本發(fā)明涉及一種水平定向鉆機(jī)用集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備，具體涉及到一種可以在巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中擴(kuò)孔鋪管的集束式氣動沖擊設(shè)備。

背景技術(shù)：

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，它包括給水、排水、燃?xì)狻崃?、電力、工業(yè)管道等幾大類。由于對地面建筑的保護(hù)和施工效率的要求，越來越多的城市地下管線鋪設(shè)采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)是采用在地表的鉆孔設(shè)備，以相對于地面較小的入射角鉆入底層中，形成先導(dǎo)孔，然后將先導(dǎo)孔孔徑逐級擴(kuò)大到所需要的大小，并鋪設(shè)管路的一種技術(shù)。水平定向鉆機(jī)施工地質(zhì)層主要包括兩大類：軟土層和復(fù)雜地層。

對于軟土層的水平定向鉆機(jī)非開挖鋪管施工，由于地層硬度較低，發(fā)展歷程較長，目前導(dǎo)向和擴(kuò)孔施工設(shè)備發(fā)展較為完善的。對于導(dǎo)向孔，一般采用造斜鉆頭即可實現(xiàn)。擴(kuò)孔施工，目前有翼狀、螺旋狀和者凹槽狀等鉆頭，這類鉆頭型號齊全，施工效率高，通過選用不同直徑的鉆頭逐級擴(kuò)孔，即能夠?qū)崿F(xiàn)軟土層中大直徑管線擴(kuò)孔要求。

對于巖石、卵礫石等復(fù)雜地層的水平定向鉆機(jī)非開挖鋪管施工，由于技術(shù)難度較大，研究較少，施工時出現(xiàn)不少難題。其中導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的技術(shù)難題，由英國保路捷公司和我國中聯(lián)重科將氣動沖擊錘引入導(dǎo)向孔鉆進(jìn)施工，將其有效地解決。第二步針對巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中的擴(kuò)孔施工，中國專利：CN 101666211A，設(shè)計了一種反向擴(kuò)孔氣動沖擊器，通過高壓氣體，推動內(nèi)部活塞運動，沖擊鉆頭帶動反向擴(kuò)孔氣動沖擊器，能夠有效的實現(xiàn)導(dǎo)向孔的擴(kuò)孔。其優(yōu)點是：在巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中擴(kuò)孔效率高，結(jié)構(gòu)簡單工作可靠。

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展、人口的迅速增長以及城市化進(jìn)程的不斷加快，地下管線的直徑要求也越來越大，對大直徑擴(kuò)孔設(shè)備的需求日益迫切。而通過增加反向擴(kuò)孔氣動沖擊器的直徑來增加巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中擴(kuò)孔線路的直徑，將表現(xiàn)出如下不足：

（1）制造大直徑的反向擴(kuò)孔氣動沖擊器加工工藝要求高、制造難度大、制造成本高，并且容易出現(xiàn)加工質(zhì)量問題

（2）大直徑的反向擴(kuò)孔氣動沖擊器體積大，質(zhì)量重，水平定向鉆機(jī)非開挖施工時回拖力無法滿足大直徑反向擴(kuò)孔氣動沖擊器的鋪管回拖要求。對于帶動其旋轉(zhuǎn)運動的鉆桿也需要承受更大了扭矩，即需要增大鉆桿的直徑來保證其旋轉(zhuǎn)。同時需要功率更大的空氣壓縮機(jī)提供足夠的氣壓，才能保證其正常工作。

（3）由于直徑大，反向擴(kuò)孔氣動沖擊器各部分零件結(jié)構(gòu)笨重，一旦施工中出現(xiàn)問題，必須整體拆卸維修，即耽誤施工進(jìn)度又需要高額的維修費用。

