[发明专利]一种轻便可拆分式超声波振动钻机及钻进方法

说明书

本发明涉及一种轻便可拆分式超声波振动钻机，包括回转机构、给进机构、支撑机构、卷扬机构及超声波振动器；所述回转机构包括钻杆和钻头，所述钻头能够回转钻进；所述钻杆一端连接钻头，另一端依次连接水龙头环状外壳、超声波振动器以及驱动装置；所述超声波振动器与驱动装置柔性连接，所述超声波振动器外部设有绝缘壳体，内部设有若干片环状压电陶瓷片、若干片环状电极片以及导电通道，还包括使用该钻机的钻进方法。本发明在正常回转振动钻进时，通过超声波振动机构将压电陶瓷产生的超声波频率振动力作用于岩石上提高了钻机的成孔深度及钻头的使用寿命；本发明采用可拆分式结构设计，极大的减轻了山地钻机的重量，结构简单，易于装拆和搬迁。

技术领域

本发明属于勘探设备技术领域，是山地勘探、隧道勘察专用设备，主要用于山区的土层、砂层、岩石地层的钻进、取样和成孔，具体涉及到一种适用于陡峻山地勘探的可拆分式轻便振动钻机及钻进方法。

背景技术

随着铁路、公路、电力等行业的发展，山地勘察的工作量增加，经常遇到地形陡峻、树木茂密、交通不便的“难进入”钻探施工区。勘探区域已经由最初的海拔较低、较平缓的平原、丘陵、戈壁转向真正意义上的山区，复杂的地形地质条件对山地钻机的适应性、方便性及经济性等各个方面都有了更高的要求。在山地隧道孔的地质勘察中需要进行大量的浅层岩石钻孔取样工作，由于山地遇到的岩石致密、强度高、研磨性强，使得山地钻机设备能力大幅度下降、钻进深度不够、钻头寿命短、钻进成本高的问题。山地和丘陵地区的勘探技术一直没有突破性的进展，这些地形对钻机的要求严苛，不得不放弃已布置且必要的钻探孔，从而使工程地质勘察精度受到影响，无法保证地质勘察工作有质量的完成。在山高林密的陡峻山地，传统的、常规的的山地钻机存在机具搬运困难、施工难度大、设备笨重、成本高等问题，现有山地钻机存在以下弊端：

一、现有型号最小的山地岩芯钻机重量在数百公斤以上，解体困难，无法适应山地搬迁，运输车式或者履带式钻机根本不具备陡峻山地的进场能力，极易造成整车翻车的事故；钻孔作业面狭窄、高差起伏大，如采取人力、畜力搬运，则劳动强度极大，易造成人员伤亡；山区钻探设备进场需砍伐大量树木和贵重农作物，以进行道路处理等，特殊费用甚至高于单孔报价；

二、目前市场上“轻便山地钻机”存在两方面问题，①采用液压控制，存在结构复杂、解体困难、难以搬迁、维修困难、成本高等弊病，且适用范围有限，大多只适用于松散（软）地层，遇到坚硬的岩石地层则无用武之地；②手持式背包钻机存在钻进深度浅的问题，例如46mm口径手持式背包钻机钻进深度50米、60mm口径手持式背包钻机钻进深度40米、75mm口径手持式背包钻机钻进深度30米、91mm口径手持式背包钻机钻进深度20米等，口径越大的钻机能达到的钻进深度越浅。

目前人们对低频（150Hz以下）振动钻机进行了较深入的研究，与岩石自振频率相当的超声波振动钻机的研发尚属探索阶段。超声波振动碎岩（频率20000Hz）利用共振-疲劳共同破坏，即完整岩石的固有频率一般为20KHz～40KHz，超声波振动使得岩石受到合理地共振，周期性的激振力作用于岩石致使内部快速产生裂纹，当裂纹扩展达到一定程度后发生突然断裂，岩石的强度会大幅度急剧下降，设备钻进深度、钻进速度、钻头寿命会得以提高，岩石从局部区域开始损伤累积，最终引起整体破坏。

综上所述，在这样的陡峻山地或者作业面狭窄区域（山区钻探、水上钻探、市区内管线密布地段钻探）迫切需要有一种性能优越、简单耐用、易拆解、易搬运的轻便钻机。一种适应复杂山地的轻便式超声波振动钻机的研发势在必行，故现有技术有待改进和发展。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的结构复杂造价高、重量大“不轻便”难以搬迀、维修困难不易操作的技术问题提供一种轻便可拆分式超声波振动钻机及钻进方法，具有轻便、方便拆装并且能够提高山地钻机钻探深度的特点。本发明属于山地勘探专用设备，尤其适合用于山区的土层、砂层、岩石地层的钻进、取样和钻探成孔。

本发明包括如下技术方案：