專利名稱：用于鉆機中的鉆頭沖擊裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆機中的鉆頭沖擊裝置。特別地講，該鉆頭沖擊裝置能夠在均勻壓力作用下有效地沖擊錘式鉆頭的整個區(qū)域，而不會向鉆機施加過大的載荷，從而錘式鉆頭不會由于活塞沖擊力的局部集中而發(fā)生損壞。
背景技術(shù)：
通常，“鉆探”是指在土壤中鉆取較小直徑的孔以獲得關(guān)于地層結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的信息的操作。進行鉆探操作目的是獲得土壤中的信息或抽取石油、天然氣、溫泉及地下水等。
所鉆取的井或洞的尺寸變化很大，長度從大約幾米到幾千米，直徑從幾毫米到幾十厘米。目前，洞或井的直徑可以被鉆取到大到幾米，以便能將洞或井作為垂直礦井使用。
鉆探方法可分為沖擊型鉆探和旋轉(zhuǎn)鉆探，在沖擊型鉆探中，對鉆頭施加沖擊，以壓碎限定井的巖石，在旋轉(zhuǎn)鉆探中，連接在鋼管上的鉆頭連同金剛鉆和/或硬金屬一起轉(zhuǎn)動，同時它們被擠壓在限定井的巖石上。世界上最深的井或井大約8000米，其是在美國的石油地帶鉆探的。
在這種深度的井中，具有預定長度的多個鋼管被連接起來，目的是延長它們的整個長度。然而，鋼管或桿(以下被稱為“鋼管”)需要經(jīng)常提起，以便更換鉆頭、將鋼管(也被稱為“鉆管”)插入井中或進行各種檢查。
為此，安裝了較大的提升機塔臺，動力裝備及其他用于鉆取泥漿的設備一起被安置在提升機塔臺的四周，其中用于鉆取泥漿的設備用于去除被鉆取后的材料，以防止井壁發(fā)生倒塌。在產(chǎn)油地帶所見的提升機塔臺表示正在進行鉆探操作。
鉆探在用于開挖地下礦床的礦藏開采中也是非常重要的操作。洞或礦井在礦藏開采中被用作排氣孔或通風孔、礦石或廢巖石通道或電纜通道。在地質(zhì)勘測或礦床開采中鉆取礦井之前，通常需要進行初步鉆探。
盡管礦藏鉆探不需要像石油鉆探那樣鉆取得很大，但已經(jīng)發(fā)展了很多技術(shù)，使得井能被沿著任何方向或角度鉆取，或鉆取到任何深度。旋轉(zhuǎn)鉆探能夠以棒料的形式提取出巖芯，從而能夠獲得作為開采希望結(jié)果的巖石的性能、級別及礦床的質(zhì)量。在沖擊型鉆探中，能夠?qū)︺@取過程中從井中提取的巖石粉末進行檢驗，以判斷巖石的性能和級別。這種用于提取“巖芯”的鉆探被稱為巖芯鉆探，用于提取巖石粉末的鉆探被稱為泥漿鉆探。
鉆探使得各種測量儀器和試驗裝置能被插入井中，從而該井能夠用作調(diào)查地殼內(nèi)結(jié)構(gòu)或狀況的井。此外，鉆探能夠在水壩建造或建筑中用作初步調(diào)查。
這種鉆探操作中使用的鉆機使用各種不同的錘式鉆頭，這些鉆頭根據(jù)它的使用和地層(地質(zhì))狀況而具有不同的標準和結(jié)構(gòu)。錘式鉆頭的類型通常可分為直接鉆取型錘式鉆頭和間接鉆取型錘式鉆頭。
當?shù)貙泳哂兴Ｍ臓顩r時或鉆探不是在較淺的情況下進行時，使用直接鉆取型錘式鉆頭，其中安裝在錘式鉆子上的鉆頭套被轉(zhuǎn)動，以鉆取土壤，而不需使用鋼管。
在進行需要將鋼管掩埋在井中的鉆取操作時，使用間接鉆取型錘式鉆頭，其中鉆頭套和安裝在錘式鉆子上的鉆頭被驅(qū)動，以鉆取比鋼管直徑更大的井，然后將鉆頭通過鋼管拉出。
在間接鉆取中，當錘式鉆子前行到更深的地下位置時，壓力就會大大增加，從而大能量載荷就會阻礙錘式鉆頭，因此會給鉆取操作增加非常大困難。
盡管錘式鉆頭的價格根據(jù)商品的類型和標準而會不同，但每個間接鉆取型錘式鉆頭的價格高達大約5000-30000美元。因此，使用錘式鉆頭無論在任何時候鉆探，鉆取操作都需要非常小心地進行。如果錘式鉆頭在操作中被損壞或破裂，就會產(chǎn)生直接關(guān)系到建造成本的問題。
