钻进装置及钻孔系统的制作方法

1.本发明涉及钻孔工程技术领域，尤其涉及一种钻进装置以及具有该钻进装置的钻孔系统。


背景技术：

2.公知地，钻孔工程技术广泛应用于道路施工、地质勘探、采矿工程、采油工程等领域，通常，利用钻孔系统对待需施工的地质结构进行钻孔，例如，利用钻孔系统在待需施工的地质结构的地面上向下钻孔，该类孔通常称为井孔或井筒，再例如，利用钻孔系统在待需施工的矿山立壁上横向（或斜向）钻孔。
3.典型地钻孔系统通常包括钻杆、钻头、机械力供应装置、切削液供应装置。钻头连接至钻杆的远端，钻杆的近端连接至机械力供应装置，机械力供应装置用于驱动钻杆及钻头转动，并同时提供轴向进给，从而使得钻头对地质材料产生钻削作用，进而在地质结构中钻削出孔道。钻杆构造成中空结构，从而使得钻杆还具有传递流体的作用，切削液供应装置（如，液泵）连接至钻杆的近端并与钻杆的管孔连通，切削液供应装置通过钻杆的管孔向钻杆的远端的钻头提供切削液，容易理解地，该切削液的一方面作用是用于为钻头的切刀降温以降低切刀的磨损速度及提高切刀对地质材料的切削效率，该切削液的另一方面作用是用于推动并引导切屑从钻杆与已成型的孔道的孔壁之间的空隙流向孔道的近端（外端），进而将切屑排出。
4.钻头在钻进过程中，经常会遭遇如岩石层等硬地质材料层，当钻头钻削该硬地质材料时，钻头上的切刀的磨损速度加快，并且，若不改变钻削参数，地质材料对钻头的反作用力（扭矩）可能导致钻杆被扭断。传统地解决该问题的方法是：降低进给速度，并主动的抑制机械力供应装置对钻杆的扭矩，从而能够在一定程度上降低钻头的磨损速度及钻杆被扭断的概率。然而，这种方法也存在问题，并非优选方案，原因在于：一方面，通常地，由于硬地质材料层大多位于距离外层较远的内层，钻杆与孔道之间的摩擦力较大且难以确定，导致机械力供应装置所输出的扭矩与传递至钻头的扭矩之差难以确定，因而，机械力供应装置需要在多大程度上抑制输出扭矩难以确定，抑制程度过大，导致钻头的切削力不足，而过小，则钻杆仍存在扭断风险。另一方面，降低进给速度并不一定或者不一定同步的减小钻头（切刀）侵入地质材料的深度，而钻头进入地质材料的深度是造成地质材料对钻头反作用力增大的直接原因。
5.因传统方法所存在上述问题，现有技术中提供了一种解决方案，该解决方案是：在钻头的远端（头部）的中部增设可伸缩的顶推部件，当钻头钻削硬地质材料时，使得顶推部件伸出并抵靠在地质材料的待钻削端面，从而能够限定钻头侵入地质材料的深度，进而能够有效降低切刀的磨损速度，并降低地质材料对钻头的反作用力。
6.上述顶推部件利用如下两种方式驱动而伸出：1、在钻头的内部增设电马达，如电致伸缩缸，利用电马达驱动顶推部件伸缩，然而，增设电马达会增加钻头结构的复杂性，例如，需要为电马达配置密封结构和部件，另外，
能够提供足够驱动力的电马达的体积通常会较大，这会增大钻头的外形尺寸，因而，难以应用于小直径钻头。
7.2、在钻杆的管壁中开设液压流道，单独设置液泵作为动力向液压流道中供入压力流体，使得压力流体流向钻头，利用压力流体驱动顶推部件。然而，这种方式需要在钻杆中增设一条液压流道，该液压流道与钻杆的长度一致，这势必增加对钻杆的加工成本，且更为严重的是：压力流体在长且截面小的液压流道内会出现严重的压力损失，且存在较大概率的泄露可能。
8.应该说明的是：由于钻头钻削所需切削液的流量较小，而，钻头内部允许流体流通的通流截面较大，利用现有技术中的钻头内部的结构形式无法为切削液建立压力。


技术实现要素：

9.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种钻进装置及钻孔系统。
