一種非開挖鑽機的鑽頭的製作方法

2023-06-19 23:41:56 2

一種非開挖鑽機的鑽頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種非開挖鑽機的鑽頭，所述鑽頭內設置有探棒，所述探棒內設置有天線，其特徵在於，所述天線具有同軸設置的至少兩組並且發射頻率互不相同。通過在鑽頭中設置兩組天線，根據平移關係，兩組天線的兩個前點或兩個後點的距離與天線的距離相同，因此在鑽頭鑽進的整個施工過程中，操作人員只需要移動一段較小的距離(兩組天線之間的距離)就可以確定地下探棒的軸線方向，移動距離少，操作起來更方便、快捷而且安全。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種鑽具，尤其是一種非開挖鑽機的鑽頭。 一種非開挖鑽機的鑽頭

【背景技術】
[0002] 隨著城市建設的大規模發展，需要在城市中鋪設截汙管或能源（液化氣、天然氣 等）供應管，較常用的方法是開挖槽來埋管埋線，這會造成環境汙染，引起交通堵塞，並且 存在施工安全隱患。
[0003] 因此，目前也已開發使用了非開挖鋪管技術，即一種利用巖土鑽掘手段，在路面不 挖溝、不破壞大面積地表層的情況下，鋪設、修復和更換地下管線的施工技術。使用非開挖 技術具有周期短、成本低、汙染少、安全性能好等優點，而且不會影響正常的交通秩序。
[0004] 非開挖鋪管技術應用較廣的為水平導向前進法，其是利用非開挖導向儀引導裝有 鑽頭的鑽杆進行定向前進來實現。非開挖導向儀包括提供鑽頭實時的工況-深度、傾角以 及鐘點方向，讓地面的操作人員實時掌握鑽孔軌跡以便對後續的操作進行及時的修正，以 保證按既定的路線軌跡精確定向，完成非開挖鋪管。由此可見，非開挖鋪管技術對於非開挖 導向儀的精確測量有著很高的要求。
[0005] 非開挖導向儀一般由地下探棒，地面接收儀，遠程顯示器三個部分組成。傳統的非 開挖導向儀是利用檢測地下探棒的天線發射電磁波來進行定位的。
[0006] 圖1所示為天線輻射電磁場在垂直面上的分布圖，導向儀的地下探棒，其信號發 射天線Γ發射的電磁波形狀在任一過天線Γ軸線的平面上具有如圖1所示的形狀。在其 每一根電磁感應線上均存在三個特殊位置點，如圖1中所示的A1、A2和探棒正上方的m點。 其中A1和A2點的磁場方向P1和P2與天線Γ軸線0102方向垂直（假設A1處的磁場方 向垂直向下，則A2處的磁場方向垂直向上），兩點的連線與軸線0102平行。在工程上一般 將位於鑽頭前方的特殊位置點（磁場方向垂直向下，假設為A1)稱為前點，將位於鑽頭後方 的特殊位置點(磁場方向垂直向上，假設為A2)稱為後點。K線為將磁感應線上的一系列前 點連接得到的線，m點位於探棒正上方，其磁場方向與天線Γ軸線0102方向平行。
[0007] 傳統非開挖導向儀的定位方法是首先利用地面的接收儀2'找到探棒軸線位置的 正上方，然後通過接收儀2'的接收天線分別找到前點A1和後點A2,再根據前點、後點A1A2 的連線方向獲得探棒軸線的指向，從而知道鑽頭的前進方向。利用接收儀2'沿著前點、後 點A1A2的連線方向尋找到電磁場方向與探棒軸線方向平行的m點，則m點的正下方為探棒 的位置，接收天線根據接收到的信號強度可以計算出探棒與接收儀2'的距離從而獲得鑽頭 在地下的深度。遠程顯示器3'同步顯示接收儀2'計算出的探棒的空間位置信息，供鑽機 操作人員進行正確的導向操作。具體的定位方法，可以參見申請號為200410046887. 4的中 國專利申請公開的一種水平定向鑽進導向定位方法及定位儀。
[0008] 從圖1中可以看出，隨著與探棒軸線垂直距離的增加，需要尋找的前點A1與後點 A2之間的距離也快速增加。在鑽頭鑽進的過程中，操作人員需要不斷尋找前點A1與後點 A2來實時定位鑽頭的前進方向，因此當探棒在地下較深位置時，來回往復尋找前後點定位 的方法將會耗費大量時間，尤其是當鑽頭位於馬路中央的下方時，需要操作人員多次往返 於馬路兩邊，在應用過程中存在極大安全隱患。 實用新型內容
[0009] 本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的問題，提供一種便於 定位的非開挖鑽機的鑽頭。
[0010] 本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為：一種非開挖鑽機的鑽頭，所 述鑽頭內設置有探棒，所述探棒內設置有天線，其特徵在於，所述天線具有同軸設置的至少 兩組並且發射頻率互不相同。
[0011] 根據本實用新型的一個實施例，天線的設置方式為，兩組天線設於同一根探棒內， 兩組天線位於探棒的同側或兩側，由此安裝維護方便，裝置結構少，出現故障的概率小。
[0012] 根據本實用新型的另一個實施例，天線的設置方式為，所述探棒具有同軸設置的 兩根，每一根探棒內設置一組天線，由此安裝靈活，可以根據工程實際情況確定兩天線的距 離，使測量精度達到最佳效果（當天線在地下位置較深時，如果兩天線距離仍然較近，根據 兩點（實際測量的都是兩個小區域)間確定的直線與實際的位置可能偏差較大。因此當天線 在地下較淺位置，可以讓兩天線距離適當減少，當在地下較深位置可以增加兩天線距離）。
[0013] 與現有技術相比，本實用新型的優點在於：通過在鑽頭中設置兩組天線，根據平移 關係，兩組天線的兩個前點或兩個後點的距離與天線的距離相同，因此在鑽頭鑽進的整個 施工過程中，操作人員只需要移動一段較小的距離（兩組天線之間的距離）就可以確定地 下探棒的軸線方向，移動距離少，操作起來更方便、快捷而且安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為現有技術的導向儀定位原理圖；
[0015] 圖2-1為本實用新型的鑽頭的第一個實施例的示意圖；
[0016] 圖2-2為本實用新型的鑽頭的第二個實施例的示意圖；
[0017] 圖2-3為本實用新型的鑽頭的第三個實施例的示意圖；
[0018] 圖3為本實用新型的鑽頭定位原理圖。