然而，在傳統(tǒng)鉆機中的鉆取方法具有這樣的問題，即鉆機中的錘式鉆頭的整個區(qū)域不能在均勻壓力下沖擊，從而在操作中鉆機活塞的沖擊力可能會出現(xiàn)局部集中，因此可能瞬間損壞錘式鉆頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到了上述問題而研制的，并且因此本發(fā)明的目的是提供一種用于鉆機中的鉆頭沖擊裝置，其能夠以均勻的壓力有效地沖擊錘式鉆頭的整個區(qū)域，而不會向鉆機施加過大的載荷，從而錘式鉆頭不會由于活塞沖擊力的局部集中而發(fā)生損壞。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供的一種用于鉆機中的鉆頭沖擊裝置，包括后側(cè)頭部，其具有中心入口，空氣以預定的壓力值引導通過該中心入口；單向閥，其被安置在所述后側(cè)頭部的入口的下面，用于防止已引入的空氣向所述后側(cè)頭部的入口回流；套管，其用于通過上側(cè)內(nèi)周而與所述后側(cè)頭部的下端密封連接，并且通過下側(cè)內(nèi)周而與錘式鉆頭可滑動地連接，所述錘式鉆頭由卡盤固定；活塞，其在所述套管內(nèi)安置于所述錘式鉆頭的上方，用于在空氣分配器的氣壓分布作用下于所述套管內(nèi)作往復的上升和下降運動，以向下沖擊所述錘式鉆頭；以及所述空氣分配器，其在所述套管內(nèi)安置于所述后側(cè)頭部和所述活塞之間，用于適當?shù)胤峙淇諝?，從而所述活塞能夠垂直作往復運動，以沖擊所述錘式鉆頭。在本發(fā)明的鉆頭沖擊裝置中，所述空氣分配器包含圓筒形閥座，其形成在上端，用于接收所述單向閥；通孔，其側(cè)向形成在所述閥座的下面；固定翼，其在所述通孔的下面向所述套管的內(nèi)周突出，并緊緊地固定在內(nèi)周上，而且還具有中心通孔；軸向管，其被固定在所述固定翼的下部，并具有軸向孔和上行孔，所述上行孔側(cè)向形成在所述軸向管的下部中；以及操作管，其在所述軸向管外側(cè)安置于所述固定翼的下面，所述操作管具有中心引入孔、側(cè)向形成在所述操作管上部中的下行孔、從所述軸向管的上行孔延伸的上行孔及具有通孔的連通管，并且所述連通管分別與上行孔連接。另外，所述活塞包含中心縱向通道，其用于接收所述軸向管和所述空氣分配器的操作管；上行孔，其形成在所述活塞的這樣一個位置上，即在所述活塞沖擊所述錘式鉆頭之后而于所述套管內(nèi)的上升過程中，其與所述連通管中的所述通孔相通；回流凹槽，其形成在所述縱向通道中的這樣一個位置上，即在所述活塞的下降過程中，其與連通管中的所述通孔相通，所述縱向通道的內(nèi)周與所述回流凹槽下方的所述軸向管的外周緊密接觸，所述活塞具有與所述套管的內(nèi)周相對應的外周和減徑下部；排氣引入通道，其縱向形成在所述活塞的外周中，并與所述上行孔相通；以及門擋，其形成在所述引入通道的中部，以緊緊地與所述套管的內(nèi)周接觸。此外，所述套管包含形成在內(nèi)周上的上行凹槽，在通過所述活塞對錘式鉆頭進行了沖擊后，所述活塞中的所述門擋被放置在所述上行凹槽中，以打開所述排氣引入通道。


通過參照附圖而對本發(fā)明優(yōu)選實施例進行下面的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點會變得顯而易見，附圖包括圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置的分解透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置在上升之前的縱向剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置在下降之前的縱向剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置處在未加載位置時的縱向剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣分配器的縱向放大剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細地說明，它們的實例顯示于附圖中。