10.为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：一种钻进装置，包括：主钻头，其外表面上安装有切刀，所述主钻头的内部具有自近端向远端延伸的主流道以及自所述主流道的远端引出并贯通至外表面的副流道，所述副流道用于引导所述主流道中的切削液流向外表面；增压器，其设置于所述主流道中，并将所述主流道分隔成位于所述主钻头的近端一侧的第一流道和位于所述主钻头的远端一侧的第二流道，所述增压器包括阀部件，切削液借由所述阀部件能够从第一流道流向第二流道；所述阀部件配置成：响应于第一流道内的切削液的压力的增加而切换至节流状态，以使得切削液在所述第一流道内建立驱动压力；顶推部件，其可滑动伸缩地设置于所述主钻头的远端的中部；液压驱动流道，其用于将所述第一流道中的具有驱动压力的切削液引导至所述顶推部件以驱动所述顶推部件伸出。
11.优选地，所述增压器还包括盘体，所述盘体横置于所述主流道中，所述阀部件包括多个，多个所述阀部件布置在所述盘体上；每个所述阀部件均包括：阀孔，其轴向贯通所述盘体，所述阀孔的近端形成有径向收缩的缩口；球状阀芯，其设置于所述阀孔中，并能够沿所述阀孔轴向滑动；第一弹簧，其用于朝近端方向推抵所述球状阀芯，以使得所述球状阀芯抵靠于所述缩口；其中：所述缩口的外围形成有周向排布的多个扇形导流结构，所述扇形导流结构倾斜贯通至所述阀孔的孔壁的中部，以使得：在所述球状阀芯抵靠于所述缩口后，第一流道中的切削液能够依次经过所述扇形导流结构及所述球状阀芯的远端一侧的阀孔而流向第二流道，且在所述球状阀芯远离缩口的预设距离后，所述球状阀芯对从第一流道流向第二流道的切削液进行节流。
12.优选地，所述增压器还包括封板，所述封板固定于所述盘体的远端的端面；其中：
所述封板上形成有多个限位套，多个所述限位套对应伸入至所述阀孔中，所述限位套的端面用于止挡所述球状阀芯；所述限位套的端面开设有周向排布的缺口，在所述球状阀芯抵靠于所述限位套的端面后，所述缺口与所述球状阀芯配合而对切削液进行节流。
13.优选地，所述盘体滑动配合地设置于所述主流道中；所述第二流道中构造出环形止挡台；所述第二流道中装设有用于朝近端方向推抵所述盘体的第二弹簧；其中：在所述第二流道中的切削液的压力超过预设压力后，所述第二流道中的切削液推抵所述盘体抵靠于所述环形止挡台将所述液压驱动流道与所述主流道贯通的近端口的位置配置成：在所述盘体朝所述环形止挡台滑动并抵靠于所述环形止挡台的过程中，所述近端口从与所述第二流道连通切换至与所述第一流道连通；所述环形止挡台上封装有压力传感器。
14.优选地，所述主钻头的远端的中部构造出液压腔，所述液压驱动流道的远端口连接至所述液压腔；所述主钻头的远端的端面的中部构造出收纳空间；所述顶推部件包括设置于所述液压腔中的活塞、连接至所述活塞的顶杆、以及连接至所述顶杆的远端的作用部件；所述液压腔中设置有第三弹簧，所述第三弹簧用于朝近端方向推抵所述活塞，以使得在所述液压腔引入具有驱动压力的切削液前所述顶杆处于回缩状态而使所述作用部件收纳于所述收纳空间中。
15.在所述液压腔引入具有驱动压力的切削液后，切削液推抵所述活塞而使得所述作用部件伸出而作用于孔道的端面。
16.优选地，所述作用部件包括顶头部件，所述顶头部件的远端的端面的中部形成有球冠。
17.优选地，所述作用部件包括副钻头，所述副钻头具有位于远端一侧的用于钻削的切削部以及位于近端一侧的导向柱；其中：在所述收纳空间与所述液压腔之间构造出导向腔，所述导向腔的腔壁上开设有周向排布且轴向延伸的导向槽；所述导向柱穿设所述导向腔而连接至所述顶杆，所述导向柱的外周面上形成有周向排布且轴向延伸的导向肋，所述导向肋对应位于所述导向槽中，以使得所述副钻头随所述主钻头同步转动。
18.优选地，所述主钻头的外表面形成有轴向延伸且周向排布的多个隆起部，所述切刀装设于所述隆起部上，每相邻的两个隆起部之间限定出导屑槽；其中：所述副流道自所述第二流道的盲端的端面引出；自所述副流道引出分支流道而贯通至所述导屑槽，以使得第二流道中的切削液流向所述导屑槽。
19.优选地，所述盘体的近端一侧的所述第一流道的壁上装设有挡圈，所述第二弹簧推抵所述盘体而止挡于所述挡圈。
