带冲击装置的水平钻机

权利要求书： 1.一种带冲击装置的水平钻机，其特征是：包括控制系统、支撑架、铠装电缆、直缆机构、送缆机构、冲洗水泵、动力头、钻杆、钻具、带冲击装置的打捞器、岩心管及推进油缸；所述直缆机构和送缆机构固定在支撑架上；推进油缸一端与支撑架铰接，另一端通过连接块与动力头连接，动力头置于支撑架上的滑轨上，推进油缸的活塞杆伸缩能带动动力头在滑轨上移动；动力头通过主动钻杆连接钻杆，驱动钻杆转动；铠装电缆一端连接控制系统，铠装电缆绕在存储架上，铠装电缆另一端穿过直缆机构、送缆机构、密封接头与钻杆内的带冲击装置的打捞器连接，带冲击装置的打捞器的打捞头与岩心管的捞矛头连接，实现钻具下放与回收，带冲击装置的打捞器的冲击装置通过传动块能将冲击力传递给钻杆，实现坚硬地层的冲击振动钻进；密封接头安装在动力头上，密封接头连通主动钻杆的内腔；冲洗水泵的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆内腔连通，旋转给水装置设置在动力头上。

2.根据权利要求1所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：所述直缆机构包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面相互平行。

3.根据权利要求2所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：所述送缆机构包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行；箱体上设有供铠装电缆通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接。

4.根据权利要求1所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：还包括旋转卡盘、夹持器，旋转卡盘、夹持器设置在支撑架上，位于支撑架靠近钻孔的一端；夹持器夹持钻杆，旋转卡盘用于连接钻杆和主动钻杆或分离钻杆与主动钻杆。

5.根据权利要求1所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：所述的动力头包括马达、减速箱、传动轴及主动钻杆；所述的马达安装在减速箱上，马达的输出轴位于减速箱内；马达的输出轴上安装有主动齿轮；所述的传动轴安装在减速箱内，传动轴上设有从动齿轮I、从动齿轮Ⅱ，所述的主动钻杆安装在减速箱上，主动钻杆上安装有从动齿轮Ⅲ；主动齿轮与从动齿轮I啮合，从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅲ啮合；马达的输出轴的轴线与传动轴及主动钻杆平行；所述的主动钻杆伸出减速箱的一端设有螺纹，与钻杆连接。

6.根据权利要求1所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：密封接头直径大于钢管直径，密封接头内设有密封圈。

7.根据权利要求4所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：所述的旋转卡盘包括油马达、齿轮箱、传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ、护筒、旋转分油筒、固定分油筒、卡瓦组件及对中器；所述油马达安装在齿轮箱上，油马达的输出轴位于齿轮箱内；油马达的输出轴上安装有主动齿轮Ⅱ；所述传动轴Ⅰ安装在减速箱内，传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ安装在齿轮箱内，传动轴Ⅰ上设有从动齿轮Ⅳ、从动齿轮Ⅴ；所述传动轴Ⅱ安装在减速箱内，传动轴Ⅱ上设有从动齿轮Ⅵ、从动齿轮Ⅶ；所述的固定分油筒安装在齿轮箱底板上，固定分油筒侧面上设有环形油槽，固定分油筒套在旋转分油筒内；所述的旋转分油筒上安装有从动齿轮Ⅷ；主动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅳ啮合，从动齿轮Ⅴ与从动齿轮Ⅵ啮合；从动齿轮Ⅶ与从动齿轮Ⅷ啮合；所述油马达的输出轴与传动轴、传动轴、固定分油筒的轴线平行，且位于同一平面内；所述护筒通过螺栓与齿轮箱连接；所述卡瓦组件位于护筒内且与旋转分油筒连接；所述对中器安装在护筒上；所述的齿轮箱固定安装在支撑架上，固定分油筒与钻杆同轴。

8.根据权利要求4所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：所述夹持器包括油缸I、油缸Ⅱ、两卡瓦组件、夹持器顶板、夹持器底板、两夹持器侧板；所述的夹持器顶板、夹持器底板和两夹持器侧板围成方形筒状结构，方形筒状结构安装在支撑架上；所述的夹持器顶板和夹持器底板上分别设有供钻杆通过钻杆孔，两钻杆孔同轴；所述的两卡瓦组件分别位于钻杆孔的两侧，两卡瓦组件的卡瓦相对设置；所述的油缸I、油缸Ⅱ安装在支撑架上，位于方形筒状结构的两端处，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆相对设置，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆分别与两卡瓦组件连接。

