适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法

395 编辑：中冶有色技术网来源：大连理工大学

2024-01-12 16:31:42

权利要求书： 1.一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：钻孔装置包括钻孔系统和钻机支架，所述钻机支架包括行走的底盘机构（1），底盘机构（1）上设有旋转机构（2），旋转机构（2）上设有工作平台（3），工作平台（3）上设置有驾驶及操作室（4），工作平台（3）的前端设有动臂（10），动臂（10）的前端与钻孔系统铰接；钻孔系统包括配电系统、空压系统（6）、凿岩部件（11）、钻土部件（12）、齿轮、钻杆（13）和钻杆底部的钻头（15）；所述凿岩部件（11）包括凿岩壳体，凿岩壳体内设有气缸（111），气缸（111）顶部设有气管（112），气缸（111）底部开孔，气缸（111）内设有活塞（113），活塞（113）顶部与涡轮扇叶（114）固定连接，活塞（113）底部与传力构件（115）固定连接；所述钻土部件（12）包括钻土壳体和电机（121），传力构件（115）设于钻土壳体内，电机（121）设于传力构件（115）内；齿轮内部与钻杆（13）嵌套连接，齿轮外部分别与传力构件（115）的底部和电机（121）啮合连接，齿轮底部通过受力构件（131）与钻杆（13）固定连接；所述钻头（15）包括螺旋钻头（151），螺旋钻头（151）底部连接有高强凿岩钻头（152）；

所述施工方法包括如下步骤：

S1将钻机支架行驶至指定位置；

S2安装钻孔系统；

S3调节动臂（10），控制钻头的初始高度和钻孔角度；

S4开始钻孔：当高强凿岩钻头（152）接触土层（16）时，开启电机（121），电机（121）通过钻杆（13）转动带动螺旋钻头（151）和高强凿岩钻头（152）转动，进行钻孔；当高强凿岩钻头（152）接触岩层（17）时，空压系统（6）通过气管（112）控制涡轮扇叶（114）带动活塞（113）转动，同时控制活塞（113）上、下运动，使得传力构件（115）带动钻杆（13）转动，并带动螺旋钻头（151）和高强凿岩钻头（152）转动，同时将冲击荷载传递至受力构件（131），通过钻杆（13）带动高强凿岩钻头（152）边转动边凿碎岩石。

2.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：步骤S4中空压系统（6）通过气管（112）控制涡轮扇叶（114）带动活塞（113）低频转动。

3.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：所述动臂（10）包括主要动臂（101）、次要动臂（102）和辅助动臂（103）。

4.如权利要求2所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：凿岩壳体顶端与辅助动臂（103）前端铰接连接。

5.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：所述钻杆（13）采用拼接式连接组装加长。

6.如权利要求1所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：所述钻杆（13）底部和钻头（15）通过螺纹（141）连接，钻孔系统还包括拆卸装置（14），将钻头（15）与拆卸装置（14）相互咬合，通过控制钻杆（13）反方向转动，实现钻杆（13）及钻头（15）的自行拆卸。

7.如权利要求6所述的一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，其特征在于：拆卸装置（14）设置于工作平台之上，通过控制动臂（10）将钻头（15）与拆卸装置（14）相互咬合。

说明书：一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法技术领域[0001] 本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法。

背景技术[0002] 锚杆支护是岩土工程领域中常见的支护形式，通常，土层钻孔采用螺旋钻机，岩石层采用冲击潜孔钻成孔。实际工程中，常常会遇到既有土层又有岩层的复杂地层，此类问题

的常规解决方法是更换钻孔设备。但是，此类解决方法存在下列问题：(1)机具设备的更换、

运输、组装、校核花费大量时间，增加施工工期。(2)根据不同地层情况更换不同钻孔设备，

无形之中增加了工程费用。(3)机具更换移位容易造成孔位偏差及钻孔倾斜。

发明内容[0003] 针对上述技术问题，本发明旨在提供一种适用于土层与岩层交替的地层情况、钻孔效率高、适应范围广方便快捷并易于操作的螺旋冲击钻孔装置的施工方法。

[0004] 本发明采用的技术方案是：[0005] 一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，所述钻孔装置包括钻机系统和钻机支架，所述钻机支架包括行走的底盘机构，底盘机构上设有旋转机构，旋转机构上设

