CN109611039A - 搓杆头、煤矿井下动力头钻机用搓杆装置及起下钻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搓杆头、煤矿井下动力头钻机用搓杆装置及起下钻方法，该搓杆装置包括两个搓杆头、安装在两个搓杆头下方的夹紧单元、滑架和集成阀组；两个搓杆头的搓轮相对设置且均相互平行；夹紧单元包括中心板，中心板通过收紧油缸分别连接有位于中心板两侧的左侧板和右侧板；两个搓杆头分别安装在左侧板和右侧板上端；滑架包括相互平行的安装底座、定位板和垂直安装在安装底座和定位板之间的滑轨；滑轨贯穿中心板且滑轨平行于搓杆头的搓轮；集成阀组通过导线分别连接搓杆头和夹紧单元。本发明的搓杆装置带动钻杆旋转速度是动力头带动钻杆旋转速度的2～4倍；通过设置集成阀组将钻杆的旋转速度与轴向移动速度进行匹配，可适应不同规格的钻杆。

Description

搓杆头、煤矿井下动力头钻机用搓杆装置及起下钻方法

技术领域

本发明属于煤矿井下钻探技术领域，具体涉及一种搓杆头、煤矿井下动力头钻机用搓杆装置及起下钻方法。

背景技术

在煤矿井下施工瓦斯抽放钻孔或探放水等钻孔时大量使用主轴通孔式动力头钻机，此类钻机配套使用钻杆的长度可不受钻机给进机身行程的限制，施工过程的起下钻工序通常在动力头后端进行，由人工完成。具体过程如下：(1)下钻工序：人工将钻杆搬运至动力头后端，将待加钻杆公丝扣对准动力头中的钻杆母丝扣，人工拧上2～3扣，保证两钻杆同轴后，动力头退至机身后端，动力头中的卡盘夹紧待加钻杆顺时针回转拧紧剩余丝扣。(2)起钻工序：钻机的夹持器与动力头中卡盘配合将待卸钻杆松开3～4扣后，将待卸钻杆整体移动到动力头后端，人工将剩余钻杆丝扣拧开，取下钻杆。由于使用钻杆的直径越来越大，目前单根钻杆重量已达50kg，使用人工加卸钻杆需配备更多的人力，工人劳动强度大、工作条件差且生产效率不高，严重制约了钻进施工效率，尤其是在频繁起下钻过程中问题尤为突出。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种搓杆头、煤矿井下动力头钻机用搓杆装置及起下钻方法，克服目前钻孔施工过程中加卸钻杆效率不高的缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种搓杆头，包括马达、安装在马达的轴上的第一齿轮、两个搓轮、分别安装在两个搓轮的轴上的第二齿轮和第三齿轮；所述马达与两个搓轮相互平行，且所述第一齿轮分别与第二齿轮和第三齿轮啮合；

所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮均安装在齿轮箱内，且马达和搓轮分别安装在齿轮箱两侧。

本发明还包括如下技术特征：

可选地，所述两个搓轮上安装有搓轮架；所述搓轮架包括两个相互平行的固定板和一个连接杆，连接杆和两个搓轮均垂直安装在两个固定板之间；其中一个固定板贴合齿轮箱的一个侧壁。

可选地，搓杆头的连接杆和两个搓轮形成三棱柱框架结构。

本发明还提供了一种煤矿井下动力头钻机用搓杆装置，包括所述的两个搓杆头、安装在两个搓杆头下方的夹紧单元、滑架和集成阀组；

两个搓杆头的搓轮相对设置且均相互平行，同一搓杆头的两个搓轮所在平面与另个搓杆头的两个搓轮所在平面平行；

所述夹紧单元包括中心板，中心板通过收紧油缸分别连接有位于中心板两侧的左侧板和右侧板；两个搓杆头分别安装在左侧板和右侧板上端；

所述滑架包括相互平行的安装底座、定位板和垂直安装在安装底座和定位板之间的滑轨；所述滑轨贯穿所述中心板用以使夹紧单元能在滑轨上滑动，且滑轨平行于搓杆头的搓轮；

所述集成阀组通过导线分别连接所述搓杆头和夹紧单元。

可选地，在所述安装底座与夹紧单元之间垂直连接有推拉油缸，所述推拉油缸通过导线连接所述集成阀组；

所述推拉油缸的一端垂直固定在安装底座上，另一端垂直连接中心板。

可选地，所述连接杆伸出固定板的两个端部连接有U形的支撑架，支撑架用于将搓杆头固定在夹紧单元上方，支撑架的两个竖板分别连接所述连接杆的两个端部，支撑架的横板安装在夹紧单元上端。

