CN109630042A - 竖向复合式掘进工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明一种竖向复合式掘进工艺，所述系统包含有钻机底盘(103)，机械手(101)安装于钻机底盘(103)上，所述钻杆移动装置(102)位于钻机底盘(103)上旁，两个封口平台(104)滑动设置于钻机底盘(103)上，且两个封口平台(104)之间竖向夹持有钻杆组件(105)，龙门架(106)安装于钻机底盘(103)上，且龙门架(106)上的动力头(108)驱动钻杆组件(105)；所述龙门架(106)的底部通过销轴与钻机底盘(103)相铰接，翻转油缸(107)的两端分别与龙门架(106)和钻机底盘(103)相铰接。本发明一种竖向复合式掘进工艺，其具有掘进的效率更高、效果更好，且整体施工成本低、施工效率高并能够在恶劣气候条件下施工的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种掘进工艺，尤其是涉及一种应用于海洋作业环境下进行钻孔掘进作业的竖向复合式掘进工艺，属于海上施工技术领域。
背景技术
目前，在海洋风电施工中，竖向复合式掘进系统进行的大直径单桩嵌岩钻孔方式得到了广泛的应用；对于竖向复合式掘进系统而言，决定其性能的因素有：①施加于工作面的钻压；②提供给钻头的扭矩③钻具的转速④最大的提升能力⑤排除工作面钻渣的效率；
如今，在实际的使用过程中发现常规的掘进系统的性能存在以下不足：①钻压不足，钻压≤150T；②扭矩不足，扭矩≤1000KN.m；③排渣效率低，只有一个吸收口；
同时，在钻孔的过程中，需要拼装多节钻杆来加长钻具以实现钻孔深度的不断扩展。钻孔完毕后也需要通过拆卸一节一节的钻杆来提升取出钻具；因此拆装钻杆是钻孔施工中一个重复率高且重要的一个环节。
而且，常规嵌岩钻孔设备拆装钻杆是通过克令吊、利用人工方式进行操作，不但效率低下，而且装配效果不尽如人意；同时，常规的嵌岩钻孔设备中，多节钻杆通常采用横卧方式堆积在甲板平台上，吊装时需要先将其翻转至竖向状态后才能进行拆装，无疑进一步降低了其施工效率；而且横向堆放的方式安全性能不佳，尤其是在恶劣风浪情况下，钻杆容易发生滚动，从而影响其施工进度；
同时，常规钻机采用减压钻进的原理进行钻进工作，即钻头工作面对岩石面的钻压完全利用其自重产生，其钻压往往不够；常规钻机采用多台液压马达给钻头提供扭矩，其提供扭矩普遍偏低,从而影响嵌岩钻孔的掘进速度；
另外，对于钻杆上的钻头结构而言，常规钻头采用一个排渣口的方式在实际使用中发现存在刀具磨损大、破岩效率低的问题；因为一个排渣口的关系，使得泥浆行进到刀盘排渣口的路程较长，从而增加了钻头刀具对钻渣的无效破碎，导致刀具磨损增加寿命缩短；同时，常规的钻头在面对不同的地质环境时，需要更换不同的刀具，如岩石层需用滚刀，粘土层需用刮刀，一旦遇到地质情况不明地层，需要根据钻进参数判断地质结构，适时更换刀具，因此严重影响施工效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种竖向复合式掘进工艺，其具有掘进的效率更高、效果更好，且整体施工成本低、施工效率高并能够在恶劣气候条件下施工的优点。
本发明的目的是这样实现的：
一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述工艺步骤为：
步骤1、液压油缸通过升降平台对钻杆施加向下的压力，钻杆将压力传导至钻头的嵌岩作业面上；动力头通过钻杆驱动钻头向下掘进钻孔；
步骤2、当钻杆向下行程达到最大位置时，动力头停止工作，松开动力头与最上端钻杆的连接；
步骤3、钻杆就位：竖向装载有钻杆的托架位于钻杆仓左上角的工作位；
步骤4、利用机械手夹持钻杆并移动至动力头和最上端钻杆之间进行组装；