9.根据权利要求1所述的带冲击装置的水平钻机，其特征是：所述带冲击装置的打捞器包括壳体、马达、主动齿轮、从动齿轮、压气活塞、梯形锥头、冲击板及电磁铁，壳体为筒状结构，壳体的两端设有端盖；所述的马达、压气活塞和冲击板安装在壳体内，冲击板将壳体内腔分成两个腔，其中一个腔内安装马达，马达输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮的转轴上安装有摆杆轴承，摆杆轴承的摆杆端部与压气活塞铰接，压气活塞置于活塞缸内，活塞缸与冲击板固定连接；另一个腔内设有电磁铁、两个传动块和梯形锥头，电磁铁安装在冲击板端面中部，电磁铁与铠装电缆连接；所述的壳体侧壁上设有两个通孔，两个通孔同轴，每个通孔内设有一个传动块，两个传动块之间通过弹簧连接；所述的梯形锥头设置在两传动块之间，梯形锥头的小端朝向电磁铁，梯形锥头的大端与端盖之间设有弹簧。

说明书： 一种带冲击装置的水平钻机技术领域[0001] 本发明属于地质勘探技术领域，尤其是涉及一种地层取心设备。背景技术[0002] 非开挖水平定向技术是衡量国家在非开挖领域技术水平的最重要因素之一，是推动水平定向钻探技术向前发展的核心要素，具有良好的社会效益与应用前景。而水平钻机作为一种常用的非开挖技术的勘探设备在地质勘探中发挥了重要作用。[0003] 现有的水平钻机在硬岩钻进过程中主要步骤是：（1）将主动钻杆与螺杆马达连接；（2）在将液动冲击钻具与螺杆马达连接；（3）冲击碎岩钻进作业；（4）作业结束后退出钻具。

现有水平钻机能够满足非取心钻进的探测作业需求，但是存在以下问题：现有的水平钻机探测过程中存在的钻进效率低、成本高等缺点，其次作业模式单一无法进行取心作业。随着探测深度的加大，特别是当探测深度达到数百米和数千米后，其钻进作业时间将变得非常长。