可选地，所述夹紧单元包括沿搓杆头的轴向布设的两组相互平行的夹紧组合板，两组夹紧组合板均垂直于搓杆头，在两组夹紧组合板之间沿水平方向安装有平行于两组夹紧组合板的所述收紧油缸；

夹紧组合板包括所述中心板和位于中心板两侧对称分布的左侧板和右侧板；所述收紧油缸为双杆双作用的收紧油缸，收紧油缸的缸筒安装在两个中心板之间，收紧油缸的两端的缸杆分别连接左侧板和右侧板；

所述支撑架的横板分别固定在左侧板的上端和右侧板的上端用于将所述两个搓杆头分别安装在左侧板的上方和右侧板的上方；

所述中心板的上下两端开设有导向孔。

可选地，在两个中心板之间还安装有四个平行于收紧油缸的滑杆，在两个左侧板之间设有两个平行于收紧油缸的导向套，在两个右侧板之间设有两个平行于收紧油缸的导向套，所述四个滑杆分别与四个导向套配套安装。

可选地，所述中心板的中心设有定位孔，收紧油缸的缸筒与中心板的定位孔通过法兰压板铰接；

在左侧板和右侧板上均设有油缸支座，收紧油缸的两端的缸杆分别通过油缸支座与左侧板和右侧板连接；

所述滑杆沿收紧油缸的轴向两两对称分布于收紧油缸的上下两侧。

本发明还提供了一种与所述的搓杆装置配套的起下钻方法，其中，与所述搓杆装置配套的下钻方法包括以下三个步骤：

A1：收紧油缸两端的缸杆处于伸出状态，推拉油缸的缸杆处于伸出状态；

A2：使用吊装臂将钻杆架上的钻杆吊装至动力头后端；

A3：收紧油缸两端的缸杆同时收回，搓杆装置的两个搓杆头夹紧钻杆，前推集成阀组的手柄，搓杆头的马达转动带动搓轮旋转，搓轮在摩擦力作用下带动钻杆旋转，同时推拉油缸的缸杆收回，使钻杆顺时针旋转的同时向前移动，实现钻杆丝扣拧紧的动作；

与所述搓杆装置配套的起钻方法包括以下四个步骤：

B1：搓杆装置中收紧油缸的缸杆处于伸出状态，推拉油缸的缸杆处于收回状态；

B2：利用钻机动力头反转将待卸钻杆松开1/4扣，动力头移动至给进机身前端，保证待卸钻杆整体位于动力头后端；

B3：搓杆机构的收紧油缸的缸杆收回，搓杆头的搓轮夹紧钻杆，后拉集成阀组的手柄，搓杆头中马达反向转动带动搓轮旋转，搓轮在摩擦力的作用下带动钻杆旋转，同时推拉油缸的缸杆伸出，使钻杆逆时针旋转的同时向后移动，实现钻杆丝扣松开的动作；

