高压电弧破岩的电解质循环系统及循环方法

技术领域

本发明涉及桩机技术领域，具体涉及一种高压电弧破岩的电解质循环系统及循环方法。

背景技术

目前，传统打桩是采用机械破岩或者人工钻凿的方式，通常采用旋挖钻机、电液桩机、冲击震动锤等进行打桩。在软岩层和中硬岩层中用带硬质合金切削具的回转钻头进行钻进；在中硬及部分以上岩层中采用铣齿牙轮钻头进行钻进；在硬岩层中采用金刚石钻头或者钢粒钻头进行钻进；在硬脆岩层中采用液动(气动)孔内冲击器钻或者镶齿钻进行钻进。

现有的打桩机械设备的结构较为复杂，针对不同的岩层，需要采用不同的钻头或者其它机械结构，在钻进的过程中，需要不断的提钻、卸渣、下钻。钻进耗时，工作效率低下，时间成本和人工成本高。机械钻具在处理花岗岩等较硬的岩层时，需要花费大量的时间进行钻进，机械钻具磨损大，需要经常更换，成本大。

在现有的电解质循环系统中，循环泵往往布置在桩孔外，随着桩孔深度的加大，受泵的负压限制，桩孔底部破碎的岩石不能快速有效的随电解质循环系统排出孔外，影响钻进效率，增加能耗。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的循环泵往往布置在桩孔外，随着桩孔深度的加大，受泵的负压限制，桩孔底部破碎的岩石不能快速有效的随电解质循环排出孔外，影响钻进效率，增加能耗的缺陷，从而提供一种高压电弧破岩的电解质循环系统及循环方法。

根据本申请的第一方面，提供一种高压电弧破岩的电解质循环系统，包括：泥浆池；电解质池，与所述泥浆池相连通；脉冲发生器，设置在地下桩孔内，所述脉冲发生器的内部构造有中空腔体，所述电解质池通过第一管路与所述中空腔体相连通，用于向所述中空腔体内注入电解质溶液；电弧钻头，设置在所述地下桩孔内并与所述脉冲发生器的下端相连接；以及潜水泵，设置在所述中空腔体内，所述潜水泵构造有进口和出口，所述潜水泵的出口通过第二管路与所述泥浆池相连通，其中，所述脉冲发生器释放电能并将电能传递给所述电弧钻头，以使得所述电弧钻头将周围的岩石破碎成碎石，所述潜水泵将混合有碎岩的电解质溶液依次经所述潜水泵的进口以及所述第二管路输送回所述泥浆池内。

其中，所述潜水泵设置在所述中空腔体内并靠近所述电弧钻头的端部。将潜水泵设置在该中空腔体内并靠近该电弧钻头的端部，相较于将泵布置在孔外而言，本申请的这种布置能够快速有效地排出孔底的碎岩，大大地提高了电弧钻头的钻进效率。

其中，所述电解质循环系统还包括潜水泵座，所述潜水泵座设置在所述中空腔体内并靠近所述电弧钻头的端部，所述潜水泵座固设在所述中空腔体的内壁上，所述潜水泵安装在所述潜水泵座上。通过增设该潜水泵座，能够对潜水泵进行有效地安装和固定，避免潜水泵在工作的过程中发生倾斜的情况。

其中，所述脉冲发生器包括设置在地下桩孔内的管体，在所述管体的内部构造有所述中空腔体，所述第一管路的第一端与所述电解质池相连通，所述第一管路的第二端伸入到所述中空腔体内的底部位置。通过将该第一管路的第二端伸入到该中空腔体内的底部位置，可以不用单独占用地下桩孔的空间，避免第一管路与脉冲发生器发生位置干扰或是影响脉冲发生器的放入或取出。

其中，所述电解质循环系统还包括电源模块；所述脉冲发生器还包括设置在所述中空腔体内的储能电容器，所述储能电容器与所述电源模块电连接。

其中，所述储能电容器的内部构造有通孔，所述第一管路穿过所述通孔。这样，可以在有效的空间内，增大该储能电容器的储能体积，使其为电弧钻头持续提供电能。

其中，所述脉冲发生器还包括设置在所述储能电容器和所述电弧钻头之间的火花开关，所述火花开关分别与所述储能电容器和所述电弧钻头电连接。

其中，所述电弧钻头可拆卸式地设置在所述管体的下端。

其中，所述电解质循环系统还包括过滤部件，所述过滤部件设置在所述泥浆池与所述电解质池对接连通的部位。通过在该泥浆池与电解质池对接连通的部位增设该过滤部件，从而可以起到过滤碎石的作用，以将混有碎石的电解质溶液经该过滤部件的过滤后，重新地输送到电解质池内，以供一下次循环使用。