有工作平台，工作平台上设置有驾驶及操作室，工作平台的前端设有动臂，动臂的前端与钻

孔系统铰接连接；钻孔系统包括配电系统、空压系统、凿岩部件、钻土部件、齿轮、钻杆和钻

杆底部的钻头；所述凿岩部件包括凿岩壳体，凿岩壳体内设有气缸，气缸顶部设有气管，气

缸底部开孔，气缸内设有活塞，活塞顶部与涡轮扇叶固定连接，活塞底部与传力构件固定连

接；所述钻土部件包括钻土壳体和电机，传力构件设于钻土壳体内，电机设于传力构件内；

齿轮内部与钻杆嵌套连接，齿轮外部分别与传力构件的底部和电机啮合连接，齿轮底部通

过受力构件与钻杆固定连接；所述钻头包括螺旋钻头，螺旋钻头底部连接有高强凿岩钻头，

其既满足土层钻孔的旋挖功能又满足岩层钻孔的冲击凿岩功能；

[0006] 所述施工方法包括如下步骤：[0007] (1)将钻机支架行驶至指定位置；[0008] (2)安装钻孔系统；[0009] (3)调节动臂控制钻头的初始高度和钻孔角度；[0010] (4)开始钻孔：当高强凿岩钻头接触土层时，开启电机，电机通过钻杆转动带动螺旋钻头和高强凿岩钻头转动，进行钻孔；当高强凿岩钻头接触岩层时，空压系统(泵入或抽

出气体)通过气管控制涡轮扇叶带动活塞转动，同时控制活塞上、下运动，使得传力构件带

动钻杆转动，并带动螺旋钻头和高强凿岩钻头转动，同时将冲击荷载传递至受力构件，通过

钻杆带动高强凿岩钻头边转动边凿碎岩石。

[0011] 步骤(4)空压系统(泵入或抽出气体)通过气管控制涡轮扇叶带动活塞转动，转动为低频转动，通过调整涡轮数目或改变涡轮扇叶角度实现。

[0012] 行走的底盘机构包括底盘、动力系统、动力油箱、液压油箱和液压泵，液压泵设置于液压油箱之上。底盘为履带。

[0013] 配电系统和空压系统设于工作平台之上。[0014] 所述动臂包括主要动臂、次要动臂和辅助动臂，其中主要动臂用来控制钻头的初始高度，次要动臂用来控制钻孔过程中钻头的升降，辅助动臂用来控制钻头钻孔角度。

[0015] 凿岩壳体顶端与辅助动臂前端铰接连接。[0016] 驾驶及操作室并排设置于工作平台之上。[0017] 所述钻杆采用拼接式连接组装加长，例如螺纹连接组装加长，根据钻孔深度对钻杆组合拼装，使其满足孔深要求。

[0018] 活塞顶部与涡轮扇叶的轴或扇叶固定连接。[0019] 所述钻杆底部和钻头通过螺纹连接，更进一步的，钻孔系统还包括与钻头配套的拆卸装置，例如扳手，将钻头与拆卸装置相互咬合，通过控制钻杆反方向转动，实现钻杆及

钻头的自行拆卸。

[0020] 拆卸装置设置于工作平台之上，通过控制动臂将钻头与拆卸装置相互咬合。[0021] 凿岩壳体与钻土壳体螺栓相连。[0022] 齿轮为一个，还可以是上、下两个，上边的齿轮外部与电机啮合，下边的齿轮外部与传力构件的底部啮合，下边齿轮的底部通过受力构件与钻杆固定连接。优选齿轮为一个。

[0023] 本发明的有益效果：[0024] (1)可适应不同的地层条件，特别适合于土层与岩层交替的地层。本钻机可根据不同的地层情况采取不同的钻孔方式，当遇到土体地层时，可采用旋挖的方式钻孔；当遇到坚

硬的岩体地层时，可采用冲击凿岩的方式钻孔。

[0025] (2)可精准控制钻孔角度。辅助动臂可准确控制钻孔倾角，避免钻孔倾角偏差。[0026] (3)绿色环保、节能降噪。凿岩部件以压缩空气为动力源，无有害产物，节能环保；同时凿岩部件工作效率高。

[0027] (4)实现设备钻孔与凿孔的自由切换。设备钻孔时采用电机控制，当钻头在土体中工作时，通过电机控制钻头转动钻孔；当钻头在岩石中工作时，通过气泵控制活塞上下运

动，从而实现凿岩工作，在气泵作用下，活塞上端涡轮扇叶带动活塞低频转动，从而带动钻

头低速转动，使得的钻头凿孔更加均匀。

[0028] (5)电机钻孔稳定且能提供合适的扭矩。土体钻孔时，不需要凿击岩石成孔，那么电机带动钻杆转动，相对于气泵、液压控制钻杆转动，电机的转动频率更加稳定，同时，电机

可提供满足钻孔需求的扭矩，而气泵、液压则提供扭矩有限。

[0029] (6)传动系统稳定、牢靠。本发明研发了新型的传力构件和受力构件，组成一套全新的传动系统。传力构件与受力构件组合使用，可以完美切分两种工作状态，使得土中钻

孔、岩中凿孔两种工作独立进行，两者之间不产生关联。同时，传力构件与受力构件的组合

极大的发挥了稳定钻杆的重要作用。

[0030] (7)钻头、钻杆的自动装卸。通过设置与钻头配套的拆卸装置，可实现钻头、钻杆的自动装卸。钻杆正方向转动，钻头与钻杆紧固；钻杆反方向转动，钻头与钻杆松动，可便于拆

除钻头、钻杆。

[0031] (8)钻头坚固牢靠。钻头在钻进过程中直接与岩土体作用，所以钻头为钻机最薄弱部位。本发明中的钻头为螺旋钻头和高强凿钻头的组合钻头，使其既满足旋挖和冲击凿岩