B4：吊装臂将钻杆吊装至钻杆架。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明的搓杆装置具有以下优点：1.使用现有技术进行起下钻工序时，需要人工进行钻杆丝扣2～3扣的旋合或者分离，然后使用动力头进行剩余丝扣旋合或者分离，当钻杆质量较大时人工进行旋合或者分离动作劳动强度极大。使用本发明的搓杆装置进行钻杆丝扣的旋合或者分离，省去了人工操作的这一步骤，并且由搓杆装置代替动力头旋转钻杆，省去了调整动力头位置的时间，使用搓杆装置进行起下钻工序大大提高了生产效率且减轻了工人劳动强度；2.本发明的搓杆装置中设置有高速马达，通过传动机构带动搓轮高速旋转，搓轮带动钻杆旋转的速度是动力头带动钻杆旋转速度的2～4倍，旋合或者分离钻杆丝扣动作迅速，在动力头最大转速较低的钻机上使用时效率提高明显；3.本发明的收紧油缸设置有较大的收缩行程，可有效调节两组搓轮之间的距离，适用于钻杆直径Φ73～Φ127，适用范围广；4.本发明通过设置集成阀组将高速马达的旋转速度与推拉油缸的缸杆伸缩速度进行匹配，可适用不同丝扣规格的钻杆。

附图说明

图1为本发明的搓杆装置整体结构示意图。

图2为本发明的搓杆装置整体结构的主视图。

图3为图2的左视图。

图4为本发明的夹紧单元的结构示意图。

图5为本发明的搓杆头的结构示意图。

图6为本发明的滑架的结构示意图。

图7为本发明的搓杆装置的工作过程示意图。

图中各标号表示为：1-搓杆头，2-夹紧单元，3-滑架，4-推拉油缸，5-集成阀组，6-吊装臂，7-钻杆架，71-钻杆，8-动力头，9-给进机身，10-夹持器；

11-马达，12-搓轮，13-齿轮箱，14-搓轮架，141-固定板，142-连接杆，15-支撑架；

21-收紧油缸，22-中心板，23-左侧板，24-右侧板，25-滑杆，26-导向套；

31-安装底座，32-定位板，33-滑轨。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

如图5所示，本实施例提供一种搓杆头，包括马达11、安装在马达11的轴上的第一齿轮、两个搓轮12、分别安装在两个搓轮12的轴上的第二齿轮和第三齿轮；所述马达11与两个搓轮12相互平行，且所述第一齿轮分别与第二齿轮和第三齿轮啮合；第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮均安装在齿轮箱13内，且马达11和搓轮12分别安装在齿轮箱13两侧。

在本实施例中，两个搓轮12上安装有搓轮架14；搓轮架14包括两个相互平行的固定板141和一个连接杆142，连接杆142和两个搓轮12均垂直安装在两个固定板141之间；其中一个固定板141贴合齿轮箱13的一个侧壁。

更具体的，作为本实施例的一种优选方案，搓杆头1的连接杆142和两个搓轮12形成三棱柱框架结构，这种安装方式能使连接杆142和两个搓轮12整齐安装在两个固定板141之间，使搓杆头的整个结构更加稳固，而且美观。

实施例2：

如图1至图7所示，本实施例提供一种煤矿井下动力头钻机用搓杆装置，在本实施例中的动力头钻机为主轴通孔式动力头钻机，该装置包括两个实施例1所述的搓杆头，用于夹紧并能带动钻杆旋转，还包括安装在两个搓杆头1下方的夹紧单元2、用于安装并支撑夹紧单元2的滑架3和集成阀组5；两个搓杆头1的搓轮12相对设置且均相互平行，同一搓杆头1的两个搓轮12所在平面与另个搓杆头1的两个搓轮12所在平面平行；夹紧单元2包括中心板，中心板通过收紧油缸分别连接有位于中心板两侧的左侧板和右侧板；两个搓杆头1分别安装在左侧板和右侧板上端；滑架包括相互平行的安装底座31、定位板32和垂直安装在安装底座31和定位板32之间的滑轨33；所述滑轨33贯穿所述中心板用以使夹紧单元能在滑轨上滑动，且滑轨33平行于搓杆头1的搓轮；集成阀组5通过导线分别连接搓杆头1和夹紧单元2。

使用搓杆装置代替人工进行起下钻工序，大大减轻了人工劳动强度；搓杆装置带动钻杆旋转速度是动力头带动钻杆旋转速度的2～4倍，在低转速钻机上使用时工作效率提高明显；通过设置集成阀组将钻杆的旋转速度与轴向移动速度进行匹配，可适应不同规格的钻杆。

