超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具及孔底冲击碎岩方法

888 编辑：中冶有色技术网来源：吉林大学

2023-12-14 16:05:17

权利要求书： 1.一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具的孔底冲击碎岩方法，其中的超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具，包括有由混合室(2)、冷却管(10)、壳体(3)、滑块(14)、锤体(9)、冲击钻头(21)、气管(11)和油管(12)；

所述混合室(2)安装于壳体(3)上端，气管(11)和油管(12)通入混合室(2)内，混合室(2)能将气管(11)和油管(12)通入的一定比例空气和燃料混合均匀；

壳体(3)中心开有圆柱形腔体，圆柱形腔体被锤体(9)隔断为上腔(18)和下腔(19)，圆柱形腔体外侧开有上腔进气道(15)、下腔进气道(4)、上腔排气口(17)、下腔排气口(7)及冷却通道(23)；

所述上腔排气口(17)与上腔信号道(16)和上腔排气道(20)相联通；

所述下腔排气口(7)与下腔信号道(6)和下腔排气道(8)相联通；

所述滑块(14)能在壳体(3)内在气压的推动下左右滑动；滑块(14)左右滑动时进气口(13)可分别将混合室(2)与下腔(19)和上腔(18)相连通；

所述冷却管(10)上端与气管(11)相通，下端冷却通道(23)相通，气管(11)内的部分空气经冷却管(10)通入各冷却通道(23)对壳体(3)进行冷却，并同时携带岩屑上返至地面；

所述气管(11)底端装有单向阀，防止混合室(2)内的燃料从冷却管(10)流失；

所述冷却通道(23)在壳体(3)内均布6个并均与冷却管(10)相通；

其特征在于：该方法是：先将超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具下放至孔底，由地面附属设备通过气管(11)和油管(12)向混合室(2)注入一定比例的空气和燃料，空气和燃料在混合室(2)内混合后通过上腔进气道(15)进入上腔(18)；然后通过地面钻机对超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具施压，锤体(9)则相对于壳体(3)上行并逐渐堵住上腔进气道(15)和上腔排气口(17)；锤体(9)上行压缩上腔(18)内的空气和燃料的混合物，当上腔(18)内的压力逐步增大到燃料可以爆炸时，锤体(9)在上腔(18)内爆炸产生的瞬间冲击作用下下行并带动冲击钻头(21)冲击孔底岩石；锤体(9)下行过程中逐渐漏出上腔排气口(17)与上腔进气道(15)，上腔(18)爆炸产生的高压气体从上腔排气口(17)排出，高压气体一部分经上腔信号道(16)吹动滑块(14)滑动，进而使得空气和燃料的混合物经下腔进气道(4)进入下腔(19)，高压气体另一部分经上腔排气道(20)吹扫孔底并携带岩屑上返至地面；进入下腔(19)的空气和燃料的混合物在锤体(9)下行产生的压力下压燃发生爆炸,下腔(19)内爆炸产生的冲击作用推动锤体(9)上行，锤体(9)上行的过程中逐渐漏出下腔排气口(7)与下腔进气道(4)，下腔(19)内爆炸产生的高压气体从下腔排气口(7)排出，高压气体一部分经下腔信号道(6)吹动滑块(14)滑动，进而使得空气和燃料的混合物经上腔进气道(15)进入上腔(18)；

另一部分高压气体经下腔排气道(8)吹扫孔底并携带岩屑上返至地面；如此循环往复实现对孔底岩石的冲击破碎作用；冷却管(10)内分流的空气进入各冷却通道(23)对壳体进行冷却，然后从冷却通道(23)排至孔底并携带岩屑上返至地面；地面排出的气体经附属设备进行净化处理后排空。

