一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具制造技术

本实用新型专利技术涉及一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，所述钻孔机具包括钻杆，钻杆顶部设置有水辫，水辫通过输液软管接入液态二氧化碳贮存罐，钻杆底部为钻头；水辫、钻杆、钻头内部设置有上下贯通连接的孔道。本实用新型专利技术能对钻头附近的冻土进行降温，减少冻土的融化，从而提高钻孔效率。

A drilling machine suitable for permafrost tunnel

The utility model relates to a drilling machine for permafrost tunnel, the drilling machine includes a drill pipe, the top of the drill pipe is provided with a water braid, the water braid is connected to a liquid carbon dioxide storage tank through an infusion hose, the bottom of the drill pipe is a drill bit, and the inner part of the water braid, drill pipe and drill bit is provided with an upper and lower through connection channel. The utility model can cool the frozen soil near the drill bit, reduce the melting of the frozen soil, and improve the drilling efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具
本技术涉及一种隧道施工工具，具体涉及一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具。
技术介绍
多年冻土区进行冻土隧道的开挖，一般采用钻爆法进行施工。钻爆法施工时，首先需进行钻孔作业。钻孔过程中产生的热量会使冻土温度升高，进而导致冻土融化，钻孔周围的围岩强度丧失、稳定性降低，进而可能发生塌方等安全事故。为了提高钻孔效率并确保隧道施工安全，可以对钻孔周边的岩土进行快速冷冻，以提高岩体强度和自稳能力。传统的钻孔设备冷冻材料是液氮，液氮的温度为-196℃。液氮对冻土的降温效果太强，导致冻土过于坚硬，难于开挖，反而不利于钻孔作业。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，对钻头附近的冻土进行降温，减少冻土的融化，从而提高了钻孔效率。本技术所采用的技术方案为：一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，其特征在于：所述钻孔机具包括钻杆，钻杆顶部设置有水辫，水辫通过输液软管接入液态二氧化碳贮存罐，钻杆底部为钻头；水辫、钻杆、钻头内部设置有上下贯通连接的孔道。水辫中轴为中心开孔，中心开孔向侧壁开孔并设置有与输液软管连接的水管接头；水辫下部为尾座，尾座底部为钻杆接头，钻杆接头与钻杆相连接。中心开孔内中部设置有芯轴。钻头包括钻头体，钻头体顶部与钻杆连接；钻头中轴为输液孔道，输液孔道底端向外分支，多个方向的多个出液口。钻头体内部设置有密闭室，密闭室内设置有温度传感器，温度传感器通过导线自钻头、钻杆、水辫的贯通孔道引出。温度传感器上设置有减震弹簧，减震弹簧固定一个回转轴承。输液软管接入液态二氧化碳贮存罐的位置设置有流速调节阀。本技术具有以下优点：本技术改进了原有冷冻材料的类型，并通过对钻孔设备结构的改进，将冻土的融化控制在合理范围内，减少冻土的融化，从而提高了钻孔效率。该结构简单可靠，设备制作简单，操作容易，无安全风险，效果良好，易于推广。附图说明图1为本技术结构图。图2为水辫剖面图。图3为钻头剖面图。图中，1—液态二氧化碳贮存罐；2—输液软管；3—流速调节阀；4—自动控制系统；5—水辫；6—水管接头；7—导线；8—钻杆；9—冻土；10—钻孔；11—冻土碎屑；12—钻头；31—温度传感器；32—钻头导线；33—输液孔道；34—钻头体；35—回转轴承；36—减震弹簧；37—出液口；38—温度传感器；51—中心开孔；52—钻杆接头；53—水辫导线；54—尾座；55—芯轴。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术进行详细的说明。本技术涉及一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，在现有钻具结构的基础上加入了液态二氧化碳输入体系，控制冻土的融化。