20.本发明还公开了一种钻孔系统，包括：钻杆、机械力供应装置、切削液供应装置，机械力供应装置连接至钻杆的近端以用于驱动所述钻杆转动并为钻杆提供进给，所述切削液供应装置连接至钻杆的近端的管孔以用于提供切削液；所述钻孔系统还包括上述的钻进装
置，所述钻进装置中的主钻头连接至所述钻杆的近端。
21.与现有技术相比，本发明公开的钻进装置及钻孔系统的有益效果是：1、利用增压器使切削液建立驱动压力，利用液压驱动流道将具有驱动压力的切削液引导至顶推部件以驱动顶推部件伸出钻头的端面。
22.2、本发明的其他关键优势直接和隐含记载于下文的具体实施方式中。
23.应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本发明。
24.本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
25.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
26.图1为本发明的实施例所提供的钻孔系统的使用状态视图。
27.图2为本发明的实施例所提供的钻进装置的立体结构示意图（作用部件为顶头部件，顶头部件处于回缩状态）。
28.图3为本发明的实施例所提供的钻进装置的前侧视图（作用部件为顶头部件）。
29.图4为图3的a-a向的平面剖视图（作用部件处于回缩状态）。
30.图5为图3的a-a向的立体剖视图（作用部件处于回缩状态）。
31.图6为图3的b-b向的平面剖视图（作用部件处于回缩状态）。
32.图7为图3的b-b向的立体剖视图（作用部件处于回缩状态）。
33.图8为本发明的实施例所提供的钻进装置中增压器的一个视角的立体结构示意图。
34.图9为本发明的实施例所提供的钻进装置中增压器的另一个视角的立体结构示意图。
35.图10为本发明的实施例所提供的钻进装置中增压器的截面局部视图（阀部件处于打开状态）。
36.图11为本发明的实施例所提供的钻进装置中增压器的截面局部视图（阀部件处于节流状态）。
37.图12为本发明的实施例所提供的增压器中盘体的立体剖视图。
38.图13为本发明的实施例所提供的增压器中封板的立体结构示意图。
39.图14为本发明的实施例所提供的钻进装置的立体结构示意图（作用部件为顶头部件，顶头部件处于伸出状态）。
40.图15为本发明的实施例所提供的钻进装置的平面主剖视图（作用部件为顶头部件，顶头部件处于伸出状态）。
41.图16为本发明的实施例所提供的钻进装置的使用状态视图（作用部件为顶头部件）。
42.图17为本发明的实施例所提供的钻进装置的立体结构示意图（作用部件为副钻头，副钻头处于回缩状态）。
43.图18为本发明的实施例所提供的钻进装置的立体结构示意图（作用部件为副钻头，副钻头处于伸出状态）。
44.图19为本发明的实施例所提供的钻进装置的一个视角的立体分解视图（作用部件为副钻头）。
45.图20为本发明的实施例所提供的钻进装置的另一个视角的立体分解视图（作用部件为副钻头）。
46.图21为本发明的实施例所提供的钻进装置的使用状态视图（作用部件为副钻头）。
47.附图标记：100-钻进装置；10-主钻头；11-主体部；12-连接部；13-主流道；131-第一流道；132-第二流道；133-副流道；134-分支流道；135-环形止挡台；136-压力传感器；137-挡圈；138-第二弹簧；141-隆起部；142-导屑槽；15-切刀；16-收纳空间；17-导向腔；171-导向槽；20-增压器；21-盘体；22-阀部件；221-阀孔；222-球状阀芯；223-缩口；224-扇形导流结构；225-第一弹簧；226-限位套；227-缺口；23-封板；30-液压驱动流道；31-近端口；32-远端口；40-顶推部件；41-液压腔；411-缓存腔；42-活塞；43-顶杆；44-第三弹簧；45-作用部件；451-顶头部件；4511-球冠；46-压板；50-副钻头；51-切削部；52-导向柱；521-导向肋；200-钻杆；300-机械力供应装置；400-切削液供应装置；1000-孔道；1001-端面；2000-硬地质材料；3000-地质结构。
