CN105569568B - 钻顶一体化防突钻机装置 - Google Patents

Abstract

一种钻顶一体化防突钻机装置，包括钻机主梁、驱动机构、行走机构、回转机构、导向推进机构、推杆滑套机构和钻顶套管机构。本发明节省制造成本，结构简单、灵活、可靠；确保安全生产，解决目前煤矿钻孔困难的现状。

Description

钻顶一体化防突钻机装置

技术领域

本发明涉及突出煤层钻孔装置，特别是涉及一种钻顶一体化防突钻机装置。

背景技术

地下矿煤矿复杂煤层开采过程中，尤其是突出煤层进行瓦斯抽放钻孔过程中，经常出现卡钻、顶钻、抱钻、塌孔、喷孔等难题，针对上述现象目前国内外钻机装备未能给予有效的解决，所以从煤矿安全和生产效率及生产成本的角度考虑，都应该有彻底弥补这一技术不足的技术与装备的研发与供给。

针对现有技术的不足，有必要从钻孔工艺方面提出一种全新的钻孔技术与能解决作业实际困难的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种钻顶一体化防突钻机装置，达到克服目前复杂煤层钻孔、成孔困难的问题。

本发明采用的技术方案是：

一种钻顶一体化防突钻机装置，包括钻机主梁、驱动机构、行走机构、回转机构、导向推进机构、推杆滑套机构和钻顶套管机构，

所述回转机构安装在钻机主梁的上平面上，底盘安装在回转机构上，底盘上架装有结构架；底盘和结构架构成一整体，与回转机构动配合；

所述的行走机构安装在钻机主梁的下表面，行走机构包括行走轮和行走马达；钻机主梁的一端安装有驱动装置支架，该驱动装置支架上安装有行走马达，行走马达与行走机构中的行走轮通过链条传动；

导向推进机构中的主轨道安装在结构架上，主轨道上装有与其滑动配合的钻顶套管推进轨道，导向管固定架装在主轨道上，导向推进座安装在钻顶套管推进轨道上；滑座置于导向推进座后方，且与钻顶套管推进轨道之间为滑动配合；滑座后方的结构架上设置有钻杆推进千斤顶和钻顶套管推进千斤顶；钻顶套管推进千斤顶安装在主轨道和钻顶套管推进轨道上，钻杆推进千斤顶安装在钻顶套管推进轨道和滑座上；

推杆滑套机构包括推杆滑套和推杆千斤顶；推杆滑套外壁通过连接架固定安装；多组推杆滑套机构沿主轨道长度方向分布在主轨道的两侧；多组推杆滑套机构分别安装在结构架与钻顶套管推进轨道之间；

钻顶套管机构包括变径钻头、钻顶套管和钻杆，变径钻头与钻杆连接成一体结构，钻顶套管套装在钻杆外部；整个钻顶套管机构安装在导向推进座内部；

所述的各千斤顶分别与液压控制站连接，并通过板型组合阀控制连接。

行走机构中的驱动装置支架的前后两侧分别安装有一行走马达，行走马达的输出端与链轮组合机构连接，链轮组合机构与行走轮连接；两个行走马达独立控制，二者相对配合使用。

导向推进机构中的滑座上安装有钻孔马达和动力头装置；导向管、导向推进座和钻孔动力头的中心均位于同一条水平线上。

主轨道后方的结构架上加装有一调节杆机构，该机构包括调节横杆和调节纵杆，调节横杆架装在主轨道上方的结构架，该部分结构架上分别安装有推杆滑套机构，调节纵杆与调节横杆垂直设置，调节纵杆外部套装有杆套，杆套与调节横杆固定连接；调节纵杆的底端与主轨道连接。

安装在主轨道两端的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与主轨道连接，控制钻孔的仰角和俯角的定位；安装在主轨道外围的结构架上的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与结构架的内侧纵梁固定连接，起到钻孔作业时的垂直支承与定位的作用；安装在结构架端部的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与结构架的外侧纵梁固定连接，起到对钻孔端煤壁的预支撑作用。

