CN106567674A - 煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，至少包括电磁起动器、散热器、泵站、吊装提升装置、操纵台、稳固调角装置、主机、座椅、履带车体，该电磁起动器设置在散热器后方；该吊装提升装置设置于履带车体上；该稳固调角装置设置于履带车体前方两个角处；该操纵台设置于稳固调角装置的后方；该主机通过两根横梁固定在稳固调角装置前方；该散热器设置在履带车体凹槽内；本发明结构功能实用，性能先进，操作方便，具有给进行程长，机身稳固可靠，工艺适应性强，整机施工效率高，工人劳动强度小的特点。

Description

煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机

技术领域

本发明涉及钻探装备的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机。

背景技术

我国煤炭资源较为丰富，分布广泛，是国民经济发展的动力之一。随着煤炭资源的开发与利用，对煤层的认识也进一步加深。在生产实践中，一般按硬度系数(f)将煤层分为坚硬煤层(f≥1)和松软煤层(f＜1)。

按国家相关政策与方针，必须保证煤层开发与利用的安全性，而煤矿井下瓦斯灾害的治理是基本任务之一。

相对于松软煤层结构松散，瓦斯富集且易突等特点，坚硬煤层因物理结构完整，瓦斯含量相对较低，在煤矿井下进行瓦斯灾害治理时较为简单。常用的技术手段是本煤层钻孔瓦斯抽采，即在煤层开采之前，利用井下坑道钻机施工瓦斯抽采钻孔，预抽煤层瓦斯，以达到安全开采的目的。

近些年对坚硬煤层的开发与利用较多，总结并完善了一系列的坚硬煤层井下钻进工艺技术与装备。在生产实践中发现，坚硬煤层因其结构完整，并且煤层瓦斯含量较少，在施工本煤层瓦斯抽采钻孔时，进尺速度快，成孔率较高。所以，在设计坚硬煤层钻机时，均以“大扭矩低转速”为主。因为坚硬煤层相对较硬，结构完整，较大的扭矩不仅能满足孔底破碎，而且能快速成孔，对转速的要求并不是很高，而且较大的扭矩可以为处理突发的卡钻事故提供能力储备。

随着经济的发展，对坚硬煤层的开发与利用有过度的趋势，具体体现在坚硬煤层日益减少，以及开采的深度逐渐增加等方面，这都给开发与利用增加了难度。我国松软煤层分布较多，约占煤炭总产量的42％，因此对煤炭资源的开发与利用逐渐转向松软煤层。

目前，松软煤层的开发与利用仍处于初级阶段，在施工本煤层瓦斯抽采钻孔时大都借用坚硬煤层的工艺技术与装备。即，以回转钻进工艺配合“大扭矩低转速”钻机为主。

但随着松软煤层的不断开发与利用，“大扭矩低转速”钻机的缺点也不断暴露。其主要缺点如下：

一、松软煤层物理结构松散，在钻进成孔时，使用较小的扭矩即可形成孔底破碎，完成钻进，在使用过程中不需要大扭矩。

二、松软煤层瓦斯富集，在钻进过程中常会造成瓦斯超限事故，而“大扭矩低转速”钻机在松软煤层中钻进速度过快，使瓦斯超限事故发生的概率大大增加。

三、钻进速度过快也增加了孔内突出事故发生的概率，发生突出事故后，一般也会造成塌孔卡钻事故。现阶段所使用的“大扭矩低转速”钻机大多只能配备外平钻杆，而外平钻杆在处理塌孔卡钻事故时，效果较差，不如螺旋钻杆。

四、松软煤层井下巷道条件有限，使用分体式钻机较多，搬迁不便。在松软煤层中钻进，设计孔深一般较浅，搬迁频繁，增加了施工人员的劳动强度。

五、松软煤层巷道一般需在巷道两侧施工本煤层瓦斯抽采钻孔，必然有一侧会有传输皮带。现阶段的钻机大都没有考虑传输皮带为施工所带来的困难。

现场施工经验表明，以“大扭矩低转速”为设计思想的钻机并不能很好的适用于松软煤层本煤层瓦斯抽采钻孔的施工。

近期的理论研究也频繁提及“高转速大功率”可能更适合松软煤层本煤层瓦斯抽采钻孔的施工。目前，国内并没有以“高转速大功率”为设计思想的松软煤层钻机。为满足松软煤层井下钻进对钻进工艺技术及装备的需求，需以“高转速大功率”为设计思想重新设计松软煤层钻机。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其结构紧凑，功能上实现高转速大功率，设计思想超前，性能先进，操作简单，在井下施工时不仅能有效克服传输皮带所带来的不便，而且搬迁方便，能较好的适用于在松软煤层中钻进成孔。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，至少包括电磁起动器、散热器、泵站、吊装提升装置、操纵台、稳固调角装置、主机、座椅和履带车体，其特征在于：