具体实施方式
48.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
49.为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
50.如图1所示，本发明的实施例公开了一种钻进装置100以及钻孔系统，该钻孔系统除包括该钻进装置100外，还包括：钻杆200、机械力供应装置300以及切削液供应装置400。机械力供应装置300以及切削液供应装置400位于待钻孔区域的外部环境中，例如，对于钻削竖向孔道1000，该两个供应装置位于地面以上，再例如，对于钻削横向孔道1000，该两个供应装置位于立壁以外。
51.钻进装置100安装于钻杆200的远端，钻杆200的近端连接至机械力供应装置300以
及切削液供应装置400；机械力供应装置300用于为钻杆200提供旋转扭矩以及轴向进给，从而使得钻进装置100对地质结构3000中的地质材料产生钻削作用，从而实现钻进以钻出孔道1000，切削液供应装置400与钻杆200的管孔连通，通过钻杆200的管孔为钻进装置100提供切削液；在本发明中，切削液具有与现有技术中相同的典型的作用，即，切削液一方面为钻进装置100中的执行部件（如，钻头及钻头上的切刀15）降温，另一方面用于使钻削下来的材料（钻屑）通过已被钻出的孔道1000排出至外界。
52.应该说明的是：上文所述的“近端”、“远端”以及下文将要表述的“近端”、“远端”是基于钻进装置100的进给方向命名的，钻进装置100的进给所指示的方向称为“远端”，“远端”的相反方向称为“近端”。
53.如图1至图7所示，钻进装置100包括主钻头10和增压器20。主钻头10包括位于远端一侧的主体部11以及位于近端一侧的连接部12，将连接部12配置成锥柱状，并在连接部12上加工出外螺纹，该连接部12旋入至钻杆200的远端的管孔中，从而将主钻头10安装于钻杆200的远端。
54.主钻头10的主体部11用于切削地质材料，从而钻削出孔道1000，为此，如图2所示，在主体部11的外表面上构造出轴向延伸且周向排布的隆起部141，每个隆起部141上均沿延伸方向安装多个切刀15，在主钻头10随钻杆200旋转时，切刀15对地质材料产生切削作用，并且，切刀15侵入到地质材料中的深度越大，每旋转一圈所切除的材料越多，相应地，所需施加的旋转扭矩越大。每相邻的两个隆起部141之间形成导屑槽142，经由切刀15切下的切屑落入导屑槽142中。
55.如图4和图5所示，自主钻头10的近端的端面向远端开设有主流道13，由切削液供应装置400所提供的切削液经过钻杆200的管孔进入到主流道13。自主流道13的盲端（即，远端的端面）朝每个导屑槽142方向开设有副流道133，如此，每个导屑槽142对应一个副流道133，并且，自每个副流道133引出多个分支流道134，每个副流道133的分支流道134均贯通至导屑槽142的槽底，且分支流道134的外端口沿导屑槽142的延伸方向间隔排布，如此，主流道13中的切削液可通过各副流道133以及副流道133所对应的各分支流道134而流向各导屑槽142，以用于推动切屑，从而将切屑排出孔道1000外。
56.增压器20横置于主流道13中，将主流道13分隔成位于近端一侧的第一流道131以及位于远端一侧的第二流道132，容易理解地，副流道133连接至第二流道132。将主流道13的一个流道段加工出光滑的柱状孔壁，增压器20横置于该流道段处。