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置的分解透視圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置在上升之前的縱向剖視圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置在下降之前的縱向剖視圖，圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的鉆頭沖擊裝置在未加載位置時的縱向剖視圖，圖5是本發(fā)明實施例的空氣分配器的縱向放大剖視圖。
鉆孔機中的鉆頭沖擊裝置包含后側(cè)頭部90，其在中部形成有入口92；單向閥80，其被安置在后側(cè)頭部90的入口92的下面，用于防止已引入的空氣向后側(cè)頭部90的入口92回流；套管60，其用于通過上側(cè)內(nèi)周而與后側(cè)頭部90的下端密封連接，并且通過下側(cè)內(nèi)周而與錘式鉆頭70可滑動地連接，錘式鉆頭由卡盤74固定；以及活塞50，其在套管60內(nèi)安置于錘式鉆頭70的上方，用于在空氣分配器1的氣壓分布作用下于套管60內(nèi)作往復的上升和下降運動，以向下沖擊錘式鉆頭70?？諝夥峙淦?在套管60內(nèi)安置于后側(cè)頭部90和活塞50之間，以便能充分地分配空氣壓力，從而活塞50能夠垂直往復運動，以沖擊錘式鉆頭70。
空氣分配器1由金屬制成，并被放置在套管60內(nèi)，以便能充分地產(chǎn)生空氣壓力，從而活塞50能夠作垂直往復運動，以沖擊錘式鉆頭70。閥座40設在空氣分配器1的上端，其呈圓筒形狀，用于接收單向閥80，并且在閥座40的下方側(cè)向形成有通孔42。
固定翼30形成在通孔42的下面，其向套管60的內(nèi)周突出，并緊緊地固定在套管上。通孔32沿著固定翼30的縱向方向形成在固定翼30的中部。軸向孔22形成在通孔32的下方，并且軸向管20被固定在固定翼30的下部。軸向管20具有封閉下端和側(cè)向形成在其下部中的上行孔16。引入孔12形成在軸向管20之外的固定翼30的下端中心中，下行孔14相反地形成在引入孔12的上面。上行孔16形成在操作管10中，并從軸向管20的上行孔24延伸。連通管18具有通孔19，并與上行孔16和24相連接，從而軸向管20的軸向孔22中的空氣壓力會通過連通管18的通孔19排出操作管10。
活塞50由金屬制成，并且通過空氣壓力的分布而在空氣分配器1的作用下于套管60內(nèi)作垂直往復運動，以向下沖擊錘式鉆頭70?；钊?0具有中心縱向通道51，空氣分配器1的軸向管20和操作管10被插入該中心縱向通道51中；以及上行孔52，其形成在這樣的位置上，即當活塞50在套管60內(nèi)沖擊錘式鉆頭70之后而被提升時，上行孔52與連通管18相同，而且連通管18的通孔19與軸向管20和操作管10的上行孔24和16相連接。
回流凹槽58在這樣的位置形成在縱向通道51中，即在活塞50的下降過程中，其與連通管18相通，而連通管18與軸向管20和操作管10的上行孔24和16連接?？v向通道51的內(nèi)周與軸向管20的外周緊密接觸。
活塞50設有與套管60的內(nèi)周相對應的外周和減徑下部。用于引導排氣的引入通道54縱向形成在活塞50的外部分中，并與上行孔52連接。門擋56以與套管60的內(nèi)周緊密接觸的狀態(tài)形成在引入通道54的中部。
