CN1264452A - 定向钻孔设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种定向钻孔设备,特别是,但不仅仅是,在限定的空间使用的和应用在靠近诸如围墙、房屋、建筑物等阻碍物的位置定向钻孔设备。另外还公开了推进和使钻头前进的装置。推进和使钻头前进的装置具有这样的设计,即对于致动装置和钻孔设备的大小尺寸提供了大量的向前推进。钻孔设备从诸如原动机的动力源处铰接,这样其能够被用在限定的空间。

Description

定向钻孔设备

技术领域

本发明涉及定向钻孔设备，特别是但不仅仅是涉及能够用于在限定的空间或在靠近诸如围墙、房屋、建筑物等阻碍物的位置应用的定向钻孔设备。

本发明背景

已知借助于在其上具有一个成角度的切削或钻孔器件的钻头，定向钻孔器件能够提供定向的钻孔。其相对于钻的轴向的方位，可监测成角度的器件。当所述成角度的器件位于要求的方向时，借助于停止或防止钻头的旋转能够完成钻的改变方向，然后并向前推进该钻，以便成角度的器件使钻偏离它的现有路径。然后推荐将带有钻头的钻孔沿着所要求的新的方向向前压。

定向钻孔(也指钻孔、推进和水平钻孔)是这样一门技术，其允许诸如动力软轴，管道，水管，天然气管线，排泄管等装置放置在地下，不需要挖开地面，如在挖开和埋盖方法所要求的。通过使用一个在钻头上的成角度的转向刀片，钻获得它的定向的能力。紧接着钻头的后面是一个发射器(探测器)，其将信息转发给地面的操作者，这样的信息可包括钻头的深度如何，钻所朝的方向和钻头的方位，例如指向上或下的角度。

这样的装置通常很笨重并且与旋转和推进钻头的装置合为一体并与旋转它的装置合为一体。还知道，可以提供装置以延伸钻机，例如一套杆，相互之间螺纹连接以对钻机提供附加的长度。这样装置的动力要求在一定程度上较高并且由于这些装置与动力源结合，这些装置也就较大。这样就限制了装置的使用，其中对于要求基本水平的钻孔或从地面下一定距离平行于地表面的钻孔是通用的。这样因为上述装置必须放置在地层上，钻机必须与地的表面成成角度的形式，以便它在所要求的深度变直。当然后面所述的钻机在一定程度上是柔性的，可是柔性是被限制的，因此钻机进入地面的成角度指示钻孔装置本身必须被放置与水平钻孔开始点向后的一段距离。很明显，这是非常不便的并且在一定程度上限制了钻孔。在其它的情况下，它意味着相邻的土地必须被侵占并且由于被这样的装置使用的钻机的最终长度将被限制，钻孔的有用长度也在一定程度上被限制。

发明概述

在第一方面本发明包括定向钻孔设备，其包括：

一个定向钻头(即使用者能够控制其前进方向的钻头)；

一个可延伸钻机；

旋转所述可延伸钻和钻头的装置；

使所述可延伸钻和钻头前进的装置，以便所述钻沿着所述定向钻头的方向移动；

其特征在于：使所述钻机和定向钻头前进并旋转的装置是整体的并能够从原动机或动力源被铰接，以便当从一个原动机被铰接时，所述整体装置能够相对于所述原动机或动力源被铰接。

优选的是，提供装置以监测所述定向钻头的位置。

优选的是，提供装置以监测所述定向钻头的方位(和因此当被推进和没有旋转时前进方向)。。

优选的是，所述原动机或动力源是一个挖掘机或采掘机。

优选的是，所述定向钻孔设备由所述原动机提供动力。

优选的是，所述定向设备由液力装置传输的动力提供动力。

在另一方面，本发明可以更广泛地说由一个定向钻孔设备组成，其包括：

一个定向钻头，使用者能够控制其前进方向；

一个可延伸钻机；

旋转和推进所述可延伸钻和钻头的装置，所述装置能够在没有旋转情况下使所述钻和钻头前进以便能够控制所述定向钻头的前进方向；

其特征在于：所述连接的定向钻孔设备能够从遥远位置被保持。

优选的是，所述定向钻孔设备的动力来自诸如挖掘机或采掘机的原动机。

优选的是，所述定向钻孔设备从所述原动机处铰接。

优选的是，提供所述装置以监测当定向钻头没有旋转时，它的方位和前进方向。

在另一方面，本发明可以广泛地说由以下装置组成：

一个可延伸钻机；

旋转所述可延伸钻和钻头的装置；

使所述可延伸钻和钻头前进的装置，以便所述钻沿着所述定向钻头的方向移动；

其特征在于：使所述钻机和定向钻头前进并旋转的所述装置是整体的并能够从原动机或动力源处被铰接，以便当从一个原动机被铰接时，所述整体装置能够相对于所述原动机或动力源被铰接。