步骤5、油缸一动作，将空的托架推动至钻杆仓左下角的空余位；
步骤6、油缸二动作，使得上排托架中紧靠工作位的托架带着其上的钻杆移动至工作位；
步骤7、油缸三动作，油缸三的活塞杆拉动上排托架中最右端的托架，从而带动上排托架中剩余的托架均向左移动，使得钻杆仓的右上角成为一个空位；
步骤8、油缸四动作，将下排托架中最右端的托架向上推动至钻杆仓的右上角的空位；
步骤9、油缸五动作，油缸五活塞杆拉动下排托架中最左端的空的托架，从而使得空的托架推动下排托架中的剩余托架向右移动；
步骤10、返回步骤1。
其中：所述步骤1的分步骤为：
步骤1.1、表面破碎：钻头工作面上的切削刀具与岩石的接触压力小于岩石硬度时，切削刀具不能压入岩石时，岩石的破碎由接触摩擦引起；
步骤1.2、疲劳破碎：液压油缸加压使得钻头工作面上的钻压继续增加，但接触压力仍小于岩石硬度，切削刀具使岩石晶间联系破坏；
步骤1.3、体积破碎：液压油缸加压使得钻头工作面上的钻压进一步增加，切削刀具与岩石的接触压力大于岩石硬度，切削刀具切入岩石，切下岩屑实现破碎。
本发明一种竖向复合式掘进工艺，所述工艺基于一种竖向复合式掘进系统，所述系统包含有钻机底盘，机械手安装于钻机底盘上，所述钻杆移动装置位于钻机底盘上旁，两个封口平台滑动设置于钻机底盘上，且两个封口平台之间竖向夹持有钻杆组件，龙门架安装于钻机底盘上，且龙门架上的动力头驱动钻杆组件；所述龙门架的底部通过销轴与钻机底盘相铰接，翻转油缸的两端分别与龙门架和钻机底盘相铰接；龙门架的竖杆内侧竖向设置有导轨，横向水平设置的升降台的左右两端分别滑动于龙门架两侧导轨内，竖向设置的液压油缸的活塞杆与升降台相连接，安装于升降台上的动力头驱动钻杆组件。
本发明一种竖向复合式掘进工艺，所述机械手包含有固定于钻机底盘上的基座，所述基座顶部的回转机构安装有支架，伸缩机构通过横向设置的销轴铰接于支架上，所述伸缩机构的伸缩臂上安装有平衡件，斜撑油缸左右对称设置有两组，且斜撑油缸的缸座铰接于支架，斜撑油缸的伸缩臂铰接于伸缩机构上；
上述平衡件通过一横向设置的销轴铰接有连接件，所述连接件通过一竖向设置的销轴与夹紧器相铰接，平衡油缸的缸座铰接于平衡件上，所述平衡油缸的伸缩臂与连接件相铰接，摆动油缸的缸座铰接于连接件，所述摆动油缸的伸缩臂与夹紧器相铰接，所述夹紧器为U形结构，且夹紧器的U形开口端上铰接有横臂，所述夹紧器和横臂上设置有多个滚动件；
所述步骤2的具体步骤为：
步骤2.1、钻杆抓取；横臂打开的同时斜撑油缸动作使得伸缩机构斜向上动作至水平状态，随后，回转机构旋转使得夹紧器的开口端对准钻杆，伸缩机构动作带动U形结构的夹紧器的开口端包裹钻杆；
步骤2.2、提升；关闭横臂，斜撑油缸动作使得伸缩机构斜向上动作，从而带动钻杆脱离开底座；
步骤2.3、转移；回转机构旋转，从而带动钻杆移动至钻杆组件处的安装位；
步骤2.4、定位；先利用夹紧器上的摆动油缸摆动微调，使得钻杆装的多个滚动件旋转钻杆使得螺栓孔上下对准；
步骤2.5、脱离；钻杆通过螺栓链接后，操作人员打开横臂，随后伸缩机构收缩离开钻杆。
本发明一种竖向复合式掘进工艺，所述伸缩机构为内置有伸缩油缸的箱梁结构，且伸缩油缸得到缸座和活塞杆分别与固定臂和伸缩臂相铰接；上述斜撑油缸的伸缩臂铰接于伸缩机构的固定臂上。
本发明一种竖向复合式掘进工艺，所述支架的底部通过回转轴转动安装于基座上，所述基座上固定有一固定齿圈，且回转轴和固定齿圈同轴设置，所述支架上安装有减速电机，所述减速电机的输出轴竖向向下套装有主动齿轮，所述主动齿轮与固定齿圈相啮合，从而通过减速电机驱动支架水平旋转。