发明内容[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、操控方便，可大幅度提升钻探效率、可获取较完整岩心的一种带冲击装置的水平钻机。[0005] 本发明采用的技术方案是：一种带冲击装置的水平钻机，包括控制系统、支撑架、铠装电缆、直缆机构、送缆机构、冲洗水泵、动力头、钻杆、钻具、带冲击装置的打捞器、岩心管及推进油缸；所述直缆机构和送缆机构固定在支撑架上；推进油缸一端与支撑架铰接，另一端通过连接块与动力头连接，动力头置于支撑架上的滑轨上，推进油缸的活塞杆伸缩能带动动力头在滑轨上移动；动力头通过主动钻杆连接钻杆，驱动钻杆转动；铠装电缆一端连接控制系统，铠装电缆绕在存储架上，铠装电缆另一端穿过直缆机构、送缆机构、密封接头与钻杆内的带冲击装置的打捞器连接，带冲击装置的打捞器的打捞头与岩心管的捞矛头连接，实现钻具下放与回收，带冲击装置的打捞器的冲击装置通过传动块能将冲击力传递给钻杆，实现坚硬地层的冲击振动钻进；密封接头安装在动力头上，密封接头连通主动钻杆的内腔；冲洗水泵的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆内腔连通，旋转给水装置设置在动力头上。上述的带冲击装置的水平钻机中，所述直缆机构包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面平行。[0006] 上述的带冲击装置的水平钻机中，所述送缆机构包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行；箱体上设有供铠装电缆通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接。[0007] 上述的带冲击装置的水平钻机中，还包括旋转卡盘、夹持器，旋转卡盘、夹持器设置在支撑架上，位于支撑架靠近钻孔的一端；夹持器夹持钻杆，旋转卡盘用于实现钻杆与主动钻杆连接。[0008] 上述的带冲击装置的水平钻机中，所述的动力头包括马达、减速箱、传动轴及主动钻杆；所述的马达安装在减速箱上，马达的输出轴位于减速箱内；马达的输出轴上安装有主动齿轮；所述的传动轴安装在减速箱内，传动轴上设有从动齿轮I、从动齿轮Ⅱ，所述的主动钻杆安装在减速箱上，主动钻杆上安装有从动齿轮Ⅲ；主动齿轮与从动齿轮I啮合，从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅲ啮合；马达的输出轴的轴线与传动轴及主动钻杆平行；所述的主动钻杆伸出减速箱的一端设有螺纹。[0009] 上述的带冲击装置的水平钻机中，密封接头直径大于钢管直径，密封接头内设有密封圈。[0010] 上述的带冲击装置的水平钻机中，所述夹持器包括油缸I、油缸Ⅱ、两卡瓦组件、夹持器顶板、夹持器底板、两夹持器侧板；所述的夹持器顶板、夹持器底板和两夹持器侧板围成方形筒状结构，方形筒状结构安装在支撑架上；所述的夹持器顶板和夹持器底板上分别设有供钻杆通过钻杆孔，两钻杆孔同轴；所述的两卡瓦组件分别位于钻杆孔的两侧，两卡瓦组件的卡瓦相对设置；所述的油缸I、油缸Ⅱ安装在支撑架上，位于方形筒状结构的两端处，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆相对设置，油缸I、油缸Ⅱ的活塞杆分别与两卡瓦组件连接。[0011] 上述的带冲击装置的水平钻机中，所述的旋转卡盘包括油马达、齿轮箱、传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ、护筒、旋转分油筒、固定分油筒、卡瓦组件及对中器；所述油马达安装在齿轮箱上，油马达的输出轴位于齿轮箱内；油马达的输出轴上安装有主动齿轮Ⅱ；所述传动轴Ⅰ安装在减速箱内，传动轴Ⅰ、传动轴Ⅱ安装在齿轮箱内，传动轴Ⅰ上设有从动齿轮Ⅳ、从动齿轮Ⅴ；所述传动轴Ⅱ安装在减速箱内，传动轴Ⅱ上设有从动齿轮Ⅵ、从动齿轮Ⅶ；所述的固定分油筒安装在齿轮箱底板上，固定分油筒侧面上设有环形油槽，固定分油筒套在旋转分油筒内；所述的旋转分油筒上安装有从动齿轮Ⅷ；主动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅳ啮合，从动齿轮Ⅴ与从动齿轮Ⅵ啮合；从动齿轮Ⅶ与从动齿轮Ⅷ啮合；所述油马达的输出轴与传动轴、传动轴、固定分油筒的轴线平行，且位于同一平面内；所述护筒通过螺栓与齿轮箱连接；所述卡瓦组件位于护筒内且与旋转分油筒连接；所述对中器安装在护筒上；所述的齿轮箱固定安装在支撑架上，固定分油筒与钻杆同轴。[0012] 上述的带冲击装置的水平钻机中，所述带冲击装置的打捞器包括壳体、马达、主动齿轮、从动齿轮、压气活塞、梯形锥头、冲击板及电磁铁，壳体为筒状结构，壳体的两端设有端盖；所述的马达、压气活塞和冲击板安装在壳体内，冲击板将壳体内腔分成两个腔，其中一个腔内安装马达，马达输出轴上设有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮的转轴上安装有摆杆轴承，摆杆轴承的摆杆端部与压气活塞铰接，压气活塞置于活塞缸内，活塞缸与冲击板固定连接；另一个腔内设有电磁铁、两个传动块和梯形锥头，电磁铁安装在冲击板端面中部，电磁铁与铠装电缆连接；所述的壳体侧壁上设有两个通孔，两个通孔同轴，每个通孔内设有一个传动块，两个传动块之间通过弹簧连接；所述的梯形锥头设置在两传动块之间，梯形锥头的小端朝向电磁铁，梯形锥头的大端与端盖之间设有弹簧。[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用流体介质压力以及铠装电缆的顶推输送实现水平钻机的输送与回收，同时通过铠装电缆对打捞头内的带冲击装置进行供电，从而使到位的打捞头内电磁铁具有磁性并将与弹簧Ⅰ连接的梯形锥头吸引上移，使被弹簧Ⅱ连接且在连接块上运动的两传动块伸出并卡入钻杆对应位置，此时冲击装置内马达工作，带动与曲柄连接的活塞进行往复运动敲击连接块将冲击力通过传动块传递给钻杆，实现冲击钻进；钻进结束后，铠装电缆停止供电，此时马达停止工作，电磁铁失磁，使得梯形锥头受弹簧力作用复位，两传动块复位，再将岩心管提出，回次结束；由此实现地层的钻进与取心，兼顾了在硬岩地层无法取心与快速钻进的要求。本发明还具有结构简单紧凑、操控方便等优点。

附图说明[0014] 图1是本发明的结构示意图。[0015] 图2是本发明的动力头剖面示意图。[0016] 图3是本发明的夹持器的主视图。[0017] 图4是图3中B-B剖视图。[0018] 图5是本发明的旋转卡盘的剖视图图6是本发明的带冲击装置的打捞器上的冲击装置剖视图

