与钻机主体为一体式结构或为分体式结构。

或者，脉冲放电单元也可以不设置在钻机主体上。

在可选的实施例中，电极提升***可以包括电缆组件2和电缆卷扬3，电缆组件2可以用于电连接钻具的电爆钻头1和脉冲放电单元，电缆卷扬3可以设置在钻机主体的桅杆上，并且电缆卷扬3可以用于收放电缆组件2，以通过电缆组件2可以实现电爆钻头1的升降。

这里，电缆组件2可以缠绕在电缆卷扬3上，以便于电缆卷扬3收放电缆。

此外，电缆组件2可以绕过桅杆顶端的滑轮架，这样，便于电缆组件2带动电爆钻头1升降。

在本实施例中，电极提升***还可以包括驱动件，驱动件用于驱动电缆卷扬3转动。这里，驱动件可以为驱动电机。

在本实施例中，电缆组件2可以包括至少两个正极电缆和至少两个负极电缆，各个正极电缆可以分别与各个电爆钻头1的正极端电连接，各个负极电缆可以分别与各个电爆钻头1的负极端电连接。

需要说明的是，各个正极电缆和各个负极电缆均设置有绝缘套，以避免出现短路现象。

在本实施例中，脉冲放电单元的各个第一储能模块可以设置在电爆钻头1上，以便于对各个电***组件11提供能量。

在可选的实施例中，钻机还可以包括动力***5，动力***5可以为钻进***4和电极提升***提供动力。

钻机还可以包括控制***，控制***可以分别与定位***6、动力***5、钻具通信连接，以控制定位***6进行钻孔定位、控制动力***5为钻进***4提供动力，并且控制钻具对钻孔进行***。

并且，控制***还可以与电极提升***通信连接，具体地，控制***可以与电极提升***的驱动件电连接，以控制驱动件驱动电缆卷扬3转动。

这里，不对控制***、动力***5作具体限定，具体可以为现有钻机的控制台8和动力***5。

此外，钻机还可以包括气水***7，气水***7可以用于为钻孔提供不可压缩流体或低压缩流体。

这里，不对气水***7作具体限定，具体可以与现有钻机的气水***7相一致。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种钻具，其特征在于，包括：

至少两个电爆钻头，用于分别设置在至少两个钻孔内，各个所述电爆钻头均包括至少两个电***组件，所述电***组件能够产生冲击波，至少两个所述电***组件并联或依次串联；

脉冲放电单元，与各个所述电爆钻头的电***组件电连接，用于给所述电***组件输出电脉冲波。

2.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，至少两个所述电爆钻头并联设置。

3.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述电***组件包括：

第一电极，用于与所述脉冲放电单元的正极电连接；

第二电极，用于与所述脉冲放电单元的负极电连接，所述第一电极和所述第二电极之间设置有放电空间；

金属丝，位于所述放电空间内，所述金属丝的两端分别与所述第一电极和所述第二电极电连接。

4.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，相邻两个所述电***组件的其中一个的第二电极与另一个的第一电极电连接。

5.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，还包括送丝装置，所述送丝装置用于将金属丝输送至所述放电空间内。

6.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，所述金属丝上设置有含能物质。

7.一种钻机，其特征在于，包括：

钻机主体；

钻进***，设置在所述钻机主体上，所述钻进***用于钻孔；

如权利要求1-6任意一项所述的钻具。

8.根据权利要求7所述的钻机，其特征在于，还包括电极提升***，所述电极提升***设置在所述钻机主体上，所述电极提升***用于控制所述钻具的电爆钻头升降。

9.根据权利要求8所述的钻机，其特征在于，所述电极提升***包括：

电缆组件，用于电连接所述钻具的电爆钻头和脉冲放电单元；

电缆卷扬，设置在所述钻机主体的桅杆上，所述电缆卷扬用于收放所述电缆组件；

其中，所述电缆组件缠绕在所述电缆卷扬上，且所述电缆组件绕过所述桅杆顶端的滑轮架。