[实用新型]等离子火焰钻机

说明书

本实用新型涉及一种采矿打炮眼、打桩、钻水井、石油钻井等作业的钻机，尤其是一种利用等离子焰流熔化岩层并抽吸熔岩从而形成井孔的火焰钻机。

目前国内外普遍采用机械钻井，由于岩层坚硬，机械钻井作业艰苦，设备部件消耗严重，工效低。特别是石油钻机庞大笨重、造价昂贵、钻井工艺复杂、劳动强度大、钻井成本高。尤其是石油钻机的钻头，每使用20小时就因磨损需更换。更换钻头时需反复提升、锁紧、拆卸、下放6米长一根的钻杆。中深井作业，钻杆有数百根。此作业极繁琐，急待改进。国外多年前就把目光投向火焰熔化岩层钻井。六十年代我国马鞍山矿从加拿大引进喷射煤油的火焰钻机，由于煤油燃烧不完全形成表面黑碳，不能很好地熔化岩层而未得推广。国内曾于七十年代初试制成用喷气发动机尾焰熔化岩石的火焰钻机，它能够熔化某些岩石，但在结构上没有解决输送熔岩的问题，不能深钻，也未成功。在国内外火焰钻机的研究至今未取得实质性的进展。

本实用新型的目的是提供一种火焰钻机，它能迅速熔化任何岩层，并输送熔岩至井口地面。它克服目前国内外现有火焰钻机没有找到更适当的热源和结构方面不能输送熔岩至地面的缺陷，能够可靠稳定地进行火焰钻井作业，而且它钻井工效高，构造简单、造价低廉，减轻工人劳动强度，简化钻井工艺，可以替代机械钻机。经试验等离子火焰流熔化泥土，混凝土花岗岩等石块用抽吸管试吸成2～5mm的小颗粒熔渣是成功的。

本实用新型的目的是这样实现的：一种用于钻井的火焰钻机，由火焰钻头、转盘输送机构、直流电源、空气压缩机、循环水箱、与火焰钻头连接的气管路和水管路、控制箱构成，其特征是：火焰钻头是由等离子枪和设有负压装置的管连接而成，设有负压装置的管连于井口转盘输送机构。所说的设有负压装置的管是紫铜管和软管连通的管，它与形成等离子枪喷嘴孔的紫铜块焊接并且与喷嘴孔同走向，所说的负压装置是导引压缩空气从管路侧进入管路、只流经管路一端的装置。本实用新型的火焰钻机，等离子枪喷出20000℃～50000℃高温的具有强大冲刷力的等离子焰流能很快地熔化任何岩层。根据在管的一端造成正压则在该管的另一端能形成负压的原理，将设有负压装置的管与等离子枪焊接。负压装置导引压缩空气从管路侧进入管路只流经该管路的一端，在该管路的另一端形成负压，负压端的端口具有抽吸力。将此具有抽吸力的管的端口焊于等离子枪的喷嘴孔旁，等离子焰流熔化岩层为岩浆，管抽吸熔岩进管腔。被抽吸进管腔的熔岩迅速冷却成火柴头般的小颗粒溶渣随吸力沿管上升。上升至与压缩空气汇合后，还会受到压缩空气向上的推力。管与等离子枪焊接，管口中心距等离子枪喷嘴孔中心不超过40mm，便于抽吸熔岩。管的另一端连于转盘输送机构，由于转盘输送机构置于地面井口处，管中小颗粒熔渣沿管上升可以到达地面。本实用新型这种设置了负压装置的具有抽吸力的管称作抽吸管。抽吸管可由金属材料与软管连接而成，也可以全是软管。本实用新型中抽吸管是用紫铜管与软管连接而成，把紫铜管称紫铜抽吸管，软管称抽吸软管。显而易见，紫铜抽吸管与抽吸软管连为一条通管。抽吸软管可用紫铜蛇皮软管外包软橡塑材料，也可以仅用橡胶材料，还可以是橡线材料的等等。本实用新型中抽吸软管用紫铜蛇皮软管外包软橡塑材料制成。本实用新型抽吸管与等离子枪的连接也有几种方式，可以焊接，也可以用紧固件连接；可以一只管与一只等离子枪连接，也可以几只管与几只等离子枪连接。在管上设置负压装置的结构有多种，可用压缩空气形成负压，也可以用水或其它液体形成负压。

等离子枪的工作原理是：等离子枪的钨棒和水冷的铜喷嘴分别接直流电源两极，高频引弧、电弧燃烧于钨棒和喷嘴之间，连续送入的工作气体穿过电弧空间后成为从喷嘴喷出的具有20000℃～50000℃高温和大冲刷力的等离子焰流，这个等离子焰流常用于各种加热。等离子枪的结构包括：钨棒、喷嘴、压缩室、高频和气室。钨棒的一端悬置于气室中，气室与压缩室，喷嘴孔连通、喷嘴孔狭长。工作气体切向进入气室，经压缩室旋转冲出喷嘴孔。喷嘴的冷却至关重要。等离子枪的各参数取决于钨棒，钨棒选定后，等离子枪各部尺寸、电压、工作电流、气压、水压都随之确定。本实用新型钨棒的规格可在直径6～13mm，再参考规范确定等离子枪的各参数。