CN104088594A - 自动接钻杆或拆钻杆的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿井钻孔领域，所要解决的技术问题是克服目前由人工手动接、拆钻杆导致效率低下且安全性低，提供自动接钻杆或拆钻杆的装置。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：自动接钻杆或拆钻杆的装置，包括钻杆支架、卡盘、传动系统及支座平台，钻杆支架及传动系统依次设置于支座平台上，传动系统包括电机、蜗杆及与蜗杆适配的蜗轮，所述电机为能够实现正转及反转的低速电机，电机的转轴与蜗轮的轴心相连，并与蜗轮的半径相垂直，卡盘焊接在蜗杆靠近钻杆支架的一端，卡盘及蜗杆与待接或待拆的钻杆同轴，所述钻杆支架用于支撑待接或待拆的钻杆，卡盘用于固定钻杆支架上的待接或待拆的钻杆。能够实现高效地接、拆钻杆工作，用于矿井钻孔操作。

Description

自动接钻杆或拆钻杆的装置

技术领域

本发明涉及矿井钻孔领域，尤其是涉及一种自动接钻杆或拆钻杆的装置。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，然而井下煤层赋存及开采条件复杂，且我国煤层瓦斯含量普遍较高，其中50％以上的煤层为高瓦斯煤层，高突矿井占全国矿井总数的44％。当前瓦斯治理的措施较多，但最终都需要煤层钻孔后进行瓦斯抽采，施工过程中钻孔是关键环节。钻孔深度、钻孔直径、钻孔质量直接影响瓦斯治理效果。特别在松软煤层，塌孔严重，钻孔成孔效率低，水钻会进一步降低成孔质量，因此风钻成为松软煤层钻孔的唯一选择。然而，在风钻过程中，钻杆与煤壁高速摩擦，随着钻进深度的增加，煤岩体温度亦相应增加，钻杆温度升高极快。而且在风钻过程会给钻孔内不间断送入空气，钻孔内氧气充足，瓦斯含量大，当钻杆温度达到煤炭燃点时，极易引起煤炭燃烧，带来矿井安全隐患。在钻机工作过程中，不可避免地需要进行接钻杆与拆钻杆操作，即进行钻杆接钻与退钻操作，然而目前的钻机的接钻杆或拆钻杆工作都是矿工手工操作，效率低下，操作方式落后，在接钻杆或拆钻杆上耗费的时间大于钻孔实际所需要的时间，且如操作不当很容易引起煤炭燃烧，危险性大。因此，亟需一种能够实现自动接钻杆或拆钻杆的装置，使得不需要工人手动接钻杆或拆钻杆，以提高钻孔的效率，减轻工人的劳动力支出，提高矿井操作的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有钻机接钻杆或拆钻杆的工作都是人工手动进行操作，效率低下且安全性低，提供一种自动接钻杆或拆钻杆的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：自动接钻杆或拆钻杆的装置，包括钻杆支架、卡盘、传动系统及支座平台，钻杆支架及传动系统依次设置于支座平台上，传动系统包括电机、蜗杆及与蜗杆相适配的蜗轮，所述电机为能够实现正转及反转的低速电机，电机的转轴与蜗轮的轴心相连，电机的转轴并与蜗轮的半径相垂直，卡盘焊接在蜗杆靠近钻杆支架的一端，卡盘及蜗杆与待接或待拆的钻杆同轴，所述钻杆支架用于支撑待接或待拆的钻杆，卡盘用于固定钻杆支架上的待接或待拆的钻杆。

具体的，所述钻杆支架为V型钻杆支架。

优选的，所述钻杆支架两侧内部分别配有相同的滚珠。

进一步的，所述V型钻杆支架包括第一钻杆支架和第二钻杆支架，第一钻杆支架和第二钻杆支架与待接或待拆的钻杆同轴。

具体的，所述卡盘为三爪卡盘，其内径略大于钻杆直径。

优选的，所述三爪卡盘的材质为合金钢。

作为上述技术方案的优选方案，所述传动系统还包括保护罩，保护罩设置于电机、蜗杆及蜗轮的外部。

本发明的有益效果是：结构简单，易于操作，能够实现高效地接、拆钻杆工作，减少劳动力投入，有效提高钻孔的工作效率，避免人力物力的损失，保证工作人员的人身安全及矿井的安全。本发明适用于矿井钻孔操作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明V型钻杆支架的结构示意图；

