工程地质勘探用多钻头钻机的研制与应用

张文　唐智能　李亚龙　周航

摘 要：针对我国钻机技术存在的问题，研制出一种新型工程地质勘探用多钻头钻机，转杆的下表面焊接有固定法兰，连接杆的下端与轴承定子相焊接，轴承转子的外围焊接有旋转换头盘，第一带法兰钻头的法兰上表面与法兰的下表面相贴合，螺栓通孔和第一带法兰钻头上表面的带螺纹通孔的内部螺接有螺栓，本装置安装有旋转换头盘，旋转换头盘上配备有四个不同种类的带法兰钻头，可以快速安全的更换钻头，避免了在更换钻头时对人体造成损害，省时省力，提高了工作效率。

关键词：多钻头；钻机；地质勘探

1 引言

勘探是工程地质勘察过程中查明地下地质情况的一种必要手段，是在地面的工程测绘和调查所取得各种资料的基础上，进一步对工程地质条件进行定量评价，进行地质勘探的时候钻机是必须要用到的一种设备[1-2]，钻机用来获取地表下深层的土壤和岩石，在不同的地质环境下会用到不同种类的钻头，更好地提升勘探效率，但是在给钻机更换钻头时费时费力，并且要避免钻头滑落对人体造成损伤，不能快速安全的进行钻头的更换[3-7]，为了解决上述问题，我们提出了一种工程地质勘探用多钻头钻机。

2工程地质勘探用多钻头钻机总体结构设计

工程地质勘探用多钻头钻机如图1所示，包括机身，机身的下表面转动安装有钻杆，转杆的下表面焊接有法兰，法兰的上表面四周均匀开设有至少四个螺栓通孔，机身的下表面固定安装有连接杆，连接杆的下端与轴承定子相焊接，轴承转子的外围套接有轴承转子，轴承转子的外围焊接有旋转换头盘，旋转换头盘的上表面从左侧开始顺时针依次活动插接有第一带法兰钻头、第二带法兰钻头、第三带法兰钻头和第四带法兰钻头，且第一带法兰钻头、第二带法兰钻头、第三带法兰钻头和第四带法兰钻头的上表面四周分别均匀开设有至少四个带螺纹通孔，第一带法兰钻头的上表面与固定法兰的下表面相贴合，螺栓通孔和第一带法兰钻头上表面的带螺纹通孔的内部螺接有螺栓。

3工程地质勘探用多钻头钻机的有益效果

（1）工程地质勘探用多钻头钻机，安装有旋转换头盘，旋转换头盘上配备有四个不同种类的带法兰钻头，用于在不同地质环境下钻探，能对土层、砂层、砾石层、岩层等进行钻探取芯。

（2）该钻机轻便，效率高，更换钻头时，拧开螺栓，转动旋转换头盘，使要更换的带法兰钻头上方的法兰与固定法兰相重合，再拧入螺栓，完成钻头的快速更换，避免了在更换钻头时对人体造成损害，省时省力，提高了工作效率。

（3）该钻机的第一带法兰钻头的下表面与旋转换头盘上表面的距离为3厘米，保证第一带法兰钻头的下表面不会与旋转换头盘的上表面相接触，使第一带法兰钻头可以跟随钻杆的转动而转动，同时可以为螺栓添加螺母留出足够的空间，此外螺栓的下方螺接有螺母，螺接螺母后固定的更加紧固，防止了螺栓的脱落。

（4）该钻机的动力头安装内外管的浮动机构，不仅可以保护钻杆丝扣，而且还可以清除岩粉，保证钻孔内部清洁，提高效率。

4 工程地质勘探用多钻头钻机的使用说明

工程地质勘探用多钻头钻机，机身的下表面转动安装有钻杆，机身控制转杆转动，转杆的下表面焊接有固定法兰，固定法兰的上表面四周均匀开设有至少四个螺栓通孔，固定法兰用来连接四个带法兰钻头，机身1的下表面固定安装有连接杆，连接杆的下端与轴承定子相焊接，连接杆用来连接机身1和旋转换头盘，轴承定子的外围套接有轴承转子，轴承转子的外围焊接有旋转换头盘，旋转换头盘以轴承定子为圆形进行旋转，旋转换头盘的上表面从左侧开始顺时针依次活动插接有第一带法兰钻头、第二带法兰钻头、第三带法兰钻头和第四带法兰钻头，且第一带法兰钻头、第二带法兰钻头、第三带法兰钻头和第四带法兰钻头的上表面四周分别均匀开设有至少四个带螺纹通孔，四个不同种类的带法兰钻头用于不同地质环境的钻探，上端带有的法兰用来和固定法兰相螺接，第一带法兰钻头的上表面与固定法兰的下表面相贴合，螺栓通孔和第一带法兰钻头上表面的带螺纹通孔的内部螺接有螺栓，带法兰钻头和固定法兰被四个螺栓固定在一起，随着钻杆的旋转而旋转。

在需要更换钻头时，关闭机身电源，等钻杆停止旋转后把固定法兰上的螺栓拧下，转动旋转换头盘，上体选中的带法兰钻头，使要更换的带法兰钻头上方的与固定法兰完全重合，并且在实际使用中，可以根据需要来分别设置四个钻头的种类和型号，把螺栓插入到螺栓通孔和带螺纹通孔中，然后拧紧，为了螺栓固定的更加紧固，在每个螺栓的下端再旋紧一个螺母，来完成钻头的快速更换。

5 结论

该工程地质勘探用多钻头钻机，安装有旋转换头盘，旋转换头盘上配备有四个不同种类的带法兰钻头，用于在不同地质环境下钻探，更换钻头时，拧开螺栓，转动旋转换头盘，使要更换的带法兰钻头上方的法兰与固定法兰相重合，再拧入螺栓，完成钻头的快速更换，本装置安全实用，避免了在更换钻头时对人体造成损害，省时省力，提高了工作效率，满足了复杂地区的钻探需求，为进一步完善和提高工程地质勘探多钻头钻机的性能奠定了基础。

参考文献

[1]吴允威.旋挖钻斗结构的探讨[J].探矿工程，2000，（2）.

[2]朱迪斯，黃玉文等.旋挖钻机岩石钻进实验[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008，35（3）.

[3]刘广志.中国钻探科学技术史[M].北京：地质出版社，1998.

[4]夏家祥，韩烈祥，朱丽华，李杰，孙海芳，谯抗逆.北美移动钻机技术现状[J].钻采工艺，2013，36（04）：1-5+133.

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[7]张伟.关于我国地质岩心钻机发展方向的分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008（08）：1-5.

[8]张伟.关于我国地质岩心钻机发展方向的分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008（08）：1-5.

作者简介

张文（1995-），男，河南焦作人，在读本科，河南理工大学资源环境学院地质工程（卓越）专业。