[发明专利]一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法

权利要求书

1.一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机，包括动力装置（1）、钻杆（3）、钻头（8）、齿轮传动机构和冲击活塞（21），其特征在于：所述的钻杆（3）内部开有连通钻头（8）的中心孔，钻杆（3）上设有高压泡沫输送装置，高压泡沫输送装置的后部设置齿轮传动机构和冲击活塞（21），高压泡沫输送装置的前部卡装有封孔装置（7）；

所述的高压泡沫输送装置包括冲击钻杆左、右壳体（2、6）、连接在冲击钻杆左、右壳体（2、6）之间构成高压泡沫输送腔室（4）的连接管，连接管内设有套装在钻杆（3）上的高压泡沫输送活塞（5），所述冲击钻杆左、右壳体（2、6）上分别设有冲击钻杆左、右壳体流道（2-1、6-1），所述冲击钻杆左、右壳体流道（2-1、6-1）出口连通有高压泡沫生成与输送系统，临近右壳体一侧的钻杆（3）上开有高压泡沫输送预留孔（3-1）；

所述的高压泡沫生成与输送系统包括经泡沫输送管路（14）依次连接的单向阀（13）、增压器（12）、混合器（11）、气体泵（9）、和电磁换向阀（16），所述的混合器（11）上设有液体泵（10）；

所述的封孔装置（7）包括间隔紧固在钻杆（3）上的两个对半圆柱形的左卡扣（7-1）和右卡扣（7-3），左卡扣（7-1）和右卡扣（7-3）与钻杆（3）之间套装有钢丝膨胀胶管（7-2），左卡扣（7-1）和右卡扣（7-3）之间的钻杆（3）上开有多个与钻杆（3）内孔相通的密封预留孔（3-2）。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机，其特征在于：所述的高压泡沫输送活塞（5）的外径上设有与连接管内壁相密封的高压泡沫输送活塞轴密封圈（5-1），内径上设有与钻杆（3）相密封的高压泡沫输送活塞孔密封圈（5-2）。

3.根据权利要求1所述的一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机，其特征在于：所述的高压泡沫输送预留孔（3-1）为2-4个，呈环形排列。

4.根据权利要求1所述的一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机，其特征在于：所述的密封预留孔（3-2）为多组，间隔布置，每组2-4个孔，呈环形排列。

5.一种使用权利要求1所述基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机的钻涨凿岩方法，其特征在于包括如下步骤：

a.钻涨凿岩时，开启动力装置（1），动力装置（1）带动冲击活塞（21）在冲击频率≥36Hz条件下往复运动，使冲击活塞（21）撞击钻杆（3）实现钻杆的冲击运动，同时，电机（17）带动齿轮传动机构动作，齿轮传动机构中的小齿轮（19）传动大齿轮（20）并带动钻杆转动，传动大齿轮（20）与钻杆3通过花键配合连接，实现钻杆（3）的回转过程，在冲击与回转联合作用下，钻涨凿岩一体机对岩体进行打孔；

b.在完成钻孔后，通过气体泵（9）与液体泵（10）分别输送气体和液体至混合器（11）中混合，并通过增压器（12）增压后生成用于涨裂岩石的高压泡沫；

c.电磁换向阀（16）开启，气体泵（9）将气体沿左壳体流道（2-1）输送至高压泡沫输送腔室（4）的左侧腔室内，推动高压泡沫输送活塞（5）向右移动，待高压泡沫输送活塞（5）移动至高压泡沫输送腔室（4）右侧后，电磁换向阀（16）关闭；

d.高压泡沫经泡沫输送管路（14）输送至右壳体流道（6-1）中，进入高压泡沫输送腔室（4），高压泡沫输送活塞（5）在高压泡沫的作用下向左移动，高压泡沫从钻杆（3）的高压泡沫输送预留孔（3-1）进入钻杆的中心孔，沿钻杆的中心孔向钻头（8）运动，高压泡沫在钻杆（3）中心孔的运动过程中，一部分高压泡沫从密封预留孔（3-2）中流出，对封孔装置（7）的钢丝膨胀胶管（7-2）形成挤压作用，受压的钢丝膨胀胶管（7-2）膨胀后紧贴钻孔孔壁，达到密封效果，另一部分高压泡沫从钻头（8）的头部孔隙流入孔底；

e.持续注入高压泡沫，使高压泡沫聚集于孔底形成高压封闭区域，岩体在高压泡沫作用下被涨裂；岩石涨裂后，高压泡沫输送腔室（4）的右侧从高压区变为低压区，此时高压泡沫输送腔室（4）左侧由低压区变为高压区，推动高压泡沫输送活塞（5）至初始位置，一次涨裂周期结束。

6.一种根据权利要求5所述的钻涨凿岩方法，其特征在于：所述气体泵（9）和液体泵（10）分别输送不同的气体和液体，不同的气体和液体的比为3:1。