[发明专利]一种带套管钻的大直径气动潜孔锤

说明书

技术领域

本发明属于岩土钻凿工程与基础建筑桩基技术领域，尤其涉及一种带套管钻的大直径气动潜孔锤。

背景技术

人类利用冲击做功的方法从事生产劳动可以追溯到遥远的古代。古代人类在伐木、制造工具、狩猎等最早的生产劳动中就已学会了利用冲击方式进行破碎和加工。我国劳动人民在古代就制造了绳钻钻凿水井，到战国时代又根据冲击原理发明了弩机。在火药发明之后，利用火药爆炸产生强烈冲击作用的原理发明了火箭、火炮等。细看中国古代劳动人民的智慧史，经常可以发现冲击作用原理的应用。

虽然人类很早就用到了冲击来帮助更好的生产与劳动，但这些应用都是一次性(如弓箭)或者不连续的(如斧头)，而且应用在钻孔、水井上也较少，真正利用连续冲击实现钻进是近一、二百年的事情。1813年英国人理查·特里维锡科首先发明了以蒸汽为动力的冲击式凿岩机，连续的冲击动作才真正得以成为一种现实。意大利工程师巴特里特和杰曼·萨梅特又对以往的凿岩机进行了改进，于1857年8月15日宣布实验研究成功，这是现代冲击钻进技术的开端。

随后凿岩机在不断的发展，但人们发现对钻头顶部施加冲击力的方式存在能量浪费严重，效率低的问题，于是人们考虑如何在钻头的底部施加冲击力。通过不断的实践与研究，真正与现代潜孔冲击器(潜孔凿岩机)结构相近的潜孔冲击器，在1951年由比利时工程师安德烈·斯坦纽伊科设计制造。潜孔冲击器不仅能够充分利用设备的冲击能量，而且可使噪音大为降低，改善作业环境，减轻工人繁重的体力劳动。由于潜孔冲击器露天钻孔效率比传统的纲绳冲击式钻机高2-3倍，一时被公认为是钻凿坚硬矿石的经济而有效的钻孔设备。

潜孔冲击钻孔在日本、韩国也得到广泛的应用。中国幅员广阔，各个地区的地质情况差异很大，东南沿海这带地质情况多以硬岩，卵石漂石为主，地质情况较复杂。对于复杂地质情况，多使潜孔锤用跟管钻进，潜孔锤跟管撞见虽然可以很有效的对孔进行护壁，但潜孔锤跟管钻进技术对于这种地质，存在着入岩钻进施工难度较大且效率低的问题。潜孔锤跟管钻进也多用于小直径桩基孔的施工，对于大直径桩基孔的施工还很少见。

随着城市化进程不断加快，很多大型建设项目面临着工期紧任务重的难题，如何在有限的工期内安全高效环保地完成既定任务成为岩土凿岩与基础建设一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带套管钻的大直径气动潜孔锤，通过双速双向动力头分别驱动大直径气动潜孔锤与套管钻实现双旋转钻进，以达到孔径、孔壁质量良好，垂直精度高及施工迅速的效果。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案如下：

本发明提供了一种带套管钻的大直径气动潜孔锤，包括大直径气动潜孔锤、螺旋输送管和套管钻，以上部件同轴布置，所述螺旋输送管外套位于所述大直径气动潜孔锤的外部，以传递动力和防止在冲击过程中使所述螺旋输送管与所述大直径气动潜孔锤相互分离，所述套管钻位于所述螺旋输送管的外部，其间隙有利于上升的压缩空气带走孔底岩屑。

所述大直径气动潜孔锤包括上接头、外缸、活塞、导向套、卡环、密封圈、哈呋、衬套、垫片、下接头和钻头，以上部件依次同轴布置；所述上接头和所述下接头通过螺纹与所述外缸内壁进行固定连接，所述卡环内嵌在所述外缸内壁，并对所述活塞进行轴向限位以防止在装配钻头时所述活塞因自重从缸体内掉下来，所述导向套通过过盈配合固定在所述钻头中心孔上，使所述活塞能够垂直撞击所述钻头，所述哈呋通过所述外缸内壁和所述衬套进行轴向定位，并对所述钻头起限位作用，所述密封圈内嵌在所述哈呋外侧凹槽中，在所述外缸和所述哈呋之间进行密封，防止压缩空气泄漏，所述垫片位于所述外缸和所述下接头之间，增大所述外缸和所述下接头的作用面积，防止螺纹连接处在高频冲击下受到破坏，所述下接头通过花键配合将动力传递给所述钻头。

所述大直径气动潜孔锤通过钻杆与双动力头进行连接以传递动力。

所述钻头底部嵌齿面的直径为574mm，顶部与活塞相撞击面的直径为228mm，中心通气孔的直径为80mm，包括外花键、4个排气孔、8个纵向排渣口和4个横向排渣口；所述外花键与下接头矩形内花键进行连接以传递扭矩，所述排气孔、所述纵向排渣口和所述横向排渣口组成孔底排渣系统，所述排气孔与钻头中心通气孔成30°，对称布置，使气体射流能均匀地复盖整个孔底。

所述外花键的形状为矩形，键宽为36mm。

所述排气孔的直径均为45mm。

所述纵向排渣口和所述横向排渣口的直径均为60mm，具有弧形内陷式结构，对称布置，能够在保证钻头本体强度的前提下，减小压力损失，使岩屑能更快的排出孔底。