[發明專利]用于控制DTH錘的叢式鉆孔機的操作的方法及裝置

有效

• 申請號: 201210499706.8
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103244049A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 陳梁材;陳健材
• 申請（專利權）人: 震東機械設備有限公司
• 主分類號: E21B1/38
• 分類號: E21B1/38
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 高占元

技術領域

本發明大體上涉及土木建筑。更確切地說，本發明涉及一種用于建筑結構基樁的技術和設備。甚至更確切地說，本發明涉及一種用于控制在地面鉆孔的潛孔(down-the-hole，DTH)沖擊錘的叢式鉆孔機(cluster?drill)的操作的方法學和設備。

背景技術

常規的地面鉆孔設備或技術通常采用單個目標或外徑(outer?diameter，OD)目標鉆孔。根據地面狀況，有時為防止疏松地面狀況下的土壤坍塌，將一套管插入地面。而在地面層(ground?strata)結實的情況下，則沒必要將套管插入地面。無論是何種情況，在鉆孔過程中都需要挖走孔內的所有物質。

眾所周知地，單個DTH沖擊錘用于一般的地面鉆孔。DTH沖擊錘可受壓縮空氣或諸如水的加壓流體驅動。

DTH沖擊錘的叢式鉆孔機是多個DTH錘設置和分配在圓柱形外殼內的一實施方式，該圓柱形外殼的外徑限定了所鉆的孔的直徑。一個上述實施方式在圖1中示出。多個DTH錘也可設置和分配在具有一外徑和內徑(inner?diameter，ID)的環狀外殼內，其用于鉆取具有特定大小的環形孔。一個上述實施方式在圖2中示出。這兩種情況下，待鉆的孔的外徑可從最小的300mm到任一直徑長度不等。由于多個DTH錘可能有許多不同設置，孔的大小理論上沒有最大限度。在鉆環形孔的情況下，環形孔的內徑可從最小的200mm到任一較大的直徑長度不等。

DTH沖擊錘的叢式鉆孔機的現有設計與設置通常因其錘驅動機制使壓縮空氣或加壓流體的供應源集中。壓縮空氣或加壓流體的傳送路徑分支到所有的DTH沖擊錘，以便每個DTH沖擊錘促使(actuate)其相應的活塞撞到其前方鉆頭上。采用這一配置時，DTH沖擊錘組件的叢式鉆孔機能在其鉆孔區域錘擊并穿過均勻硬質材料或地層(ground?formation)。也就是說，當所有DTH沖擊錘同時撞擊均勻硬質材料或地層時，足夠的均勻分布的反作用力將反饋到鉆頭且依次推回到活塞以促進錘擊循環(hamming?cycle)。

然而，當DTH沖擊錘的叢式鉆孔機需要對包含不同硬度材料的混合地層進行鉆孔時，在實踐中則出現了問題。盡管硬質地層可提供足夠的反作用力反饋到鉆頭上、以促進其相應活塞的錘擊循環的繼續，但軟質地層不能提供充足的反作用力，使得鉆頭下落并停靠在鉆頭定位環上。活塞也隨著鉆頭停靠在鉆頭的頂部。然后，壓縮空氣或加壓流體將不流經底室、而是從鉆頭經由活塞的主排氣孔直接泄漏(escape)，在正規的錘擊循環中，如果地面足夠硬以至于能提供充足的反作用力，所述壓縮空氣或加壓流體通常能為活塞提供回程。而這時，由于供應的壓縮空氣或加壓流體經鉆頭底部直接釋放出去，DTH錘處于最大沖洗位置。這種狀況稱為“直接排氣現象”。

上述狀況是壓縮空氣或加壓流體經單個集中的供應源傳遞而來的結果，所述壓縮空氣或加壓流體用于DTH沖擊錘組件的集群內所有DTH沖擊錘的操作。直接排氣現象發生在撞擊軟質地面的各DTH沖擊錘(或甚至是單個DTH沖擊錘)內。由于經由鉆頭底部的流動阻力更低，這使得源于集中供應源的所有壓縮空氣或加壓流體繞過這些直接排氣路徑；與之相反地，當在那些撞擊硬質地面的DTH沖擊錘的活塞上驅動壓縮空氣或加壓流體時，則經歷較高的流動阻力。

此外，由于壓縮空氣或加壓流體經由與撞擊軟質地面的DTH沖擊錘相關的較低流動阻力路徑釋放，剩余的壓縮空氣或加壓流體不足以驅動撞擊硬質地面的那些DTH沖擊錘的其他活塞。隨后，撞擊硬質地面的DTH沖擊錘的活塞停止。因此，當DTH沖擊錘的叢式鉆孔機在鉆孔過程中遇到混合地層時，其將不再能穿透到該地面深度，且鉆孔將不能進一步進行。

實際上，上述狀況為DTH沖擊錘的叢式鉆孔機的現有設計在鉆孔作業中的應用局限，即DTH沖擊錘的叢式鉆孔機的現有設計只能用于鉆均勻的或堅固的巖層，而不能鉆混合地層。因此，需要這樣一種設備和/或方法學，其控制用于鉆混合地層的DTH沖擊錘的叢式鉆孔機的操作。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種用于控制潛孔(DTH)沖擊錘的叢式鉆孔機的操作的方法與裝置。本發明進一步的目的在于，使得DTH沖擊錘的叢式鉆孔機不僅能在均勻地層中鉆孔，而且能在包括硬質地層和軟質地層的混合地層中鉆孔。

附圖說明

下面將參照附圖對本發明的實施例作更詳細說明，附圖中：

圖1是包含DTH沖擊錘的叢式鉆孔機的鉆柱的示范性實施例的橫截面圖和底視圖；

圖2是用于環形孔鉆孔的鉆柱的一個實施例的橫截面圖和底視圖；