CN107143293A - 一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿产能源及深部岩土工程现场施工作业领域，公开了一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置，设置有底盘拖车，底盘拖车的中部通过螺栓固定安装有钻杆搬运机械手，底盘拖车的前端通过螺栓固定安装有综合液压泵站，综合液压泵站的外壁上镶嵌安装有液压操作台，液压操作台通过管路及数据线与综合液压泵站的控制端相连接；钻杆搬运机械手的后端设置有钻杆排放架，底盘拖车的尾部设置有钻杆装卸机械手；综合液压泵站的油压输出端通过管路与钻杆搬运机械手和钻杆装卸机械手的控制端相连接。大部分钻孔辅助工作交由机械完成，有效节省人为装卸钻杆过程中的时间，不仅大大减少人员配置、提高钻井作业效率，而且极大地改善了井下钻孔作业安全条件。

Description

一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置

技术领域

本发明属于矿产能源及深部岩土工程现场施工作业领域，尤其涉及一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置。

背景技术

目前，我国多数煤矿地质条件复杂，水、火、瓦斯等事故频发，特别是随着浅部矿产资源的日益衰竭，深部煤矿开采成为一种必然。同时，随着采矿工程技术的不断进步，采掘速度、开采规模等均得到大幅度地增加，随之而来的瓦斯涌出、超限及突出等事故时有发生，裂隙岩溶高承压水、老塘区积水等威胁日趋严重。为此，钻孔作业在煤矿生产中起着愈来愈重要的作用，使用范围越来越广泛，例如探明地质条件和煤层赋存状况、瓦斯抽排、水力压裂弱化顶板、微孔爆破减少冲击、疏通矿井排水系统、探放采空区积水、探明陷落柱范围、了解断层构造、火成岩走向等。

然而，由于煤矿井下作业空间狭窄、生产条件差、钻孔作业移动性强等原因，目前煤矿井下钻孔作业作业条件不容乐观，大多采用较为传统的电动或液压单体钻机，由四五个工人围绕在其左右，重复着一系列相同的动作，即拿钻杆、对位、上钻杆、启动钻机、钻孔、停钻机、卸扣、加长钻杆等繁重的作业过程，不仅劳动强度大，而且效率低。特别是当钻孔倾角(钻孔轴线与水平面之间的夹角)相对较大、孔眼较深时，沉重的钻杆成为现场作业工人的极大负担，在加长钻杆及拆卸钻杆的过程中，很难准确定位钻杆柱的位置、保持其平衡性并旋紧或旋下接头螺纹；作业工人直接暴露在钻孔孔口下方，不仅面临孔内泥水、瓦斯气体的威胁，而且随时有碎石块体掉落下来砸伤人员，致使劳动效率大大降低，工人安全无法保证。

综上所述，现有技术存在的问题是：煤矿井下钻孔作业不仅劳动强度大，而且效率低，不仅面临孔内泥水、瓦斯气体的威胁，而且随时有碎石块体掉落下来砸伤人员，致使劳动效率大大降低，工人安全无法保证。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置。

本发明是这样实现的，一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置，所述全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置设置有底盘拖车，所述底盘拖车的中部通过螺栓固定安装有钻杆搬运机械手，所述底盘拖车的前端通过螺栓固定安装有综合液压泵站，综合液压泵站的外壁上镶嵌安装有液压操作台，液压操作台通过管路及数据线与综合液压泵站的控制端相连接；

所述钻杆搬运机械手的后端设置有钻杆排放架，所述底盘拖车的尾部设置有钻杆装卸机械手；综合液压泵站的油压输出端通过管路与所述钻杆搬运机械手和所述钻杆装卸机械手的控制端相连接。

进一步，所述底盘拖车的前后端均焊接有轨轮，所述底盘拖车的中部对称设置有摘挂器；所述底盘拖车的两侧对称安装有可升降万向轮，所述底盘拖车的四个角上设置有耳板。

进一步，所述底座的上端通过螺栓固定安装有支撑臂左右摆动油缸，所述支撑臂左右摆动油缸的上端焊接有支撑臂基座，所述支撑臂基座上活动安装有支撑臂本体，支撑臂本体的上端活动安装有摆臂摆动油缸；