所述电磁启动器和散热器设于履带车体的后部，该散热器设置在履带车体后端的凹槽内，且电磁启动器设置在散热器后方；所述稳固调角装置设置于履带车体前端；所述操纵台设置于稳固调角装置的后方；所述泵站设置于履带车体的中部，所述主机通过稳固调角装置前方的两个横梁固定在履带车体的前端，并与履带车体呈垂直关系，实现钻机的跨皮带施工功能。

其中：所述主机至少包括动力头、给进装置、夹持器和扶正器，所述扶正器设置在夹持器的前端，该动力头连接给进装置，所述给进装置的下方设有固定两根横梁的卡固结构。

其中：所述吊装提升装置包含绞车、吊装部、后立柱、前立柱和钢丝绳，所述绞车安装在履带车体后端外侧，所述后立柱和前立柱的下端与履带车体的前后部连接，所述吊装部固定于后立柱和前立柱的上端，所述吊装部的前后端均设有滑轮，所述钢丝绳安装于绞车及滑轮。

其中：所述吊装部安装有伸缩油缸以进行前后的伸缩操作，所述前立柱、后立柱以手动伸缩并用插销定位。

其中：所述稳固调角装置包含两上下平行设置的油缸组件，所述油缸组件包含位于中部的伸缩缸筒组件和分别设置于伸缩缸筒组件上下端的上稳固油缸和下稳固油缸，所述两油缸组件的上稳固油缸之间由上横梁连接，下稳固油缸之间由下横梁连接，钻进过程中，上稳固油缸与下稳固油缸同时向外伸出，通过伸缩杆、接地装置分别顶住巷道顶板和底板，有效实现钻机的稳固。

其中：所述上稳固油缸的伸缩杆末端设有抵压部，所述下稳固油缸的接地装置末端也设有抵压部，所述各抵压部的抵压表面上设有能有效嵌入并提高稳定效果的多个抵压突起。

其中：所述稳固调角装置的油缸组件还包含伸缩油缸，所述横梁的后端分别通过一活动套筒连接于伸缩缸筒组件，该伸缩油缸设置在油缸组件的后方且缸体所述活动套筒，其伸缩杆铰接于所述上稳固油缸，从而两伸缩油缸能伸缩带动活动套筒进行上下运动，从而实现主机的仰俯角调节。

其中：所述的散热器为风冷散热器，其布置在履带车体后端实现钻机液压系统的冷却，不受钻场条件的限制，并可以节约水资源。

通过上述结构可知，本发明的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机具有如下效果：

1、以“高转速大功率”为设计思想，完成一体化设计。主机机身垂直于履带车体横向布置，方便跨皮带钻进。

2、在煤矿井下施工本煤层瓦斯抽采钻孔时，可以利用主机上的高转速马达配合螺旋钻杆钻进。在松软煤层中钻进，利用高速旋转的螺旋钻杆快速排出孔底破碎的煤屑。由于进尺相对缓慢，在钻进过程中有较长时间利于孔内瓦斯的释放，降低孔内瓦斯突出的风险。若是孔内发生瓦斯突出事故，因为钻进速度相对缓慢，突出时所喷出的煤屑只能埋住小部分钻杆，利用钻杆外侧螺旋，很容易处理孔内事故。而且，在孔内突出埋钻时，螺旋钻杆一直在高速旋转，将喷出的煤屑排出，也减小了卡钻的机率。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1是本发明履带式高速螺旋钻进钻机结构主视图；

图2是本发明履带式高速螺旋钻进钻机结构俯视图；

图3是本发明履带式高速螺旋钻进钻机吊装装置结构示意图；

图4A和图4B是本发明履带式高速螺旋钻进钻机稳固调角装置结构示意图；

图5是本发明履带式高速螺旋钻进钻机主机结构示意图；

附图标记：

1为电磁起动器；2为散热器；3为泵站；4为吊装提升装置；5为操纵台；6为稳固调角装置；7为主机；8为座椅；9为履带车体；10为绞车；11为滑轮；12为后立柱；13为伸缩油缸；14为前立柱；15为钢丝绳；16为插销；17为伸缩杆；18上横梁；19为上稳固油缸；20为伸缩缸筒组件；21为伸缩油缸；22为下稳固油缸；23为接地装置；24为伸缩油缸；25为横梁；26为动力头；27为给进装置；28为夹持器；29为扶正器。