优选的是，提供装置以监测所述定向钻头的位置。

优选的是，提供装置以监测所述定向钻头的方位。

优选的是，所述原动机或动力源是挖掘机或采掘机。

此外在另一方面，本发明可以广泛地说由一个定向钻孔的方法组成，其包括提供一个整体装置以旋转和前进或推压定向钻头、对所述整体装置提供动力的器件，其特征在于，所述整体装置能够相对于所述装置被铰接，所述装置对所述器件提供动力。

此外在另一方面，本发明可以广泛地说由前文段落中任一段所述的定向钻孔设备，其中提供稳定装置，其在操作者的控制下，能够被致动以支承靠在内部和开口或其它固体表面上，这样以稳定钻孔设备。

此外在另一方面，本发明可以广泛地说由这里所描述的定向钻孔设备组成，其中提供致动装置以使操作者能够调节钻孔设备的侧向倾斜。

因此，在另一方面，本发明可以广泛地说由定向钻孔设备组成，其包括：

定向钻孔设备包括：

一个定向钻头(即使用者能够控制其前进方向的钻头)；

所述钻头被连接到可延伸钻机上；

旋转所述可延伸钻和钻头的装置；

致动装置，其安装在或靠近可旋转所述可延伸钻的所述装置，所述致动装置这样定位，当被致动时提供沿着向前方向的推进，这就是沿着朝向钻头的方向；

第二致动装置，所述致动装置可接合到所述可延伸钻上以及能够对所述可延伸钻提供向前的推进；

其特征在于：钻头按以下的方式前进，第一和第二致动装置被放置在非致动状态；接着致动装置被放置在致动状态；然后所述第二致动被放置在致动状态，此后所述致动装置返回到非致动状态。

优选的是，所述致动装置包括一对基本上相互平行的致动器件。

优选的是，所述致动装置和所述第二致动装置包括一个液力柱塞。

优选的是，所述第二致动装置包括可选择地保持所述钻的装置并且借此将其向前推。

对于那些与本发明相关的现有技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的范围下，如附属的权利要求书所述，本发明可以在结构上做很多改动和本发明的应用和实施例可具有一些差异。在此的公开和说明书纯粹是进行描述并不是有意做任何限制。

本发明包括前述的和以下给出实例的正视结构。

附图说明

现在参考附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1显示了根据本发明的优选实施例的可定向钻孔装置，该可定向钻孔装置从一个主推进机或另外的动力源2处被铰接，可以借助于一个连接装置3完成这样的铰接，对于本技术领域的普通技术人员，与本发明相关的适合的连接装置将是显而易见的，本发明提供了沿需要方向一个钻杆7的前进，相对于现有技术(将简短描述现有技术)，本发明的优点是钻杆7的有用长度5比现有技术的长，因此其可以更加容易地在所要求的层面中开始钻孔，所提供的一个相对小的孔4允许装置1被放置在或靠近需要的钻孔深度。

图2显示了一个现有技术的装置，其中通过装置10推进钻杆7，这个装置与一个动力源和旋转和改变钻杆7的方向的装置共同合为一体，这个装置明显很笨重并且钻头必须进入地面的角度11限制了钻杆7的有用长度5。

图3显示了一个钻头20，这个与本发明合为一体的钻头，这些钻头在与本发明相关的现有技术中是已知的，并且这个钻头的主要作用是，当其在正确的方向旋转时，其基本以直线方式的前进，可是当钻头20在其切割表面上具有一个成角度的切割刀片21时，如果钻头20的旋转被停止和钻头自身向标号22的方向推进，钻头沿着标号23的指示改变方向，其后钻头的旋转使钻头沿着新的方向前进，这个已知的钻头与一些装置合为一体，使用者或操作者使用这些装置能够确定成角度的切割刀片21的方位，当然借助于钻头20的旋转能够改变该方位，一旦钻头20在适合的方位上，其能够被推进以改变钻头的方向。