所述钻孔机具包括钻杆8，钻杆8顶部设置有水辫5，水辫5通过输液软管2接入液态二氧化碳贮存罐1，钻杆8底部为钻头12。水辫5、钻杆8、钻头12内部设置有上下贯通连接的孔道。液态二氧化碳贮存罐1中的液态二氧化碳从输液软管2输入水辫5，经钻杆8到达钻头12，进入周围冻土。本技术采用的冷冻材料为液态二氧化碳，其液化点温度为-40℃。水辫5中轴为中心开孔51，中心开孔51向侧壁开孔并设置有与输液软管2连接的水管接头6。水辫5下部为尾座54，尾座54底部为钻杆接头56，钻杆接头56与钻杆8相连接。中心开孔51内中部设置有芯轴55。钻头12包括钻头体34，钻头体34顶部与钻杆8连接；钻头12中轴为输液孔道33，输液孔道33底端向外分支，多个方向的多个出液口37。钻头体34内部设置有密闭室，密闭室内设置有温度传感器38，温度传感器38通过导线自钻头12、钻杆8、水辫5的贯通孔道引出。温度传感器38上设置有减震弹簧36，减震弹簧36固定一个回转轴承35。输液软管2接入液态二氧化碳贮存罐1的位置设置有流速调节阀3。温度传感器38和流速调节阀3均可与自动控制系统相连接，流速调节阀3根据温度传感器38的采集数据控制流速。钻具工作时，贮存罐内的液态二氧化碳通过输液软管、水辫、钻杆、钻头内部的输液孔道流入钻头，再从钻头顶部的出液口输送到钻头周围的岩土，从而达到快速冷冻的目的。液态二氧化碳贮存罐顶部设有一个流速调节阀，调节阀可接入自动控制系统。自动控制系统根据温度传感器所测得的温度对调节阀进行调控，从而控制液态二氧化碳流入钻杆的速度。钻头与钻杆直接相连，钻杆的尾端连接有一水辫，用来在钻孔时向钻杆输入液态二氧化碳。水辫的水管接头与输液软管相连，输液软管的另一端与液态二氧化碳贮存罐相连。钻头内部设置有输液孔道，输液孔道的直径与钻杆内径相同。钻头的顶部设有3个出液口，用于在钻孔时排放液态二氧化碳。输液软管及导线表面可设置一层保温材料对其进行保护。钻头顶部有一个温度传感器，温度传感器通过减震弹簧固定于密闭室，可直接测量钻头顶部附近冻土的温度。减震弹簧固定一个回转轴承，可以保证在钻头、钻杆的旋转过程中，减震弹簧及温度传感器保持静止状态。从温度传感器尾端引出一根导线，导线从水辫的尾端中心孔处引出。钻孔工作前，需要设置一个合理的冷冻温度区间，使得钻头周围的冻土温度既不会太高，也不会太低，可以将这个温度区间输入自动控制系统。钻孔开钻后，打开液态二氧化碳流速调节阀，液态二氧化碳从钻头顶部的出液口排出，对钻头及其周围的冻岩进行降温。温度传感器在钻孔作业的过程中对钻头周围冻土的温度进行实时监测，并将数据反馈给自动控制系统。自动控制系统将温度传感器所反馈的数据进行分析，若此时冻土温度处于之前设置的温度区间内，则保持当前状态。若此时冻土温度高于之前设置的温度区间，则通过调节液态二氧化碳调节阀加大液态二氧化碳的流速，使钻头周围冻土的温度进一步下降。若低于设置的温度区间，则通过调节液态二氧化碳调节阀降低液态二氧化碳的流速，使钻头周围冻土的温度略有上升。本技术的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本技术说明书而对本技术技术方案采取的任何等效的变换，均为本技术的权利要求所涵盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，其特征在于：/n所述钻孔机具包括钻杆（8），钻杆（8）顶部设置有水辫（5），水辫（5）通过输液软管（2）接入液态二氧化碳贮存罐（1），钻杆（8）底部为钻头（12）；/n水辫（5）、钻杆（8）、钻头（12）内部设置有上下贯通连接的孔道。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，其特征在于：
所述钻孔机具包括钻杆（8），钻杆（8）顶部设置有水辫（5），水辫（5）通过输液软管（2）接入液态二氧化碳贮存罐（1），钻杆（8）底部为钻头（12）；
水辫（5）、钻杆（8）、钻头（12）内部设置有上下贯通连接的孔道。


2.根据权利要求1所述的一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，其特征在于：
水辫（5）中轴为中心开孔（51），中心开孔（51）向侧壁开孔并设置有与输液软管（2）连接的水管接头（6）；
水辫（5）下部为尾座（54），尾座（54）底部为钻杆接头（56），钻杆接头（56）与钻杆（8）相连接。


3.根据权利要求2所述的一种适用于多年冻土区冻土隧道的钻孔机具，其特征在于：
中心开孔（51）内中部设置有芯轴（55）。


4.根据权利要求3所述的一种适用于多年冻土区冻土隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩常领，史彦文，曹校勇，杨绍战，徐平，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61