CN103982149B

CN103982149B - 凿岩单元和更换钻杆的方法

Info

Publication number: CN103982149B
Application number: CN201410030713.2A
Authority: CN
Inventors: 伊尔莫·派奥尼
Original assignee: Sandvik Tamrock Oy
Current assignee: Sandvik Mining and Construction Oy
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: US20140224540A1; CN103982149A; EP2765272A1; US9428971B2; AU2013263825A2; AU2013263825A1

Abstract

本发明涉及一种凿岩单元和更换钻杆的方法。该凿岩单元(1)包括进给横梁(2)、保持装置(14)、凿岩机(4)和至少一个夹具(15)。该夹具能够在没有凿岩单元的驱动力的情况下操作。该夹具包括用于接纳单独一个钻杆(11)的空间(21)。该夹具定位于平行于钻进轴线(D)并且距该钻进轴线一定的转移距离的侧向位置(16)处。

Description

凿岩单元和更换钻杆的方法

技术领域

本发明涉及一种凿岩单元，特别地涉及一种用于更换凿岩单元中的钻杆的装置。凿岩单元包括进给横梁和可移动地布置在进给横梁上的凿岩机。该凿岩机包括用于将钻杆连接到钻进轴线上的钻柄。此外，至少一个保持装置布置在进给横梁上。

本发明还涉及一种用于更换凿岩单元中的钻杆的方法。

本发明的领域更具体地限定在独立权利要求的前序部分中。

背景技术

在矿山及其它工作场合，凿岩台车被用来在岩石表面上钻出钻孔。通常，凿岩台车包括一个或多个设有凿岩单元的钻进吊杆。在多数情况下，需要钻出具有大于一个钻杆的长度的钻孔。然后，两个或多个钻杆需要相互连接以便形成延伸的钻杆。这被称为接杆钻进。通常，数个钻杆存放在布置于凿岩单元中的钻杆仓中。然而，钻杆仓很大、很重，因此其可能妨碍钻进。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的、改进的、设有更换装置的凿岩单元，以及一种更换钻杆的方法。

根据本发明的凿岩单元包括：

进给横梁，所述进给横梁为细长件；

凿岩机，所述凿岩机可移动地布置在所述进给横梁上并且限定钻进轴线，由此所述凿岩机包括用于将钻杆连接到所述钻进轴线的钻柄；

至少一个保持装置，所述至少一个保持装置布置在所述进给横梁上并且位于所述钻进轴线上；以及

至少一个更换装置，所述至少一个更换装置包括：主体，所述主体可移动地连接到所述进给横梁；夹紧装置，所述夹紧装置允许所述钻杆被夹紧和释放；和至少一个转移装置，所述至少一个转移装置用于相对于所述钻进轴线在横向方向上移动所述更换装置和所述钻杆；

其中，

所述凿岩单元进一步包括被布置在所述更换装置上的至少一个夹具，所述至少一个夹具允许一次将单独一个钻杆保持在预定的侧向位置处，所述侧向位置平行于所述钻进轴线并且位于距所述钻进轴线一定的横向距离处；

所述夹具包括接触表面，所述接触表面压靠于在所述接触表面之间放置的被保持的钻杆上；以及

所述夹具是弹簧致动的并且由此所述夹具的保持力独立于所述夹具之外的驱动力。

根据本发明的更换凿岩单元中的钻杆的方法，

所述凿岩单元包括进给横梁、凿岩机、至少一个保持装置和至少一个更换装置，

其中，所述方法包括：

将至少两个钻杆一起连接在所述凿岩机的钻进轴线处，用于形成延伸的钻杆组件；

在钻进之后拆卸所述延伸的钻杆组件；

通过所述保持装置保持所述延伸的钻杆组件；

其中，所述连接和所述拆卸包括通过所述更换装置相对于所述进给横梁在横向方向上、在所述钻进轴线和至少一个侧向位置之间移动所述钻杆，其中，所述侧向位置平行于所述钻进轴线并且位于距所述钻进轴线一定距离处；