57.如图8至图13，并结合图4和图6所示，增压器20包括盘体21以及布置在盘体21上的多个阀部件22，在一个较为优选地排布方案中，将多个阀部件22周向排布，并排布成多圈；盘体21与流道段的柱状孔壁滑动配合，从而使得盘体21可在轴向上滑动。在流道段的远端设置有环形止挡台135，且在流道段的近端装设挡圈137，如此，盘体21在环形止挡台135与挡圈137之间滑动。在第二流道132中设置有第二弹簧138，该第二弹簧138用于朝近端方向推抵盘体21而使得盘体21在第一流道131的切削液压力不足或未建立压力的情况下抵靠于挡圈137。在环形止挡台135处封装有压力传感器136，该压力传感器136用于感应盘体21滑动至环形止挡台135而对环形止挡台135的压力，该压力传感器136将所检测到的压力信号通过通讯模块（通常封装在钻杆200以及钻杆200外的外筒中）而发送给操作人员。
58.如图8至图13，每个阀部件22均包括：阀孔221、球状阀芯222、限位套226以及第一
弹簧225；阀孔221开设于盘体21并轴向贯通盘体21，阀孔221的近端一侧（即，盘体21的近端的盘面上）构造出径向内缩的缩口223，缩口223的外围形成有周向排布的多个扇形导流结构224，扇形导流结构224倾斜贯通至阀孔221的孔壁的中部，从而扇形导流结构224形成朝远端方向收敛的具有倾斜斜面的导流槽；球状阀芯222设置于阀孔221中，第一弹簧225设置于阀孔221中并位于球状阀芯222的远端一侧，如图10所示，该第一弹簧225用于朝缩口223方向推抵球状阀芯222，从而使得球状阀芯222在第一流道131内的切削液未建立足够压力的情况下抵靠于缩口223处；限位套226自阀孔221的远端一侧伸入至阀孔221中，在球状阀芯222朝远端方向滑动后止挡于限位端的端面，在一些优选的结构中，将与众多阀孔221对应的限位套226布置在封板23上，在封板23扣设于盘体21的远端的端面并与盘体21固定后，限位套226分别对应伸入至阀孔221中；限位套226的端面上开设有多个缺口227，多个缺口227周向排布，如图11所示，并且限位套226的缺口227高于扇形导向结构与阀孔221的孔壁的贯通区域，因而，在球状方向抵靠于限位套226的端面后，阀孔221的远端仍可通过缺口227与扇形导向结构连通。
59.如图10所示，当球状阀芯222止挡于缩口223处时，第一流道131中的切削液依次通过周向排布的多个扇形导向结构以及阀孔221的远端一段（或称限位套226）而流向第二流道132；如图11所示，当球状阀芯222止挡于限位套226的端面时，第一流道131中的切削液依次经过周向排布的多个扇形导流结构224、限位套226的端面的缺口227以及阀孔221的远端一段而流向第二流道132。球状阀芯222止挡于缩口223时的允许流体通过的通流截面势必小于球状阀芯222止挡于限位套226的端面时的通流截面，这是由于球状阀芯222止挡于缩口223时的通流截面取决于球状阀芯222与扇形导流结构224所限定的截面，球状阀芯222止挡于端面时的通流截面取决于球状阀芯222与缺口227限定的截面，又因为缺口227的截面面积较小，从而使得其对应的通流截面较小。因而，当球状阀芯222止挡于缩口223处时，该阀部件22处于打开状态，而当球状阀芯222止挡于限位套226的端面时，该阀部件22处于节流状态。
60.在球状阀芯222从止挡于缩口223滑动至止挡于限位套226的端面的过程中需要克服第一弹簧225的弹力，即，当阀部件22从打开状态切换至节流状态时需要克服第一弹簧225的弹力。因而，该阀部件22可通过响应于第一流道131中的切削液的压力的增加而从打开状态切换至节流状态，具体地，可通过提高切削液供应装置400的运行功率（若切削液供应装置400为液泵，则可增加驱动液泵的电机的功率）而增加供应至第一流道131中的切削液的压力，而由于阀部件22响应于压力的增加而能够切换至节流状态，从而增加切削液流向第二流道132的阻尼，进而使第一流道131内的压力进一步增加，即，阀部件22使第一流道131形成节流压力。如此，增压器20利用阀部件22使得切削液在第一流道131中建立一定的节流压力，并且，在第一流道131已建立压力的情况下，增压器20还允许一部分切削液通过阀部件22进入到第二流道132内，从而仍能够向导屑槽142供应切削液。更为重要的是：由于阀部件22的节流作用，虽然切削液在第一流道131中建立了较大压力，然而通过增压器20流向第二流道132的流量与第一流道131未建立压力、阀部件22处于打开状态时流向第二流道132的流量相差不大。