本发明一种竖向复合式掘进工艺，所述钻杆移动装置包含有钻杆仓，所述钻杆仓内设置有多个托架，多个托架横向排布成两排，所述托架的底部安装有多个万向轮，钻杆竖向搁置于托架上，所述钻杆仓底部设置有环形结构的导轨，所述托架底部的万向轮滑动于导轨内，所述钻杆仓内设置有油缸一、油缸二、油缸三、油缸四和油缸五，所述油缸一和油缸四竖向设置，且油缸一和油缸四分别位于钻杆仓的两端，所述油缸二和油缸三横向设置且位于上排托架的下方，所述油缸五横向设置且位于下排托架的下方，所述托架的底部设置有供油缸的活塞杆插入的推动块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在钻头向下掘进的过程中，通过液压油缸使得升降台向下对钻头产生远大于常规钻头的压力，从而使得掘进的效率更高、效果更好；
加压后，整个的破碎掘进的加压过程描述为：
1、表面破碎：滚刀与岩石的接触压力远小于岩石硬度，切削刀具不能压入岩石时；岩石的破碎是由接触摩擦引起，此时，钻进速度低；这种变形破碎方式称为岩石的表面破碎区；
2、疲劳破碎：钻压继续增加，但仍小于岩石硬度，切削刀具使岩石晶间联系破坏，多次加载疲劳裂隙发展从多裂隙交错产生岩粒分离，此时，称为疲劳破碎区；
3、体积破碎：钻压进一步增加，切削刀具接触应力大于岩石硬度，切削刀具有效切入岩石，切下岩屑，称为体积破碎，此时会分离出大块岩石，破碎效果好；
而且，采用机械手作业方式替代常规的人工吊运方式，简化了操作流程、提高了作业效率，而且整个操作过程中不需要动力头摆动角度，从而有助于延长动力头的使用寿命；并且在操作过程中，操作人员直接在作业平台上对接钻杆，安装螺栓，方便直观，夹紧器上的摆动油缸与滚动件结合，可方便的对钻杆进行旋转，以对准螺栓安装孔位，从而提高了安装精度和效率，提高了连接的可靠性。
同时，动力头采用电机进行驱动，不但结构简单、驱动方便，而且能够产生更大的扭矩；
另外，钻杆利用配风装置中分配轴和分配套的配合设计，使得风管分别经由分配轴的侧面和顶部导入，从而简单方便的增加了独立气源，从而可以安装更多独立的风管；直列风管的上下两端均活动插入滑动外筒内，因此在作业过程中具有滑移抗冲击变载荷的作用，有效的避免因刚性连接产生的疲劳应力，防止风管与钻杆之间发生开裂漏气；采用多根排渣支管独立作业，相互之间互不干涉和影响，在混合均匀后再一起回流混合在一根排渣管内排出，从而使得整个返浆排渣过程中压力分配均匀，提高返浆排渣效果；
而且钻杆的钻头利用多个交错设置的排渣口对刀盘下方的作业面形成全覆盖，从而加快了对泥浆渣的排出，无论何处的泥浆均可及时通过附近的排渣口快速导出，从而降低了泥浆与刀具之间的无效磨损，延长了钻头的使用寿命；同时，同一刀盘的同心环面上同时设置滚刀和刮刀，并且设计了不同的安装高度，使得面对不同的地质情况时，均能够快速的应对，无需停机更换刀具。
最后，增加了钻杆移动装置，能够方便的为整个系统提供钻杆，且钻杆移动装置对钻杆采用了竖向设置方式，从而使得空间占用面积更小；并且有利于机械手直接进行夹持，无需额外配备吊机进行辅助施工，不但降低了施工成本，而且提高了施工效率；同时，当遇到恶劣气候环境时，可方便的将钻杆捆扎在一起，从而提高了抗风浪的能力。
附图说明
图1为本发明一种竖向复合式掘进工艺的结构示意图。
图2为本发明一种竖向复合式掘进工艺的局部机构示意图。
图3为本发明一种竖向复合式掘进工艺的局部结构示意图。
图4为本发明一种竖向复合式掘进工艺的图3的另一视角示意图。
图5～11为本发明一种竖向复合式掘进工艺的钻杆转移时的流程示意图。
图12为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的立体结构示意图。
图13为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的侧视图。
图14为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的图13的D-D剖视图。
图15为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的夹紧器处的局部放大图(去除改动油缸和作业平台板)。