【具體實施方式】
[0019] 以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0020] 參見圖2-1?圖2-3, 一種非開挖鑽機的鑽頭，其內設置有兩組發射頻率不同的天 線，第一天線1和第二天線2。如圖2-1所示，鑽頭內設置有非開挖導向儀的探棒3,兩組天 線同軸並列的設置在鑽頭內的探棒3內的一側，電池倉4則位於探棒3的另一個末端；如圖 2-2所示，與圖2-1不同之處在於，電池倉4位於兩組天線之間；如圖2-3所示，鑽頭內設有 兩根探棒，第一探棒31和第二探棒32,其中第一天線1位於第一探棒31內，第二天線2位 於第二探棒32內，第一探棒31和第二探棒32同軸設置，兩組天線也保持同軸。
[0021] 由於設置了兩組頻率不同的天線，兩組天線處在同一軸線上且距離較近，兩組天 線的中心距離為s，則兩組天線發射的信號在空間中的分布也是沿軸線平移距離s。根據平 移關係，第一天線1的磁場方向垂直向下的前點A和磁場方向垂直向上的後點B、第二天線 2的磁場方向垂直向下的前點C和磁場方向垂直向上的後點D也處於同一直線b上，且該直 線b與探棒的軸線0102 (有兩根探棒時，軸線也只有一條）相互平行，參見圖3,本實用新型 中所指的垂直是指磁場方向與探棒的軸向垂直。
[0022] 根據上述位置關係，只需要單獨尋找到以上四個特殊位置點中的兩個點（兩個前 點或兩個後點）就可以根據兩點間的連線確定探棒的軸線方向，此後可根據現有的技術知 道鑽頭的前進方向，確定鑽頭在地下的深度。
[0023] 設置兩組天線後，採用非開挖導向儀對鑽頭的定位方法為：
[0024] 若非開挖導向儀的地面接收儀處在鑽頭前方某一位置，則
[0025] 1)利用接收儀首先尋找到第一天線1的前點A (或第二天線2的前點C)，在地面 做好標記；
[0026] 2)然後在附近尋找到第二天線2的前點C (或第一天線1的前點A)，在地面做好 標記；
[0027] 3)連接兩個前點的直線所指向的方向即為探棒軸線的方向；
[0028] 4)找到磁場方向與該直線方向平行的點，該點的正下方為探棒的位置（兩根探棒 時，是否因為兩者之間距離很近，可視為同一個位置），接收天線根據接收到的信號強度可 以計算出探棒與接收儀的距離從而獲得鑽頭在地下的深度。
[0029] 相應地，若地面接收儀器處在鑽頭後方某一位置，則
[0030] 1)利用接收儀首先尋找到第一天線1的後點B(或第二天線2的後點D)，在地面 做好標記；
[0031] 2)然後利用接收儀在附近尋找到第二天線2的後點D (或第一天線1的後點B)， 在地面做好標記；
[0032] 3)兩個後點間的連線方向就是鑽頭的軸線方向；
[0033] 4)找到磁場方向與該直線方向平行的點，該點的正下方為探棒的位置，接收天線 根據接收到的信號強度可以計算出探棒與接收儀的距離從而獲得鑽頭在地下的深度。
【權利要求】
1. 一種非開挖鑽機的鑽頭，所述鑽頭內設置有探棒，所述探棒內設置有天線，其特徵在 於，所述天線具有同軸設置的至少兩組並且發射頻率互不相同。
2. 如權利要求1所述的非開挖鑽機的鑽頭，其特徵在於，兩組天線設於同一根探棒內， 兩組天線位於探棒的同側或兩側。
3. 如權利要求2所述的非開挖鑽機的鑽頭，其特徵在於，所述探棒具有同軸設置的兩 根，每一根探棒內設置一組天線。
【文檔編號】E21B10/00GK203905814SQ201420185968
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】金鍵 申請人:黃山金地電子有限公司