推杆滑套机构的滑套内套装有套管推进机构，推杆千斤顶的两端分别与推杆滑套和套管推进机构连接，为钻机装置提供垂直、水平、斜向的支撑力。

推杆滑套机构安装在主轨道上，通过推杆千斤顶推动套管推进机构移动，配合调节杆机构，实现主轨道与钻顶套管机构的角度调节与定位。

本发明至少具有以下技术效果：

1）本发明中，由液压传动与链条传动相结合，形成单边双轮独立驱动与双边四轮驱动的模式，可在实现简单可靠的前提下，达到节省制造成本的目的；

2）本发明中，在钻机装置底盘与回转机构的配合下，钻机装置结构架及上边的所有部件与主轨道装置可实现360°无限回转，以便满足不同角度与方向的钻顶作业的技术要求，而且简单、灵活、可靠；

3）本发明中，通过优化设计与组合，除能满足防突作业瓦斯抽放与瓦斯势能体泄压消突，确保安全生产外，其技术原理还可应用于应急、救援的垂直与水平大孔径成孔，以满足解救被困井下人员成功脱险的要求；

4）本发明中，简单、实用、经济、可靠的结构特点，与钻杆不再与煤壁接触的新工艺，有望彻底解决目前煤矿钻孔困难的现状。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的推杆滑套机构结构示意图。

图3为本发明的钻顶套管机构结构示意图。

图中：结构架1，钻机主梁2，行走马达3，驱动装置支架4，行走轮5，底盘6，回转机构7，导向推进座8，主导轨9，钻顶套管推进轨10，导向管11，推杆滑套机构12，滑座13，钻杆推进千斤顶14，钻顶套管推进千斤顶15，推杆滑套16，推杆千斤顶17，连接架18，变径钻头19，钻顶套管20，钻杆21。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见附图1-3，本发明所公开的这种钻孔装置，主要适用于复杂煤层钻孔和成孔。

这种钻顶一体化防突钻机装置，包括钻机主梁、驱动机构、行走机构、回转机构、导向推进机构、推杆滑套机构和钻顶套管机构。其中主要包括结构架1，钻机主梁2，行走马达3，驱动装置支架4，行走轮5，底盘6，回转机构7，导向推进座8，主导轨9，钻顶套管推进轨10，导向管11，推杆滑套机构12，滑座13，钻杆推进千斤顶14，钻顶套管推进千斤顶15，推杆滑套16，推杆千斤顶17，连接架18，变径钻头19，钻顶套管20，钻杆21。

回转机构安装在钻机主梁的上平面上，底盘安装在回转机构上，底盘上架装有结构架；底盘和结构架构成一整体，与回转机构动配合。回转机构包括回转发电机等，能够实现底盘和结构架上所有部件总成的360°回转的性能要求。

钻机主梁的一端安装有驱动装置支架，该驱动装置支架上安装有行走马达，行走马达与行走机构中的行走轮通过链条传动。行走机构通过车轴安装在钻机主梁的下表面，行走机构包括行走轮和行走马达，行走机构中的驱动装置支架的前后（以主轨道的行进方向为准）两侧分别安装有一行走马达，行走马达的输出端与减速器连接，减速器与链轮组合机构连接，链轮组合机构与行走轮连接；两个行走马达独立控制，二者的驱动方式相同，相对配合使用。为了增强行走机构的稳定性，在链轮组合机构中加装链条张紧轮，链条张紧轮安装在钻机主梁上，行走机构中链条的松紧度由该链条张紧轮调节控制。链轮组合机构带动行走轮运动，实现钻机整体的前进、后退和转向，以满足作业的需求。

导向推进机构中的主轨道安装在结构架上，主轨道上装有与其滑动配合的钻顶套管推进轨道，导向管固定架装在主轨道的前端，导向推进座安装在钻顶套管推进轨道上，置于导向管的后部。滑座置于导向推进座后方、且与钻顶套管推进轨道之间为滑动配合；滑座后方的结构架上设置有钻杆推进千斤顶和钻顶套管推进千斤顶；钻顶套管推进千斤顶安装在主轨道和钻顶套管推进轨道上，钻杆推进千斤顶安装在钻顶套管推进轨道和滑座上。导向推进机构中的滑座上安装有钻孔马达和动力头装置；导向管、导向推进座和钻孔动力头的中心均位于同一条水平线上。

推杆滑套机构包括推杆滑套和推杆千斤顶，推杆滑套外壁通过连接架固定安装。多组推杆滑套机构沿主轨道长度方向分布在主轨道的两侧；多组推杆滑套机构分别安装在结构架与钻顶套管推进轨道之间。安装在主轨道两端的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与主轨道连接，控制钻孔的仰角和俯角的定位；安装在主轨道外围的结构架上的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与结构架的内侧纵梁固定连接，起到钻孔作业时的垂直支承与定位的作用；安装在结构架外围端部的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与结构架的外侧纵梁固定连接，起到对钻孔端煤壁的预支撑作用，其目的一是防止钻孔作业期间发生瓦斯突出事故、二是提供作业结束时拔出钻顶套管机构所需的支撑力。结构架上安装有推杆滑套支承座，该支承座主要为钻机提供钻顶作业时的反作用力的支撑保障。