说明书：一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具及孔底冲击碎岩方法技术领域[0001] 本发明涉及一种孔底冲击碎岩钻具，特别涉及一种孔底冲击碎岩方法。背景技术[0002] 在基础工程施工及钻探工程中坚硬岩石的破碎是一个耗时、耗能、耗材的工序，尤其是硬质脆性岩石的破碎会对工具造成巨大的磨损，降低工具的使用寿命；而工具的破岩方式又会对工作效率产生较大影响。目前冲击碎岩是岩石破碎的主要方式，冲击的原理多种多样，如中国专利CN202937185U、CN107605396A等液动冲击器或者CN104481395A气动冲击工艺均是采用高压液体或气体作为冲击动力，气体、液体冲击能量释放的过程也是压力降低的过程，而此过程的发生需要短暂的时间积累，因此此类冲击器对岩石的冲击作用时间长。针对脆性坚硬岩石，瞬间的冲击能量释放能有利于破碎岩石，因此如何降低冲击能量的释放时长对岩石的破碎效果具有较大的影响。发明内容[0003] 本发明提供一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具及孔底冲击碎岩方法，本发明能够大幅降低冲击能量的释放时长与冲击钻头对岩石的作用时长，并利用排放的尾气携带岩屑上返至地面；超燃式双作用冲击作用能够大幅提高碎岩效率。[0004] 本发明是利用燃料的压燃爆炸产生的瞬间高能冲击碎岩，相对于气动或液动冲击器能够大幅降低冲击能量的释放时长与冲击钻头对岩石的作用时长，进而优化碎岩效果。[0005] 一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具，包括有由混合室、冷却管、壳体、滑块、锤体、冲击钻头、气管和油管；[0006] 所述混合室安装于壳体上端，气管和油管通入混合室内，混合室可将气管和油管通入的一定比例空气和燃料混合均匀。[0007] 所述壳体中心开有圆柱形腔体，腔体被锤体隔断为上腔和下腔，腔体外侧开有上腔进气道、下腔进气道、上腔排气口、下腔排气口及冷却通道；[0008] 所述锤体可在腔体内上下滑动，锤体下端与冲击钻固定安装。[0009] 所述上腔排气口与上腔信号道和上腔排气道相联通；[0010] 所述下腔排气口与下腔信号道和下腔排气道相联通；[0011] 所述滑块可在壳体内在气压的推动下左右滑动；滑块左右滑动时进气口可分别将混合室与下腔和上相连通。[0012] 所述冷却管上端与气管相通，下端冷却通道相通，气管内的部分空气经冷却管通入各冷却通道对壳体进行冷却，并同时携带岩屑上返至地面。[0013] 所述气管底端装有单向阀，防止混合室内的燃料从冷却管流失。[0014] 所述冷却通道在壳体内均布个并均与冷却管相通。[0015] 一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具的孔底冲击碎岩方法：是先将超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具下放至孔底，由地面附属设备通过气管和油管向混合室注入一定比例的空气和燃料，空气和燃料在混合室混合后通过上腔进气道进入上腔，通过地面钻机对超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具施压，锤体相对于壳体上行并逐渐堵住上腔进气道与上腔排气口；锤体上行压缩上腔内的空气和燃料的混合物，当上腔内的压力逐步增大到燃料可以爆炸时，锤体在上腔内爆炸产生的瞬间冲击作用下下行并带动冲击钻头冲击孔底岩石。锤体下行过程中逐渐漏出上腔排气口与上腔进气道，上腔爆炸产生的高压气体从上腔排气口排出，高压气体一部分从上腔排气口经上腔信号道吹动滑块滑动，进而使得空气和燃料的混合物经下腔进气道进入下腔，高压气体另一部分经上腔排气道吹扫孔底并携带岩屑上返至地面。进入下腔的空气和燃料的混合物在锤体下行产生的压力下压燃发生爆炸,下腔内爆炸产生的冲击作用推动锤体上行，锤体上行的过程中逐渐漏出下腔排气口与下腔进气道，下腔内爆炸产生的高压气体从下腔排气口排出，高压气体一部分经下腔信号道吹动滑块滑动，进而使得空气和燃料的混合物经上腔进气道进入上腔；另一部分高压气体经下腔排气道吹扫孔底并携带岩屑上返至地面。如此循环往复实现对孔底岩石的冲击作用。附图说明[0016] 图1为超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具锤体上行示意图。[0017] 图2为超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具锤体上限示意图。[0018] 图3为超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具上腔排气示意图。[0019] 图4为超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具锤体下限示意图。[0020] 图5为超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具下腔排气示意图。[0021] 图6为超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具冷却通道布置示意图[0022] 图中：1?孔壁、2?混合室、3?壳体、4?下腔进气道、5?单向阀、6?下腔信号道、7?下腔排气口、8?下腔排气道、9?锤体、10?冷却管、11?气管、12?油管、13?进气口、14?滑块、15?上腔进气道、16?上腔信号道、17?上腔排气口、18?上腔、19?下腔、20?上腔排气道、21?冲击钻头、23?冷却通道。具体实施方式[0023] 一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具，包括有由混合室2、冷却管10、壳体3、滑块14、锤体9、冲击钻头21、气管11和油管12；