图7是本发明的换管示意图。

[0019] 图中：1-存储架，2-送缆机构，3-直缆机构，4-冲洗水泵，5-水管，6-马达，7-动力头，8-密封接头，9-旋转给水装置，10-主动钻杆，11-铠装电缆，12-旋转卡盘，13-夹持器，14-钻杆，15-钻具，16-岩心管，17-支撑架，18-推进油缸，19-连接块，20-带冲击装置的打捞器，21-光电滑环，22-控制系统。

具体实施方式[0020] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。[0021] 如图1所示,本发明包括存储架1、送缆机构2、直缆机构3、水管5、马达6、动力头7、密封接头8、旋转给水装置9、主动钻杆10、铠装电缆11、旋转卡盘12、夹持器13、钻杆14、钻具15、岩心管16、支撑架17、推进油缸18、连接块19、带冲击装置的打捞器20、光电滑环21及控制系统22。所述直缆机构3、送缆机构2、旋转卡盘12、夹持器13从左至右依次固定在支撑架

17上，支撑架17的右端靠近钻孔设置。所述直缆机构3包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面平行。所述送缆机构2包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行；箱体上设有供铠装电缆11通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接。推进油缸18一端与支撑架

17铰接，另一端通过连接块19与动力头7连接，动力头7置于支撑架17上的滑轨上，推进油缸

18的活塞杆伸缩能带动动力头7在滑轨上前后移动，控制系统22通过铠装电缆11与带冲击装置的打捞器20相连接，通过控制系统22控制带冲击装置的打捞器20的通/断电。

[0022] 如图2所示，所述的动力头7包括马达6、减速箱901、传动轴903及主动钻杆10；所述的马达6安装在减速箱901上，马达的输出轴801位于减速箱内；马达6的输出轴801上安装有主动齿轮902；所述的传动轴903安装在减速箱901内，传动轴903上设有从动齿轮I、从动齿轮Ⅱ，所述的主动钻杆10安装在减速箱上，主动钻杆10上安装有从动齿轮Ⅲ。主动齿轮902与从动齿轮I啮合，从动齿轮Ⅱ与从动齿轮Ⅲ啮合。马达6的输出轴801的轴线与传动轴903及主动钻杆10平行。所述的主动钻杆10伸出减速箱901的一端设有螺纹，与钻杆14连接。[0023] 夹持器13夹持钻杆14，实现钻杆14的导向。如图3、4所示，所述夹持器包括油缸I1301、油缸Ⅱ1304、卡瓦组件1303、夹持器顶板1305、夹持器底板1302及两个夹持器侧板1306；所述的夹持器顶板1305、夹持器底板1302和两夹持器侧板1306通过螺栓1307连接，围成方形筒状结构，方形筒状结构安装在支撑架17上。所述的夹持器顶板1305和夹持器底板

1302上分别设有供钻杆通过钻杆孔，两钻杆孔同轴。所述的两卡瓦组件1303分别位于钻杆孔的两侧，两卡瓦组件的卡瓦相对设置；所述的油缸I1301、油缸Ⅱ1304安装在支撑架上，位于方形筒状结构的两端处，油缸I1301、油缸Ⅱ1304的活塞杆相对设置，油缸I1301、油缸Ⅱ

1304的活塞杆分别与两卡瓦组件1303连接。油缸I1301、油缸Ⅱ1304推动两卡瓦组件1303相对运动，实现对钻杆14的夹紧。

[0024] 如图5所示，所述的旋转卡盘12包括油马达1201、齿轮箱1203、传动轴1205、传动轴1214、护筒1212、旋转分油筒1210、固定分油筒1208、卡瓦组件1211以及对中器1213。所述油马达1201安装在齿轮箱1203上，油马达1201的输出轴1204位于齿轮箱1203内；油马达1201的输出轴上安装有主动齿轮Ⅱ1202；传动轴Ⅰ1205、传动轴Ⅱ1214安装在齿轮箱内，传动轴Ⅰ

1205上设有从动齿轮Ⅳ1216、从动齿轮Ⅴ1206；传动轴Ⅱ1214上设有从动齿轮Ⅶ1215、从动齿轮Ⅵ1207。所述的固定分油筒1208安装在齿轮箱1203底板上，侧面上设有环形油槽，固定分油筒1208嵌套在旋转分油筒1210内。所述的旋转分油筒1210上安装有从动齿轮Ⅷ1209；

