全回转套管钻机及其钻掘进取土结构与掘进取土方法

摘要

本发明公开了一种全回转套管钻机及其钻掘进取土结构与掘进取土方法。本申请实施例一方面提供的全回转套管钻机钻掘进取土结构，设置在所述全回转套管钻机的套管内，包括捞砂斗、提升组件和锁定组件，捞砂斗匹配滑动设置在所述套管内，提升组件用于带动所述捞砂斗在所述套管内轴向移动，锁定组件连接在所述提升组件与所述捞砂斗之间，能够将所述捞砂斗和所述套管的相对位置锁定或解锁。该全回转套管钻机钻掘进取土结构具有自行取土功能。

说明书

技术领域

本发明属于钻掘设备技术领域，尤其涉及一种全回转套管钻机及其钻掘进取土结构与掘进取土方法。

背景技术

全回转套管钻机一般是指利用套管钻机(全回转钻机或搓管机)对孔内套管施加扭矩和垂直载荷，驱动力由套管传递给前端掘进端，使套管在地层中钻进，为降低或最大限度地消除套管内部土塞的摩阻力，需要借助外部旋挖钻机等钻掘机具将套管内部的土体及时取出，套管钻机本身不具备自动取土功能，而且采用旋挖钻机取土这无疑也增加了钻掘成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有自行取土功能的全回转套管钻机及其钻掘进取土结构与掘进取土方法。

为此，本申请实施例一方面提供的全回转套管钻机钻掘进取土结构，设置在所述全回转套管钻机的套管内，包括：

捞砂斗，匹配滑动设置在所述套管内；

提升组件，用于带动所述捞砂斗在所述套管内轴向移动；

锁定组件，连接在所述提升组件与所述捞砂斗之间，能够将所述捞砂斗和所述套管的相对位置锁定或解锁；

当所述捞砂斗被锁定后，所述捞砂斗能随所述套管同步向下掘进；当所述捞砂斗解锁后，所述捞砂斗在所述提升组件的带动下在所述套管内轴向移动。

具体的，所述锁定组件包括：

卡套，设置在所述套管的内壁上，所述卡套的底端面上设有多个卡槽；

多个卡槽，设置在所述套管的内壁上；

驱动件，与所述卡块连接，用于带动所述卡块沿所述套管径向方向在第一位置和第二位置之间移动；

当所述卡块位于第一位置时，转动并下压所述套管，将所述卡块接入对应的所述卡槽中，即可实现所述捞砂斗位置锁定；

当所述第二位置时，所述卡块从对应的所述卡槽中退出。

具体的，所述驱动件包括：

连接架，设置在所述捞砂斗的顶部，多个所述卡块围绕所述连接架设置；

多根第一连杆，多根所述第一连杆的一端与所述连接架铰接，另一端与对应的所述卡块的下部铰接；

连接盘，设置在所述连接架的上方，用于与提升组件连接；

多根第二连杆，多根所述第二连杆的一端与所述连接盘铰接，另一端与对应的所述卡块的上部铰接。

具体的，所述提升组件包括：

吊装块，设置在所述连接盘的顶部；

提升绳，与所述吊装块连接，所述提升绳从所述套管的顶部穿出与提升机连接。

具体的，所述锁定组件同时将所述捞砂斗和所述套管的轴向和周向相对位置锁定或解锁，所述捞砂斗被锁定时，所述捞砂斗位于所述套管的掘进端内。

具体的，所述套管的掘进端外壁上设有螺旋筋条，底端设有掘进齿。

具体的，所述捞砂斗包括：

斗体，所述斗体的顶端设有顶板；

底板，可翻转打开地设置于所述斗体的底部，所述底板的底部设有截齿；

开锁机构，设置在所述斗体上，用于控制所述底板的翻转打开与锁定。

具体的，所述底板包括内底板和外底板，所述内底板的一侧和所述斗体铰接，另一侧和所述开锁机构连接；

所述内底板上设有进土口，所述外底板和所述内底板的中部通过转动轴转动连接，所述外底板能够绕所述转动轴转动以遮挡或暴露所述进土口，所述内底板的两侧边上设有用于限制所述外底板的转动范围的限位块。