图16为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的夹紧器处的局部放大图。
图17为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的图16的A-A剖视图。
图18为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的图16的B-B剖视图。
图19为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的图16的C-C剖视图。
图20为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手的滚动件和钻杆的局部放大示意图。
图21为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手上人时的状态示意图。
图22为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手对准钻杆时的状态示意图。
图23为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手抓取钻杆时的状态示意图。
图24为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手钻杆脱离底座时的状态示意图。
图25为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手钻杆连接时的状态示意图。
图26为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的机械手离开钻杆时的状态示意图。
图27为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的钻杆组件的结构示意图。
图28为本发明一种竖向复合式掘进工艺中钻头的结构示意图。
图29为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的的钻杆的结构示意图。
图30为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的的图29的局部放大图。
图31为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的钻杆组件的过渡接头的结构示意图。
图32为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的钻杆组件的混合联接筒的结构示意图。
图33为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的钻杆组件的图32的A-A剖视图。
图34为本发明一种竖向复合式掘进工艺中的钻杆组件的图33的B-B剖视图。
其中：
机械手101、钻杆移动装置102、钻机底盘103、封口平台104、钻杆组件105、龙门架106、翻转油缸107、动力头108、升降台109、液压油缸110；
钻头支架1、刀盘2、环状支撑架3、轴承4、钻杆5、过渡接头6、导向段7、联接筒8、混合联接筒9；
排渣管一1.1；
排渣口2.1、滚刀2.2、刮刀2.3、边刀2.4、
外筒5.1、上法兰5.2、下法兰5.3、上固定盘5.4、下固定盘5.5、穿孔5.6、直列风管5.7、滑动外筒5.8、密封圈5.9、排渣管二5.10；
连接锥筒6.1、上小法兰盘6.2、下大法兰盘6.3、过渡风管6.4、排渣管三6.5、排渣支管一6.6、排渣连接锥管6.7；
