[發(fā)明專利]一種輕便可拆分式超聲波振動鉆機(jī)及鉆進(jìn)方法

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• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112814571A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁鵬;王學(xué)剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司
• 主分類號: E21B7/24
• 分類號: E21B7/24;E21B15/00;E21B19/084
• 代理公司: 天津市君硯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12239
• 代理人: 張東浩

本發(fā)明涉及一種輕便可拆分式超聲波振動鉆機(jī)，包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、給進(jìn)機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)及超聲波振動器；所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括鉆桿和鉆頭，所述鉆頭能夠回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；所述鉆桿一端連接鉆頭，另一端依次連接水龍頭環(huán)狀外殼、超聲波振動器以及驅(qū)動裝置；所述超聲波振動器與驅(qū)動裝置柔性連接，所述超聲波振動器外部設(shè)有絕緣殼體，內(nèi)部設(shè)有若干片環(huán)狀壓電陶瓷片、若干片環(huán)狀電極片以及導(dǎo)電通道，還包括使用該鉆機(jī)的鉆進(jìn)方法。本發(fā)明在正常回轉(zhuǎn)振動鉆進(jìn)時，通過超聲波振動機(jī)構(gòu)將壓電陶瓷產(chǎn)生的超聲波頻率振動力作用于巖石上提高了鉆機(jī)的成孔深度及鉆頭的使用壽命；本發(fā)明采用可拆分式結(jié)構(gòu)設(shè)計，極大的減輕了山地鉆機(jī)的重量，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝拆和搬遷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于勘探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，是山地勘探、隧道勘察專用設(shè)備，主要用于山區(qū)的土層、砂層、巖石地層的鉆進(jìn)、取樣和成孔，具體涉及到一種適用于陡峻山地勘探的可拆分式輕便振動鉆機(jī)及鉆進(jìn)方法。

背景技術(shù)

隨著鐵路、公路、電力等行業(yè)的發(fā)展，山地勘察的工作量增加，經(jīng)常遇到地形陡峻、樹木茂密、交通不便的“難進(jìn)入”鉆探施工區(qū)。勘探區(qū)域已經(jīng)由最初的海拔較低、較平緩的平原、丘陵、戈壁轉(zhuǎn)向真正意義上的山區(qū)，復(fù)雜的地形地質(zhì)條件對山地鉆機(jī)的適應(yīng)性、方便性及經(jīng)濟(jì)性等各個方面都有了更高的要求。在山地隧道孔的地質(zhì)勘察中需要進(jìn)行大量的淺層巖石鉆孔取樣工作，由于山地遇到的巖石致密、強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)，使得山地鉆機(jī)設(shè)備能力大幅度下降、鉆進(jìn)深度不夠、鉆頭壽命短、鉆進(jìn)成本高的問題。山地和丘陵地區(qū)的勘探技術(shù)一直沒有突破性的進(jìn)展，這些地形對鉆機(jī)的要求嚴(yán)苛，不得不放棄已布置且必要的鉆探孔，從而使工程地質(zhì)勘察精度受到影響，無法保證地質(zhì)勘察工作有質(zhì)量的完成。在山高林密的陡峻山地，傳統(tǒng)的、常規(guī)的的山地鉆機(jī)存在機(jī)具搬運(yùn)困難、施工難度大、設(shè)備笨重、成本高等問題，現(xiàn)有山地鉆機(jī)存在以下弊端：

一、現(xiàn)有型號最小的山地巖芯鉆機(jī)重量在數(shù)百公斤以上，解體困難，無法適應(yīng)山地搬遷，運(yùn)輸車式或者履帶式鉆機(jī)根本不具備陡峻山地的進(jìn)場能力，極易造成整車翻車的事故；鉆孔作業(yè)面狹窄、高差起伏大，如采取人力、畜力搬運(yùn)，則勞動強(qiáng)度極大，易造成人員傷亡；山區(qū)鉆探設(shè)備進(jìn)場需砍伐大量樹木和貴重農(nóng)作物，以進(jìn)行道路處理等，特殊費(fèi)用甚至高于單孔報價；

二、目前市場上“輕便山地鉆機(jī)”存在兩方面問題，①采用液壓控制，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、解體困難、難以搬遷、維修困難、成本高等弊病，且適用范圍有限，大多只適用于松散（軟）地層，遇到堅硬的巖石地層則無用武之地；②手持式背包鉆機(jī)存在鉆進(jìn)深度淺的問題，例如46mm口徑手持式背包鉆機(jī)鉆進(jìn)深度50米、60mm口徑手持式背包鉆機(jī)鉆進(jìn)深度40米、75mm口徑手持式背包鉆機(jī)鉆進(jìn)深度30米、91mm口徑手持式背包鉆機(jī)鉆進(jìn)深度20米等，口徑越大的鉆機(jī)能達(dá)到的鉆進(jìn)深度越淺。

目前人們對低頻（150Hz以下）振動鉆機(jī)進(jìn)行了較深入的研究，與巖石自振頻率相當(dāng)?shù)某暡ㄕ駝鱼@機(jī)的研發(fā)尚屬探索階段。超聲波振動碎巖（頻率20000Hz）利用共振-疲勞共同破壞，即完整巖石的固有頻率一般為20KHz～40KHz，超聲波振動使得巖石受到合理地共振，周期性的激振力作用于巖石致使內(nèi)部快速產(chǎn)生裂紋，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定程度后發(fā)生突然斷裂，巖石的強(qiáng)度會大幅度急劇下降，設(shè)備鉆進(jìn)深度、鉆進(jìn)速度、鉆頭壽命會得以提高，巖石從局部區(qū)域開始損傷累積，最終引起整體破壞。

綜上所述，在這樣的陡峻山地或者作業(yè)面狹窄區(qū)域（山區(qū)鉆探、水上鉆探、市區(qū)內(nèi)管線密布地段鉆探）迫切需要有一種性能優(yōu)越、簡單耐用、易拆解、易搬運(yùn)的輕便鉆機(jī)。一種適應(yīng)復(fù)雜山地的輕便式超聲波振動鉆機(jī)的研發(fā)勢在必行，故現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價高、重量大“不輕便”難以搬迀、維修困難不易操作的技術(shù)問題提供一種輕便可拆分式超聲波振動鉆機(jī)及鉆進(jìn)方法，具有輕便、方便拆裝并且能夠提高山地鉆機(jī)鉆探深度的特點。本發(fā)明屬于山地勘探專用設(shè)備，尤其適合用于山區(qū)的土層、砂層、巖石地層的鉆進(jìn)、取樣和鉆探成孔。

本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：