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专利号: 2018106239118
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述钻孔取芯装置包括:钻孔取芯钻头、通气联轴、密封套和低温供气系统,所述通气联轴的一端活动连接有钻孔取芯钻头,所述通气联轴的中部活动套设有密封套,所述钻孔取芯钻头、通气联轴和密封套同轴设置;

所述钻孔取芯钻头包括中空结构的钻身和设置在钻身一端部的钻齿,多个所述钻齿沿所述钻身的端部周向分布;所述钻齿的中部卡设在所述钻身端部的壁上,且所述钻齿的两端沿着所述钻身端部的壁向内、外延伸,以便于弱胶结软岩的岩芯与所述钻身内侧壁形成内间隙,弱胶结软岩与钻身外侧壁之间形成外间隙,所述内间隙、相邻两个所述钻齿之间的间隙和所述外间隙形成一个通气和排渣的通道;

所述通气联轴侧壁上设有第一进气孔,第一进气孔与外界连通并且与通气联轴内部的空心内腔贯通,用于传输低温气体;

沿所述密封套的轴向设有贯通的第一腔体,所述密封套通过第一腔体套设在所述通气联轴的中部;所述密封套侧壁上设有第二进气孔,用于通入低温气体;所述密封套内还设有第二腔体,所述第一进气孔位于所述第二腔体内,所述第二进气孔连通所述第二腔体,便于进入所述密封套内的低温气体流入所述通气联轴内;

所述低温供气系统内的进气接头与所述密封套上的第二进气孔导通连接,低温气体进入所述密封套,然后通过所述通气联轴进入所述钻身内,进而对所述钻齿进行降温,并为岩屑的排渣提供动力。

2.如权利要求1所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述钻孔取芯钻头还包括环形凸台,所述环形凸台内部中空,所述环形凸台的底端与所述钻身的另一端部连接,所述环形凸台的顶端与所述通气联轴的一端活动连接;

优选地,所述钻身上设有刻度线,用于准确控制钻取深度。

3.如权利要求2所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述环形凸台通过底端外侧壁与所述钻身螺纹连接,所述环形凸台通过顶端的螺纹孔与所述通气联轴螺纹连接;

优选地,所述环形凸台的顶端外侧面上还设有卡口,所述卡口为相对设置的两个平面,便于所述环形凸台进行拆卸。

4.如权利要求2所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述通气联轴另一端连接电机传动轴,所述通气联轴用于带动所述钻身旋转。

5.如权利要求4所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述通气联轴为包括细轴段和粗轴段的阶梯轴,所述细轴段外侧与所述环形凸台顶端内侧壁螺纹连接,所述通气联轴的粗轴段连接电机传动轴。

6.如权利要求1所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述低温供气系统包括气泵、低温气体储存罐、第一阀门、第二阀门、流速监控器、温度监控器和进气接头;

所述第二阀门的一端与所述气泵连接,另一端与所述温度监控器的一端连接,且在所述第二阀门和所述气泵之间还设置有第一阀门,所述第一阀门的一端连接在所述第二阀门和所述气泵之间的管道上,所述第一阀门的另一端连接所述低温气体储存罐,用于控制所述低温气体储存罐的启闭和流速;在所述第二阀门与和温度监控器之间还设置有流速监控器,所述温度监控器和所述流速监控器用于显示进入钻孔取芯装置内的低温气体的温度和流速;所述温度监控器的另一端连接进气接头。

7.如权利要求1所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,多个所述钻齿在所述钻身的端部呈外高内低状排布,所述钻齿的一端的设置位置低于所述钻齿的另一端即所述钻齿朝向所述钻身轴心的一端低于所述钻齿远离所述钻身轴心的一端;

优选的,所述钻齿在所述钻身端面呈弧形叶片状排布,便于排渣。

8.如权利要求5所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述通气联轴的粗轴段上设有第一密封槽,所述密封套内侧壁面上设有第二密封槽,密封圈卡设在所述第一密封槽和所述第二密封槽内,实现所述密封套在所述通气联轴上的轴向固定,同时实现低温气体的密封。

9.如权利要求8所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯装置,其特征在于,所述第一密封槽和第二密封槽均有两个,两个所述第二密封槽设置在所述第二腔体的端面两侧,所述第二密封槽和所述第一密封槽对应设置。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于弱胶结软岩的钻孔取芯方法,其特征在于,所述钻孔取芯方法包括以下步骤:步骤1,钻孔取芯装置的组装:

首先将密封套通过第一腔体套入通气联轴,然后将通气联轴与取芯机的电机传动轴连接,其次将钻孔取芯钻头拧于通气联轴上,将低温供气系统接入到密封套的第二进气孔,最后将需要加工的弱胶结软岩固定于取芯机的加工平台上;

步骤2,低温供气系统的调节:

首先打开气泵,然后观察流速监控器,调节第二阀门,使气体速度达到合适值;再观察温度监控器,调节第一阀门,使气体温度处于合适值;

步骤3,弱胶结软岩的钻孔取芯:

首先打开取芯机,带动钻孔取芯钻头进行端面切削和轴向进给,然后实时观察排渣情况,不断调节第一阀门和第二阀门以便控制温度和流速;

取芯过程中,低温气体通过第二进气孔进入第二腔体,由第一进气孔进入钻孔取芯钻头内部,再由岩芯与钻孔取芯钻头内间隙进入钻齿之间的间距,最后通过岩芯与钻孔取芯钻头外间隙带着岩屑排出,实现了钻齿的降温和排渣;

步骤4,岩芯的取出:

当钻孔取芯钻头端部接近软岩底部时,先少量提升钻孔取芯钻头,再关闭取芯机电机,然后关闭低温供气系统;将钻身与环形凸台拧开,轻敲岩石并轻晃钻身使岩芯底端与岩石脱离,取出岩芯密封包装。