在本实施例中，在安装底座31与夹紧单元2之间垂直连接有推拉油缸4，推拉油缸4通过导线连接集成阀组5；推拉油缸4的一端垂直固定在安装底座31上，另一端垂直连接中心板22。推拉油缸4用于控制夹紧单元2带动钻杆71沿轴向移动，并且通过集成阀组5控制推拉油缸4的伸缩速度将钻杆71沿轴向移动的速度与钻杆71的旋转速度进行匹配。

在本实施例中，连接杆142伸出固定板141的两个端部连接有U形的支撑架15，支撑架15用于将搓杆头1固定在夹紧单元2上方，支撑架15的两个竖板分别连接所述连接杆142的两个端部，支撑架15的横板安装在夹紧单元2上端。

在本实施例中，夹紧单元2包括沿搓杆头1的轴向布设的两组相互平行的夹紧组合板，两组夹紧组合板均垂直于搓杆头1，在两组夹紧组合板之间沿水平方向安装有平行于两组夹紧组合板的收紧油缸21；夹紧组合板包括中心板22和位于中心板两侧对称分布的左侧板23和右侧板24；收紧油缸21为双杆双作用的收紧油缸21，收紧油缸21的缸筒安装在两个中心板22之间，收紧油缸21的两端的缸杆分别连接左侧板23和右侧板24。

支撑架15的横板分别固定在左侧板23的上端和右侧板24的上端用于将所述两个搓杆头1分别安装在左侧板23的上方和右侧板24的上方；具体的一个支撑架15的横板水平固定在两个左侧板23的上端，另一个支撑架15的横板水平固定在两个右侧板24的上端。

中心板22的上下两端开设有导向孔，导向孔用于安装滑架3的滑轨33，滑轨33平行于搓杆头1且穿过中心板22上的导向孔。

在本实施例中，为了使左侧板23和右侧板24能更稳定的在水平方向同步夹紧或伸出，在两个中心板22之间还安装有四个平行于收紧油缸21的滑杆25，在两个左侧板23之间设有两个平行于收紧油缸21的导向套26，在两个右侧板24之间设有两个平行于收紧油缸21的导向套26，所述四个滑杆25分别与四个导向套26配套安装；滑杆25能插入导向套26内并沿导向套26进行伸缩。

更具体的，中心板22的中心设有定位孔，收紧油缸21的缸筒与中心板22的定位孔通过法兰压板铰接，从而将收紧油缸21更好的安装在中心板22上；在左侧板23和右侧板24上均设有油缸支座，收紧油缸21的两端的缸杆分别通过油缸支座与左侧板23和右侧板24连接，从而使收紧油缸21的缸筒连接中心板22，收紧油缸21两端的缸杆连接左侧板23和右侧板24，通过收紧油缸21的缸杆的伸缩带动左侧板23和右侧板24靠近或远离中心板22，进而使左侧板23和右侧板24上方分别安装的两个搓杆头1相互靠近或远离。

滑杆25沿收紧油缸21的轴向两两对称分布于收紧油缸21的上下两侧，使左侧板23和右侧板24能更稳定的在水平方向同步夹紧或伸出。

集成阀组5通过导线连接马达11、推拉油缸4和收紧油缸21，通过设置集成阀组5将钻杆71的旋转速度与轴向移动速度进行匹配，可适应不同规格的钻杆。

实施例3：

本实施例还提供了一种与所述的搓杆装置配套的起下钻方法，其中，如图7所示，与所述的搓杆装置配套的起下钻设备均为常规设备，与所述的搓杆装置配套的起下钻设备包括：用于吊装钻杆71的吊装臂6、用于存放钻杆71的钻杆架7、钻机动力头8和夹持器10，且动力头8和夹持器10同轴安装在给进机身9上；所述搓杆装置的安装底座31安装在给进机身9的端部，从而使搓杆装置、动力头和夹持器依次同轴安装，更具体的，搓杆装置的两个搓杆头1之间夹持的钻杆71与动力头8夹持的钻杆71同轴设置。