图4显示了根据本发明优选实施例的定向钻孔设备，这样的装置与旋转可延伸钻杆7和钻头20的装置合为一体，所述装置包括30，所述设备还包括推进所述可延伸钻杆和钻头的装置，以便能够改变定向钻头的方向；旋转所述钻杆7的装置可以包括紧夹所述钻杆7的外部的装置并使其旋转，旋转和推进所述钻杆7的装置可包括铰接装置以优选使用任何紧夹所述钻杆7的装置推进钻杆，其由旋转钻30的装置所提供。

图5显示了本发明的一个特定的优选实施例，其中具有一个致动器以增加使用的钻孔设备1的稳定性，通过一个快速安装斗式紧固件，这个优选实施例的设备与原动机或挖掘机连接在一起，具有一个轴承57以允许钻孔设备1旋转360°±80，具有一个致动器56以允许钻孔设备1的侧向的倾斜；当致动器，例如液力致动器被延伸时，稳定器50、51和52是可延伸的，稳定器50、51和52延伸并支承在孔4的内表面或它们可延伸靠住一个挖掘机刀片、壁或其它适合表面或装置，加上提供的附加的稳定性能够更加精确地钻孔，本发明的实施例中，稳定器可简单地包括平板，可是它们可以具有这样的结构以提供附加的紧夹，或，在本发明的优选实施例中，它们可以具有一系列的，例如是三个销钉以增加稳定器的“夹咬”；

图6显示了根据本发明的一个优选实施例的定向钻孔设备1的末端正视图；

图7显示了根据本发明的一个优选实施例的定向钻孔设备1的另一个末端的正视图；

图8显示了根据本发明的一个优选实施例的定向钻孔设备1的俯视图；

图9显示了根据本发明的一个优选实施例的定向钻孔设备1的侧视图；

图10显示了根据本发明的一个优选实施例的定向钻孔设备1的透视图，所述定向钻孔设备1通过一个铰接臂装置被连接到一个原动机上；

图11是根据本发明的一个优选实施例的定向钻孔设备1的部分透视图，显示了进入地面的钻杆7；和

图12显示了根据本发明的一个优选实施例的致动装置200和201和第二致动装置300的推进次序，与本发明相关的现有技术的普通技术人员将实现不同的致动装置，例如能够利用液力或气动柱塞，支致动装置的支承表面50、51和52可以通过变粗糙或销钉加强摩擦。

详细描述

本发明的优选实施例提供了定向钻孔设备1，所述定向钻孔设备通过与本发明相关的现有技术中的已知的铰接3连接，该较接来自一个原动机或其它动力源2。优选但并不必须的是，动力源或原动机2易于移动。

本发明的优选实施例的原动机2提供动力并且或许提供定向钻孔设备1的控制以及通过一个液力回路或连接提供一个优选的动力形式。这样的连接对于与本发明相关的现有技术的普通技术人员是显而易见的。

设备本身可能包括装置30以旋转钻杆7。这样的装置可包括一个液力马达以及可包括钳夹或紧夹装置，其可抓住钻杆7的外表面。

通过使用在钻头上成角度的转向刀片以完成钻机的定向钻孔能力。发射器将信息转播给地面上的操作者。发射的信息可包括不同的类型，例如钻头的深度如何、其前进的方向、方位、钻头的向上或向下成角度。操作者使用这些信息以转向或控制钻头。例如，如果操作者要求钻机转向右以避免一个现有的地下设施，地面上的定位器操作者将指示钻操作者旋转钻头到3点钟并压(推进)钻头前进，其将使钻弯曲并使钻头向右。一旦钻头朝向要求的方向并要求钻头沿着直线的方向，钻机操作者旋进(压和旋转的结合)要求的距离直到另一个要求的改变方向。对压和旋转或推进或旋转的结合的使用使它可能从上、下或旁边避开阻碍物并很精确地达到所要的末端点。当然精确的水平依靠所遇到的地面的情况。

一旦钻头位于它的末端点，例如钻孔可从路的一侧出现在另一侧，一般将钻头拆去并将一个切削件和/或封隔器连接到钻或钻管或带有设施的钻绳上，例如动力软轴、管道、天然气管线或连接的排泄线。然后钻或钻杆将被拉出地面，同时钻在旋转，这样给切削件和/或封隔器一个切削动作以形成足够大直径的孔，其被用来安装管道或软轴管线或设施。

本发明的优选实施例能够特别被用于住宅区域，在那里要求钻孔的距离通常不超过100米。到达该地点通常十分困难并经常是没有引入房间的情况。这就是，通常不可能从初始进入点向后移动远的距离以为了提供达到所要求钻的深度。