套管60在其內(nèi)周具有上行凹槽62，其通過活塞50而在錘式鉆頭70的沖擊下用于接收活塞50的門擋56，以打開排氣引入通道54。
本發(fā)明的上述構(gòu)造的操作詳細描述如下
當壓縮空氣如圖2所示通過后側(cè)頭部90的入口92而被供給時，其會被引導通過后側(cè)頭部90和單向閥80之間的空間、空氣分配器1中的通孔42及固定翼30中的通孔32，在此，壓縮空氣又借助于軸向管20中的軸向孔22而被引入連通管18中的通孔19中，連通管18與通孔19下方的上行孔24連接。
從連通管18中的通孔19開始，壓縮空氣又借助于操作管20中的上行孔16一側(cè)的通孔19而被引入活塞50中的上行孔52，在此，壓縮空氣再借助于活塞50和套管60之間的排氣引入通道54和套管60中的上行凹槽62而被引入套管60中的位于活塞50下方的空間中。
當壓縮空氣充滿套管60中的位于活塞50下方的空間后，其在套管60內(nèi)向上推動活塞50，從而活塞50會在套管60內(nèi)上升。
同時，位于活塞50上方的套管60中的空氣借助于空氣分配器1的操作孔10中的下行孔14而被引入孔12中，在此，空氣又借助于活塞50的縱向通道51而進入錘式鉆頭70的排氣孔72中。
當活塞50如圖3所示在套管60內(nèi)被提升后，被引導通過空氣分配器中的通孔42和通孔32的壓縮空氣，借助于軸向管20中的軸向孔22而流入通孔19中的一個孔中，該通孔19位于與上行孔24連接的連通管18中。然后，壓縮空氣借助于通孔19中的另一個孔排出操作管10，該通孔19位于操作管10中的與上行孔16連接的連通管18中。被排出的空氣又借助于活塞50的回流凹槽58而被引入孔12中，引入孔12位于軸向管20下部中的操作管10和軸向管20之間。
當壓縮空氣被從下部向上引入操作管10和軸向管20之間的引入孔12后，其借助于操作管10上部中的下行孔14而進入空氣分配器1和套管60之間的活塞50的上部空間。進入的空氣以預定的壓力值使活塞50在套管60內(nèi)下降。
這時，在活塞50下的套管60內(nèi)的空氣借助于錘式鉆頭70中的排氣孔72而被排出到外面。
采用這種方式，如圖2和3所示，鉆機通過將壓縮空氣引入空氣分配器1中而能夠連續(xù)地上下往復推動活塞50，從而使得位于活塞50下方的錘式鉆頭70能夠連續(xù)地進行鉆取操作。
當操作人員如圖4所示或多或少地升起鉆機時，錘式鉆頭70和活塞50會在套管60中下降，其中空氣分配器1中的壓縮空氣借助于軸向管20中的軸向孔22而被向外排出，此時，連通管18中的通孔19與軸向管20和操作管10連接。排出的空氣進入空氣分配器1和套管60之間。進入的空氣借助于操作管10的上部中的下行孔14和操作管10和軸向管20之間的引入孔12而向下流入縱向通道51，縱向通道51在軸向管20的下部和活塞50之間被打開著，在此，空氣借助于錘式鉆頭70中的排氣孔72被排到外面。
如前所述，本發(fā)明能夠以均勻的壓力有效地沖擊錘式鉆頭的整個區(qū)域，而不會向鉆機施加過大載荷，從而錘式鉆頭不會由于活塞沖擊力的局部集中而發(fā)生損壞。
雖然參照特殊說明性實施例對本發(fā)明進行描述，但本發(fā)明并不限制于上述實施例，而只受到權(quán)利要求的限制。應當指出，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，本領域普通技術(shù)人員能夠?qū)ι鲜鰧嵤├M行改變或更改。