其中，所述方法进一步包括：

一次通过被布置在所述更换装置上的至少一个夹具将单独一个钻杆支撑在所述侧向位置处，其中所述夹具包括接触表面，所述接触表面压靠于在所述接触表面之间放置的被保持的钻杆上；并且所述夹具是弹簧致动的，并且由此所述夹具的保持力独立于所述夹具之外的驱动力。

所公开方案的构思在于，该凿岩单元包括至少一个夹紧装置，该夹紧装置允许一次将单独一个钻杆保持在预定的侧向位置处，该侧向位置平行于由凿岩机限定的钻进轴线并且位于距钻进轴线一定的横向距离处。该夹紧装置包括至少一个用于保持钻杆的夹具。此外，该夹具的保持特征可在没有夹具之外的任何驱动力的情况下操作。因此，该夹具可以不连接到压力流体或者电路。

所公开的方案的优点在于，该夹具结构简单、操作简单，由此其是可靠且便宜的。因为该夹具不需要任何外部驱动力，所以其可在凿岩单元停机时操作。因此，可安全地在夹具中手动放置钻杆或将其移出。

根据实施例，凿岩单元没有用于存储多于单独一个钻杆的任何钻杆仓或者存储装置。相反，本方案涉及一种保持件，该保持件一次仅仅影响单独一个钻杆。由于所公开的方案，多于一个的钻杆能够连续钻进，并且仍然不需要提供带有任何常规钻杆仓的凿岩单元。因此，该凿岩单元可以是轻质的。当轻质的凿岩单元未限制凿岩机吊杆的范围时，凿岩机吊杆的作用范围可以具有广阔的尺寸。

根据实施例，夹具设有用于接纳钻杆的内部空间。内部空间的形状可以为大体圆柱形，而由于钻杆的外表面通常也是圆柱形的，所以这是有利的。当钻杆放置在空间内部时，空间尺寸扩大。因此，该空间具有初始的第一尺寸，而当钻杆放置在空间内部时，空间具有第二尺寸，第二尺寸大于第一尺寸。

根据实施例，夹具包括接触面，当钻杆被放置在接触面之间时，该接触面压靠于被保持的钻杆的外表面上。由于持续的压力，被保持的钻杆牢牢地保持其位置，而没有振动，不会引起噪音。进一步的优点在于，钻杆的外部尺寸可以变化，而夹具仍恰当地保持钻杆。

根据实施例，夹具是弹簧致动的，其包括一个或多个用于产生所需压力的弹簧元件。由于弹簧元件，夹具是独立的并且可不借助于夹具之外的任何驱动力操作。此外，夹具根据被保持的钻杆的外部尺寸而本身自动调整。弹簧可以是螺旋弹簧、片状弹簧或者任何其它合适的弹簧类型。可替代地，弹簧致动可以由压力介质操作的致动器形成，诸如压力气缸。

根据实施例，夹具由用于产生所需压力的弹性材料制成。由于弹性材料而获得的弹簧致动，夹具是独立的并且可不借助于夹具之外的任何驱动力操作。例如，弹性材料可以包括聚氨酯(PUR)或者其它塑料材料。可替代地，弹性材料可以包括橡胶或者聚合物材料。

根据实施例，更换钻杆包括下列动作：将凿岩单元连接到非工作状态；当凿岩单元停机时，手动地将该钻杆进给到夹具；以及通过内部弹簧力将钻杆保持在夹具中。

根据实施例，至少两个夹具布置为相互相距一定距离，如在进给横梁的纵向方向上所见的那样。由于该实施例，实现对被保持的钻杆的牢固且稳定的支撑。第一夹具和第二夹具可以位于距进给横梁的远端一定距离处。

根据实施例，夹具在待转移的钻杆方向上具有相对大的轴向范围，由此单独一个夹具可以足以支撑和保持钻杆。可以设定夹具的尺寸为相对宽。当没有空间用于数个夹具时，该实施例可以是有利的。