根据本发明优选实施例的钻机能够具有紧凑的尺寸，这能够增加能够使用地点的数量。特别是根据本发明的优选实施例的钻机能够设置在起伏的山上。至少本发明的一些优选实施例能够将钻机设置成与道路成直角，借此限制对车辆的干扰。

本发明的一个例子从一个18马力的动力源产生800磅的推力和大概10,500磅向后的拉力。

本发明的优选实施例具有一个驱动机构，其利用非推力链、轮齿或滑轮。这限制所要维护的数量。

本发明优选的液力泵形式利用一个液力供应，其包括一个主压力水源，例如一个橡胶软管。

如前面所述的，至少本发明的优选实施例能够被设置位于朝上或朝下地面的上或下面。可能的设置的角度达到±80度。

在本发明的优选实施例中，当利用一个具有旋转360°±80的能力和补偿所述挖掘机的有很大柔性的起重机吊杆的能力的挖掘机或原动机时，整体的钻孔设备本身能够旋转360°±80。

在本发明的优选实施例中，整体的钻孔设备被连接到或可连接到一个原动机上或挖掘机上。这个装置使一个使用者要求较少的特殊设备并能够有较低的花费。

如以前所述，它将控制钻杆7的方向，必须确定切削刀片22的方位以及然后不带旋转推进钻机。这样本发明的优选实施例的前进是由装置30提供的以使钻机和钻头前进。这样的装置可包括一个液力柱塞或利用链或适合的齿轮以提供钻机向前的铰接。

可以通过设置在钻杆7的中空部分之中的无线发射或利用通讯装置，完成切削刀片21的方位的监测。

本发明的优选实施例钻杆7由实心杆的或优选管所连接制成。所述管当然具有一个通过那里的孔，以及本发明的优选实施例的通过那里的孔可被用于提供一个到钻头的切割流体或简单的水。这样的水的提供有利于冲去在钻头上的材料。

在本发明的优选实施例中，借助于螺纹部分，钻杆7由钻螺纹连接到其他钻的连接而制成。

现有技术的定向钻孔设备利用了3的钻杆7的连接并通常具有4米的长度。本发明的优选实施例利用钻杆7，其由具有小于3米长度的杆或管的连接制成。

在使用的时候，本发明通过释放抓住钻机的外表面的装置，缩回装置以旋转面向钻杆7的附加长度的钻机30进入单元，将所述钻机的附加长度连接到钻机在前的长度，然后将装置重新紧夹以将钻杆7的其它表面紧夹到一个附加钻机连接的向后部分，以提供到钻杆7的附加的附加连接。

本发明的优选实施例，特别在图5中说明的实施例，允许将钻孔设备快速连接到原动机上。另外在这个本发明的优选实施例中具有一个轴承57。这个轴承允许钻孔设备1的360°±80的旋转。与本发明相关的现有技术的普通技术人员将会认识到多种不同的轴承将是适合的。

一个致动器56允许钻孔设备1的侧向倾斜。致动器可以被液力驱动。

本发明的优选实施例应用一个如图12所示的浮动柱塞系统，其提供一个系统，借此致动装置200和201首先被延伸，将装置移动到如图12所示的位置2；然后第二致动装置300被延伸到它的致动位置或条件，将装置带入到如图12所示的位置3；致动装置和第二致动装置然后被缩回，将装置回复到如图12所示的位置1。在位置12一个新的钻杆7能够被加入和重复以上描述的过程。

当钻杆从地面上退出以及管、软轴或其它用品被拉入地面，执行与以上操作次序的颠倒的次序。

与本发明的优选实施例合为一体的装置能够使钻杆7的长度在一些情况下减短，例如减到2.1米和使用1米的钻杆。装置的重量或许能够减少30％，其可以下降到210kilos，给出了改进的动力/重量比。其驱动传动据信比那些应用的齿轮、轮齿或软轴更加可靠。

与这样的具有在先技术的系统的性能相比，已发现使用上述的本发明的优选实施例能够从一个18马力功率的发动机产生8000磅推力和10500磅拉回力，然而使用现有技术，例如只能从一个55.4马力功率的发动机产生7200磅推力和8000磅拉回力。

在图5、10和11中说明的本发明的实施例中，具有稳定器50、51和52，所述稳定器借助于诸如液力致动器的致动器前进以及支承靠住孔4的内表面。稳定器具有将钻孔设备1锁止进入孔4的效果，这样增加了钻孔的精度。稳定器50、51和52优选被操作者遥控控制。