考慮到采用單個大直徑反向擴(kuò)孔氣動沖擊器在巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中施工的上述不足，設(shè)計一種采用三個或者三個以上的反向擴(kuò)孔沖擊器集束在一起，組合成大直徑的擴(kuò)孔氣動設(shè)備。由于反向擴(kuò)孔氣動沖擊器鉆頭與氣缸為螺紋緊固連接。數(shù)個反向擴(kuò)孔氣動沖擊器集束在一起成為一個整體后，各鉆頭無法單獨相對運動，失去了其獨立性，無法達(dá)到破巖目的。需要選用一種氣動沖擊器，集束后單個鉆頭仍然能夠獨立工作。現(xiàn)有一種被公知的氣動沖擊器（如科學(xué)出版社出版的《中國采礦設(shè)備手冊-上冊》第一章66頁至68頁發(fā)表的）沖擊器。該沖擊器由帶有硬質(zhì)合金鉆齒32的沖擊鉆頭31、氣缸30和螺紋接頭29組成。該沖擊器的沖擊鉆頭31能夠相對于氣缸滑動，數(shù)個該沖擊器集束成為一個整體時，每個沖鉆頭31能夠不受影響，繼續(xù)單獨工作，達(dá)到破巖的目的，該發(fā)明采用此沖擊器進(jìn)行集束。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

水平定向鉆機(jī)用集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備是一種巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中大直徑擴(kuò)孔用氣動沖擊設(shè)備，它由支架體、安裝在支架體上的氣動沖擊器、分氣裝置、端蓋和鉆桿連接裝置等設(shè)備組成。其工作步驟為：首先，水平定向鉆機(jī)通過鉆桿中心孔路，向集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備提供高壓氣體；其次，高壓氣體通過其支架體內(nèi)部氣路和分氣裝置進(jìn)入到各氣動沖擊器，推動氣動沖擊器內(nèi)部活塞高速運動，并撞擊將能量傳遞到?jīng)_擊鉆頭；最后，沖擊鉆頭產(chǎn)生滑動，并沖擊破碎巖石，完成擴(kuò)孔。

所述支架體為帶有中心桿的圓筒形結(jié)構(gòu)，圓筒兩側(cè)板上分別開有3個定位圓孔，用于安裝3個氣動沖擊器，中心桿內(nèi)部開有氣流通路，其主要作用是氣體通道和傳遞鉆桿拉力。圓筒左側(cè)板通過螺紋連接與分氣裝置相連，右側(cè)板上安裝有鉆桿連接裝置。

所述沖擊器的接頭上開有圓柱形螺紋，3個所述的沖擊器，分別穿過支架體左右兩側(cè)板的3個定位圓孔，接頭部分通過螺母固定在支架體左側(cè)板上，同時插入帶有密封環(huán)的分氣裝置內(nèi)。

所述分氣裝置中心開有階梯圓孔，內(nèi)部均勻分布3條通氣孔路為沖擊器提供高壓氣體，安裝在支架體上時，支架體中心桿穿過階梯圓孔，并通過螺母和密封墊圈緊固。所述分氣裝置外圍通過16個沿圓周均勻分布的螺釘與支架體相連接。

所述端蓋通過密封墊及8個沿圓周均勻分布的螺釘安裝在分氣裝置上，使得分氣裝置內(nèi)部形成密封氣腔。

所述鉆桿連接裝置通過6個沿圓周均勻分布的螺釘安裝在支架體的右側(cè)板中心，其內(nèi)部開有螺紋結(jié)構(gòu)，與水平定向鉆機(jī)的鉆桿相連接。

采用上述技術(shù)方案的集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備有以下特點：

（1）集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備采用由數(shù)個小直徑的沖擊器捆綁式構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)合理，制造工藝簡單、設(shè)備重量較輕、安裝維護(hù)方便。

（2）能夠有效的解決巖石、卵礫石等復(fù)雜地層中大直徑（>Ф500mm）擴(kuò)孔難的問題，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)高效擴(kuò)孔施工。

（3）鉆桿連接裝置采用密封環(huán)和螺紋結(jié)構(gòu),方便集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備施工時與水平定向鉆機(jī)鉆桿快速連接，提高了施工效率，并增加了設(shè)備的密封性。