根据实施例，夹具通过至少一个支撑元件而被支撑到进给横梁。支撑元件可以是固定的或者可移动的。

根据实施例，夹具通过至少一个支撑元件而被固定地支撑到进给横梁。因此，夹具在所述侧向位置中是静止的。

根据实施例，夹具可在进给横梁的横向方向上从侧向位置朝钻进轴线移动。由于该实施例，夹具能够延伸得更接近操作者，这将便于将钻杆放置在夹具中并且将钻杆从夹具移除。安全和工作条件也得到改善。

根据实施例，夹具可在进给横梁的横向方向上从侧向位置移动到钻进轴线，并且反之亦然。

根据实施例，凿岩单元包括通过关节而连接到进给横梁的支撑臂。夹具布置在支撑臂的远端处。支撑臂设有转动装置，该转动装置用于相对于进给横梁在横向方向上使支撑臂从侧向位置转动到钻进轴线，并且反之亦然。

根据实施例，更换装置可由操作者控制或者其可以在一个或多个控制单元的自动控制下执行所需的转移操作。更换装置可以通过关节而连接到进给横梁，由此更换装置的远端能够在侧向位置和钻进轴线之间转动。

根据实施例，凿岩单元包括至少一个更换装置，该更换装置设有可开关的夹爪。例如，夹爪用作夹紧装置，使得能够在打开和关闭连接螺纹时防止被夹紧的钻杆转动。

根据实施例，夹具布置用以将钻杆支撑在侧向位置处，并且更换装置布置用以在侧向位置和钻进轴线之间移动钻杆。

根据实施例，夹具被支撑到更换装置，由此其可与更换装置一起横向移动。因此，更换钻杆可以包括下列动作：通过相对于进给横梁可移动布置的更换装置，在钻进轴线和侧向位置之间移动钻杆；以及与更换装置一起，在钻进轴线和侧向位置之间移动夹具。

根据实施例，夹具可枢转地布置在更换装置上，使得夹具能够相对于更换装置的主体旋转。夹具可以具有初始位置，在该位置，其通过弹簧装置保持。如有必要，夹具可以在转移钻杆时相对于更换装置的主体转动。在指向夹具的外力终止之后，弹簧装置将夹具转动回到到初始位置。枢转连接的优点在于，其允许转移移动中的一些偏差以及夹具和钻杆之间的偏差。

根据实施例，夹具用作更换装置的夹紧装置。

根据实施例，该更换装置包括夹爪和夹具。夹爪用作夹紧装置，而夹具主要用于在夹爪打开时将钻杆保持在侧向位置。夹具允许操作者将钻杆放置在侧向位置中的正确位置中。钻杆保持在那个位置，直至操作者离开凿岩单元附近并且将凿岩单元转至可操作状态。然后，为更换装置提供动力并且可以关闭夹爪。操作者在安全距离控制更换装置的操作。

根据实施例，凿岩单元包括至少一个附加的支撑件，该附加的支撑件刚性地紧固到进给横梁。附加的支撑件可以用于帮助引导钻杆。附加的支撑件定位成使得其在钻杆的远端处。附加的支撑件可以包括突出部，使得管状钻杆能够首先在突出部周围被推动。其次，钻杆能够被朝向一个或多个用于保持钻杆的夹具侧向推动。附加的支撑件便于转移长钻杆。

根据实施例，凿岩单元包括数个夹具，该夹具布置成使得至少两个钻杆能够被保持。然而，每个夹具仅仅影响一个钻杆。该实施例允许将2-4个钻杆放置在钻进轴线附近，而不需要提供带有复杂的、大型笨重的钻杆仓的凿岩单元。

上述公开实施例能够组合以便形成设有必要特征的合适方案。

附图说明

在附图中更详细地描述了一些实施例，其中：

图1是示出凿岩单元的示意性侧视图，

图2a和2b是示出在位置A-A处的两个备选的凿岩单元的示意图，

图3是示出由弹性材料形成的夹具的示意性侧视图，

图4是示出设有弹簧元件的夹具的示意性侧视图，

图5是示出凿岩单元和布置在进给横梁上的两个转移装置的示意图，

图6是示出设有夹具的转移装置的示意图，

图7是示出通过夹具支承在钻进轴线上的钻杆和转移装置的夹爪的示意图，和

图8是示出与根据上述公开原理的钻杆更换有关的特征的简化图表。

为清楚起见，附图以简化方式示出所公开的方案中的一些实施例。在附图中，相同的组件标识相同的元件。

具体实施方式

图1示出可用的凿岩单元1，凿岩单元1可以通过吊杆3连接到未示出的可移动的载体上。凿岩单元1可以包括进给横梁2，进给横梁2设有能够通过进给装置5在进给横梁2上移动的凿岩机4。凿岩机4可以包括用于在工具7上产生冲击脉冲的冲击装置6和用于使工具7旋转的旋转装置8。