本申请实施例另一方面提供的全回转套管钻机，包括上述全回转套管钻机钻掘进取土结构。

本申请实施例另一方面提供的上述全回转套管钻机的掘进取土方法，包括如下步骤：

利用提升组件将捞砂斗下放至套管底部；

利用锁定组件将所述捞砂斗和所述套管的相对位置锁定；

套管正常下压钻进，同时带动捞砂斗同步钻进；

完成一次钻进后，关闭所述捞砂斗，将所述捞砂斗和所述套管的相对位置解锁，利用提升组件提起捞砂斗后释放砂土；

重复上述步骤继续钻进。

与现有技术相比，本发明至少一个实施例具体如下有益效果：捞砂斗下放至套管底部后，利用锁定组件锁定在套管内，即可随套管一起掘进取土，捞砂斗内装满砂土后，锁定组件解锁，利用提升组件提起捞砂斗后释放砂土，即可完成掘进取土，不仅操作难度得到降低，操作方式简单，而且可以提升钻进效率，降低每次甩土能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的全回转套管钻机钻掘进取土结构示意图；

图2是本发明实施例涉及的套管结构示意图；

图3是本发明实施例涉及的锁定组件结构示意图；

图4是本发明实施例涉及的捞砂斗结构示意图；

其中：1、套管；2、捞砂斗；201、斗体；202、底板；2021、内底板；2022、外底板；203、开锁机构；3、提升组件；301、吊装块；302、提升绳；4、锁定组件；401、卡块；402、卡套；403、驱动件；404、卡槽；4031、连接架；4032、第一连杆；4033、连接盘；4034、第二连杆；5、螺旋筋条；6、掘进齿；7、截齿；8、进土口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1-图4，本发明实施例提供的全回转套管钻机钻掘进取土结构，该取土结构设置在全回转套管钻机的套管内，套管由多段可拆卸连接的套管节段拼接而成。该取土结构包括捞砂斗2、提升组件3和锁定组件4，捞砂斗2匹配滑动设置在套管1内，提升组件3用于带动捞砂斗2在套管1内轴向移动，锁定组件4连接在提升组件3与捞砂斗2之间，能够至少将捞砂斗2和套管1的相对位置锁定或解锁。其中，当捞砂斗2被锁定后，捞砂斗2能随套管1同步向下掘进，实现取土；当捞砂斗2解锁后，捞砂斗2在提升组件3的带动下在套管1内轴向移动，从而将捞砂斗2提升至套管1外。

本实施例取土结构取土时，将捞砂斗2下放至套管1底部，利用锁定组件4将捞砂斗2锁定在套管1内；此时，捞砂斗2即可随套管1一起掘进取土，当捞砂斗2内装满砂土后，将捞砂斗2解锁，利用提升组件3提起捞砂斗2后释放砂土，即可完成掘进取土，不仅操作难度得到降低，操作方式简单，而且可以提升钻进效率，降低每次甩土能耗。

参见图2和图3，在一些实施例中，锁定组件4包括多个卡块401、卡套402和驱动件403，多个卡块401沿套管1的周向均布在套管1内，卡套402设置在套管1的内壁上，卡套402的底端面上沿其圆周方向均布有多个卡槽404，多个卡槽404与各个卡块401数量一致，且位置对应，卡槽404是沿着卡套402的轴向延伸的，驱动件403则与卡块401连接，驱动件403可以带动卡块401朝向套管1径向方向在第一位置和第二位置之间移动，当卡块401位于第一位置时，转动并下压套管1，将卡块401接入对应的卡槽404中，即可实现捞砂斗2的位置锁定，当第二位置时，卡块401从对应的卡槽404中退出，即可实现捞砂斗2的解锁。

本实施例中，锁定组件4类似于能够沿套管1径向膨胀或收缩的锁扣，当需要将捞砂斗2和套管1位置锁定时，只需要利用驱动件403带动卡块401扩张，同时旋转和下压套管1，即可自动将卡块401接入对应的卡槽404中，实现捞砂斗2位置的锁定，操作方便。

参见图3，在另一些实施例中，驱动件403包括连接架4031、多根第一连杆4032、连接盘4033和多根第二连杆4034，连接架4031设置在捞砂斗2的顶部，连接盘4033设置在连接架4031的上方，用于与提升组件3连接，多个卡块401围绕连接架4031设置，多根第一连杆4032的一端与连接架4031铰接，另一端与对应的卡块401的下部铰接，多根第二连杆4034的一端与连接盘4033铰接，另一端与对应的卡块401的上部铰接。