（4）集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備重量較輕，無須更換大直徑鉆桿和大功率回拖設(shè)備，能夠節(jié)約施工成本。

下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明專利進(jìn)一步說明。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備的剖視圖；

圖2是圖1所示集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備的左視圖；

圖3是圖1所示集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備的右視圖；

圖4是圖1所示集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備與鉆桿和管線連接示意圖；

圖5是現(xiàn)有公開技術(shù)的潛孔錘沖擊器示意圖；

圖6、圖7、圖8、圖9為水平定向鉆機(jī)使用本發(fā)明集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備的施工方法步驟示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參見圖1、圖2、圖3和圖4，支架體20左端與分氣裝置5，右端與鉆桿連接裝置15都通過螺栓連接。在支架體上安裝有三個氣動沖擊器19。

支架體20由殼體10、左側(cè)板7、右側(cè)板11和中心桿8構(gòu)成。左側(cè)板7和右側(cè)板11上分別開有三個均勻分布的定位圓孔，用于安裝沖擊器19。中心桿8的內(nèi)部開有氣路9，最左端為拖管器連接孔1。

分氣裝置5一端與支架體20通過螺釘6和螺母4連接，另一端通過螺釘連接安裝有端蓋3。分氣裝置5上鉆有三條均勻分布的氣路24，中心為階梯孔結(jié)構(gòu)。安裝完畢后分氣裝置5，端蓋3和支架體中心桿8形成了氣腔27。由于分氣裝置5內(nèi)部氣路需要保證密封性，在連接處分別安裝密封墊圈25、23、4，用于減少空氣的壓力損失，保證設(shè)備的工作效率和可靠性。

鉆桿連接裝置15為中間開有通孔的階梯形圓柱體，通過螺釘12安裝在支架體20右側(cè)板11的中心。鉆桿連接裝置15的中心通孔上攻有內(nèi)螺紋13，方便非開挖施工時直接與水平定向鉆機(jī)的鉆桿連接。為了保證密封性，連接口處安裝有密封墊圈14。

沖擊器19的接頭21為帶螺紋的圓柱體，三個沖擊器19分別插入支架體20的左側(cè)板7和右側(cè)板11后，借助螺母22與支架體20側(cè)板上的定位孔連接定位。圓柱體接頭21的端部插入分氣裝置5的密封墊圈23部位，并借助分氣裝置5的螺母4和螺釘6壓緊。

集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備擴(kuò)孔施工時，一端通過鉆桿連接裝置15與水平定向鉆機(jī)鉆桿35螺紋連接，另一端與拖管器34通過鉸鏈連接，拖管器連接待鋪設(shè)管路33。

參見圖6、圖7、圖8、圖9。

上述集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備的施工方法具體步驟如下：

1）帶有動力頭37、供氣系統(tǒng)39、中空圓柱形鉆桿35的水平定向鉆機(jī)38，行進(jìn)到施工位置在鉆桿35的另一端安裝有導(dǎo)向鉆36，完成導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)。

2）將鉆桿35一端的導(dǎo)向鉆36換成反向擴(kuò)孔氣動沖擊器40，水平定向鉆機(jī)38回拖鉆桿35，同時通過鉆桿35中空孔路向反向擴(kuò)孔氣動沖擊器40提供高壓氣體，完成第一次擴(kuò)孔施工。

3）將反向擴(kuò)孔氣動沖擊器40換成集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備41，再將集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備41兩端都與鉆桿35連接。水平定向鉆機(jī)38回拖鉆桿35，并提供高壓氣體給集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備41，完成孔路直徑擴(kuò)大。

4）最后將集束式擴(kuò)孔氣動沖擊設(shè)備41，鉆頭端與鉆桿35連接，另一端連接管道33。水平定向鉆機(jī)38再次回拖鉆桿35，完成管路的鋪設(shè)。