主动齿轮Ⅱ1202与从动齿轮Ⅳ1216啮合，从动齿轮Ⅴ1206与从动齿轮Ⅵ1207啮合；从动齿轮Ⅶ1215与从动齿轮Ⅷ1209啮合。所述输出轴1204与传动轴1205、传动轴1214、固定分油筒

1208的轴线平行，且位于同一平面内。所述护筒1212通过螺栓与齿轮箱1203连接；所述卡瓦组件1211位于护筒1212内且与旋转分油筒1210连接，卡瓦组件1211内有两对称油缸筒通过泵入液压油能使卡瓦受力收缩卡紧钻杆，反之可使卡瓦舒张，从而在旋转分油筒1210的带动下实现钻杆14与主动钻杆10的连接或拆卸。所述对中器1213位于护筒1212上，对钻杆起对中作用。所述的齿轮箱固定安装在支撑架上，固定分油筒与钻杆同轴。

[0025] 所述的铠装电缆11绕在存储架1上，铠装电缆11的一端与控制系统22连接。铠装电缆11的另一端穿过直管机构3、送管机构2、密封接头8与置于钻杆14内的带冲击装置的打捞器20连接。密封接头8安装在动力头7上，密封接头8连通主动钻杆10的内腔，所述的密封接头8的直径大于铠装电缆11的直径，密封接头8与铠装电缆11之间设有密封圈。[0026] 如图6所示，所述带冲击装置的打捞器20包括壳体、马达2001、主动齿轮2002、从动齿轮2003、压气活塞2009、梯形锥头2007、冲击板2010及电磁铁2008，壳体为筒状结构，壳体的两端设有端盖。所述的马达2001、压气活塞2009和冲击板2010安装在壳体内，冲击板2010将壳体内腔分成两个腔，其中一个腔内安装马达2001，马达2001输出轴上设有主动齿轮2002，主动齿轮与从动齿轮2003啮合，从动齿轮2003的转轴上安装有摆杆轴承2004，摆杆轴承2004的摆杆端部与压气活塞2009铰接，压气活塞2009置于活塞缸内，活塞缸与冲击板

2010固定连接。另一个腔内设有电磁铁2008、两个传动块和梯形锥头2007，电磁铁2008安装在冲击板2010端面中部，电磁铁2008与铠装电缆11连接。所述的壳体侧壁上设有两个通孔，两个通孔同轴，每个通孔内设有一个传动块，两个传动块之间通过弹簧2005连接；所述的梯形锥头2007设置在两传动块之间，梯形锥头2007的小端朝向电磁铁2008，梯形锥头2007的大端与端盖之间设有弹簧2006。通过铠装电缆11对带冲击装置的打捞头20内的电磁铁2008进行供电，从而使电磁铁2008具有磁性，将与弹簧2006连接的梯形锥头2007吸引上移，使两传动块伸出并卡入钻杆14对应位置。此时冲击装置内马达2001工作，主动齿轮2002工作带动从动齿轮2003转动使得摆杆轴承2004动作，带动与摆杆轴承2004连接的活塞2009进行往复运动敲击冲击板2010，将冲击力通过传动块传递给钻杆14，实现冲击钻进。钻进结束后，铠装电缆11停止供电，马达2001停止工作，电磁铁2008失磁，使得梯形锥头2007受弹簧2006的弹力作用复位，两传动块复位，再将岩心管16提出，回次结束。

[0027] 如图7所示，本发明在钻进前，主动钻杆10与钻杆14后端通过螺纹连接，钻杆14的前端螺纹部分置于旋转卡盘12内，通过旋转卡盘12实现钻杆14与主动钻杆10相连接，夹持器13将钻杆14夹持固定。支撑架17上的铠装电缆11穿过密封接头8与带冲击装置的打捞器20连接，带冲击装置的打捞器20与钻具15上的捞矛头连接，通过送缆机构2的马达驱动实现钻具15下放到位。钻进开始时，通过铠装电缆11对打捞头内的带冲击装置进行供电，从而使到位的带冲击装置的打捞器20的电磁铁2008具有磁性，将与弹簧2006连接的梯形锥头2007吸引向着电磁铁2008移动，使两传动块伸出壳体卡入钻杆对应位置，此时冲击装置的马达

2001工作，带动活塞2009进行往复运动敲击冲击板2010将冲击力通过传动块传递给钻杆，实现冲击钻进。钻进结束后，铠装电缆11停止供电，此时马达2001停止工作，电磁铁2008失磁，使得梯形锥头2007受弹簧2006的弹力作用复位，两传动块复位，再将岩心管提出，回次结束。