[發明專利]用于鉆孔的方法和鉆巖設備

無效

• 申請號: 200680037307.2
• 申請日: 2006-10-06
• 公開（公告）號: CN101283158A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 馬爾庫·凱斯基尼瓦;毛里·埃斯科;約爾瑪·梅基;艾莫·海林;尤哈·皮波寧;埃爾基·阿霍拉
• 申請（專利權）人: 山特維克礦山工程機械有限公司
• 主分類號: E21B6/00
• 分類號: E21B6/00;E21B7/24
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 田軍鋒;鄭立

技術領域

本發明涉及一種利用頂錘式鉆巖設備在巖石中鉆孔的方法，這種頂錘式鉆巖設備包括鉆巖機，鉆桿連接到所述鉆巖機，在鉆桿一端連接有鉆頭，且所述鉆巖機包括撞擊裝置和旋轉馬達，在該方法中，鉆桿和鉆頭與旋轉馬達一起旋轉，而應力脈沖通過撞擊裝置經由鉆桿和鉆頭而被引導至巖石，用于破碎巖石。本發明還涉及用于在巖石中鉆孔的鉆巖設備，所述鉆巖設備包括頂錘式鉆巖機、連接至鉆巖機的鉆桿和連接到鉆桿端部的鉆頭，且所述鉆巖機包括撞擊裝置和旋轉馬達，所述撞擊裝置用于經由鉆桿和鉆頭給巖石提供應力脈沖，所述旋轉馬達用于使鉆桿和鉆頭旋轉。

背景技術

當涉及硬巖石類型時，用所謂的頂錘式鉆巖設備來實現巖石鉆鑿，該頂錘式鉆巖設備包括鉆巖機、鉆桿和在鉆桿端部的工具(即鉆頭)，鉆桿由連接至鉆巖機的一個或更多互相連接起來的部件組成。在已知的解決方案中，鉆頭具有固定主體，在面向鉆鑿方向的固定主體的表面中，被嵌入有若干硬金屬塊，這些硬金屬塊通過來自于撞擊裝置的應力脈沖作用而進行有效的巖石破碎。已知解決方案具有缺陷，即巖石破碎需要較大的力，且因此硬金屬塊必須設計得更多考慮到加載的持續時間，而不是有效破碎巖石。隨著孔的直徑的增加，使孔的底部破碎的金屬塊的數量也將增加。金屬塊數量的增加也使鉆頭的設計更加困難，這是因為金屬塊應以均勻方式被加載。實踐中，事實是金屬塊以相對不均勻的方式被加載，從而降低了鉆鑿速率。

此外，利用頂錘式鉆鑿設備也很難鉆鑿大孔，最大的孔尺寸是5.5英寸至6英寸，這是因為在鉆鑿5英寸直徑的孔時已經出現了大量問題。在已知的頂錘式鉆巖設備中，巖石破碎所需要的能量也是非常高的，通常約600J至800J。在目前的設備中，鉆頭的硬金屬塊受到極高的應變力。當用較大的力頂著巖石推動鉆頭且金屬塊在巖石表面上滑移時，結果是強烈的磨損，在金屬塊的形狀設計中，這也必須被考慮進去。

具有8英寸至10英寸直徑的大孔通常利用旋轉鉆機來鉆鑿，該旋轉鉆機在沒有撞擊的作用下工作并使用配備有旋轉錐形牙輪鉆頭的鉆頭。這些存在問題，即巖石破碎需要極大的靜態作用力，且因此這些所謂的旋轉鉆鑿設備是笨重的且需要堅固的基座。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于鉆巖的方法和設備，其允許比以前更有效的鉆探，且與目前可行的尺寸相比較，其允許頂錘式鉆巖設備增加能夠經濟地并有效地鉆鑿的孔的尺寸。

本發明方法的特征在于：所用鉆頭是錐形牙輪鉆頭，且撞擊裝置提供在高頻率下的低幅度應力脈沖，使得鉆頭的負載因子是至少0.075。

本發明的鉆巖設備的特征在于：鉆頭是錐形牙輪鉆頭，且撞擊裝置設置成經由鉆桿和鉆頭給巖石提供在高頻率下的低幅度應力脈沖，使得鉆頭的負載因子是至少0.075。

本發明的基本思想是頂錘式鉆巖設備使用錐形牙輪鉆頭作為工具。本發明的另一基本思想是鉆鑿采用了在高頻率下產生的低幅度應力脈沖，使得鉆頭的負載因子是較高的，至少為0.075。

與目前用于頂錘式鉆鑿中的解決方案相比較，本發明具有金屬塊上的負載降低的優勢。同樣，進給力大大低于目前旋轉鉆鑿中所需要的進給力。由于應力脈沖幅度較低，因此用于鉆鑿的鉆桿設備可以考慮對鉆鑿至關重要的參數(如剛性、沖洗等)而得到更好地設計，這是因為鉆桿中的張力并不會限制設計。進一步的優點是錐形牙輪鉆頭提供了對稱負載，在通常鉆頭中，這不是常有的情形，在通常鉆頭中，前沿表面上的金屬塊必須不對稱地放置，以便能夠有效地鉆鑿。又一優點是：由于錐形牙輪鉆頭的旋轉運動，鉆鑿摩擦和工具磨損顯著低于目前可行的解決方案中的鉆鑿摩擦和工具磨損。

附圖說明

將結合附圖對本發明進行更詳細地描述，其中：

圖1是本發明的鉆巖設備的示意圖；

圖2示意性地顯示了在常規頂錘式鉆巖設備、所謂的旋轉鉆機和本發明的鉆巖設備中作用在鉆頭上的力；以及

圖3示意性地顯示了類似于圖2的在不同數值情況下的同樣的力。

具體實施方式

附圖顯示了頂錘式鉆巖設備，其包括鉆巖機1、連接到鉆巖機的鉆桿2和連接在鉆桿端部處的錐形牙輪鉆頭3。鉆巖機1包括撞擊裝置1a和旋轉馬達1b。撞擊裝置1a經鉆桿2將沖擊傳遞到錐形牙輪鉆頭3，且相應地，旋轉馬達1b使鉆桿和錐形牙輪鉆頭3與其一起旋轉。它們的結構和操作本身上是已知的，因此不需要對它們進行更詳細地描述。