61.在现有技术中的钻头内部，由于钻头内部的允许切削液通过的通流截面较大，即使增大切削液供应装置400的运行功率，钻头内部也不能建立压力，退一步讲，即使将钻头
内部的通流截面减小至利用增加运行功率而能够建立压力的程度，然而，所建立的压力会消耗所不希望的过大流量的切削液用于排泄。
62.在本发明中，如图6、图14、图15所示，顶推部件40设置于主钻头10的主体部11的远端的中部，具体地，在主体部11的远端的中部构造出液压腔41，在液压腔41的远端的主体部11的端面上构造出收纳空间16；顶推部件40包括：活塞42、顶杆43、作用部件45以及第三弹簧44，活塞42设置于液压腔41中，顶杆43的近端连接至活塞42，作用部件45连接至顶杆43的远端，在活塞42滑动至液压腔41的近端时，如图6所示，顶杆43处于回缩状态，作用部件45回缩于收纳空间16中，在活塞42滑动至靠近液压腔41的远端时，如图15所示，顶杆43带动作用部件45从收纳空间16伸出，并至少部分地凸出于主体部11的远端端面，以用于抵靠于所需钻削的孔道1000的待钻削端面1001。第三弹簧44设置于液压腔41中，并由压板46限位，以用于朝近端方向推抵活塞42，从而使得作用部件45在液压腔41未引入压力流体时处于回缩状态。
63.在本发明中，如图6和图15所示，在主流道13与液压腔41之间建立液压驱动流道30，具体地，该液压驱动流道30的近端口31贯通至主流道13的孔壁，该液压驱动流道30的远端口32贯通至液压腔41的近端处的暂存腔411，该液压驱动流道30用于将在第一流道131中建立压力的切削液引入液压腔41而通过驱动活塞42而使作用部件45伸出主体部11的远端端面。
64.将液压驱动流道30的近端口31的具体位置进行如下布置：使得近端口31临近环形止挡台135，并位于环形止挡台135的近端一侧，更为具体地，在盘体21朝环形止挡台135滑动并抵靠于环形止挡台135的过程中，近端口31从与第二流道132连通切换至与第一流道131连通，即，如图6所示，在盘体21止挡于挡圈137时，近端口31位于第二流道132中，如图15所示，而在盘体21止挡于环形止挡台135时，近端口31刚好切换至与第一流道131连通。
65.在本发明中，设置环状止挡台以及使液压驱动流道30的近端口31进行上述布置的作用是：将第一流道131中切削液所建立的节流压力增大到预设值以上后，再利用该切削液驱动顶推部件40，具体地，通过合理配置第二弹簧138的弹性系数及压缩量，使得当第一流道131内的切削液的压力增大至使增压器20抵靠于环形止挡台135的程度而满足要求，不妨将此状态下第一流道131内的切削液的压力称为驱动压力。如此，当第一流道131内的切削液的压力达到驱动压力后，液压驱动流道30的近端口31刚好与第一流道131连通，从而可利用具有驱动压力的切削液驱动顶推部件40。如此设置可使得作用部件45能够以足够的预紧力抵靠于孔道1000的端面1001。
66.本发明提供了两种结构类型的作用部件45。
67.第一种结构的作用部件45如图14所示，该作用部件45为顶头部件451，该顶头部件451被构造成具有一定强度和厚度的盘状结构，并与收纳空间16适配，该顶头部件451的远端的中部构造出球冠4511，在顶头部件451伸出后，如图16所示，顶头部件451的球冠4511首先抵靠于孔道1000的端面1001。孔道1000的端面1001对该顶头部件451具有较小的旋转阻力，但该顶头部件451不具备对孔道1000的端面1001的切削作用。
68.第二种结构的作用部件45