本实施例驱动件结构，在捞砂斗2下放至套管1底部时，可以在自身重力作用下，使得卡块401沿套管1径向膨胀，插入对应的卡槽404中，实现位置锁定，在捞砂斗2通过提升组件3吊起时，在下端捞砂斗2重力作用下，卡块401可以沿径向收缩，从卡槽404中自带退出，实现解锁；卡块401的径向移动驱动力为重力，因此无需额外使用动力源，系统可靠性高。当然，需要解释说明的是，驱动件403也可以直接采用液压缸、气压缸或线性电机等线性驱动件，当时成本会相应增加。

参见图3，在另一些实施例中，提升组件3包括吊装块301和提升绳302，吊装块301的顶部设有挂钩，底部则直接固定在连接盘4033的顶部中心处，提升绳302的一端与吊装块301上的挂钩固定连接，另一端从套管1的顶部穿出与提升机连接；其中，提升机可以采用卷扬机等机构，提升绳302则需具备足够的拉伸强度，可以采用钢丝绳。

在实际设计中，为防止套管1掘进过程中，捞砂斗2相对套管1周向转动造成提升绳302绕线自动扭转无法升绳，锁定组件4能够同时将捞砂斗2和套管1的轴向和周向相对位置进行锁定或解锁，也即当捞砂斗2位置被锁定后，捞砂斗2不能相对套管1轴向移动和周向转动。

具体的，捞砂斗2和套管1的相对位置锁定时，捞砂斗2位于套管1的掘进端内，且与套管1的底端之间留有设定距离，套管1正常下压钻进时，捞砂斗2在套管1里面钻进，不突出套管1。

参见图1和图2，在另一些实施例中，套管1的掘进端外壁上设有螺旋筋条5，底端设有掘进齿6，通过在套管1外周焊接螺旋筋条5，使其外径比上端套管1的外径略大，可以减小上端套管1钻进时的摩擦力。

参见图4，在另一些实施例中，捞砂斗2包括斗体201、底板202和开锁机构203，斗体201的顶端设有顶板，底端设有底板202，底板202可相对斗体201翻转打开，在底板202的底部设有截齿7，开锁机构203设置在斗体201上，可以控制底板202的打开与关闭，当捞砂斗2存满砂土，需要卸土时，利用开锁机构203带动底板202翻转打开，即可将砂土从斗体201底部卸出，砂土卸载完成后，开锁机构203带动底板202翻转关闭，此时捞砂斗2可以重新捞砂存土。至于开锁机构203的具体结构，均为现有技术，在此不再赘述。

参见图4，在另一些实施例中，底板202包括内底板2021和外底板2022，内底板2021的一侧和斗体201铰接，另一侧和开锁机构203连接，内底板2021上设有进土口8，外底板2022和内底板2021的中部通过转动轴转动连接，外底板2022能够绕转动轴转动以遮挡或暴露进土口8，内底板2021的两侧边上设有用于限制外底板2022的转动范围的限位块。

本实施例中，捞砂斗2和套管1位置锁定后，套管1带动捞砂斗2同步转动；此时，外底板2022在摩擦力作用下，绕中部转动轴旋转，并通过限位块限位，将进土口8打开，掘进过程中的砂土可以从进土口8进入斗体201中进行储存，当需要卸土时，只需反向转动套管1，带动外底板2022反向转动重新将进土口8遮蔽，提起捞砂斗2后释放砂土即可。

本申请实施例另一方面还提供一种采用上述实施例掘进取土结构的全回转套管钻机。因本申请全回转套管钻机采用了上述实施例结构的掘进取土结构，因此至少具备上述实施例掘进取土结构的有益效果，在此不再赘述。

参见图1-图4，本申请实施例另一方面提供的掘进取土方法，包括如下步骤：

利用提升绳302下放捞砂斗2，卡块401在重力作用下内收至第二位置，当捞砂斗2放至套管1底部时，卡块401在连接盘4033及自身重力作用下，外移至第一位置；

套管1缓慢下压，同时旋转，将卡扣装入对应的卡槽404中；

套管1正常下压钻进，同时带动捞砂斗2同步钻进，捞砂斗2在套管1里面钻进，不突出；

完成一次钻进后，反转一圈，关闭捞砂斗2，提起套管1一段距离，卡块401内收从卡槽404中退出，由提升绳302提起捞砂斗2后释放砂土；

重复上述步骤继续钻进。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。