所述摆臂摆动油缸的前端焊接有摆臂本体，所述摆臂本体的前端套装有钳头上下摆动油缸，所述钳头上下摆动油缸的输出端设置有钳头左右摆动油缸，所述钳头左右摆动油缸的前端安装有夹紧钳头；

所述支撑臂左右摆动油缸的后端安装有支撑臂调整油缸，所述支撑臂调整油缸的上端活动安装在支撑臂本体的中部。

进一步，所述钻杆装卸机械手设置有可旋转底座，所述可旋转底座的后端活动安装有支撑大臂，所述可旋转底座的前端活动安装有支撑大臂油缸，所述支撑大臂油缸的上端活动安装在支撑大臂的中部；支撑大臂的中部还活动安装有支撑前臂油缸；

所述支撑大臂的前端一体设置有支撑前臂伸臂，所述支撑前臂伸臂的表面焊接有摆动油缸，所述摆动油缸的上端设置有钳头安装座，所述钳头安装座的表面设置有若干固定钳头；所述钳头安装座的前端焊接有游动钳头本体，所述钳头安装座的后端焊接有固定钳头。

本发明的优点及积极效果为：一名操作工人利用该全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置可代替数名钻孔工人的现场钻孔作业，大大减少人员配置，节省现场劳动力70％以上；由于全部作业过程由机械来完成，不仅有效节省人为装卸钻杆过程中的时间、提高钻井作业效率，而且大部分辅助工作交由机械完成，作业强度及准确度得到了大幅度提升；同时，将直接暴露在钻孔附近危险区域的操作工人换成了机械设备，极大地改善了工人作业环境、降低了钻孔作业过程中可能出现的危险事故，为矿井安全高效生产提供重要支撑。

附图说明

图1是本发明实施例提供的全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的底盘拖车的剖视图；

图3是本发明实施例提供的底盘拖车的俯视图；

图4是本发明实施例提供的钻杆搬运机械手的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的钻杆装卸机械手的结构示意图；

图中：1、综合液压泵站；2、底盘拖车；201、轨轮；202、摘挂器；203、万向轮；204、耳板；3、钻杆搬运机械手；301、底座；302、支撑臂左右摆动油缸；303、支撑臂基座；304、支撑臂调整油缸；305、支撑臂本体；306、摆臂摆动油缸；307、摆臂本体；308、钳头上下摆动油缸；309、钳头左右摆动油缸；310、夹紧钳头；4、钻杆排放架；5、钻杆装卸机械手；501、可旋转底座；502、支撑大臂油缸；503、支撑大臂；504、支撑前臂油缸；505、固定钳头；506、钳头安装座；507、游动钳头滑轨；508、游动钳头本体；509、摆动油缸；510、支撑前臂伸臂；6、液压操作台。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置设置有底盘拖车2，所述底盘拖车2的中部通过螺栓固定安装有钻杆搬运机械手3，所述底盘拖车2的前端通过螺栓固定安装有综合液压泵站1，综合液压泵站1的外壁上镶嵌安装有液压操作台6，液压操作台6通过数据线与综合液压泵站1的控制端相连接；

所述钻杆搬运机械手3的后端设置有钻杆排放架4，所述底盘拖车2的尾部设置有钻杆装卸机械手5；综合液压泵站1的油压输出端通过管路与所述钻杆搬运机械手3和所述钻杆装卸机械手5的控制端相连接。

作为本发明的优选实施例，所述底盘拖车2的前后端均焊接有轨轮201，所述底盘拖车2的中部对称设置有摘挂器202；所述底盘拖车2的两侧对称安装有可升降万向轮203，所述底盘拖车2的四个角上设置有耳板204。

作为本发明的优选实施例，所述底座301的上端通过螺栓固定安装有支撑臂左右摆动油缸302，所述支撑臂左右摆动油缸302的上端焊接有支撑臂基座303，所述支撑臂基座303上活动安装有支撑臂本体305，支撑臂本体305的上端活动安装有摆臂摆动油缸306；