在钻进现场，利用凿岩单元1钻出一个或多个钻孔。钻孔可以在竖直方向上钻出，如图1所示。

当具有长于单独一个钻杆的长度的钻孔需要被钻出时，那么延伸的钻杆系统就通过连续地连接两个或多个钻杆来形成。通常，由两个钻杆形成的延伸的钻杆系统是足够的。然后，工具7包括钻头9、第一钻杆10和第二钻杆11。在钻进开始时，钻头9连接到第一钻杆10的远端，并且第一钻杆10的相对端连接到凿岩机4的钻柄12。在第一钻杆10的钻进完成后，第二钻杆11连接到钻柄12和第一钻杆10。在第一钻杆10和第二钻杆11之间，在第一钻杆10和钻头9之间，以及在第二钻杆11和钻柄12之间，存在连接装置，诸如连接螺钉13。连接螺钉13能够通过旋转装置8来关闭和打开。当连接和断开工具7的部件时，保持装置14可以被用来防止工具的部件的旋转。保持装置14安装在进给横梁3上，使得其位于钻进轴线D上。保持装置14可以包括保持爪或者用来夹紧工具的部件的对应装置。保持装置14还包括一个或多个用来产生所需保持力的致动器。

凿岩单元1可以配备有一个或多个夹具15，夹具15布置为相对钻进轴线D处在横向方向上。如图1所示，单独一个夹具15可足以在平行于钻进轴线D的方向上将钻杆11a保持在侧向位置16处。夹具15的尺寸可以设定为相对宽，由此实现对放置在夹具15中的第二钻杆11a的充分支撑。可替代地，两个或多个夹具可以布置为彼此相距选定的距离，用于将同一钻杆11a支撑在侧向位置16处。第二钻杆11a能够被手动放置在夹具15中。在手动操作期间，出于安全原因，凿岩单元1可以停机。夹具15可以独立于凿岩单元1操作，由此钻杆11a可以留在夹具15中。而后，操作者可以关闭可用的安全笼并通过控制单元17接通凿岩单元1。操作者可以通过控制单元17手动控制钻杆更换操作，或者可替代地，控制单元17可以包括一个或多个用于控制钻杆更换措施的自动控制程序。

图2a和2b图示了两个从其正面侧看到的备选的凿岩单元。夹具15可以通过支撑元件18而被支撑到进给横梁2。在图2a中，支撑元件18是坚固的。为清楚起见，图2a未示出转移装置，第二钻杆11a能够通过该转移装置而从侧向位置16移动到钻进轴线D。然而，该转移装置可以是铰接的机械手、机器人手臂或者其它任何合适的设备。在图2b中，支撑元件18可以从侧向位置16朝向钻进轴线D转动，并且反之亦然。可能的是，将第二钻杆11a转移至钻进轴线D，或者可替换地，可能的是，仅仅使支撑元件18朝向钻进轴线D转动要求的距离，并且同时靠近位于进给横梁2的相对侧上的操作者19。在后一种情况下，将夹具15移至操作者够得到的地方，由此便于钻杆的转移。支撑元件18可以通过一个或多个枢轴20而连接到进给横梁2。

图3公开了一种由弹性材料诸如聚合物材料制成的夹具15。夹具15具有空间21，由此钻杆11能够被推动穿过进口或者槽22。空间21的表面用作与钻杆11的接触面。当钻杆11插入到夹具15中时，弹性材料将允许夹具15按照钻杆11变形，如箭头所示。