如图17至图21所示，该作用部件45配置成钻头，即该作用部件45为副钻头50，副钻头50具有位于远端一侧的用于钻削的切削部51以及位于近端一侧的导向柱52；在收纳空间16与液压腔41之间构造出导向腔17，导向腔17的腔壁上开设有周向排布且轴向延伸的导向槽171；导向柱52穿设导向腔17而连接至顶杆43，导向柱52的外周面上形成有周向排布且轴向延伸的导向肋521，导向肋521对应位于导向槽171中，以使得副钻头50随主钻头10同步转动。
69.在副钻头50的切削部51伸出后，该副钻头50一方面对孔道1000的端面1001具有顶推作用，另一方面还对孔道1000的端面1001的中部具有钻削作业，从而配合主钻头10进行钻削，从而在一定程度上提高了对硬地质材料2000钻削效率，且不至于增加过大的扭矩。
70.下面对本发明的上述钻孔系统的工作过程进行简单介绍。
71.当钻进装置100在一般或较小硬度的地质材料中钻进时，机械力供应装置300提供一般状态下的扭矩和进给，切削液供应装置400以一般状态的运行功率向钻进装置100提供切削液，此时，钻进装置100中的增压器20的阀部件22处于打开状态，钻进装置100不对切削液节流或节流作用较小，切削液以降低压力流向导屑槽142。
72.当钻进装置100遭遇较大硬度的地质材料（硬地质材料2000）时，（通过钻杆200反馈给机械力供应装置300的扭矩和轴向力可获知遭遇硬地质材料2000），例如，遭遇岩层时，增大切削液供应装置400的运行功率，从而迫使钻井装置中的增压器20切换至节流状态，以用于在主流道13的第一流道131内建立节流压力，通过环形止挡台135处压力传感器136所发生的压力信号可获知所建立的节流压力以达到驱动压力以上，并获知，此时切削液已开始驱动顶推部件40中的作用部件45伸出并抵靠于孔道1000的端面1001，该作用部件45抵靠于孔道1000的端面1001后能够在一定程度上减小主钻头10的切刀15进入地质材料中的深度，此时，不再增加切削液供应装置400的运行功率，并保持此时的运行功率。
73.当钻杆200所反馈的扭矩较小时或进给速度增加时，说明钻井装置已通过硬地质材料2000，此时，将切削液供应装置400的运行功率将至一般程度，如此，增压器20滑动至挡圈137处，其阀部件22切换至打开状态。
74.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种钻进装置，其特征在于，包括：主钻头，其外表面上安装有切刀，所述主钻头的内部具有自近端向远端延伸的主流道以及自所述主流道的远端引出并贯通至外表面的副流道，所述副流道用于引导所述主流道中的切削液流向外表面；增压器，其设置于所述主流道中，并将所述主流道分隔成位于所述主钻头的近端一侧的第一流道和位于所述主钻头的远端一侧的第二流道，所述增压器包括阀部件，切削液借由所述阀部件能够从第一流道流向第二流道；所述阀部件配置成：响应于第一流道内的切削液的压力的增加而切换至节流状态，以使得切削液在所述第一流道内建立驱动压力；顶推部件，其可滑动伸缩地设置于所述主钻头的远端的中部；液压驱动流道，其用于将所述第一流道中的具有驱动压力的切削液引导至所述顶推部件以驱动所述顶推部件伸出。2.根据权利要求1所述钻进装置，其特征在于，所述增压器还包括盘体，所述盘体横置于所述主流道中，所述阀部件包括多个，多个所述阀部件布置在所述盘体上；每个所述阀部件均包括：阀孔，其轴向贯通所述盘体，所述阀孔的近端形成有径向收缩的缩口；球状阀芯，其设置于所述阀孔中，并能够沿所述阀孔轴向滑动；第一弹簧，其用于朝近端方向推抵所述球状阀芯，以使得所述球状阀芯抵靠于所述缩口；其中：所述缩口的外围形成有周向排布的多个扇形导流结构，所述扇形导流结构倾斜贯通至所述阀孔的孔壁的中部，以使得：在所述球状阀芯抵靠于所述缩口后，第一流道中的切削液能够依次经过所述扇形导流结构及所述球状阀芯的远端一侧的阀孔而流向第二流道，且在所述球状阀芯远离缩口的预设距离后，所述球状阀芯对从第一流道流向第二流道的切削液进行节流。3.