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆機中的鉆頭沖擊裝置，包括后側(cè)頭部(90)，其具有中心入口(92)，空氣以預定的壓力值引導通過所述中心入口；單向閥(80)，其被安置在后側(cè)頭部(90)的入口(92)的下面，用于防止已引入的空氣向后側(cè)頭部(90)的入口(92)回流；套管(60)，其用于通過上側(cè)內(nèi)周而與后側(cè)頭部(90)的下端密封連接，并且通過下側(cè)內(nèi)周而與錘式鉆頭(70)可滑動地連接，而錘式鉆頭(70)由卡盤(74)固定；活塞(50)，其在套管(60)內(nèi)安置于錘式鉆頭(70)的上方，用于在空氣分配器(1)的氣壓分布作用下于套管(60)內(nèi)作往復的上升和下降運動，以向下沖擊錘式鉆頭(70)；以及空氣分配器(1)，其在套管(60)內(nèi)安置于后側(cè)頭部(90)和活塞(50)之間，用于適當?shù)胤峙淇諝?，從而活?50)能夠垂直往復運動，以沖擊錘式鉆頭(70)，其中，所述空氣分配器(1)包含圓筒形閥座(40)，其形成在上端，用于接收單向閥(80)，通孔(42)，其側(cè)向形成在閥座(40)的下面，固定翼(30)，其在通孔(42)的下方向套管(60)的內(nèi)周突出，并緊緊地固定在內(nèi)周上，而且還具有中心通孔(32)，軸向管(20)，其被固定在固定翼(30)的下部，并具有軸向孔(22)和上行孔(24)，上行孔(24)側(cè)向形成在軸向管(20)的下部中，及操作管(10)，其在軸向管(20)外側(cè)安置于固定翼(30)的下面，操作管(10)具有中心引入孔(12)、側(cè)向形成在操作管(10)上部中的下行孔(14)、從軸向管(20)的上行孔(24)延伸的上行孔(16)和具有通孔(19)的連通管(18)，并且連通管(18)分別與上行孔(16，24)連接，所述活塞(50)包含中心縱向通道(51)，其用于接收軸向管(20)和空氣分配器(1)的操作管(10)，上行孔(52)，其形成在活塞(50)中的這樣一個位置上，即在活塞(50)沖擊錘式鉆頭(70)之后而于套管(60)內(nèi)的上升過程中，其與連通管(18)中的通孔(19)相通，回流凹槽(58)，其形成在縱向通道(51)中的這樣一個位置上，即在活塞(50)的下降過程中，其與連通管(18)中的通孔(19)相通，縱向通道(51)的內(nèi)周與回流凹槽(58)下方的軸向管(20)的外周緊密接觸，活塞(50)具有與套管(60)的內(nèi)周相對應的外周和減徑下部，排氣引入通道(54)，其縱向形成在活塞(50)的外周中，并與上行孔(52)相通，及，門擋(56)，其形成在引入通道(54)的中部，以緊緊地與套管(60)的內(nèi)周接觸，其中，套管(60)包含形成在內(nèi)周中的上行凹槽(62)，在利用活塞(50)對錘式鉆頭(70)進行沖擊后，活塞(50)中的門擋(56)被放置在上行凹槽(62)中，以打開排氣引入通道(54)。
全文摘要
一種用于鉆機中的鉆頭沖擊裝置，它包括后側(cè)頭部，其具有中心入口，空氣以預定的壓力值引導通過該入口；單向閥，其被安置在所述后側(cè)頭部的入口的下面，用于防止已引入的空氣向所述后側(cè)頭部的入口回流；套管，其用于通過上側(cè)內(nèi)周而與所述后側(cè)頭部的下端密封連接，并且通過下側(cè)內(nèi)周而與錘式鉆頭可滑動地連接，所述錘式鉆頭由卡盤固定；活塞，其在所述套管內(nèi)安置于所述錘式鉆頭的上方，用于在空氣分配器的氣壓分布作用下于所述套管內(nèi)作往復的上升和下降運動，以向下沖擊所述錘式鉆頭；以及所述空氣分配器，其在所述套管內(nèi)安置于所述后側(cè)頭部和所述活塞之間，用于適當?shù)胤峙淇諝猓瑥亩龌钊軌虼怪弊魍鶑瓦\動，以沖擊所述錘式鉆頭。
文檔編號E02F3/96GK1487168SQ0313806
公開日2004年4月7日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者林秉德 申請人:林秉德