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专利号: 2022108777446
申请人: 张家宝
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水力冲孔装置,包括与钻机相连的钻杆(1),钻杆(1)与高压水冲孔钻头(2)相连,其特征在于:所述钻杆(1)与高压水冲孔钻头(2)之间、相邻的钻杆(1)之间均通过中空的连接杆(3)相连,连接杆(3)与高压水冲孔钻头(2)之间、连接杆(3)与钻杆(1)之间均通过螺纹副连接,连接杆(3)与高压水冲孔钻头(2)之间、连接杆(3)与钻杆(1)之间的螺纹副旋紧方向均与钻机正向旋转方向相反,连接杆(3)的内孔中设置有旋流板(31),旋流板(31)使高压水的旋流方向与螺纹副旋紧方向相反;

高压水冲孔钻头(2)包括与连接杆(3)连通的轴向段(21),轴向段(21)背离连接杆(3)的一端连接有中空的径向段(22),径向段(22)与轴向段(21)同轴设置且相互连通,径向段(22)上设置有径向射流孔(23)和轴向射流孔(24);

径向段(22)的直径大于轴向段(21)的直径,轴向段(21)与径向段(22)穿插配合,轴向段(21)的顶部与径向段(22)的顶板(221)的底面密封连接,径向段(22)的底板(222)与轴向段(21)的外壁密封连接,轴向段(21)位于顶板(221)和底板(222)之间的部位设置有连通轴向段(21)内孔与径向段(22)内腔的连通孔(25);

径向射流孔(23)设置在径向段(22)的周向壁(223)上,周向壁(223)与轴向段(21)外壁之间的顶板(221)上设置轴向射流孔(24),径向射流孔(23)和轴向射流孔(24)均设置有两个,两个径向射流孔(23)关于轴向段(21)对称设置,两个轴向射流孔(24)关于轴向段(21)对称设置;

周向壁(223)的内壁与轴向段(21)的外壁之间设置有两个固定块(26),两个固定块(26)关于轴向段(21)对称设置且将径向段(22)的内腔分割为第一腔体(4)和第二腔体(5),连通孔(25)设置有两个且分别与第一腔体(4)和第二腔体(5)连通,第一腔体(4)内设置有第一滑块(41),第二腔体(5)内设置有第二滑块(51),一个径向射流孔(23)、一个轴向射流孔(24)与第一腔体(4)连通,另一个径向射流孔(23)、另一个轴向射流孔(24)与第二腔体(5)连通;当钻机正向旋转时,第一滑块(41)、第二滑块(51)均封堵在连通孔(25)与轴向射流孔(24)之间且连通孔(25)与径向射流孔(23)连通;当钻机反向旋转时,第一滑块(41)、第二滑块(51)均封堵在连通孔(25)与径向射流孔(23)之间且连通孔(25)与轴向射流孔(24)连通。

2.根据权利要求1所述的水力冲孔装置,其特征在于:所述钻杆(1)的内径、高压水冲孔钻头(2)的内径、连接杆(3)的内径均相同,所述旋流板(31)位于连接杆(3)的流通截面内。

3.根据权利要求1或2所述的水力冲孔装置,其特征在于:所述连接杆(3)的上下两端均设置有沉孔(32),沉孔(32)的内壁上设置有内螺纹,所述钻杆(1)的上下两端、高压水冲孔钻头(2)的连接端均设置有凸出的小径段(11),小径段(11)的外壁设置有与所述内螺纹匹配的外螺纹。

4.根据权利要求3所述的水力冲孔装置,其特征在于:所述钻杆(1)的外径、高压水冲孔钻头(2)的外径、连接杆(3)的外径均相同,所述小径段(11)的长度与沉孔(32)的深度相等。

5.根据权利要求4所述的水力冲孔装置,其特征在于:所述第一滑块(41)的顶面与所述顶板(221)滑动密封、底面与所述底板(222)滑动密封、外周面与所述周向壁(223)滑动密封、内周面与轴向段(21)的外壁之间滑动密封,第一滑块(41)的左端部和右端部均设置有凸出的弧形轮廓面(411),所述固定块(26)的左端面和右端面均为平面形轮廓面(261),所述第二滑块(51)的结构与第一滑块(41)的结构相同。

6.一种水力冲孔方法,其特征在于:使用如权利要求5所述的水力冲孔装置,控制所述钻机正向旋转,钻机带动钻杆(1)、连接杆(3)和高压水冲孔钻头(2)同步正向旋转,在惯性作用力的作用下,所述螺纹副具有旋紧的趋势,同时高压水通过钻杆(1)、连接杆(3)向高压水冲孔钻头(2)输送,高压水作用于旋流板(31)具有周向旋转的分力和轴向的分力,在周向旋转分力的作用下,所述螺纹副具有旋紧的趋势,第一滑块(41)、第二滑块(51)均封堵在连通孔(25)与轴向射流孔(24)之间且连通孔(25)与径向射流孔(23)连通,高压水通过径向射流孔(23)朝周向方向冲击;

控制所述钻机反向旋转,钻机带动钻杆(1)、连接杆(3)和高压水冲孔钻头(2)同步反向旋转,在惯性作用力的作用下,所述螺纹副具有旋松的趋势,同时高压水通过钻杆(1)、连接杆(3)向高压水冲孔钻头(2)输送,高压水作用于旋流板(31)具有周向旋转的分力和轴向的分力,在周向旋转分力的作用下,所述螺纹副具有旋紧的趋势且与螺纹副旋松的趋势相互抵消,第一滑块(41)、第二滑块(51)均封堵在连通孔(25)与径向射流孔(23)之间且连通孔(25)与轴向射流孔(24)连通,高压水通过轴向射流孔(24)朝轴向方向冲击;

在钻孔成孔过程中,控制钻机反转,高压水通过轴向射流孔(24)射出,钻孔垂直射流钻进,钻进一段距离后,控制钻机正转,高压水通过径向射流孔(23)射出,对钻进一段距离后的钻孔进行冲击扩孔;或者当钻孔成孔后,控制钻机正转和反转交替进行,径向射流孔(23)喷出高压水扩孔且喷出渣土,轴向射流孔(24)喷出的高压水增加钻孔返水提高渣土的运移能力,确保渣土顺利排出孔洞。