图4公开了一种备选的夹具15，夹具15包括通过枢轴24而彼此连接的两个夹持臂23a和23b。夹持臂23a、23b通过一个或多个弹簧元件25压向彼此。夹持臂23a、23b设有弯曲的接触表面，该弯曲的接触表面一起形成用于钻杆11的空间21。当钻杆11插入到夹具15中时，夹持臂23a、23b将在弹簧元件25的作用下彼此分离，如箭头所示。

图5示出设有两个更换装置26的凿岩单元1，该更换装置26布置在进给横梁2上并且彼此相距一定的轴向距离。更换装置26可以可枢转地布置在进给横梁2上，由此其能够在钻进轴线D和侧向位置16之间转动。更换装置26可以包括用于夹紧钻杆11的夹紧装置或者夹爪27。此外，夹具15可以布置在更换装置26上，由此夹具15被布置为与更换装置16一起在钻进轴线D和侧向位置26之间移动。

凿岩单元1可以还包括附加的支撑件28，该附加的支撑件28可以安装在进给横梁2上。附加的支撑件28可以是坚固的物体，这可以便于手动处理钻杆，特别地当其放置于夹具15中时，附加的支撑件28用作钻杆的合适导向件。

图5还示出了保持装置14的结构的示例。保持装置14可以包括通过液压缸30移动的保持爪29a、29b。

图6公开了位于侧向位置16的更换装置26。夹爪27a、27b打开并且钻杆11位于夹具15中。更换装置26的主体31可以通过转动缸33而相对于枢轴32转动。此外，夹具15可以通过转动构件34而布置到主体31。转动构件34可以包括将夹具15保持在初始位置的弹簧元件35。弹簧元件35能够在图7看到。

在图7中，更换装置26转动到钻进轴线D并且钻杆11通过夹爪27a、27b支撑。此外，夹具15仍在钻杆11周围。在钻杆11已经联接到凿岩机的钻柄之后，夹爪27a、27b打开并且更换装置26转回到侧向位置。当更换装置26往回转动时，夹具15释放钻杆11。类似地，当更换装置26朝向位于钻进轴线D中的钻杆转动时，夹具15自动定位在钻杆周围。

在图8中，示出了与钻杆更换有关的步骤的简化图表。这些事情如上所述。

附图和相关描述仅仅旨在图示本发明的构思。在其细节方面，本发明可以在权利要求书的范围内变化。

Claims

1.一种凿岩单元，包括：

进给横梁，所述进给横梁为细长件；

其中，

2.根据权利要求1所述的凿岩单元，其中，

所述夹具包括至少一个弹簧元件或者由弹性材料制成，以用于产生所需的压力。

3.根据权利要求1或2所述的凿岩单元，其中，

所述夹具布置用以将所述钻杆支撑在所述侧向位置处，并且所述更换装置布置用以在所述侧向位置和所述钻进轴线之间移动所述钻杆(11)。

4.根据权利要求1或2所述的凿岩单元，其中，

所述夹具被支撑到所述更换装置，由此所述夹具能够与所述更换装置一起横向移动。

5.根据权利要求4所述的凿岩单元，其中，

所述夹具布置为相对于所述更换装置的主体枢转。

6.根据权利要求4所述的凿岩单元，其中，

所述更换装置包括用作夹紧装置的可开关的夹爪和所述夹具；以及

所述夹具用于当所述夹爪打开时将所述钻杆保持在所述侧向位置处。

7.一种更换凿岩单元中的钻杆的方法，

其中，所述方法包括：

在钻进之后拆卸所述延伸的钻杆组件；

通过所述保持装置保持所述延伸的钻杆组件；

其中，所述方法进一步包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

将所述凿岩单元连接到非工作状态；

当所述凿岩单元停机时，手动地将所述钻杆进给到所述夹具；以及

通过内部弹簧力将所述钻杆保持在所述夹具中。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

通过布置用以能够相对于所述进给横梁横向移动的所述更换装置，在所述钻进轴线和所述侧向位置之间移动所述钻杆；以及

在所述钻进轴线和所述侧向位置之间与所述更换装置一起移动所述夹具。