[发明专利]一种地质勘探用的反循环钻机及其动力头

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是涉及一种用于反循环钻机的动力头。本发明还涉及一种具有上述动力头的反循环钻机。

背景技术

在地质勘探中，动力头是钻机的重要部件，其主要作用为驱动钻杆旋转、将扭矩通过钻杆输送至钻头，以达到破石钻进的目的。

现有的勘探用钻机主要为岩心钻机，利用管状钻头的回转作用切削、磨碎岩石，并不断向深部钻进以提取岩心，由于现有的岩心钻机主要利用磨碎的工艺进行钻采，其耗费的时间较长，效率低下，不能满足工期的要求。

而冲击反循环钻机具有冲击作用，利用冲击钻头（即钻具）对岩石进行较高频率的冲击，从而将岩石破碎，然后利用反循环排渣的方式及时将破碎的岩屑排出孔外。且动力头沿专用轨道进行提升和下降，故其起钻和下钻均比较方便，大大缩短了辅助时间，能够有效提高钻采的效率。

但是，现有的反循环钻机以水井钻机为主，其工作方式为将泥浆从钻杆和钻孔之间打入，然后从钻杆内部抽出，该种钻机由于在泥浆钻进时，密封圈会不断磨损，如不及时更换，泥浆就会渗漏进入轴承腔以及箱体中，影响轴承以及齿轮的使用寿命。更重要的是，在钻进的过程中，岩屑会随同泥浆一起从钻杆内部排出，混合了泥浆之后的岩屑很难作为地质勘探的样本，其不能用于地质勘探。

因此，如何设计一种能够用于地质勘探的反循环钻机，以提高取样效率和纯度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种反循环钻机的动力头，其钻采的效率较高。

本发明的另一目的是提供一种具有上述动力头的地质勘探用的反循环钻机，能够高效便捷地提取钻采样品。

为解决上述技术问题，本发明提供一种反循环钻机的动力头，所述动力头包括旋转接头、回转箱和气体分配器，所述旋转接头、回转箱和气体分配器分别包括旋转轴、主轴和芯轴，所述旋转轴、主轴和芯轴为同轴贯通设置的空心轴，且三者依次密封连接，所述旋转轴的外端设有排渣口，所述主轴与驱动马达相连，所述芯轴内与其同轴地设置有内管，所述内管的内端与所述芯轴的内壁密封连接，并与所述主轴的中空部贯通，所述内管的外径小于所述芯轴的内径，所述芯轴的内端沿其周向分布有至少一个供压缩空气进入的进气口。

本发明的动力头设有气体分配器，由于内管的内端与芯轴的内管壁密封连接，当压缩空气通过芯轴的进气口进入时，会进入芯轴内侧、内管外侧的空间，而内管的内端密封，则压缩空气只能向芯轴和内管的外端运动，然后逐步到达孔底；在冲击器的冲击作用下，孔底的岩石会破碎形成碎石，这些碎石在压缩空气的压力推动下，依次通过芯轴的内管、主轴的中空腔和旋转轴的中空腔向外排出，操作人员就能够从排渣口处收集样品，不仅保证了采取样品的质量，还简化了采样的过程，提高了勘探效率；采用冲击式的钻采方式能够有效提高钻采效率，经试验证明，本发明的动力头的钻采效率为普通设备的十倍以上；此外，本发明将整个动力头分为依次连接的旋转接头、回转箱和气体分配器三个部分，各个部分相对独立，不仅使得整个动力头的组装和拆卸更为方便，还能够保证密封的良好性。

优选地，所述进气口为4~8个，且沿所述芯轴的周向均匀分布。

进气口的均匀分布能够提高气体在内管外侧、芯轴内侧空间分布的均匀性，进而提高打孔时冲击力在孔周向的均衡性，避免出现局部冲击力过小的问题。

优选地，各个所述进气口均呈长圆孔状设置，且所述长圆孔的长度方向为所述芯轴的轴向。

由于其开度较大的方向与芯轴的轴向保持一致，而内管外侧、芯轴内侧的空间较为狭小，该空间也是沿芯轴的轴向延伸的，故当进气口采用长圆孔状设置时，其对压缩空气的进入所产生的阻力较小。

优选地，所述主轴通过大齿轮啮合有两个小齿轮，各个所述小齿轮均连接有驱动马达。

优选地，两所述小齿轮在竖直面内对称设置，且两者与竖直方向呈锐角设置。马达可以采用倾斜设置的方式，以减小其占用的面积，进而缩小动力头整体的体积；而驱动马达分别连接在两个小齿轮上，则两驱动马达相对独立，其控制和操作更为简单。

优选地，所述驱动马达为摆线式液压马达。摆线式液压马达为低速大扭矩马达，能够较好地满足钻采的需求，以便动力头能够实现无级调速，其转速的调整范围较宽，能够实现的扭矩较大，从而满足多种钻探工艺对转速的需求。

优选地，所述旋转轴的外端套装有密封套，所述密封套与所述旋转轴之间填充有盘根。密封套和盘根可以有效的起到密封和防尘的作用，以保证压缩空气正常运行，还可以防止旋转接头内的样品受到污染。