專利名稱：等離子火焰鉆機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采礦打炮眼、打樁、鉆水井、石油鉆井等作業(yè)的鉆機，尤其是一種利用等離子焰流熔化巖層并抽吸熔巖從而形成井孔的火焰鉆機。
目前國內外普遍采用機械鉆井，由于巖層堅硬，機械鉆井作業(yè)艱苦，設備部件消耗嚴重，工效低。特別是石油鉆機龐大笨重、造價昂貴、鉆井工藝復雜、勞動強度大、鉆井成本高。尤其是石油鉆機的鉆頭，每使用20小時就因磨損需更換。更換鉆頭時需反復提升、鎖緊、拆卸、下放6米長一根的鉆桿。中深井作業(yè)，鉆桿有數百根。此作業(yè)極繁瑣，急待改進。國外多年前就把目光投向火焰熔化巖層鉆井。六十年代我國馬鞍山礦從加拿大引進噴射煤油的火焰鉆機，由于煤油燃燒不完全形成表面黑碳，不能很好地熔化巖層而未得推廣。國內曾于七十年代初試制成用噴氣發(fā)動機尾焰熔化巖石的火焰鉆機，它能夠熔化某些巖石，但在結構上沒有解決輸送熔巖的問題，不能深鉆，也未成功。在國內外火焰鉆機的研究至今未取得實質性的進展。
本實用新型的目的是提供一種火焰鉆機，它能迅速熔化任何巖層，并輸送熔巖至井口地面。它克服目前國內外現(xiàn)有火焰鉆機沒有找到更適當的熱源和結構方面不能輸送熔巖至地面的缺陷，能夠可靠穩(wěn)定地進行火焰鉆井作業(yè)，而且它鉆井工效高，構造簡單、造價低廉，減輕工人勞動強度，簡化鉆井工藝，可以替代機械鉆機。經試驗等離子火焰流熔化泥土，混凝土花崗巖等石塊用抽吸管試吸成2～5mm的小顆粒熔渣是成功的。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種用于鉆井的火焰鉆機，由火焰鉆頭、轉盤輸送機構、直流電源、空氣壓縮機、循環(huán)水箱、與火焰鉆頭連接的氣管路和水管路、控制箱構成，其特征是火焰鉆頭是由等離子槍和設有負壓裝置的管連接而成，設有負壓裝置的管連于井口轉盤輸送機構。所說的設有負壓裝置的管是紫銅管和軟管連通的管，它與形成等離子槍噴嘴孔的紫銅塊焊接并且與噴嘴孔同走向，所說的負壓裝置是導引壓縮空氣從管路側進入管路、只流經管路一端的裝置。本實用新型的火焰鉆機，等離子槍噴出20000℃～50000℃高溫的具有強大沖刷力的等離子焰流能很快地熔化任何巖層。根據在管的一端造成正壓則在該管的另一端能形成負壓的原理，將設有負壓裝置的管與等離子槍焊接。負壓裝置導引壓縮空氣從管路側進入管路只流經該管路的一端，在該管路的另一端形成負壓，負壓端的端口具有抽吸力。將此具有抽吸力的管的端口焊于等離子槍的噴嘴孔旁，等離子焰流熔化巖層為巖漿，管抽吸熔巖進管腔。被抽吸進管腔的熔巖迅速冷卻成火柴頭般的小顆粒溶渣隨吸力沿管上升。上升至與壓縮空氣匯合后，還會受到壓縮空氣向上的推力。管與等離子槍焊接，管口中心距等離子槍噴嘴孔中心不超過40mm，便于抽吸熔巖。管的另一端連于轉盤輸送機構，由于轉盤輸送機構置于地面井口處，管中小顆粒熔渣沿管上升可以到達地面。本實用新型這種設置了負壓裝置的具有抽吸力的管稱作抽吸管。抽吸管可由金屬材料與軟管連接而成，也可以全是軟管。本實用新型中抽吸管是用紫銅管與軟管連接而成，把紫銅管稱紫銅抽吸管，軟管稱抽吸軟管。顯而易見，紫銅抽吸管與抽吸軟管連為一條通管。抽吸軟管可用紫銅蛇皮軟管外包軟橡塑材料，也可以僅用橡膠材料，還可以是橡線材料的等等。本實用新型中抽吸軟管用紫銅蛇皮軟管外包軟橡塑材料制成。本實用新型抽吸管與等離子槍的連接也有幾種方式，可以焊接，也可以用緊固件連接；可以一只管與一只等離子槍連接，也可以幾只管與幾只等離子槍連接。在管上設置負壓裝置的結構有多種，可用壓縮空氣形成負壓，也可以用水或其它液體形成負壓。
