一种矿用软岩层钻进防塌孔钻头钻杆机构的制作方法

本发明涉及矿山开采，具体为一种矿用软岩层钻进防塌孔钻头钻杆机构。

背景技术：

1、旋挖钻孔技术通常用于矿山软岩层钻孔，是现代矿山建设桩基施工的代表之一。

2、在进行旋挖钻孔时，需要预先制作泥浆池，而后对钻孔位置进行定位，并通过机械方式预先钻取一定深度的孔，并在孔中放入套管防止钻孔塌陷，而后向套管内部通入泥浆，此时钻头进入至套管中即可进行钻孔，在钻孔过程中，利用钻杆与钻头的旋转与重力使土屑进入钻斗，土屑装满钻斗后，提升钻头出土，这样通过钻斗的旋转、削土、提升和出土，多次反复而成孔；在钻孔过程中，通过钻头的转动以及泥浆的作用，会在孔壁上形成泥浆壁，以此防止塌孔；但由于泥浆壁的防护作用有限，在一些较为松软的软岩层钻孔时，仍会容易产生塌陷的情况，为避免塌孔现象，申请号为cn202311196629.3的发明专利提供了一种矿用软岩钻进防塌孔钻头钻杆机构，该发明专利通过套管与钻杆连接，在进行钻孔时，可使套管跟随钻头移动，以此通过套管对孔壁进行支撑，防止塌孔现象，而在进行矿山建设桩基施工时，多数桩基需要的钻孔深度在30m以上，而随着套管的移动，套管与孔壁接触面积增加，从而增加套管与孔壁的摩擦力，进而增加钻孔阻力，这样不仅增设了设备的能耗，还会导致钻头的进给速度降低，进而降低钻孔效率。

3、为此，为了防止旋挖钻孔在进行矿石软岩层钻进时出现塌孔现象，且避免旋挖钻孔时的能耗增加与保证旋挖钻孔的效率，提出一种矿用软岩层钻进防塌孔钻头钻杆机构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种矿用软岩层钻进防塌孔钻头钻杆机构，为了防止旋挖钻孔在进行矿石软岩层钻进时出现塌孔现象，且还能减少钻孔时的能还以及提高钻孔效率，依靠钻斗的转动与竖直移动对孔壁进行挤压，避免孔壁塌陷，而由于提升过程中，泥土阻挡部位少，有效降低泥土的阻力小，因此在不影响出土效率的情况下，对孔壁进行压实，以此防止出现塌孔现象，且依靠出土时钻头提升动力对孔壁压实，从而有效减少能量的损耗。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种矿用软岩层钻进防塌孔钻头钻杆机构，包括钻杆、钻斗、钻头、斗门，所述钻斗与钻杆连接，所述钻头分为固定钻头与转动钻头，所述固定钻头固定安装在钻斗上，所述转动钻头限位转动安装在钻斗上，所述斗门与转动钻头固定连接，所述钻头上环形布置有多个挤压块，所述钻头与钻杆共同安装有驱动部件，所述驱动部件在钻杆沿方向转动时，推动所述挤压块突出至钻头边缘。

4、通过设置驱动部件，驱动部件在钻杆沿钻头的旋出方向转动时使挤压块突出至砖头边缘，因此在出土时，依靠钻机的提升力以及使钻杆沿钻头的旋出方向转动，通过驱动部件使挤压块突出至钻头边缘，从而挤压孔壁，进而在钻杆沿钻头的旋出方向转动时，带动挤压块旋转挤压孔壁，进而压实孔壁，避免孔壁塌陷，而在钻孔时，挤压块收缩至钻孔边缘内侧，不会挤压孔壁，从而避免阻力的增加，减少钻孔时的损耗以及保证钻孔进给速度，保证钻孔效率，该方式依靠旋挖钻机出土时的提升动力，对孔壁进行压实，而由于提升过程中，泥土阻挡部位少，此时泥土的阻挡阻力小，因此可根据正常速度进行钻头的移动，因此在不影响出土效率的情况下，对孔壁进行压实，以此防止出现塌孔现象，且依靠出土时钻头提升动力对孔壁压实，从而有效减少能量的损耗。

5、所述驱动部件包括动力盘、动力块、凸块、连接架、复位弹簧、锁紧组件，所述动力盘安装在钻杆上，所述动力块滑动安装在钻斗上方，所述动力盘边缘形成多个弧形状的凸起与凹陷，所述动力块上设有与动力盘边缘贴合的弧面，所述动力块与钻斗共同安装有复位弹簧，所述动力块上连接有连接架，所述挤压块为圆台状，且挤压块直径最大部位为底面，且底面设置在挤压块下方，所述挤压块转动安装在连接架上，所述钻斗套设在钻杆上，所述钻斗上设有锁紧组件，所述锁紧组件在挤压块移动至最大位移处时锁紧动力盘。