主轨道后方的结构架上加装有一调节杆机构，该机构包括调节横杆和调节纵杆，调节横杆架装在主轨道上方的结构架，该部分结构架上分别安装有推杆滑套机构，调节纵杆与调节横杆垂直设置，调节纵杆外部套装有杆套，杆套与调节横杆固定连接；调节纵杆的底端与主轨道连接。推杆滑套机构安装在推杆滑套支撑座上，且推杆滑套机构与结构架之间设置有推杆滑套调节装置，该调节装置中垂直设置的两根杆体之间为活动套接，可实现相对的上下移动，横杆固定，纵杆滑动，且纵杆与滑套外壁通过连接架连接固定，并进行相应的角度调节功能。推杆滑套调节装置中的横杆安装在结构架与主轨道之间，便于对主轨道进行仰角和俯角的角度调整。主轨道支承装置安装在结构架上，主轨道支承轴安装在主轨道支承装置上。

推杆滑套装置的滑套内套装有套管推进机构，推杆千斤顶的两端分别与推杆滑套和套管推进机构连接，为钻机装置提供垂直、水平、斜向的支撑力。推杆滑套机构安装在主轨道上，通过推杆千斤顶推动套管推进机构移动，配合调节杆机构，实现主轨道与钻顶套管机构的角度调节与定位。

钻顶套管机构包括变径钻头、钻顶套管和钻杆，变径钻头与钻杆连接成一体结构，钻顶套管套装在钻杆外部。整个钻顶套管机构安装在导向推进座内部。钻顶套管机构还包括钻孔马达和动力头装置，钻孔马达和动力头装置安装在滑座上，在滑座和导向推进座之间的轨道上还安装有钻杆支承装置，用于支撑钻顶套管机构中的钻杆。钻杆安装在动力头上，钻顶套管机构安装在钻杆与导向推进座上，变径钻头安装在钻杆上端部。该钻顶套管机构能够解决复杂煤层钻孔领域的卡钻、抱钻、塌孔等成孔困难和安防瓦斯抽放管困难的现状，通过钻顶套管的管壁吧钻杆和煤壁隔离来实现钻顶一体化防突钻孔。在安装使用时，导向管、导向推进座和钻孔动力头的中心均位于同一条水平线上。钻顶套管推进千斤顶安装在主轨道和钻顶套管推进轨道上；钻杆推进千斤顶安装在钻顶套管推进轨道和滑座上，以便实现钻杆的推进和拉回，以及钻顶套管机构的推进和拔出，以便实现钻孔和顶管的综合成孔工艺过程。

各千斤顶分别于液压控制站连接，并通过板型组合阀控制连接。推杆滑套机构中的各千斤顶的液压动力、钻孔马达的液压动力、钻顶套管推进千斤顶和钻顶杆推进千斤顶的液压动力，分别由设置在整体装置不同位置的独立液压控制站提供。各液压控制站与动力机构之间通过板型组合阀进行连接控制。

该装置中的行走机构、驱动装置支架、钻机主梁和液压站控制系统共同组成本发明钻顶一体化防突钻机装置的自走系统，两侧行走马达同时供油，钻机整体便前进或后退；如果只给一侧行走马达供油，钻机装置则会左转或右转，以便到达钻顶作业地点。

底盘的中心设置有一套筒结构，该套筒结构安装在回转机构中心的座套上，组成动配合结构以便使安装在底盘上的结构架等其它部件随底盘一起以回转机构的中心套作360°的回转运动，以便胜任工作面各种环境的需要。

钻孔马达、动力头安装在滑座上，并与导向推进座对应，为钻杆提供液压动力，导向管通过支承座安装在主轨道上，主要为钻顶套管机构提供导向定位作用。

本装置的使用方法如下：

1、当该装置在行走机构的作业带动下，到达预定作业地点后，由液压控制站提供液压动力，各推进杆千斤顶在液压动力的推动下，实现各向支撑力的需要，为钻顶作业打下良好基础；