根据本申请的第二方面，还提供一种高压电弧破岩的电解质循环方法，包括：将电解质溶液输送到地下桩孔的底部；对所述脉冲发生器中的储能电容器进行充电至达到电容预设值，触发所述脉冲发生器中的火花开关，将所述储能电容器中的电能传递给所述电弧钻头，以促使所述电弧钻头对周围的岩石进行破碎；将混合有碎岩的电解质溶液输送到所述泥浆池内进行沉淀、过滤，以供输送到所述电解质池内进行下一次循环。

与现有技术相比，本发明提供的高压电弧破岩的电解质循环系统具有如下优点：

本申请的高压电弧破岩的电解质循环系统相较于现有技术是将泵设置在地上而言，本申请将潜水泵设置在地下桩孔内，能够有效地避免该潜水泵的负压限制，确保潜水泵的吸力，以快速有效地清理地下桩孔底部的碎岩，保证钻进速度，大大提高电弧钻头的钻进效率，本申请的电解质循环系统可做到将碎岩立即随电解质溶液循环排出孔外，不需要像传统机械钻机那样提钻、卸渣以及下钻，大大地提高了钻进速率、减少能耗、降低成孔成本。此外，本申请的潜水泵安装在脉冲发生器的中空腔体内，该潜水泵与电弧钻头不关联，这样，当钻不同孔径的地下桩孔时，只需要更换相应大小的钻头即可，不影响整个电解质循环系统的结构，整个电解质循环系统可以保持统一不变，从而大大地降低了操作的繁琐性。另外，本申请通过利用电弧钻头，先对周围的岩石进行破碎，之后再进行钻磨，具有破碎效率高、钻进速度快、设备磨损小、故障率低以及安全环保等的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例的高压电弧破岩的电解质循环系统的正循环整体结构示意图；

图2为本发明的实施例的高压电弧破岩的电解质循环系统的负循环整体结构示意图；

图3为图1中的第一管路、脉冲发生器以及电弧钻头的连接结构示意图；

图4为本发明的实施例的高压电弧破岩的电解质循环方法的步骤流程示意图。

附图标记说明：

1：泥浆池；2：电解质池；3：脉冲发生器；31：管体；311：中空腔体；32：储能电容器；321：通孔；322：电源接口；200：地下桩孔；4：第一管路；5：电弧钻头；6：潜水泵；7：第二管路；8：电源模块；9：火花开关；10：过滤部件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图3所示，图中示意性地显示了该高压电弧破岩的电解质循环系统包括泥浆池1、电解质池2、脉冲发生器3、第一管路4、电弧钻头5、潜水泵6以及第二管路7。需要说明的是，所谓的“高压”是指电压在40KV(千伏)到500KV(千伏)之间的电压。

在本申请的实施例中，该电解质池2与该泥浆池1相连通。

该脉冲发生器3设置在地下桩孔200内，该脉冲发生器3的内部构造有中空腔体311，该电解质池2通过第一管路4与该中空腔体311相连通，用于向该中空腔体311内注入电解质溶液。