图3是本发明三爪卡盘的侧视图；

图4是本发明实施例的传动系统的蜗轮与蜗杆结构示意图；

图5是本发明实施例的传动系统中蜗轮、蜗杆与电机的装配结构示意图；

图6是本发明实施例的传动系统的结构示意图；

其中，1为V型钻杆支架，2为三爪卡盘，3为传动系统，4为电机，5为支座平台，6为第一钻杆支架，7为第二钻杆支架，8为蜗杆，9为蜗轮，10为保护罩，11为待接或待拆的钻杆，12为滚珠。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的自动接钻杆或拆钻杆的装置，包括钻杆支架、卡盘、传动系统3及支座平台5，钻杆支架及传动系统3依次设置于支座平台5上，传动系统3包括电机4、蜗杆8及与蜗杆8适配的蜗轮9，所述电机4为能够实现正转及反转的低速电机，电机4的转轴与蜗轮9的轴心相连，并与蜗轮9的半径相垂直，卡盘焊接在蜗杆8靠近钻杆支架的一端，卡盘及蜗杆8与待接或待拆的钻杆同轴，所述钻杆支架用于支撑待接或待拆的钻杆，卡盘用于固定钻杆支架上的待接或待拆的钻杆。

本装置在使用时固定在钻机上且可以调整角度，并使钻杆支架上待接或待拆的钻杆轴心与钻机上钻杆的轴心在同一直线上，以实现自动接钻杆或拆钻杆，最终完成接钻与退钻过程。

电机4的转速较低利于安全接杆，若转速过快，则提高操作过程的危险性。

在自动接钻杆时，钻杆支架支撑住待接或待拆的钻杆，卡盘将待接的钻杆固定好，低速电机通过正转过程带动传动系统3使得钻杆支架上的钻杆之间首尾相连，实现钻杆推进；同理，在拆钻杆时，钻杆支架支撑住待拆的钻杆，卡盘将钻待拆的杆固定好，低速电机通过反转过程带动传动系统3将钻杆支架上的钻杆拆除，实现钻杆退出，拆除钻杆。

实施例

本例中，如图2所示，钻杆支架为“V”字形的V型钻杆支架1，两侧内部分别配有滚珠12，可以减小钻杆与V型钻杆支架1间的摩擦，V型钻杆支架1由于其形状可自动使其上所有钻杆轴心位于同一条直线上。为了钻机在进钻和退钻过程中保持待接或待拆的钻杆更加平衡，V型钻杆支架1包括第一钻杆支架6和第二钻杆支架7，第一钻杆支架6和第二钻杆支架7分别焊接在支座平台5上，使待接或待拆的钻杆位置保持平衡，促使其与钻机上的钻杆轴心保持在同一直线上。优选的，支座平台5上带有滑轨，第一钻杆支架6焊接在支座平台5上，使V型钻杆支架1上的待接或待拆的钻杆11位置保持平衡，方便与钻机上的钻杆轴心保持在同一直线上，而第二钻杆支架7安装在支座平台5上，并使之可以在滑轨上滑动，以便适用于不同尺寸的钻杆，且方便钻杆连接之后随着钻机不断钻进。

如图3所示，卡盘为三爪卡盘2，利用均匀分布在卡盘体上的三个活动卡爪的径向移动，可有效夹紧V型钻杆支架1上钻杆，在连接钻杆的过程中不会打滑，其内径略大于钻杆直径且刚度要求大，可选用合金钢材质的三爪卡盘2。

传动系统3的蜗杆8与蜗轮9的结构如图4所示，蜗杆8的齿轮槽与蜗轮9的齿轮相匹配，防止蜗轮9空转而导致整个装置失效，保证整个装置稳定运行。蜗杆8与蜗轮9的材质要求可靠耐磨耐腐蚀，因此优选高级的合金钢。蜗轮、蜗杆与电机的装配结构如图5所示，电机4的转轴与蜗轮9的轴心相连，并与蜗轮9的半径相垂直。传动系统带动三爪卡盘2前进或后退，将待接钻杆与前一根钻杆对接或是将待拆钻杆从前一根钻杆上拆除。

如图6所示，本例中的传动系统3包括电机4、一个蜗杆8、与蜗杆匹配的蜗轮9，以及外部的保护罩10，保护罩10将电机4、蜗杆8及蜗轮9罩在其内部，防止灰尘等其他杂质影响蜗杆8、蜗轮9及电机4的正常运行。蜗轮9与电机4的转轴相连，电机4正转或反转带动蜗轮9，蜗轮9继而带动蜗杆8旋转前进或后退，将V型钻杆支架上的待接的钻杆与钻机上的钻杆相连或是将V型钻杆支架上的待拆的钻杆从钻机上的钻杆拆除下来，完成接钻或退钻过程。