与所述搓杆装置配套的下钻方法包括以下三个步骤：

A1：收紧油缸21两端的缸杆处于伸出状态，推拉油缸4的缸杆处于伸出状态；

A2：使用吊装臂6将钻杆架7上的钻杆71吊装至动力头8后端；

A3：收紧油缸21两端的缸杆同时收回，搓杆装置的两个搓杆头1夹紧钻杆71，前推集成阀组5的手柄，搓杆头1的马达11转动带动搓轮12旋转，搓轮12在摩擦力作用下带动钻杆71旋转，同时推拉油缸4的缸杆收回，使钻杆71顺时针旋转的同时向前移动，实现钻杆71丝扣拧紧的动作。

与所述搓杆装置配套的起钻方法包括以下四个步骤：

B1：搓杆装置中收紧油缸21的缸杆处于伸出状态，推拉油缸4的缸杆处于收回状态；

B2：利用钻机动力头8反转将待卸钻杆71松开1/4扣，动力头8移动至给进机身前端，保证待卸钻杆71整体位于动力头8后端；

B3：搓杆机构的收紧油缸21的缸杆收回，搓杆头1的搓轮12夹紧钻杆71，后拉集成阀组5的手柄，搓杆头1中马达11反向转动带动搓轮12旋转，搓轮12在摩擦力的作用下带动钻杆71旋转，同时推拉油缸4的缸杆伸出，使钻杆71逆时针旋转的同时向后移动，实现钻杆71丝扣松开的动作；

B4：吊装臂6将钻杆71吊装至钻杆架7。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种搓杆头，其特征在于，包括马达(11)、安装在马达(11)的轴上的第一齿轮、两个搓轮(12)、分别安装在两个搓轮(12)的轴上的第二齿轮和第三齿轮；所述马达(11)与两个搓轮(12)相互平行，且所述第一齿轮分别与第二齿轮和第三齿轮啮合；

所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮均安装在齿轮箱(13)内，且马达(11)和搓轮(12)分别安装在齿轮箱(13)两侧。

2.如权利要求1所述的搓杆头，其特征在于，所述两个搓轮(12)上安装有搓轮架(14)；所述搓轮架(14)包括两个相互平行的固定板(141)和一个连接杆(142)，连接杆(142)和两个搓轮(12)均垂直安装在两个固定板(141)之间；其中一个固定板(141)贴合齿轮箱(13)的一个侧壁。

3.如权利要求2所述的搓杆头，其特征在于，搓杆头(1)的连接杆(142)和两个搓轮(12)形成三棱柱框架结构。

4.一种煤矿井下动力头钻机用搓杆装置，其特征在于，包括权利要求3所述的两个搓杆头(1)、安装在两个搓杆头(1)下方的夹紧单元(2)、滑架(3)和集成阀组(5)；

两个搓杆头(1)的搓轮(12)相对设置且均相互平行，同一搓杆头(1)的两个搓轮(12)所在平面与另个搓杆头(1)的两个搓轮(12)所在平面平行；

所述夹紧单元(2)包括中心板，中心板通过收紧油缸分别连接有位于中心板两侧的左侧板和右侧板；两个搓杆头(1)分别安装在左侧板和右侧板上端；

所述滑架包括相互平行的安装底座(31)、定位板(32)和垂直安装在安装底座(31)和定位板(32)之间的滑轨(33)；所述滑轨(33)贯穿所述中心板用以使夹紧单元能在滑轨上滑动，且滑轨(33)平行于搓杆头(1)的搓轮；

所述集成阀组(5)通过导线分别连接所述搓杆头(1)和夹紧单元(2)。

5.如权利要求4所述的煤矿井下动力头钻机用搓杆装置，其特征在于，在所述安装底座(31)与夹紧单元(2)之间垂直连接有推拉油缸(4)，所述推拉油缸(4)通过导线连接所述集成阀组(5)；

所述推拉油缸(4)的一端垂直固定在安装底座(31)上，另一端垂直连接中心板(22)。

6.如权利要求4所述的煤矿井下动力头钻机用搓杆装置，其特征在于，所述连接杆(142)伸出固定板(141)的两个端部连接有U形的支撑架(15)，支撑架(15)用于将搓杆头(1)固定在夹紧单元(2)上方，支撑架(15)的两个竖板分别连接所述连接杆(142)的两个端部，支撑架(15)的横板安装在夹紧单元(2)上端。