该电弧钻头5设置在该地下桩孔200内并与该脉冲发生器3的下端相连接。

该潜水泵6设置在该中空腔体311内，该潜水泵6构造有进口(图中未示出)和出口(图中未示出)，该潜水泵6的出口通过第二管路7与该泥浆池1相连通，其中，该脉冲发生器3释放电能并将电能传递给该电弧钻头5，以使得该电弧钻头5将周围的岩石破碎成碎石，该潜水泵6将混合有碎岩的电解质溶液依次经该潜水泵6的进口以及该第二管路7输送回该泥浆池1内。具体地，先将电解质池2中的电解质溶液注入到地下桩孔200的底部，然后，利用脉冲发生器3释放电能并将电能传递给该电弧钻头5，以使得该电弧钻头5将周围的岩石破碎成碎石，该潜水泵6将混合有碎岩的电解质溶液依次经该潜水泵6的进口以及该第二管路7输送回该泥浆池1内。可见，本申请的高压电弧破岩的电解质循环系统相较于现有技术是将泵(图中未示出)设置在地上而言，本申请将潜水泵6设置在地下桩孔200内，能够有效地避免该潜水泵6的负压限制，确保潜水泵6的吸力，以快速有效地清理地下桩孔200底部的碎岩，保证钻进速度，大大地提高了电弧钻头5的钻进效率，本申请的电解质循环系统可做到将破碎的岩石(碎岩)立即随电解质溶液循环排出孔外，不需要像传统机械钻机那样提钻、卸渣以及下钻，大大地提高了钻进速率、减少能耗、降低成孔成本。

此外，本申请的潜水泵6安装在脉冲发生器3的中空腔体311内，该潜水泵6与电弧钻头5不关联，这样，在钻不同孔径的地下桩孔200时，只需要更换相应大小的钻头即可，不影响整个电解质循环系统的结构，整个电解质循环系统可以保持统一不变，从而大大地降低了操作的繁琐性。

另外，相对于现有的机械设备结构复杂，针对不同的岩层，需要采用不同的钻头或者其他机械结构，在钻进过程中需要不断的提钻、卸渣、下钻。钻进耗时，工作效率低下，时间成本和人工成本高。机械钻具在处理花岗岩等较硬的岩层时，需要花费大量的时间进行钻进，机械钻具磨损大，需要经常更换，成本大。本申请通过利用脉冲发生器3给电弧钻头5传递电能，电弧钻头5接收到电能以后会将周围的岩石进行破碎，可见，本申请通过利用电弧钻头5，先对周围的岩石进行破碎，之后再进行钻磨，相较于现有的钻头直接对大块的岩石进行钻磨而言，具有破碎效率高、钻进速度快、设备磨损小、故障率低以及安全环保等的特点。

本申请的电解质循环系统可以设计成将电解质溶液经该第一管路4输入到地下桩孔200内，碎岩可随电解质溶液从孔壁间隙排出的正循环方式。

本申请的电解质循环系统还可以设计成电解质从孔壁间隙输入到地下桩孔200内，碎岩随电解质溶液从第一管路4排出的反循环方式。

还需要说明的是，本申请对电解质溶液的要求低，绿色环保可循环。

在本申请的一个优选的实施例中，该潜水泵6设置在该中空腔体311内并靠近该电弧钻头5的端部。具体地，将潜水泵6设置在该中空腔体311内并靠近该电弧钻头5的端部，相较于将泵布置在孔外而言，本申请的这种布置能够快速有效地排出孔底的碎岩，大大地提高了电弧钻头5的钻进效率。

需要说明的是，该第一管路4的第一端与电解质池2相连通，该第一管路4的第二端自由伸入到脉冲发生器3的中空腔体311内。

该第二管路5的第一端与潜水泵6的出口相连通，该第二管路5的第二端与泥浆池1相连通。

该潜水泵6的进口自由敞开地设置在脉冲发生器3的中空腔体311内，电解质溶液注入到地下桩孔200的底部时，需要没过潜水泵6，以供潜水泵6能够顺利地将混有碎岩的电解质溶液输送回泥浆池1内，在泥浆池1内进行过滤以后，电解质溶液将重新流入到电解质池2内，以供下一个循环使用。

如图1至图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该电解质循环系统还包括潜水泵座(图中未示出)，该潜水泵座设置在该中空腔体311内并靠近该电弧钻头5的端部，该潜水泵座固设在该中空腔体311的内壁上，该潜水泵6安装在该潜水泵座上。具体地，通过增设该潜水泵座，能够对潜水泵6进行有效地安装和固定，避免潜水泵6在工作的过程中发生倾斜的情况。

在本申请的一个具体的实施例中，该潜水泵座可通过焊接、螺栓连接、螺钉连接或卡扣连接等的方式固定安装在该中空腔体311的内壁上。

如图1至图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该脉冲发生器3包括设置在地下桩孔200内的管体31，在该管体31的内部构造有该中空腔体311，该第一管路4的第一端与该电解质池2相连通，该第一管路4的第二端伸入到该中空腔体311内的底部位置。具体地，通过将该第一管路4的第二端伸入到该中空腔体311内的底部位置，可以不用单独占用地下桩孔200的空间，避免第一管路4与脉冲发生器3发生位置干扰或是影响脉冲发生器3的放入或取出。