6、在钻杆沿第一方转动时，动力盘挤压动力块，从而使动力块向钻斗边缘移动，从而使挤压块突出至钻斗边缘，此时钻杆持续转动与提升，从而可使挤压块环形挤压孔壁，以此避免出现塌孔现象，而挤压块为圆台状，可使挤压块与孔壁的接触面为斜面，使得钻杆提升时，也可进行孔壁的挤压，从而避免钻杆在竖直方向位移时，导致孔壁泥土被刮除而掉落，造成孔壁压实效果变差，而挤压块的转动连接，可使挤压块在挤压孔壁时产生自转，有效减缓转动时的阻力，减低损耗，且滚压过程中，挤压可将孔壁的泥土带至块与孔壁的贴合部位处，以此避免泥土被刮落而影响孔壁的挤压效果，从而进一步避免塌孔现象，锁紧组件的设置，可使动力盘带动钻斗转动。

7、优选的，所述锁紧组件包括连接销、锁紧盘、卡槽一、卡槽二、卡齿、锁紧弹簧，所述钻斗上设有连接销，所述锁紧盘套设在连接销上，所述钻斗位于锁紧盘上下两侧开设有卡槽一与卡槽二，所述锁紧盘上下两侧均设有卡齿，且卡齿分别与卡槽一和卡槽二配合，所述锁紧盘下壁设有与钻斗连接的锁紧弹簧，所述锁紧盘上设有与动力盘配合的连接槽。

8、在进行出土时，由于钻斗套设在钻杆上，依靠钻斗自身重力使钻杆与钻斗产生相对位移，而此时锁紧盘失去钻杆的挤压，受锁紧弹簧作用向上移动，使卡齿进入卡槽二，并使连接槽与动力盘连接，此时挤压块持续处于最大位移处，且钻杆可带动钻斗转动，对孔壁进行压实，而在钻杆下移时，通过钻杆的挤压可使锁紧盘脱离卡槽二，且动力盘脱离与动力块的配合，进而解除对连接架的锁紧，使动力块可在复位弹簧的作用下复位，而该方式通过锁紧锁紧盘进行钻杆的动力传递，使得动力盘在挤压动力块至最大位移处时，不再挤压动力块，以此避免动力块安装部位因受扭矩而变形损坏，而该方式依靠钻杆的移动对动力盘进行锁紧与解锁，结构简单。

9、优选的，所述连接架转动安装在动力块上，且连接架由钻斗中心沿钻斗边缘斜向下倾斜，所述连接架上设有销孔，所述锁紧盘上设有与销孔配合的限位销，所述挤压块移动至最大行程处时，所述限位销与销孔距离钻斗中心距离相同。

10、依靠连接架的转动连接，在钻孔钻至硬岩层时，由于硬岩层的阻挡，此时连接架无法滑动，以此使连接架转动，以此避免随着岩层的变化，导致连接架无法伸出，从而避免动力盘持续挤压造成挤压块的损坏，因此可对零部件进行保护，而连接架由钻斗中心沿钻斗边缘斜向下倾斜，可使连接架更容易产生翻转，而限位销的设置，可在连接架转动时，避免卡齿进入卡槽二内部，此时动力盘转动时与锁紧盘产生相对位移而进行自转，进而避免连接架锁死，待钻斗移动至软岩层时，挤压块会再次被推出，直至限位销与销孔配合才可完成对连接架的锁紧，此时挤压块可再次伸出挤压泥土，使得钻头钻杆机构在从硬岩层移动至软岩层时，仍可对软岩层进行挤压，使得钻头钻杆机构对地形的适应性更高。

11、优选的，所述钻斗上设有调节块，所述调节块由钻斗中心沿钻斗边缘斜向上倾斜，所述连接架上设有与调节块配合的凸块。

12、依靠调节块的设置，在连接架向下翻转时，由于调节块由钻斗中心沿钻斗边缘斜向上倾斜，因此不会限制连接架转动，而在挤压块陷入孔壁时，由于孔壁的挤压以及锁紧弹簧的推力作用，会导致连接架产生摆动，从而导致多个挤压块伸出长度不同，造成钻头偏移，进而容易造成孔倾斜，而调节块的设置，以及配合钻斗的限位，可使动力块移动过程中，挤压块陷入泥土中，此时凸块的水平移动距离大于硬岩层移动的距离，进而在摆动过程中与调节块产生干涉，以此通过调节块的作用限制连接架向下翻转，并调节连接架的转动角度，以此保证挤压块伸出的水平距离相同，进而保证孔的垂直度，避免挤压块摆动影响孔的垂直度，而调节块可对连接架进行支撑，避免连接架转动部位受扭矩而损坏。