所述摆臂摆动油缸306的前端焊接有摆臂本体307，所述摆臂本体307的前端套装有钳头上下摆动油缸308，所述钳头上下摆动油缸308的输出端设置有钳头左右摆动油缸309，所述钳头左右摆动油缸309的前端安装有夹紧钳头310；

所述支撑臂左右摆动油缸302的后端安装有支撑臂调整油缸304，所述支撑臂调整油缸304的上端活动安装在支撑臂本体305的中部。

作为本发明的优选实施例，所述钻杆装卸机械手5设置有可旋转底座501，所述可旋转底座501的后端活动安装有支撑大臂503，所述可旋转底座501的前端活动安装有支撑大臂油缸502，所述支撑大臂油缸502的上端活动安装在支撑大臂503的中部；支撑大臂503的中部还活动安装有支撑前臂油缸504；

所述支撑大臂503的前端一体设置有支撑前臂伸臂510，所述支撑前臂伸臂510的表面焊接有摆动油缸509，所述摆动油缸509的上端设置有钳头安装座506，所述钳头安装座506的表面设置有若干固定钳头505；所述钳头安装座506的前端焊接有游动钳头本体508，所述钳头安装座506的后端焊接有固定钳头505。

综合液压泵站1、钻杆搬运机械手3、钻杆排放架4、钻杆装卸机械手5、液压操作台6均安装在带有矿用标准轨距的底盘上拖车。综合液压泵站1为各液压油缸及液压摆动油缸509提供高压动力源，液压操作台6则配合综合液压泵站1，通过其各操作手柄和操作阀实现对各个动作机构进行准确控制，同时该操作台提供一些必要的控制参数及状态参数等显示功能；底盘拖车2将所有构成部件集成在一起，便于移运与使用；钻杆搬运机械手3将摆放在附近钻杆排放架4上的钻杆抓起并搬运到需要位置，与钻杆举升机械手配合，实现钻孔过程总钻杆的自动接长(包括钻杆对位、上扣与往孔内送钻杆等活动)，或实现自动卸钻杆并排放至钻杆排放架4上。

使用方法主要包括利用矿用电机车托运至钻孔作业地点，通过几个手动葫芦借助底盘拖车2自带万向轮203调整至合适位置后，与钻孔作业钻机进行配合连接，并利用前述手动葫芦将其固定牢靠，连接装置综合液压泵站1动力电源、调试装置各动作操控手柄及其动作执行情况，一切完善后，即可与钻机配合进行整个钻孔作业过程。

综合液压泵站1属于液压控制领域比较成熟的产品，仅需要根据本发明装置所需要的压力及流量等参数进行合理选取即可；按照国家标准中的矿用平板车尺寸及结构设计而成，带有标准轨距的四个轨轮201和标准的摘挂器202，便于在井下轨道中运输；配置有可升降的万向轮203，实现在钻孔作业现场没有铺设钢轨的地方移动；底盘拖车2的四个边角附近设有带圆孔的耳板204，主要目的是与手动葫芦配合实现在没有铺设钢轨的地方移动和位置调整，并可将其与周围锚杆、地锚、钻机底座及其他压杆等固定牢靠。

加装钻杆时，从指定位置抓起钻杆，并用夹紧钳头310夹持住，然后将其旋转对位到孔口钻杆上，然后最后启动液压马达将其对接到需要延长的钻柱上去；拆卸钻杆时，用旋扣钳头夹持住需要拆卸的钻杆，然后启动液压马达将其从原钻柱上卸下来，然后用夹紧钳头310夹住，旋转钻杆机械手将钻杆放回指定的位置；