具体实施方式

参见图1至图5，显示了本发明的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机。

所述煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机至少包括电磁起动器1、散热器2、泵站3、吊装提升装置4、操纵台5、稳固调角装置6、主机7、座椅8和履带车体9。

其中，所述履带车体9的下端设有两条履带，所述吊装提升装置4设置于履带车体9上，用于主机7及其他辅助设备的吊装；所述电磁启动器1和散热器2设于履带车体9的后部，该散热器2设置在履带车体9后端的凹槽内，且电磁启动器1设置在散热器2后方；所述稳固调角装置6设置于履带车体9前端；所述操纵台5设置于稳固调角装置6的后方；所述座椅8设置在操纵台5的正后方；所述泵站2设置于履带车体9的中部，所述主机7垂直于履带车体横向布置(参见图2)，且通过两根横梁固定在稳固调角装置6前方，优选的，所述主机7通过稳固调角装置6前方的两个横梁25固定在履带车体9的前端，并与履带车体9呈垂直关系，实现钻机的跨皮带施工功能。

参见图2和图5，所述主机7至少包括动力头26、给进装置27、夹持器28和扶正器29，所述扶正器29设置在夹持器28的前端，连接方式可采用一组内六角螺钉和一组定位销实现；该动力头26通过拖板连接在给进装置27上，所述给进装置27的下方设有固定两根横梁的卡固结构，参见图示可知，所述卡固结构包含固定部和卡合部，所述固定部固定于给进装置27，所述卡合部固定于固定部且卡合部和固定部对应设有卡合横梁的半圆凹槽，由此，通过主机7的这种横向设置，方便跨皮带钻进。

参见图1和图3，所述吊装提升装置4布置整个履带车体9上，其包含绞车10、吊装部、后立柱12、前立柱14和钢丝绳15，所述绞车10安装在履带车体9后端外侧，所述后立柱12和前立柱14的下端通过螺栓与履带车体9的前后部连接，所述吊装部固定于后立柱12和前立柱14的上端，所述吊装部的前后端均设有滑轮11，所述钢丝绳15安装于绞车10及滑轮11上，其中，所述吊装部安装有伸缩油缸13以进行前后的伸缩操作，所述前立柱14、后立柱12可以手动伸缩，并用插销16定位。

参见图4A和图4B，所述稳固调角装置6可用螺钉连接在履带车体9前端，其包含两上下平行设置的油缸组件，所述油缸组件包含位于中部的伸缩缸筒组件20和分别设置于伸缩缸筒组件20上下端得上稳固油缸19和下稳固油缸22，所述上稳固油缸19的伸缩杆17末端设有抵压部，所述下稳固油缸22的接地装置23末端也设有抵压部，为提高抵压效果，所述各抵压部的抵压表面上设有能有效嵌入并提高稳定效果的多个抵压突起，优选的是，所述抵压突起可为三角塔状或尖锥状，所述两油缸组件的上稳固油缸19之间由上横梁18通过螺钉连接，下稳固油缸22之间由下横梁21通过螺钉连接，可选的是，所述上稳固油缸19与下稳固油缸22为一体式结构，钻进过程中，上稳固油缸19与下稳固油缸22同时向外伸出，通过伸缩杆17、接地装置23分别顶住巷道顶板和底板，有效实现钻机的稳固，该结构的整体布置新颖有效，能提供钻进时稳定效果。

其中，所述稳固调角装置6的油缸组件还包含伸缩油缸24，所述横梁25的后端分别通过一活动套筒连接于伸缩缸筒组件20，该伸缩油缸24设置在油缸组件的后方且缸体所述活动套筒，其伸缩杆铰接于所述上稳固油缸19，从而两伸缩油缸能伸缩带动活动套筒进行同步或相对的上下运动，从而改变两根横梁25的相对位置，有效实现主机7的仰俯角调节。