等離子槍的工作原理是等離子槍的鎢棒和水冷的銅噴嘴分別接直流電源兩極，高頻引弧、電弧燃燒于鎢棒和噴嘴之間，連續(xù)送入的工作氣體穿過電弧空間后成為從噴嘴噴出的具有20000℃～50000℃高溫和大沖刷力的等離子焰流，這個等離子焰流常用于各種加熱。等離子槍的結構包括鎢棒、噴嘴、壓縮室、高頻和氣室。鎢棒的一端懸置于氣室中，氣室與壓縮室，噴嘴孔連通、噴嘴孔狹長。工作氣體切向進入氣室，經壓縮室旋轉沖出噴嘴孔。噴嘴的冷卻至關重要。等離子槍的各參數取決于鎢棒，鎢棒選定后，等離子槍各部尺寸、電壓、工作電流、氣壓、水壓都隨之確定。本實用新型鎢棒的規(guī)格可在直徑6～13mm，再參考規(guī)范確定等離子槍的各參數。
本實用新型中，形成噴嘴孔的紫銅塊同時用于焊接紫銅抽吸管、還作為火焰鉆頭的紫銅底盤。在紫銅塊外套鋼套管(也可外套紫銅套管)，將等離子槍與紫銅抽吸管封裝內成為火焰鉆頭部件，與紫銅抽吸管連接的軟管伸出鋼套管。在鋼套管內壁焊4根4分的鋼絲繩，在4根鋼絲繩外套壓縮彈簧，再外包軟橡塑成為外層軟管，與紫銅抽吸管連接的抽吸軟管含在此外層軟管內。將氣路軟管、水路軟管、電源線通入此外層軟管內，此外層軟管連同其內的各軟管稱為綜合軟管。綜合軟管內各軟管間用軟橡膠分隔并彼此固定。綜合軟管一端連接火焰鉆頭，另一端從井內伸到井口盤繞于轉盤輸送機構的轉盤。抽吸軟管因被含在綜合軟管內而隨之亦盤繞于轉盤。綜合軟管的末端口，包括抽吸軟管在內的各軟管伸出，抽吸軟管的排出溶渣口通收接溶渣的容器；氣、水軟管和電源線分別接控制箱的空壓機，循環(huán)水箱和直流電源相應的接頭。
含有一個等離子槍的火焰鉆頭的功率是30～100KW，用5個等離子槍與一支抽吸管構成的火焰鉆頭，當鎢棒直徑為6～13mm時，功率為150～500KW，可鉆直徑200mm左右的井。用這樣的火焰鉆頭可鉆幾千米的深井，也可鉆幾十米的淺井，鉆深井無需加大火焰鉆頭的功率，只需延長綜合軟管及適當增大負壓裝置壓縮空氣的加強抽吸力。如果鉆頭等物脫落掉在井里，無需打撈，可換一只新的火焰鉆頭將井底物燒化抽吸，繼續(xù)鉆井。
本實用新型的火焰鉆機，與現(xiàn)有技術的火焰鉆機相比，熱源選擇更適當，抽吸熔渣的結構簡便易行，能可靠穩(wěn)定的進行火焰鉆井作業(yè)。與機械鉆機相比，顯然避免了作業(yè)艱苦，減輕勞動強度，工效大大提高，與石油鉆機相比，無需重復拆裝鉆桿更換鉆頭，并且設備簡單輕便，易于遷移，而且造價低廉，鉆井成本大幅度下降。一臺3000米石油鉆機功率至少4500KW，而本火焰鉆機，5只鎢棒即5個等離子槍的鉆頭功率不過150～500KW。本實用新型的目的得以實現(xiàn)。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型總體結構示意圖；圖2是本實用新型火焰鉆頭結構示意圖；圖3是各種負壓裝置的結構示意圖；圖4是等離子槍和金屬抽吸管的不同連接構成火焰鉆頭結構示意圖。
圖中，1－紫銅塊、2－隔板、3－水槽、4－氣室、5－墊圈、6－螺絲、7－石棉板、8－絕緣套、9－石棉繩、10－可換導電圈、11－彈簧螺絲、12－固定導電圈、13－蓋板、14－進水管、15－出水管16－接線板、17－接線板、18－進氣管、19－鎢棒、20－下套管、21－步進機構、22－抽吸管、23－活接頭、24－負壓裝置殼體、25－斜管、26－空氣進氣管、27－上套管、28－噴嘴孔、29－壓縮室30－火焰鉆頭、31－等離子槍、32－垂直管架、33－綜合軟管、34－支撐輪、35－轉盤、36－輸送機構、37－轉盤托架、38－輪、39－控制箱、40－空氣壓縮機、41－直流電源、42－循環(huán)水箱、43－熔渣容器、44－抽吸軟管與紫銅抽吸管接頭卡箍。