2、当钻顶角度定位、与各向支撑力满足钻顶孔作业的要求，及钻机装置整体稳定性符合安全作业的规范要求后，即可进行钻顶一体化防突钻孔作业。

本发明实施例中，把钻杆安装到由液压马达驱动的动力头装置的钻杆接合部位，并有钻杆支承装置给予同心度的支撑把自压式可变径钻头装置接到钻杆装置上，然后再把钻顶套管装置套在钻杆装置上，并由导向装置给予导向与定位，以便进行钻顶作业。

在上述稳机、支撑、角度与孔位定位及钻杆与套管就位及一切准备工作正常后，即可启动液压动力装置，在使钻杆正常旋转的情况下，通过控制钻杆推进千斤顶与钻顶套管推进千斤顶，让钻杆与套管同步向螺层内部推进，在这期间，自压式可变径钻头装置，因前部首先受到推力与反推力的作用，内部弹簧受到轴向压缩，并向后部滑动，钻头活动体上的斜面便会推动钻头后部的动复合结体做径向张开式运动，从而能钻出直径大于钻顶套管装置外径向钻孔，以便套管能随钻杆顺利向螺层深处推进，并达到预定钻孔深度。

本发明实施例中，其最明显的优点就是从根本上解决了以往复杂突出螺层钻孔难向问题，即钻杆不再与螺壁接触、卡钻、抱钻、塌孔等，将不会再发出，而且，还能有效控制喷孔，及强制队瓦斯突出的势能体进行泄压，防突、并彻底杜绝作业期间和瓦斯突出事故的发出，确保矿工人员的生命安全。

由上可知，本发明具有以下优势：

1）本发明实施中，通过液压站装置经由操作台上的多路控制阀，为行走马达提供油压动力，使其具备行走移动功能。当给两单边行走马达同时供油时，钻机装置便直行前进或后退；如果只为单边马达供油，则钻机装置便会向左或向右作转弯行走。

2）本发明实施例中，用四轮驱动方式取代了以往的履带驱动方式，从而实现了简单、灵活、可靠及低成本的指标，能大量降低煤矿用户的购置成本。

3）本发明实施例中，当钻机装置通过自走方式移动到巷道或工作面所设计的钻顶孔位置，并通过回转机构用人力把钻机装置底盘连同钻机装置结构架，回转到主轨道前端，即钻顶孔方向及导向装置的中心地准孔位后，由液压站装置通过板型组合阀装置为各推杆千斤顶提供油压动力，从而实现对钻机装置的垂直袜位与稳定支撑，及对煤壁的水平支撑，一是防止钻顶孔作业期间发生瓦斯突出事故，二是为钻顶作业结束后，拉出钻顶套管装置是起反推力作用；根据需要对主轨道装置仰俯角度进行调整与支撑，通过上述几个方面的支撑让钻机装置与巷道环境成为一个稳定的作业整体，以保证钻顶作业的正常进行。

4）本发明实施例中，在钻机装置的各向稳定性 与钻孔角度等的调整结束后，由液压站钻孔马达与钻顶套管推进装置千斤顶和钻杆推进千斤顶等提供油压动力，在接好钻杆装置和装好钻顶套管装置后，和导向装置以做好定位准备后，就可以开好进行对煤层的钻顶一体化成孔作业。

5）本发明实施例中，钻杆装置接在减速与动力头装置上，自压式可变径钻头装置接在钻杆装置上，钻顶套管装置由导向装置支取而套装在钻杆装置外，使钻杆体不再直接与煤壁接触，从而解决以往钻孔时的卡钻、抱钻、塌孔等难题。

6）本发明实施例中，各项钻顶准备工作完成后，由操作台上的多路控制阀装置控制，为钻孔马达提供油压动力，使期带动钻杆装置及可变径钻头装置放置，以便实现对煤体的切削作用，在钻杆装置及钻头装置以开始旋转后，由多路控制阀钻杆推进千斤顶提供油压动，使其产生向前推进钻孔装置滑座的动力，并连带钻杆与钻头一起向煤壁推进，以便钻头装置上的复合法对煤体产生切削力，和对钻头装置产生向前的轴向推力，自压或可变径钻头装置在受到推力的同时，也受到煤体对其顶端的反作用推力，这时可变径钻头装置上的滑动体便压缩其内部的弹簧向主体端滑动，同时滑动体上的斜面结构，便推动活动复合片体做张开式运动，其最大外径将大于后边的钻顶套管装置的外径尺寸，以便套管的顺利推进。