根据权利要求2所述钻进装置，其特征在于，所述增压器还包括封板，所述封板固定于所述盘体的远端的端面；其中：所述封板上形成有多个限位套，多个所述限位套对应伸入至所述阀孔中，所述限位套的端面用于止挡所述球状阀芯；所述限位套的端面开设有周向排布的缺口，在所述球状阀芯抵靠于所述限位套的端面后，所述缺口与所述球状阀芯配合而对切削液进行节流。4.根据权利要求2所述钻进装置，其特征在于，所述盘体滑动配合地设置于所述主流道中；所述第二流道中构造出环形止挡台；所述第二流道中装设有用于朝近端方向推抵所述盘体的第二弹簧；其中：在所述第二流道中的切削液的压力超过预设压力后，所述第二流道中的切削液推抵所述盘体抵靠于所述环形止挡台将所述液压驱动流道与所述主流道贯通的近端口的位置配置成：在所述盘体朝所述环形止挡台滑动并抵靠于所述环形止挡台的过程中，所述近端口从与所述第二流道连通切换至与所述第一流道连通；所述环形止挡台上封装有压力传感器。5.根据权利要求1所述钻进装置，其特征在于，所述主钻头的远端的中部构造出液压
腔，所述液压驱动流道的远端口连接至所述液压腔；所述主钻头的远端的端面的中部构造出收纳空间；所述顶推部件包括设置于所述液压腔中的活塞、连接至所述活塞的顶杆、以及连接至所述顶杆的远端的作用部件；所述液压腔中设置有第三弹簧，所述第三弹簧用于朝近端方向推抵所述活塞，以使得在所述液压腔引入具有驱动压力的切削液前所述顶杆处于回缩状态而使所述作用部件收纳于所述收纳空间中；在所述液压腔引入具有驱动压力的切削液后，切削液推抵所述活塞而使得所述作用部件伸出而作用于孔道的端面。6.根据权利要求5所述钻进装置，其特征在于，所述作用部件包括顶头部件，所述顶头部件的远端的端面的中部形成有球冠。7.根据权利要求5所述钻进装置，其特征在于，所述作用部件包括副钻头，所述副钻头具有位于远端一侧的用于钻削的切削部以及位于近端一侧的导向柱；其中：在所述收纳空间与所述液压腔之间构造出导向腔，所述导向腔的腔壁上开设有周向排布且轴向延伸的导向槽；所述导向柱穿设所述导向腔而连接至所述顶杆，所述导向柱的外周面上形成有周向排布且轴向延伸的导向肋，所述导向肋对应位于所述导向槽中，以使得所述副钻头随所述主钻头同步转动。8.根据权利要求1所述钻进装置，其特征在于，所述主钻头的外表面形成有轴向延伸且周向排布的多个隆起部，所述切刀装设于所述隆起部上，每相邻的两个隆起部之间限定出导屑槽；其中：所述副流道自所述第二流道的盲端的端面引出；自所述副流道引出分支流道而贯通至所述导屑槽，以使得第二流道中的切削液流向所述导屑槽。9.根据权利要求4所述钻进装置，其特征在于，所述盘体的近端一侧的所述第一流道的壁上装设有挡圈，所述第二弹簧推抵所述盘体而止挡于所述挡圈。10.一种钻孔系统，包括：钻杆、机械力供应装置、切削液供应装置，机械力供应装置连接至钻杆的近端以用于驱动所述钻杆转动并为钻杆提供进给，所述切削液供应装置连接至钻杆的近端的管孔以用于提供切削液；其特征在于，所述钻孔系统还包括如权利要求1至9中任意一项所述的钻进装置，所述钻进装置中的主钻头连接至所述钻杆的近端。

技术总结
本发明公开了一种钻进装置及钻孔系统，钻进装置包括：主钻头，其外表面上安装有切刀，主钻头的内部具有主流道以及副流道，副流道用于引导主流道中的切削液流向外表面；增压器，其设置于主流道中，并将主流道分隔成位于主钻头的近端一侧的第一流道和位于主钻头的远端一侧的第二流道，增压器包括阀部件，切削液借由阀部件能够从第一流道流向第二流道；阀部件配置成：响应于第一流道内的切削液的压力的增加而切换至节流状态，以使得切削液在第一流道内建立驱动压力；顶推部件，其可滑动伸缩地设置于主钻头的远端的中部；液压驱动流道，其用于将第一流道中的具有驱动压力的切削液引导至顶推部件以驱动顶推部件伸出。顶推部件以驱动顶推部件伸出。顶推部件以驱动顶推部件伸出。


技术研发人员：吕淑青 王源渊 李赋 张清东 姜维玮
受保护的技术使用者：北京城建集团有限责任公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/8/9