[0024] 所述混合室2安装于壳体3上端，气管11和油管12通入混合室2内，混合室2能将气管11和油管12通入的一定比例空气和燃料混合均匀；[0025] 壳体3中心开有圆柱形腔体，圆柱形腔体被锤体9隔断为上腔18和下腔19，圆柱形腔体外侧开有上腔进气道15、下腔进气道4、上腔排气口17、下腔排气口7及冷却通道23；[0026] 所述上腔排气口17与上腔信号道16和上腔排气道20相联通；[0027] 所述下腔排气口7与下腔信号道6和下腔排气道8相联通；[0028] 所述滑块14能在壳体3内在气压的推动下左右滑动；滑块14左右滑动时进气口13可分别将混合室2与下腔19和上腔18相连通；[0029] 所述冷却管10上端与气管11相通，下端冷却通道23相通，气管11内的部分空气经冷却管10通入各冷却通道23对壳体3进行冷却，并同时携带岩屑上返至地面；[0030] 所述气管11底端装有单向阀，防止混合室2内的燃料从冷却管10流失；[0031] 所述冷却通道23在壳体3内均布6个并均与冷却管10相通。[0032] 一种超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具的孔底冲击碎岩方法：先将超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具下放至孔底，由地面附属设备通过气管11和油管12向混合室2注入一定比例的空气和燃料，空气和燃料在混合室2内混合后通过上腔进气道15进入上腔18；然后通过地面钻机对超燃式双作用孔底冲击碎岩钻具施压，锤体9则相对于壳体3上行并逐渐堵住上腔进气道15和上腔排气口17；锤体9上行压缩上腔18内的空气和燃料的混合物，当上腔18内的压力逐步增大到燃料可以爆炸时，锤体9在上腔18内爆炸产生的瞬间冲击作用下下行并带动冲击钻头21冲击孔底岩石；锤体9下行过程中逐渐漏出上腔排气口17与上腔进气道15，上腔18爆炸产生的高压气体从上腔排气口17排出，高压气体一部分经上腔信号道16吹动滑块14滑动，进而使得空气和燃料的混合物经下腔进气道4进入下腔19，高压气体另一部分经上腔排气道20吹扫孔底并携带岩屑上返至地面。进入下腔19的空气和燃料的混合物在锤体9下行产生的压力下压燃发生爆炸,下腔19内爆炸产生的冲击作用推动锤体9上行，锤体9上行的过程中逐渐漏出下腔排气口7与下腔进气道4，下腔19内爆炸产生的高压气体从下腔排气口7排出，高压气体一部分经下腔信号道6吹动滑块14滑动，进而使得空气和燃料的混合物经上腔进气道15进入上腔18；另一部分高压气体经下腔排气道8吹扫孔底并携带岩屑上返至地面；如此循环往复实现对孔底岩石的冲击破碎作用；冷却管10内分流的空气进入各冷却通道23对壳体进行冷却，然后从冷却通道23排至孔底并携带岩屑上返至地面；地面排出的气体经附属设备进行净化处理后排空。