[发明专利]一种喷砂钻机

说明书

本发明涉及水平导流孔钻机的改进，具体是一种喷砂钻机。本发明包括钻孔系统，在钻孔系统上连接喷砂系统；喷砂可防止导流孔堵塞，即使塌孔，孔底部砂层也能成为导流孔内有效的渗水通道；钻头和钻杆退出导流孔与深孔喷砂同步进行，无需套管、无需更换钻具，提高了钻孔效率。本发明可使导流孔的盲孔率至少减少15％，收液率提高10％以上，经济效益显著。

技术领域

本发明涉及水平导流孔钻机的改进，具体是一种喷砂钻机。

背景技术

目前，离子型稀土矿山采用原地浸矿工艺进行开采，该工艺具有占用土地少、不破坏山体表土层、工程投入少、劳动强度低、不产生浸矿尾砂等优点。直接在矿山表面钻垂直注液孔，从注液孔向矿体注入浸矿液，浸矿液中的浸矿剂与矿体中的稀土离子发生交换反应，从而形成含稀土离子的浸矿母液并向下渗流，通过矿体下部的收液工程收集母液。收液工程包括水平导流孔、集液巷道和集液沟，收集的浸矿母液大部分从水平导流孔渗出，再汇入集液巷道或集液沟。收液工程需要钻大量平行且等间距布置的水平导流孔。

目前，水平导流孔的施工主要使用一种稀土矿专用的千米钻，该钻机结构简单、自重轻，钻孔时钻头前端喷射水流，以水力冲蚀土体，具有钻孔成本低，设备损耗小的特点，且由于射流的水压力低、流量大，产生大量废弃泥浆污染环境；千米钻的轻量化设计，导致钻杆刚度小，钻较深孔时钻杆易弯曲；千米钻动力也较小，主要以水射流成孔且压力不高，所以遇到坚硬土层的钻进效率低。

另一方面，水平导流孔成孔后容易塌孔堵塞。因钻孔时扰动土体，水射流使孔周土体饱和软化，且收液过程中，土体长时间受水压力作用以及渗流带走部分细颗粒的影响，生产过程中导流孔不可避免发生塌孔。生产中至少有40％—50％的导流孔因塌孔堵塞成为盲孔，尤其易崩解的土质塌孔更加严重。生产中可观察到的现象是：数个相邻的导流孔，母液流出集中在个别导流孔，部分导流孔有少量母液流出，还有大量导流孔甚至无液体流出。因为塌孔堵塞，等间距布置的导流孔不能有效覆盖整个收液区域，降低了收液率。

相比现在普遍使用的千米钻，锚喷钻机(MX-60A型锚喷钻机)更有优势，它是一种以钻头切削土体钻进，侧面喷高压水射流扩孔成桩的钻机，其动力更强，钻杆刚度更大，但现有的锚喷钻机用于水平导流孔钻孔仍不能解决塌孔堵塞问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷砂钻机，解决钻水平导流孔时泥浆排放量大，成孔后易塌孔堵塞的问题。

本发明的技术方案：一种喷砂钻机，包括钻孔系统，在钻孔系统上连接喷砂系统；所述的喷砂系统包括吸砂泵及电机，电机与变频器电连接，它们均安装在底座上；吸砂泵的进口连接一个三通管，三通管的一端通过吸砂胶管与砂池连通，另一端连接进水管，进水管与水池连通，进水管上装有球阀；吸砂泵的出口连接出砂胶管，出砂胶管上装有电磁流量计；出砂胶管的出口上安装有双重分流器，双重分流器的一连接口经所述钻孔系统的动力头与钻杆的内管连通，另一连接口与所述的钻孔系统的喷水管连通，喷水管与钻杆的内管和外管之间的封闭空腔连通；所述钻孔系统的钻头上沿轴心线设置有一喷砂通孔，喷砂通孔与钻杆的内管连通，喷砂通孔上装有止回阀；在钻头上还设置有一平行于喷砂通孔的喷水通孔，喷水通孔与钻杆的内管和外管之间的封闭空腔连通，喷水通孔的出口上装有水喷嘴。

所述的钻孔系统为锚喷钻机(MX-60A型锚喷钻机)。

所述钻头的喷砂通孔直径为30—40mm。

所述钻头的水喷嘴的射流压力为10—15MPa。

喷砂时由钻孔系统控制钻头的后退速度v，钻头的后退速度v按关系式(1)计算：

关系式(1)中：v为钻头的后退速度，Q为含砂水流的流量，η为导流孔内砂的填充率，35％≤η≤50％，d为导流孔直径，k为砂的表观密度，l为饱和砂的堆积密度，m为水的密度，n为含砂水流的密度。