參見
圖1，轉盤輸送機構(36)，上連接垂直管架(32)，垂直管架(32)與井口位置相對。支撐輪(34)用于懸吊火焰鉆頭(36)和綜合軟管(33)。火焰鉆頭(30)穿過垂直管架(32)伸入井中。綜合軟管(33)搭在支撐輪(34)上再盤繞在轉盤(35)上，只盤3圈，其余大部分整齊排放在地面上。氣路軟管、水路軟管、電源線從綜合軟管末端口伸出，分別接控制箱的空壓機、循環(huán)水箱、直流電源相應的接頭。抽吸軟管也從綜合軟管末端口伸出接于收溶渣的容器。轉動轉盤，火焰鉆頭可下降、上升；排放于地面的綜合軟管隨轉盤轉動而送進或退回不牽動其末端的上述各固定的接頭。工作完畢，綜合軟管隨轉盤轉動提起火焰鉆頭如圖(1)示懸于轉盤。火焰鉆機需移位，支撐輪(38)轉動，火焰鉆機由拖車拖走。空壓機、循環(huán)水箱、直流電源和控制箱由汽車裝運，非常便捷，與石油鉆機比，移位非常容易。
參見圖2，鎢棒(19)、氣室(4)、壓縮室(29)、噴嘴孔(28)、進氣管(18)、進水管(14)、出水管(15)、水槽(3)、接線板(16)(17)、步進機構(21)、它們共同構成了等離子槍(31)。直流電源通過接線板(16)和(17)加于鎢棒(19)和紫銅塊(1)間。工作時先接通冷卻水防止噴嘴燒壞，同時啟動等離子槍。當鎢棒燃燒變短，通過步進機構(21)使鎢棒進給。
參見圖3，它顯示了數種從管路側向管路通壓縮空氣并使只流經管路一端，在管路另一端產生負壓的負壓裝置的結構。壓縮空氣經進氣管(26)進入負壓裝置殼體(24)內，沿斜管(25)進入管路流向地面，在紫銅抽吸管(22)的抽吸端口形成負壓抽吸熔巖。圖3所示所有的結構通壓縮空氣都可以形成負壓，并且用水或其它液體通過這些結構也可以形成負壓，負壓裝置的結構并不限于圖3所示的幾種。本實用新型負壓裝置置于紫銅抽吸管側。
參見圖4，本圖中每一圖都表示一個含有等離子槍的抽吸管的火焰鉆頭。本實用新型把等離子槍和抽吸管連接構成火焰鉆頭這一構思下，它們有多種連接方法，視井的直徑而定。
圖2是本實用新型的一個實施例。參見圖2，在本例中用一只抽吸管和5只等離子槍焊接成火焰鉆頭，5只等離子槍分布于抽吸管外圍，中心線兩兩相距40mm。紫銅塊(1)的直徑為160mm，可鉆直徑200mm的井。等離子槍的工作氣體用空氣。氣室(4)直徑20mm，氣室(4)總高24mm，壓縮室(29)的高度21mm，壓縮角是30°，壓縮孔道(28)直徑7mm，長12mm，氣室進氣孔高度18mm，直徑5mm。鎢棒(19)是鋯鎢棒，直徑6mm，長1m。工作電壓165V，工作電流550A，工作氣體流量157升／分。圖示氣室(4)的進氣管路(17)稍下傾，工作氣體切向通入氣室(4)，形成旋轉向下，產生沖擊力的氣流。氣室(4)用陶瓷墊卷(5)石棉蓋板(7)和石棉繩(9)密封，用蓋板(13)固定導電圈(12)和可換導電圈(10)壓緊。彈簧螺絲(11)頂緊可換導電圈(10)。可換導電圈(10)是對稱的兩塊，它們抱緊鎢棒(19)。進給時步進機構(21)將鎢棒從上向下頂進。鎢棒(19)與可換導電圈(10)摩損時，更換可換導電圈(10)。蓋板(13)是紫銅材料，與紫銅塊(1)用石棉板(7)絕緣。直流電流加于接線板(16)和(17)之間，即加在了鎢棒(19)和紫銅塊(1)之間形成等離子槍的電工作回路。
紫銅抽吸管(22)內徑20mm，長3m，壁厚2mm。它與紫銅塊(1)的連接是在紫銅塊(1)上開 24的通孔，紫銅抽吸管(22)進入通孔在端面焊接。
在紫銅塊(1)上設置冷卻水槽(3)，冷卻水槽(3)的斷面尺寸是12×8mm。