的需求，在钻孔过程中不发生破坏。

[0032] (9)凿岩均匀。由于活塞上端设置涡轮扇叶，泵入空气时，传力构件带动钻杆转动，高强凿岩钻头在冲击凿岩时发生转动，使得凿岩孔洞更加匀称。

[0033] (10)机动性强。行走的底盘机构采用履带驱动行驶，可适应高山、洼地，陡坡等各种地形，机动灵活，边坡支护工程中作用明显。

附图说明[0034] 图1为本发明的左视图；[0035] 图2为本发明的右视图；[0036] 图3为凿岩部件、钻土部件内部示意图。[0037] 图4为A?A剖视图。[0038] 其中，1、底盘机构；2、旋转机构；3、工作平台；4、驾驶及操作室；5、行走的底盘机构的动力系统；6、空压系统；7、动力油箱；8、液压油箱；9、液压泵；10、动臂；101、主要动臂；

102、次要动臂；103、辅助动臂；11凿岩部件；111、气缸；112、气管；113、活塞；114、涡轮扇叶；

115、传力构件；12、钻土部件；121、电机；13、钻杆；131、受力构件；14、拆卸装置；141、螺纹；

15、钻头；151、螺旋钻头；152、高强凿岩钻头；16、土层；17、岩层。

具体实施方式[0039] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“横向”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的

方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或

元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0040] 实施例1[0041] 如图1－4所示，一种适用于岩与土的螺旋冲击钻孔装置的施工方法，钻孔装置包括钻机系统和钻机支架，所述钻机支架包括行走的底盘机构1，底盘机构1上设有旋转机构

2，旋转机构2上设有工作平台3，工作平台3上设置有驾驶及操作室4，工作平台3的前端设有

动臂10，动臂10的前端与钻孔系统连接；钻孔系统包括配电系统、空压系统6、凿岩部件11、

钻土部件12、齿轮、钻杆13和钻杆底部的钻头15；所述凿岩部件11包括凿岩壳体，凿岩壳体

内设有气缸111，气缸111顶部设有气管112，气缸111底部开孔，气缸111内设有活塞113，活

塞113顶部与涡轮扇叶114固定连接，活塞113底部与传力构件115固定连接；所述钻土部件

12包括钻土壳体和电机121，传力构件设于钻土壳体内，电机121设于传力构件115内；齿轮

内部与钻杆13嵌套连接，齿轮外部分别与传力构件115的底部和电机121啮合连接，齿轮底

部通过受力构件131与钻杆13固定连接；所述钻头15包括螺旋钻头151，螺旋钻头151底部连

接有高强凿岩钻头152，其既满足土层钻孔的旋挖功能又满足岩层钻孔的冲击凿岩功能。底

盘机构1包括底盘、动力系统、动力油箱7、液压油箱8和液压泵9，液压泵9设置于液压油箱8

之上。底盘为履带。配电系统和空压系统6设于工作平台之上。所述动臂10包括主要动臂

101、次要动臂102和辅助动臂103，其中主要动臂101用来控制钻头的初始高度，次要动臂

102用来控制钻孔过程中钻头的升降，辅助动臂103用来控制钻头钻孔角度。凿岩壳体顶端

与辅助动臂103前端铰接连接。驾驶及操作室4并排设置于工作平台3之上。所述钻杆13采用

螺纹141连接组装加长，根据钻孔深度对钻杆组合拼装，使其满足孔深要求。活塞113顶部与

涡轮扇叶的轴固定连接。所述钻杆13底部和钻头15通过螺纹141连接，更进一步的，钻孔系

统还包括与钻头配套的拆卸装置14，例如扳手，拆卸装置14设置于工作平台3之上，通过控

制动臂10将钻头15与拆卸装置14相互咬合，通过控制钻杆13反方向转动，实现钻杆13及钻

头15的自行拆卸。凿岩壳体与钻土壳体螺栓相连。齿轮为一个。

[0042] 所述施工方法，包括如下步骤：[0043] (1)将钻机支架行驶至指定位置；[0044] (2)安装钻孔系统，将凿岩壳体顶端与辅助动臂103前端铰接连接；[0045] (3)调节主要动臂101控制钻头的初始高度、辅助动臂控103制钻头钻孔角度；[0046] (4)开始钻孔：当高强凿岩钻头152接触土层16时，开启电机121，电机121通过钻杆13转动带动螺旋钻头151和高强凿岩钻头152转动，进行钻孔；当高强凿岩钻头152接触岩层

17时，空压系统6(泵入或抽出气体)通过气管控制涡轮扇叶114带动活塞113低频转动，同时

控制活塞113上、下运动，使得传力构件115带动钻杆13转动，并带动螺旋钻头151和高强凿

岩钻头152转动，同时将冲击荷载传递至受力构件131，通过钻杆带动高强凿岩钻头边转动

边凿碎岩石，使得岩石破碎更加均匀。