7）本发明实施例中，钻杆装置与变径钻头装置应超前钻顶套管装置适当距离，在钻顶孔过程中，可使钻孔部分单独前进一段，然后套管装置跟进一段，也可钻孔切削与顶管同步进行，当钻顶行程大于钻杆与套管单根的尺寸规格时，同时接钻杆与套管，然后再进行钻顶作业，起码到钻顶孔的深度达到工程设计要求为止。

8）本发明实施例中，由于从煤矿井下巷及工作面现场环境与煤矿用户购量成本，及煤矿经济效益等各方面考虑，简单、实用、经济、可靠、并且一机多能的装备是煤炭企业的最佳选择，高安全、高效率与低成本是煤炭企业良性发展的基本保障。

Claims (7)

1.一种钻顶一体化防突钻机装置，包括钻机主梁、驱动机构、行走机构、回转机构、导向推进机构、推杆滑套机构和钻顶套管机构，其特征在于：

所述回转机构安装在钻机主梁的上平面上，底盘安装在回转机构上，底盘上架装有结构架；底盘和结构架构成一整体，与回转机构动配合；

所述的行走机构安装在钻机主梁的下表面，行走机构包括行走轮和行走马达；钻机主梁的一端安装有驱动装置支架，该驱动装置支架上安装有行走马达，行走马达与行走机构中的行走轮通过链条传动；

导向推进机构中的主轨道安装在结构架上，主轨道上装有与其滑动配合的钻顶套管推进轨道，导向管固定架装在主轨道上，导向推进座安装在钻顶套管推进轨道上；滑座置于导向推进座后方，且与钻顶套管推进轨道之间为滑动配合；滑座后方的结构架上设置有钻杆推进千斤顶和钻顶套管推进千斤顶；钻顶套管推进千斤顶安装在主轨道和钻顶套管推进轨道上，钻杆推进千斤顶安装在钻顶套管推进轨道和滑座上；

推杆滑套机构包括推杆滑套和推杆千斤顶；推杆滑套外壁通过连接架固定安装；多组推杆滑套机构沿主轨道长度方向分布在主轨道的两侧；多组推杆滑套机构分别安装在结构架与钻顶套管推进轨道之间；

钻顶套管机构包括变径钻头、钻顶套管和钻杆，变径钻头与钻杆连接成一体结构，钻顶套管套装在钻杆外部；整个钻顶套管机构安装在导向推进座内部；

所述的各千斤顶分别与液压控制站连接，并通过板型组合阀控制连接。

2.根据权利要求1所述的钻顶一体化防突钻机装置，其特征在于，行走机构中的驱动装置支架的前后两侧分别安装有一行走马达，行走马达的输出端与链轮组合机构连接，链轮组合机构与行走轮连接；两个行走马达独立控制，二者相对配合使用。

3.根据权利要求1所述的钻顶一体化防突钻机装置，其特征在于，导向推进机构中的滑座上安装有钻孔马达和动力头装置；导向管、导向推进座和钻孔动力头的中心均位于同一条水平线上。

4.根据权利要求1所述的钻顶一体化防突钻机装置，其特征在于，主轨道后方的结构架上加装有一调节杆机构，该机构包括调节横杆和调节纵杆，调节横杆架装在主轨道上方的结构架，该部分结构架上分别安装有推杆滑套机构，调节纵杆与调节横杆垂直设置，调节纵杆外部套装有杆套，杆套与调节横杆固定连接；调节纵杆的底端与主轨道连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的钻顶一体化防突钻机装置，其特征在于，安装在主轨道两端的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与主轨道连接，控制钻孔的仰角和俯角的定位；安装在主轨道外围的结构架上的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与结构架的内侧纵梁固定连接，起到钻孔作业时的垂直支承与定位的作用；安装在结构架端部的多组推杆滑套机构，其滑套外壁通过连接架与结构架的外侧纵梁固定连接，起到对钻孔端煤壁的预支撑作用。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的钻顶一体化防突钻机装置，其特征在于，推杆滑套机构的滑套内套装有套管推进机构，推杆千斤顶的两端分别与推杆滑套和套管推进机构连接，为钻机装置提供垂直、水平、斜向的支撑力。

7.根据权利要求6所述的钻顶一体化防突钻机装置，其特征在于，推杆滑套机构安装在主轨道上，通过推杆千斤顶推动套管推进机构移动，配合调节杆机构，实现主轨道与钻顶套管机构的角度调节与定位。