7.如权利要求4所述的煤矿井下动力头钻机用搓杆装置，其特征在于，所述夹紧单元(2)包括沿搓杆头(1)的轴向布设的两组相互平行的夹紧组合板，两组夹紧组合板均垂直于搓杆头(1)，在两组夹紧组合板之间沿水平方向安装有平行于两组夹紧组合板的所述收紧油缸(21)；

夹紧组合板包括所述中心板(22)和位于中心板两侧对称分布的左侧板(23)和右侧板(24)；所述收紧油缸(21)为双杆双作用的收紧油缸(21)，收紧油缸(21)的缸筒安装在两个中心板(22)之间，收紧油缸(21)的两端的缸杆分别连接左侧板(23)和右侧板(24)；

所述支撑架(15)的横板分别固定在左侧板(23)的上端和右侧板(24)的上端用于将所述两个搓杆头(1)分别安装在左侧板(23)的上方和右侧板(24)的上方；

所述中心板(22)的上下两端开设有导向孔。

8.如权利要求7所述的煤矿井下主轴通孔式动力头钻机用搓杆装置，其特征在于，在两个中心板(22)之间还安装有四个平行于收紧油缸(21)的滑杆(25)，在两个左侧板(23)之间设有两个平行于收紧油缸(21)的导向套(26)，在两个右侧板(24)之间设有两个平行于收紧油缸(21)的导向套(26)，所述四个滑杆(25)分别与四个导向套(26)配套安装。

9.如权利要求8所述的煤矿井下主轴通孔式动力头钻机用搓杆装置，其特征在于，所述中心板(22)的中心设有定位孔，收紧油缸(21)的缸筒与中心板(22)的定位孔通过法兰压板铰接；

在左侧板(23)和右侧板(24)上均设有油缸支座，收紧油缸(21)的两端的缸杆分别通过油缸支座与左侧板(23)和右侧板(24)连接；

所述滑杆(25)沿收紧油缸(21)的轴向两两对称分布于收紧油缸(21)的上下两侧。

10.与权利要求4至9任一权利要求所述的搓杆装置配套的起下钻方法，其特征在于，与所述搓杆装置配套的下钻方法包括以下三个步骤：

A1：收紧油缸(21)两端的缸杆处于伸出状态，推拉油缸(4)的缸杆处于伸出状态；

A2：使用吊装臂(6)将钻杆架(7)上的钻杆(71)吊装至动力头(8)后端；

A3：收紧油缸(21)两端的缸杆同时收回，搓杆装置的两个搓杆头(1)夹紧钻杆(71)，前推集成阀组(5)的手柄，搓杆头(1)的马达(11)转动带动搓轮(12)旋转，搓轮(12)在摩擦力作用下带动钻杆(71)旋转，同时推拉油缸(4)的缸杆收回，使钻杆(71)顺时针旋转的同时向前移动，实现钻杆(71)丝扣拧紧的动作；

与所述搓杆装置配套的起钻方法包括以下四个步骤：

B1：搓杆装置中收紧油缸(21)的缸杆处于伸出状态，推拉油缸(4)的缸杆处于收回状态；

B2：利用钻机动力头(8)反转将待卸钻杆(71)松开1/4扣，动力头(8)移动至给进机身前端，保证待卸钻杆(71)整体位于动力头(8)后端；

B3：搓杆机构的收紧油缸(21)的缸杆收回，搓杆头(1)的搓轮(12)夹紧钻杆(71)，后拉集成阀组(5)的手柄，搓杆头(1)中马达(11)反向转动带动搓轮(12)旋转，搓轮(12)在摩擦力的作用下带动钻杆(71)旋转，同时推拉油缸(4)的缸杆伸出，使钻杆(71)逆时针旋转的同时向后移动，实现钻杆(71)丝扣松开的动作；

B4：吊装臂(6)将钻杆(71)吊装至钻杆架(7)。