在具体的高突低透气性松软煤层瓦斯治理钻孔过程中，利用本装置的具体过程如下：

首先，依据瓦斯治理设计，在高突低透气性松软煤层确定钻孔位置；按照钻孔的空间方位，在钻孔位置架设钻机，安放最初的钻具；然后将整个装置固定在钻机上，并且调整支座平台的角度，使V型钻杆支架上待接或待拆的钻杆轴心与钻机上钻杆的轴心在同一直线上，这样利于接钻的进行，避免不必要的事故。

本例中的钻机采用西安煤科院的ZDY-4000S型钻机，将本装置的支座平台固定在钻机斜下方，调整支座平台的角度，使得V型钻杆支架1上待接或待拆的钻杆轴心与钻机上钻杆的轴心在同一直线上，即使得V型钻杆支架1上待接或待拆的钻杆与钻机上钻杆同轴。整个支座平台5的长度为1500.00mm，宽度为300.00mm，其材质为普通碳素钢。

本例中使用的钻杆直径为94.00mm，壁厚为8.0mm，长为1100.00mm。V型钻杆支架1的夹角为30°，在距离支座平台5的滑轨的前端200.00mm处固定第一钻杆支架6，第二钻杆支架7安装在支座平台5的滑轨上。三爪卡盘2的内径为95.00mm，由于需要其有较大刚度，因此选用45号钢。传动系统3的蜗轮9与蜗杆8，由于其需要具有耐磨、耐腐蚀的特性，因此选用镀镍合金钢。将三爪卡盘2焊接在蜗杆8的一端，将蜗轮9与电机4的转轴相连，然后将这两部分组装起来，封装在保护罩10内，防止其他杂质对传动系统3的正常工作造成影响。根据具体情况，电机4选用西门子三相异步电动机，该电动机性能可靠，转速可调，可满足不同施工情况下使用。

具体过程如下：

A.依据瓦斯治理设计，在高突低透气性松软煤层确定钻孔位置；

B.然后将整个装置固定在钻机上，并且调整支座平台5的角度，使之与钻杆的角度一致，使接钻时钻杆的中心线大致在同一直线；进钻则进入步骤C，退钻则进入步骤D；

C.进行进钻操作时，将待接钻杆11放置在V型钻杆支架1上，用三爪卡盘2将钻杆牢牢固定住，然后驱动电机4使之正转，使V型钻杆支架1上待接的钻杆与钻机上的钻杆相连，然后关闭电机4，松开三爪卡盘2，在钻杆的尾部接上通气\通水管，开启钻机，进行钻进，然后重复上述步骤，直至完成钻孔为止。

D.进行退钻操作时，整个支座平台5的位置及角度均不改变。用三爪卡盘2将待拆卸的钻杆尾部夹紧，然后开启电机4使之反转，待V型钻杆支架1上待拆的钻杆与钻机上的钻杆松开时，关闭电机4，松开三爪卡盘2，卸掉钻杆，重复上述步骤，完成退杆。

Claims (7)

1.自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，包括钻杆支架、卡盘、传动系统(3)及支座平台(5)，钻杆支架及传动系统(3)依次设置于支座平台(5)上，传动系统(3)包括电机(4)、蜗杆(8)及与蜗杆(8)适配的蜗轮(9)，所述电机(4)为能够实现正转及反转的低速电机，电机(4)的转轴与蜗轮(9)的轴心相连，并与蜗轮(9)的半径相垂直，卡盘焊接在蜗杆(8)靠近钻杆支架的一端，卡盘及蜗杆(8)与待接或待拆的钻杆同轴，所述钻杆支架用于支撑待接或待拆的钻杆，卡盘用于固定钻杆支架上的待接或待拆的钻杆。

2.如权利要求1所述的自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，所述钻杆支架为V型钻杆支架(1)。

3.如权利要求2所述的自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，所述钻杆支架两侧内部分别配有相同的滚珠。

4.如权利要求1所述的自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，所述V型钻杆支架(1)包括第一钻杆支架(6)和第二钻杆支架(7)，第一钻杆支架(6)和第二钻杆支架(7)与待接或待拆的钻杆同轴。

5.如权利要求1所述的自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，所述卡盘为三爪卡盘(2)，其内径略大于钻杆直径。

6.如权利要求5所述的自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，所述三爪卡盘(2)的材质为合金钢。

7.如权利要求1所述的自动接钻杆或拆钻杆的装置，其特征在于，所述传动系统(3)还包括保护罩(10)，保护罩(10)设置于电机(4)、蜗杆(8)及蜗轮(9)的外部。