負壓裝置殼體(24)內徑40mm，壁厚3.5mm，總高200mm。殼體底壁距紫銅管抽吸口1500mm。壓縮空氣進氣管(26)直徑12mm，壁厚1.5mm。斜管(25)長160mm，直徑10mm，壁厚1.5mm。斜管(25)與紫銅抽吸管(22)的夾角是3°，斜管(25)與進氣端口距負壓裝置殼體底壁30mm，沿紫銅抽吸管(22)圓周均勻分布3根斜管(25)。壓縮空氣壓力3.4兆帕。
火焰鉆頭(30)的套管由上、下兩部分組成，上套管(27)是鋼管，直徑160mm，壁厚10mm，長2m；下套管(20)是紫銅管，直徑160mm，壁厚3.5mm，長1m。上、下套管用螺紋連接。在等離子槍(31)的鎢棒(19)上加絕緣套和步進機構(21)。
在火焰鉆頭(30)的上套管(27)內壁焊4根4分的鋼絲繩，在4根鋼絲繩外套壓縮彈簧，再外包軟橡塑成為外層軟管，與紫銅抽吸管(22)連通的抽吸軟管含于此外層軟管內。將氣路軟管(18)(26)、水路軟管(14)(15)和電源線(16)(17)通入此外層軟管構成綜合軟管(33)。綜合軟管(33)內各軟管間用軟橡膠分隔并彼此固定。氣路軟管(18)(26)和水路軟管(14)(15)都是多層線的橡膠管。它們與電源線(16)(17)一同從綜合軟管(33)進入火焰鉆頭(30)的套管(27)(20)內接于相應接頭。綜合軟管(33)一端＝連接火焰鉆頭(30)，另一端從井內伸到井口盤繞于轉盤輸送機構的轉盤(35)。綜合軟管(33)的末端口，包括抽吸軟管(22)在內的各軟管伸出，抽吸軟管(22)的排出熔渣口通收接溶渣的容器(43)；氣、水軟管(18)、(26)、(14)、(15)和電源線(16)、(17)分別接控制箱(39)的相應接頭。綜合軟管(33)如
圖1所示搭在支撐輪(34)上，然后盤繞于轉盤(35)，只盤3圈，其余大部分整齊排放于地面。轉盤輸送機構(35)、(36)由鏈條驅動，轉盤直徑3.2m。直流電機功率3KW，1000米／分，110調速，減速器1200。步進機構距紫銅塊(1)上端1100mm的上套管內側。步進速度3～7mm／時。
本例中與紫銅抽吸管(22)連通的抽吸軟管(44)是有紫銅蛇皮管外套橡塑制成，也可用多層線橡膠管代替。紫銅蛇皮管內徑20mm，它與紫銅抽吸管(22)的連接為卡箍?；鹧驺@頭的上套管(27)與綜合軟管(33)的連接是靠在上套管(27)內壁焊4根4分的鋼絲繩連接，然后在上套管(27)與綜合軟管(33)的接口處用橡膠封嚴。
權利要求1.一種用于鉆井的等離子火焰鉆機，由火焰鉆頭、轉盤輸送機構、直流電源、空氣壓縮機、循環(huán)水箱、接于火焰鉆頭的氣管路和水管路、控制箱構成，其特征是火焰鉆頭是由等離子槍和設有負壓裝置的管連接而成，設有負壓裝置的管連于井口轉盤輸送機構。
2.根據權利要求1的等離子火焰鉆機，其特征是所說的設有負壓裝置的管是紫銅管和軟管連通的管。
3.根據權利要求1或2的等離子火焰鉆機，其特征是設有負壓裝置的管與形成等離子槍噴嘴孔的紫銅塊焊接且與噴嘴孔同走向。
4.根據權利要求1的等離子火焰鉆機其特征是所說的負壓裝置是導引壓縮空氣從管路側進入管路，只流經管路的一端的裝置。
專利摘要一種用于采礦打炮眼、打樁、鉆水井、石油鉆井的等離子火焰鉆機，火焰鉆頭是由等離子槍和設有負壓裝置的管連接而成，設有負壓裝置的管連于井口轉盤輸送機構。用等離子槍、負壓抽吸管焊連成火焰鉆頭。高溫高沖刷力的等離子焰流熔化巖層，負壓抽吸管抽吸熔巖至井口從而形成井孔。它鉆井效率高、避免機械鉆井作業(yè)繁瑣、勞動艱苦并構造簡單、造價低廉、且易于搬動。
文檔編號E21B7/14GK2188647SQ94206018
公開日1995年2月1日 申請日期1994年3月6日 優(yōu)先權日1994年3月6日
發(fā)明者黃爾玉, 黃德釗, 黃亞茹, 王勝炎, 劉景秋 申請人:黃爾玉