首先根据钻孔位置调整钻杆装卸机械手5使钳头安装座506与钻杆轴线平行且游动钳头本体508位于靠近钻孔的一端。当需要钻杆接长时，首先将游动钳头本体508沿着游动钳头滑轨507移动到后端，利用游动钳头本体508夹持住孔口外的已有钻杆，然后利用钻杆搬运机械手3将需要接长的钻杆调整好姿势后运送到固定钳头505附近并放置到固定钳头505的夹持块内，再移动游动钳头本体508使其夹持的钻杆与固定钳头505所夹持的钻杆螺纹对在一起，启动固定钳头505内部的液压马达将钻杆螺纹拧紧，最后将夹持有钻杆的游动钳头本体508沿着游动钳头滑轨507向前滑动，将钻杆送入到孔内。当需要钻杆拆卸时，首先将游动钳头本体508沿着游动钳头滑轨507移动到前端，利用游动钳头本体508夹持住孔口外的待卸钻杆，然后将游动钳头本体508沿着游动钳头滑轨507向后移动，使待卸钻杆进入固定钳头505后，启动固定钳，505内部的液压马达将钻杆螺纹卸下，再利用钻杆搬运机械手3将卸下的钻杆调搬运回钻杆排放架4附近并调整好姿势后放入钻杆排放架4。游动钳头的作用在于夹持住孔口外露及其孔内所有的钻杆柱并可以将其送入孔内或拉出孔外，防止其自动滑落到底或滑出孔外，同时可为接长钻杆或拆卸钻杆时旋转扣提供反力扭矩；固定钳头505内部不仅布置有夹紧油缸，而且配有液压马达，其主要作用是对放入其中的钻杆夹持住后，在游动钳头本体508的帮助下，旋转丝扣完成接长钻杆或拆卸钻杆过程。

液压操作台6主要集成了操作该煤矿井下钻孔辅助机械装置的一切控制阀与控制手柄，主要包括液压管路压力监测仪表、液压控制阀、油缸或马达操作手柄等，实现本发明装置的统一作业控制。

所述钻杆排放架4具有翻转功能，在本发明装置运输及其他非作业过程，可以翻转叠放在底盘拖车2上，以有效减小整个装置的尺寸，便于移动运输；其主要作用是在本发明装置作业过程中提供钻杆存放位置和暂时存放钻杆。

本发明的全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置将恶劣环境下复杂的井下钻孔作业过程进行动作分解，并将各分解动作全部交由液压装置去完成，同时考虑到井下作业过程中可能存在的爆炸风险，故采用了不会产生电火花的全液压的操控方式。该装置主要由底盘拖车、综合液压泵站、钻杆搬运机械手、钻杆排放架和钻杆装卸机械手等五部分总成，而且底盘拖车是该发明装置所有部件安放的基础，其他部件均通过螺栓链接或焊接的形式固定在其上。其中所述的综合液压泵站为市面上常见的成熟商业产品，主要为本发明装置的各动作油缸或液压马达提供高压动力源，同时该综合泵站设置有操作控制台，通过对其上的各操作手柄和操作阀的控制实现对各个动作机构进行准确控制，同时该操作台提供一些必要的控制反馈参数及状态参数等显示功能。所述底盘拖车按照模块化设计理念，并严格按照国家标准《矿用窄轨车辆》的相关规定进行设计制造，该底盘拖车上设有标准规定的轨轮和摘挂器，确保该发明装置在井下作业环境中与其他矿用牵引机车配合使用实现安全方便地运输。此外，所述底盘拖车的两侧对称安装有可升降的万向轮，且四个角上设置有带孔耳板，其主要目的是便于在没有轨道的地方借助手拉葫芦等工具将该发明装置进行运移和固定，确保装置能够在井下任何需要的地方进行钻孔作业。底盘拖车中部通过螺栓固定安装有钻杆搬运机械手，主要由底座、支撑臂左右摆动油缸、支撑臂基座、支撑臂调整油缸、支撑臂本体、摆臂摆动油缸、摆臂本体、钳头上下摆动油缸、钳头左右摆动油缸和夹紧钳头等部分组成。其主要功能是用夹紧钳头将摆放在钻杆排放架上的待装钻杆抓起，然后通过摆臂本体和支撑臂本体起升、支撑臂基座旋转、钳头左右摆动油缸调整姿势等动作将钻杆与钻孔中的需要加长的钻杆位置和方位完全一致，最后交由钻杆装卸机械手完成接长钻杆作业过程；当需要完成卸下钻杆作业过程时，则执行相反的作业过程来完成相应的目标任务。所述底盘拖车的后端通过螺栓安装有钻杆装卸机械手，该钻杆装卸机械手设置有可旋转底座，所述可旋转底座的后端活动安装有支撑大臂，所述可旋转底座的前端活动安装有支撑大臂油缸，所述支撑大臂油缸的上端活动安装在支撑大臂的中部；支撑大臂的中部还活动安装有支撑前臂油缸；支撑大臂的前端一体设置有支撑前臂伸臂，所述支撑前臂伸臂的表面焊接有摆动油缸，所述摆动油缸的上端设置有钳头安装座，所述钳头安装座的表面设置有若干固定钳头；所述钳头安装座的前端焊接有游动钳头本体，所述钳头安装座的后端焊接有固定钳头。其主要功能是首先用固定钳头将钻孔内的钻杆夹持住待加长，然后用游动钳头本体夹持住由前述钻杆搬运机械手运送过来的钻杆，并将其向前游动将两个钻杆对中，最后启动固定钳头内的液压马达实现紧扣或卸扣功能，完成钻杆的装与卸。为便于本发明装置的顺利作业过程，待加长的钻杆或卸下的钻杆必须在搬运机械手作业范围之内，最好在固定的一个位置，故该发明装置配备了钻杆排放架，便于钻杆的排放整理和搬运装卸作业。钻杆排放架具有翻转功能，在本发明装置运输及其他非作业过程，可以翻转叠放在底盘拖车上，以有效减小整个装置的尺寸，便于移动运输；其主要作用是在本发明装置作业过程中提供钻杆存放位置和暂时存放钻杆。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置，其特征在于，所述全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置设置有底盘拖车，所述底盘拖车的中部通过螺栓固定安装有钻杆搬运机械手，所述底盘拖车的前端通过螺栓固定安装有综合液压泵站，综合液压泵站的外壁上镶嵌安装有液压操作台，液压操作台通过管路及数据线与综合液压泵站的控制端相连接；

