[发明专利]电磁驱动的可轴向伸缩的钻头破岩装置及使用方法

说明书

一种电磁驱动的可轴向伸缩的钻头破岩装置及使用方法，它包括钻头装置、旋转装置、连杆、电磁驱动装置和碎块清理装置；钻头装置外部底面与旋转装置输出端连接；旋转装置另一端与连杆左端连接；电磁驱动装置包括永磁体、通电螺线管和控制室，永磁体与连杆右端连接，通电螺线管设置于永磁体右侧同一轴线上；通电螺线管右端通过线缆与控制室连接，通过控制室改变交变电流性质，由通电螺线管在磁力作用下驱动永磁体轴向移动。该装置采用电磁力驱动钻杆钻头进行破岩，并集合了降温、切削和碎块清理功能，解决了现有技术适用性不广，无法有效缓冲钻杆，对设备伤害较大，危险性较高的问题，具有适用性强，不易损坏设备，操作简单，作业安全的特点。

技术领域

本发明涉及破岩技术领域，具体包括一种电磁驱动的可轴向伸缩的钻头破岩装置及使用方法。

背景技术

在现有技术中，岩土和矿石的开挖与开采仍以爆破为主要技术手段。采用这种方法开挖岩矿，不仅炸药和雷管等危险品生产、运输、储存和使用的危险性极大，给生产的安全性和社会治安带来极大的威胁。而且爆破过程中还常产生众多的负面效应，如爆破震动、飞石、空气冲击波、地下应力波以及大量的有毒气体、爆破粉尘和噪音等。同时，爆破破岩的成本也很高。现有的破岩技术除爆炸破碎以外，机械破碎、水射流破碎和热力破碎等三种也是较为常见的，但均有其缺陷。

机械破碎在硬岩中易造成工具磨损严重，例如专利号为“CN 109488206 A”，名称为“一种爆炸冲击波-机械钻井破岩装置”的专利，采用炸药和空气在爆炸腔内引爆，将冲击波通过喷嘴释放，从而对岩体造成冲击损伤的方式，来对硬质岩石进行结构破坏，继而通过钻头进行破岩。此类方式通过爆炸先行破坏了硬岩的结构，一定程度上减轻了钻头及钻杆在后续工作中的磨损，但爆炸的方式不仅存在安全隐患，对于装置本身的材质以及抗形变能力也有很高要求，极大的增加了作业成本。

水射流破碎目前多作为掘进机和露天牙轮钻机破碎岩石的辅助手段，无法独自使用。例如专利号为“CN 203164005 U”，名称为“高压水射流破岩实验装置”的专利，进采用高压射流对岩体进行破碎，使用效果有限，无法有效对硬质岩石进行破岩作业。

热力破碎在岩体内形成高的温度梯度,并利用岩石各组分的热胀系数不同,形成热应力,使岩体剥落或酥碎，例如专利号为“CN 109372433 A”，名称为“一种热力剥落破岩的PDC钻头”的专利，采用电磁波发生器对岩石进行照射加热，依靠热力剥落破碎岩石，高温状态下岩石通过中心水孔遇水突然冷却，由于岩石体内温度急剧变化，在岩石内部形成温度梯度，岩石内产生热破裂或者热冲击现象，导致岩石多种力学性质劣化，从而达到破岩效果。但是此类方式仅仅对于含石英较多的岩石有较好效果，并不适用于其余性质的岩石。

基于以上问题设计的电磁钻头技术在降低破岩成本、提高破岩速度，提高破岩安全性和精准性等方面都大大优于传统破岩工艺，具有广阔的发展前景。通过自旋，钻孔破岩、环形扩张切割和多脉冲钻孔破岩等三种模式，在电磁轴向伸缩钻孔破岩中，可实现轴向反转多次快速冲击，连接钻头的通磁铁与在电磁的交变作用下，可使钻头进行轴向伸缩。高频的电能可直接传递给钻头转化对岩石的机械能，达到破岩效果。与此同时，利用此原理，适当改变钻头及其他装置，可以手动操作或者由装置尾部的控制室来控制，实现精准打击，应用于微雕等领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁驱动的可轴向伸缩的钻头破岩装置及使用方法，该装置采用电磁力驱动钻杆钻头进行破岩，并集合了降温、切削和碎块清理功能，解决了现有技术适用性不广，无法有效缓冲钻杆，对设备伤害较大，危险性较高的问题，具有适用性强，不易损坏设备，操作简单，作业安全的特点。