如在图中所示，本发明提供了整体的定向钻孔装置，其可以被放置在小孔4内或地面上。这样钻机的长度的使用达到最大。

可以看出本发明提供了定向钻孔设备和/或其方法，其将至少给公众一个有用的选择。

Claims (24)

1.定向钻孔设备，包括：

一个定向钻头，即使用者能够控制其前进方向的钻头；

一个可延伸钻机；

旋转所述可延伸钻机和钻头的装置；

使所述可延伸钻机和钻头前进以便所述钻机沿着所述定向钻头的方向移动的装置；

其特征在于：使所述钻机和定向钻头前进并旋转的所述装置是整体的并能够从原动机或动力源处被铰接。

2.如权利要求1所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述装置被设置成监测所述定向钻头的位置。

3.如权利要求1或2所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述装置被设置成监测所述定向钻头的方位以及当被推进和没有旋转时前进方向。

4.如权利要求1到3中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述整体装置小于3.5米长。

5.如权利要求1到4中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述原动机或动力源是一个挖掘机或采掘机。

6.如权利要求1到5中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述定向钻孔设备只由所述原动机或动力源提供动力。

7.如权利要求1到6中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述定向设备由液力装置传输的动力提供动力。

8.定向钻孔设备，包括：一个定向钻头，使用者能够控制其前进方向；

一个可延伸钻机；

旋转和推进所述可延伸钻机和钻头的装置，所述装置能够在没有旋转情况下使所述钻机和钻头前进以便能够控制所述定向钻头的前进方向；

其特征在于：所述连接的定向钻孔设备能够从遥远位置被保持和提供动力。

9.如权利要求8所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述定向钻孔设备的动力来自诸如挖掘机或采掘机的原动机。

10.如权利要求8或9所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述定向钻孔设备从所述原动机处铰接。

11.如权利要求8到10中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述装置被设置成监测它的方位和由此当定向钻头没有旋转时的前进方向。

12.如权利要求8到11中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述定向钻孔设备小于3.5米长。

13.定向钻孔设备，包括：

一个可延伸钻机；

旋转所述可延伸钻机和钻头的装置；

使所述可延伸钻机和钻头前进以便所述钻机沿着所述定向钻头的方向移动的装置；

其特征在于：使所述钻机和定向钻头前进并旋转的所述装置是整体的并能够从原动机或动力源处被铰接，以便当从一个原动机被铰接时，所述整体装置能够相对于所述原动机或动力源被铰接。

14.如权利要求13所述的定向钻孔设备，其特征在于，提供装置以监测所述定向钻头的位置。

15.如权利要求13或14所述的定向钻孔设备，其特征在于，提供装置以监测所述定向钻头的方位。

16.如权利要求13到15中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述整体装置小于3.5米长。

17.如权利要求13到16中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述原动机或动力源是挖掘机或采掘机。

18.一种定向钻孔的方法，其包括提供一个整体装置以旋转和前进或推压定向钻头，对所述整体装置提供动力的器件，其特征在于，所述整体装置能够相对于所述装置被铰接，所述装置对所述器件提供动力。

19.如权利要求1到17中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，该设备具有稳定装置，其在操作者的控制下，能够被致动以支承靠在内部和开口或其它固体表面上，这样以稳定钻孔设备。

20.如权利要求1到17中任一项或权利要求19所述的定向钻孔设备，其特征在于，其中，钻孔设备具有使操作者能够调节钻孔设备的侧向倾斜的致动装置。

21.定向钻孔设备，包括：

一个定向钻头，即使用者能够控制其前进方向的钻头；

所述钻头被连接到可延伸钻机上；

旋转所述可延伸钻机和钻头的装置；

致动装置，其安装在或靠近可旋转所述可延伸钻的所述装置，所述致动装置这样定位，当被致动时提供沿着向前方向的推进，这就是沿着朝向钻头的方向；

第二致动装置，所述致动装置可接合到所述可延伸钻上以及能够对所述可延伸钻提供向前的推进；

其特征在于：钻头按以下的方式前进，第一和第二致动装置被放置在非致动状态；接着致动装置被放置在致动状态；然后所述第二致动被放置在致动状态，此后所述致动装置返回到非致动状态。

22.如权利要求21所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述致动装置包括一对基本上相互平行的致动器件。

23.如权利要求21或22所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述致动装置和所述第二致动装置包括一个液力柱塞。

24.如权利要求21到23中任一项所述的定向钻孔设备，其特征在于，所述第二致动装置包括可选择地保持所述钻的装置并且借此将其向前推。

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