如图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该电解质循环系统还包括电源模块8。

该脉冲发生器3还包括设置在该中空腔体311内的储能电容器32，该储能电容器32与该电源模块8电连接。具体地，通过使得该储能电容器32与该电源模块8电连接，该电源模块8会持续给储能电容器32进行充电，确保储能电容器32的正常工作，使得储能电容器32能够持续给电弧钻头5提供电能，确保电弧钻头5对周围岩石的破碎不间断。

需要说明的是，在该储能电容器32上构造有电源接口322，该电源接口322与电源模块8电连接。

如图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该储能电容器32的内部构造有通孔321，该第一管路4穿过该通孔321。具体地，所谓的“通孔321”是指沿该储能电容器32的纵向进行上下贯穿设置，即，使得该储能电容器32的整体呈环状，这样，可以在有效的空间内，增大该储能电容器32的储能体积，使其为电弧钻头5持续提供电能。

如图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该脉冲发生器3还包括设置在该储能电容器32和该电弧钻头5之间的火花开关9，该火花开关9分别与该储能电容器32和该电弧钻头5电连接。具体地，工作时，电源接口322外接电源模块8，以给储能电容器32充电，当储能电容器32的电能达到电容预设值时，会将火花开关9击穿并通过火花开关9将电能传递给电弧钻头5，该电弧钻头5产生高压电弧放电，对周围岩石进行破碎。

该储能电容器32的电能被消耗，火花开关9自动关闭，外接的电源模块8继续给储能电容器32充电，充满电后击穿火花开关9，电能传递给电弧钻头5，该电弧钻头5产生高压电弧放电，对周围岩石进行破碎。该脉冲发生器3工作时就是这样周而复始的充电、放电。

需要说明的是，上述所述的“电容预设值”可随周围岩层的硬度的增大而增大，随周围岩层的硬度的减小而减小，即，若当前电弧钻头5周围的岩层硬度较大，则该“电容预设值”也随之增大；若当前电弧钻头5周围的岩层硬度较小，则该“电容预设值”也随之减小。

可以理解的是，若周围的岩层硬度较大，则需要钻进的时间就会相应的延长，随之该储能电容器32的电容就需要相应的增大。

反之，若周围的岩层硬度较小，则需要钻进的时间就会相应的缩短，随之该储能电容器32的电容就可相应的减小。

需要说明的是，对于该“电容预设值”的具体大小，此处不做限定。

在本申请的一个优选的实施例中，该电弧钻头5可拆卸式地设置在该管体31的下端。具体地，该电弧钻头5可拆卸式地设置在该管体31的下端，方便电弧钻头5的更换和安装，其中，所谓的“可拆卸式”的安装方式可为螺钉连接、螺栓连接、卡扣连接或铆接等。

需要说明的是，上述可拆卸式的安装方式并不仅仅地局限于上述实施例所列举的方式，即，只要能够实现电弧钻头5与管体31下端的可拆卸式的连接即可。

如图1至图3所示，在本申请的一个优选的实施例中，该电解质循环系统还包括过滤部件10，该过滤部件10设置在该泥浆池1与该电解质池2对接连通的部位。具体地，通过在该泥浆池1与电解质池2对接连通的部位增设该过滤部件10，从而可以起到过滤碎石的作用，以将混有碎石的电解质溶液经该过滤部件10的过滤后，重新地输送到电解质池2内，以供一下次循环使用。

可见，本申请的电解质溶液可以重复循环利用，从而大大地节省了成本。

具体地，该过滤部件10可构造为具有过滤网孔的过滤筛网或过滤网纱等。

需要说明的是，该过滤部件10的过滤网孔的孔径需要小于单个常规碎石的外轮廓尺寸，这样，便可以达到对混有碎石的电解质溶液进行较好的过滤的目的。

如图4所示，根据本申请的第二方面，还提供一种高压电弧破岩的电解质循环方法，包括：

步骤S1，将电解质溶液输送到地下桩孔200的底部。在步骤S1之前，需对整个电解质循环系统的所有管道进行连接并检查，做好接地工作，保证该电解质循环系统的绝缘与安全。