13、优选的，所述挤压块轴线沿钻头的旋出方向斜向下倾斜，所述挤压块最大半径大于动力盘半径最大值2-3cm，所述连接架上设有挡板，所述挡板与挤压块斜面及底面贴合。

14、而由于挤压块沿钻头的旋出方向斜向下倾斜，使得挤压块沿钻头的旋出方向倾斜，从而使挤压块刮除的泥土掉落在挤压块上，而挡板的设置，可阻挡掉落泥土，以此避免泥土掉落而造成孔壁的挤压效果降低，以此保证孔壁的挤压效果，防止塌孔现象出现，而挤压块最大半径大于动力盘半径最大值2-3cm，可使挤压块与孔壁贴合处产生沟槽，以此在挤压块转动过程中，使挤压块更容易将掉落泥土带至挤压块与孔壁之间，以此保证对孔壁的挤压效果。

15、优选的，所述连接槽背对钻头的旋出方向侧面沿钻头的旋出方向斜向上倾斜。

16、连接槽背对钻头的旋出方向侧面沿钻头的旋出方向斜向上倾斜，可在钻杆沿旋进方向转动时，可推动锁紧盘脱离卡槽二，该设置可在对孔壁挤压时，遇到石块或套管等障碍物的限制，导致钻头钻杆机构无法移动时，可使钻杆沿钻头旋入方向转动，此时即可解除对连接架的锁紧，使挤压块收缩至钻洞边缘内侧，以此解除对孔壁的锁紧，使钻头钻杆机构工作更为灵活，适应性更高。

17、优选的，所述钻斗与锁紧盘上设有多个与钻斗边缘连通的排渣槽，所述排渣槽由钻斗中心沿钻斗边缘斜向下倾斜，位于所述钻斗上的排渣槽与卡槽一距离钻斗中心距离最大值部位连通，位于所述锁紧盘上的排渣槽与连接槽距离钻斗中心距离最大值部位连通。

18、通过排渣槽的设置，且排渣槽卡槽一和连接槽，可通过钻斗转动离心力，使卡槽一与连接槽内部杂质受离心力作用排出，进而避免杂质堆积影响锁紧盘与卡槽与一和动力盘的连接，而排渣槽由钻斗中心沿钻斗边缘斜向下倾斜，可通过离心力与杂质自身动力进行排渣，以此提高排渣效果，而排渣槽与卡槽一和连接槽距离钻斗中心距离最大值部位连通，可避免杂质在卡槽一或连接槽内部凹陷部位堆积而影响锁紧盘与卡槽与一和动力盘的连接。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、1、通过钻孔设备出土动力，并通过钻杆沿钻孔反转方向转动，使钻头钻杆机构在出土过程中，通过驱动部件控制挤压块伸出钻斗边缘，以此依靠钻斗的转动与竖直移动对孔壁进行挤压，避免孔壁塌陷，而由于提升过程中，泥土阻挡部位少，有效降低泥土的阻力，因此可根据正常速度进行钻头的移动，从而在不影响出土效率的情况下，对孔壁进行压实，防止出现塌孔现象，且依靠出土时钻头提升动力对孔壁压实，从而有效减少能量的损耗。

21、2、通过将挤压块设为圆台状，并使挤压块转动安装在连接架上，可使挤压块在挤压孔壁时产生自转，有效减缓转动时的阻力，减低损耗，且滚压过程中，挤压可将孔壁的泥土带至挤压块与孔壁的贴合部位处，以此避免泥土被刮落而影响孔壁的挤压效果，从而进一步避免塌孔现象。

22、3、通过将挤压块沿钻杆沿钻孔反转方向倾斜设置，并通过设置与挤压块贴合的挡板，使挤压块刮除的泥土可被挤压块与挡板阻挡，以此避免泥土掉落造成孔壁的挤压效果降低，从而保证孔壁的挤压效果，防止塌孔现象出现，而挤压块最大半径大于动力盘半径最大值，可使挤压块与孔壁贴合处产生沟槽，以此在挤压块转动过程中，使挤压块更容易将掉落泥土带至挤压块与孔壁之间，以此保证对孔壁的挤压效果。

23、4、通过锁紧组件的设置，可通过钻杆的上下移动使挤压块突出至钻头边缘外侧或收缩至钻头边缘内侧，以此避免在钻孔过程中，挤压块与孔壁接触，进而降低钻头的阻力，减缓设备的能耗以及保证钻头的进给速度，保证钻孔效率。

24、5、通过将安装挤压块的连接架进行转动连接，而在遇到硬岩层时，驱动部件配合锁紧组件可使挤压块向下摆动，进而避免驱动部件的持续挤压造成挤压块损坏，而在挤压块移动至最大位移处时，锁紧组件才可使钻杆与钻斗进行锁紧，使得钻头钻杆机构在从硬岩层移动至软岩层时，仍可对软岩层进行挤压，使得钻头钻杆机构适应性更高。