所述的散热器2可为风冷散热器，其布置在履带车体后端，实现钻机液压系统的冷却，不受钻场条件的限制，并可以节约水资源。

由此，本发明在具体操作时，通过吊装提升装置4与主机7配合使用，在松软煤层巷道两侧施工本煤层瓦斯抽采钻孔时，不需移动搬迁钻机，利用吊装提升装置4可调换主机7上动力头26，夹持器28和扶正器29的相对位置，在不需移动钻机的情况下，施工巷道两侧的钻孔，可以节省劳动力。

为能够满足巷道两侧不同倾角的本煤层钻孔的施工，设置了稳固调角装置6，其包括伸缩缸筒组件20和伸缩油缸24。需要调整钻孔倾角时，只需调整左右两个伸缩油缸24，使其带动各自对应的伸缩缸筒组件20上下移动，产生高度差。通过横梁25的轴向转动，即可实现主机倾角，也就是钻孔倾角的调节。

钻机是一体化设计，在松软煤层巷道内施工时，只需通过履带行走至施工现场即可施工。省去了各零部件之间的连接工序，为井下作业节省了时间。

现场施工时，利用高转速动力头26带动螺旋钻杆施工。螺旋钻杆的螺旋叶片配合较高转速，能够迅速排出孔内的煤屑。虽然相对于“大扭矩低转速”钻机进尺稍慢，但同时也给了孔内瓦斯相对较长的时间释放，降低了孔内瓦斯突出的风险。

若是孔内发生瓦斯突出事故，因为钻进速度相对缓慢，突出时所喷出的煤屑只能埋住小部分钻杆，利用钻杆外侧螺旋，很容易处理孔内事故。而且，在孔发生内突出时，螺旋钻杆一直处于高速旋转的状态，将喷出的煤屑排出，也减小了卡钻的机率。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (8)

1.一种煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，至少包括电磁起动器、散热器、泵站、吊装提升装置、操纵台、稳固调角装置、主机、座椅和履带车体，其特征在于：

所述电磁启动器和散热器设于履带车体的后部，该散热器设置在履带车体后端的凹槽内，且电磁启动器设置在散热器后方；所述稳固调角装置设置于履带车体前端；所述操纵台设置于稳固调角装置的后方；所述泵站设置于履带车体的中部，所述主机通过稳固调角装置前方的两个横梁固定在履带车体的前端，并与履带车体呈垂直关系，实现钻机的跨皮带施工功能。

2.如权利要求所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述主机至少包括动力头、给进装置、夹持器和扶正器，所述扶正器设置在夹持器的前端，该动力头连接给进装置，所述给进装置的下方设有固定两根横梁的卡固结构。

3.如权利要求1所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述吊装提升装置包含绞车、吊装部、后立柱、前立柱和钢丝绳，所述绞车安装在履带车体后端外侧，所述后立柱和前立柱的下端与履带车体的前后部连接，所述吊装部固定于后立柱和前立柱的上端，所述吊装部的前后端均设有滑轮，所述钢丝绳安装于绞车及滑轮。

4.如权利要求3所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述吊装部安装有伸缩油缸以进行前后的伸缩操作，所述前立柱、后立柱以手动伸缩并用插销定位。

5.如权利要求1-4中任一所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述稳固调角装置包含两上下平行设置的油缸组件，所述油缸组件包含位于中部的伸缩缸筒组件和分别设置于伸缩缸筒组件上下端的上稳固油缸和下稳固油缸，所述两油缸组件的上稳固油缸之间由上横梁连接，下稳固油缸之间由下横梁连接，钻进过程中，上稳固油缸与下稳固油缸同时向外伸出，通过伸缩杆、接地装置分别顶住巷道顶板和底板，有效实现钻机的稳固。

6.如权利要求5所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述上稳固油缸的伸缩杆末端设有抵压部，所述下稳固油缸的接地装置末端也设有抵压部，所述各抵压部的抵压表面上设有能有效嵌入并提高稳定效果的多个抵压突起。

7.如权利要求5所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述稳固调角装置的油缸组件还包含伸缩油缸，所述横梁的后端分别通过一活动套筒连接于伸缩缸筒组件，该伸缩油缸设置在油缸组件的后方且缸体所述活动套筒，其伸缩杆铰接于所述上稳固油缸，从而两伸缩油缸能伸缩带动活动套筒进行上下运动，从而实现主机的仰俯角调节。

8.如权利要求1-4中任一所述的煤矿井下履带式高转速螺旋钻进钻机，其特征在于：所述的散热器为风冷散热器，其布置在履带车体后端实现钻机液压系统的冷却，不受钻场条件的限制，并可以节约水资源。