步骤S2，对该脉冲发生器3中的储能电容器32进行充电至达到电容预设值，触发该脉冲发生器3中的火花开关9，将该储能电容器32中的电能传递给该电弧钻头5，以促使该电弧钻头5将周围的岩石破碎成碎石。

步骤S3，将混合有碎岩的电解质溶液输送到该泥浆池1内进行沉淀、过滤，以供输送到该电解质池2内进行下一次循环。具体地，本申请通过先将电解质溶液注入到地下桩孔200内并使得电解质溶液没过潜水泵6，当储能电容器32充电达到电容预设值时，会触发该脉冲发生器3中的火花开关9，将该储能电容器32中的电能传递给该电弧钻头5，以促使该电弧钻头5将周围的岩石破碎成碎石。

此时，潜水泵6开始工作，会将混有碎石的电解质溶液抽送到泥浆池1内，通过在该泥浆池1内进行沉淀、过滤，以将沉淀、过滤后的电解质溶液重新输送到该电解质池2内进行下一次循环。可见，本申请的电解质循环方法通过将潜水泵6设置在地下桩孔200内，能够有效避免该潜水泵6负压的限制，确保潜水泵6的吸力，以快速有效地清理地下桩孔200底部的碎岩，保证钻进速度，大大提高电弧钻头5的钻进效率，本申请的电解质循环方法可做到将破碎的岩石(碎岩)立即随电解质溶液循环排出孔外，不需要像传统机械钻机那样提钻、卸渣以及下钻，大大地提高了钻进速率、减少能耗、降低成孔成本。

另外，本申请通过利用脉冲发生器3给电弧钻头5传递电能，电弧钻头5接收到电能以后会将周围的岩石进行破碎，可见，本申请通过利用电弧钻头5，先对周围的岩石进行破碎，之后再进行钻磨，相较于现有的钻头直接对大块的岩石进行钻磨而言，具有破碎效率高、钻进速度快、设备磨损小、故障率低以及安全环保等的特点。

在本申请的一个优选的实施例中，重复步骤S2至步骤S3，以形成一个正循环系统，该电弧钻头5在正循环系统的配合下，不断钻进。

需要说明的是，由于碎岩的大小和地下桩孔200的深度会影响到潜水泵6的效率，通过泥浆的流量对潜水泵6的功率调节器进行一个反馈，以实现对潜水泵6的实时调节，让潜水泵6处于最佳效率状态。

综上所述，本申请的高压电弧破岩的电解质循环系统相较于现有技术是将泵设置在地上而言，本申请将潜水泵6设置在地下桩孔200内，能够有效地避免该潜水泵6的负压限制，确保潜水泵6的吸力，以快速有效地清理地下桩孔200底部的碎岩，保证钻进速度，大大提高电弧钻头5的钻进效率，本申请的电解质循环系统可做到将破碎的岩石(碎岩)立即随电解质溶液循环排出孔外，不需要像传统机械钻机那样提钻、卸渣以及下钻，大大地提高了钻进速率、减少能耗、降低成孔成本。

此外，本申请的潜水泵6安装在脉冲发生器3的中空腔体311内，该潜水泵6与电弧钻头5不关联，这样，当钻不同孔径的地下桩孔200时，只需要更换相应大小的钻头即可，不影响整个电解质循环系统的结构，整个电解质循环系统可以保持统一不变，从而大大地降低了操作的繁琐性。

另外，相对于现有的机械设备结构复杂，针对不同的岩层，需要采用不同的钻头或者其他机械结构，在钻进过程中需要不断的提钻、卸渣、下钻。钻进耗时，工作效率低下，时间成本和人工成本高。机械钻具在处理花岗岩等较硬的岩层时，需要花费大量的时间进行钻进，机械钻具磨损大，需要经常更换，成本大。本申请通过利用脉冲发生器3给电弧钻头5传递电能，电弧钻头5接收到电能以后会将周围的岩石进行破碎，可见，本申请通过利用电弧钻头5，先对周围的岩石进行破碎，之后再进行钻磨，相较于现有的钻头直接对大块的岩石进行钻磨而言，具有破碎效率高、钻进速度快、设备磨损小、故障率低以及安全环保等的特点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。