所述钻杆搬运机械手的后端设置有钻杆排放架，所述底盘拖车的尾部设置有钻杆装卸机械手；综合液压泵站的油压输出端通过管路与所述钻杆搬运机械手和所述钻杆装卸机械手的控制端相连接。

2.如权利要求1所述全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置，其特征在于，所述底盘拖车的前后端均焊接有轨轮，所述底盘拖车的中部对称设置有摘挂器；所述底盘拖车的两侧对称安装有可升降万向轮，所述底盘拖车的四个角上设置有耳板。

3.如权利要求1所述全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置，其特征在于，所述底座的上端通过螺栓固定安装有支撑臂左右摆动油缸，所述支撑臂左右摆动油缸的上端焊接有支撑臂基座，所述支撑臂基座上活动安装有支撑臂本体，支撑臂本体的上端活动安装有摆臂摆动油缸；

所述摆臂摆动油缸的前端焊接有摆臂本体，所述摆臂本体的前端套装有钳头上下摆动油缸，所述钳头上下摆动油缸的输出端设置有钳头左右摆动油缸，所述钳头左右摆动油缸的前端安装有夹紧钳头；

所述支撑臂左右摆动油缸的后端安装有支撑臂调整油缸，所述支撑臂调整油缸的上端活动安装在支撑臂本体的中部。

4.如权利要求1所述全液压煤矿井下钻孔辅助机械装置，其特征在于，所述钻杆装卸机械手设置有可旋转底座，所述可旋转底座的后端活动安装有支撑大臂，所述可旋转底座的前端活动安装有支撑大臂油缸，所述支撑大臂油缸的上端活动安装在支撑大臂的中部；支撑大臂的中部还活动安装有支撑前臂油缸；

所述支撑大臂的前端一体设置有支撑前臂伸臂，所述支撑前臂伸臂的表面焊接有摆动油缸，所述摆动油缸的上端设置有钳头安装座，所述钳头安装座的表面设置有若干固定钳头；所述钳头安装座的前端焊接有游动钳头本体，所述钳头安装座的后端焊接有固定钳头。