上法兰盘9.1、下法兰盘9.2、排渣支管二9.3、末端风管9.4、加强筋板9.5、进气套9.6、进气孔9.7；
基座1-1、支架1-2、回转机构1-3、伸缩机构1-4、斜撑油缸1-5、平衡件1-6、连接件1-7、平衡油缸1-8、夹紧器1-9、摆动油缸1-10、横臂1-11、作业平台板1-12、滚动件1-13；
减速电机1-3-1、主动齿轮1-3-2、回转轴1-3-3、固定齿圈1-3-4。
钻杆仓2-1、托架2-2、万向轮2-3、油缸一2-4、油缸二2-5、油缸三2-6、油缸四2-7、油缸五2-8。
具体实施方式
参见图1～34，本发明涉及的一种竖向复合式掘进工艺，所述系统包含有钻机底盘103，机械手101安装于钻机底盘103上，所述钻杆移动装置102位于钻机底盘103上旁，两个封口平台104滑动设置于钻机底盘103上，且两个封口平台104之间竖向夹持有钻杆组件105，龙门架106安装于钻机底盘103上，龙门架106的竖杆内侧竖向设置有导轨，横向水平设置的升降台109的左右两端分别滑动于龙门架106两侧导轨内，竖向设置的液压油缸110的活塞杆与升降台109相连接，安装于升降台109上的动力头108驱动钻杆组件105；
所述龙门架106的底部通过销轴与钻机底盘103相铰接，翻转油缸107的两端分别与龙门架106和钻机底盘103相铰接(一般而言，翻转油缸107的缸座与钻机底盘103相铰接，翻转油缸107的活塞杆与龙门架106相铰接)；
具体的讲，所述钻杆移动装置102包含有钻杆仓2-1，所述钻杆仓2-1内设置有多个托架2-2，多个托架2-2横向排布成两排，所述托架2-2的底部安装有多个万向轮2-3，钻杆5竖向搁置于托架2-2上，所述钻杆仓2-1底部设置有环形结构的导轨，所述托架2-2底部的万向轮2-3滑动于导轨内，所述钻杆仓2-1内设置有油缸一2-4、油缸二2-5、油缸三2-6、油缸四2-7和油缸五2-8，所述油缸一2-4和油缸四2-7竖向设置，且油缸一2-4和油缸四2-7分别位于钻杆仓2-1的两端，所述油缸二2-5和油缸三2-6横向设置且位于上排托架2-2的下方，所述油缸五2-8横向设置且位于下排托架的下方，所述托架2-2的底部设置有供油缸的活塞杆插入的推动块；
所述机械手101包含有固定于钻机底盘103上的基座1-1，所述基座1-1顶部的回转机构1-3安装有支架1-2，伸缩机构1-4通过横向设置的销轴铰接于支架1-2上，所述伸缩机构1-4的伸缩臂上安装有平衡件1-6，斜撑油缸1-5左右对称设置有两组，且斜撑油缸1-5的缸座铰接于支架1-2，斜撑油缸1-5的伸缩臂铰接于伸缩机构1-4上；
上述平衡件1-6通过一横向设置的销轴铰接有连接件1-7，所述连接件1-7通过一竖向设置的销轴与夹紧器1-9相铰接，平衡油缸1-8的缸座铰接于平衡件1-6上，所述平衡油缸1-8的伸缩臂与连接件1-7相铰接，摆动油缸1-10的缸座铰接于连接件1-7，所述摆动油缸1-10的伸缩臂与夹紧器1-9相铰接，所述夹紧器1-9为U形结构，且夹紧器1-9的U形开口端上铰接有横臂1-11，所述夹紧器1-9和横臂1-11上设置有多个滚动件1-13；
具体讲，所述伸缩机构1-4为内置有伸缩油缸的箱梁结构，且伸缩油缸得到缸座和活塞杆分别与固定臂和伸缩臂相铰接；上述斜撑油缸1-5的伸缩臂铰接于伸缩机构1-4的固定臂上；
进一步的，所述支架1-2的底部通过回转轴1-3-3转动安装于基座1-1上，所述基座1-1上固定有一固定齿圈1-3-4，且回转轴1-3-3和固定齿圈1-3-4同轴设置，所述支架1-2上安装有减速电机1-3-1，所述减速电机1-3-1的输出轴竖向向下套装有主动齿轮1-3-2，所述主动齿轮1-3-2与固定齿圈1-3-4相啮合，从而通过减速电机1-3-1驱动支架1-2水平旋转；
进一步的，所述夹紧器1-9上安装有作业平台板1-12，方便操作人员进行作业；
所述钻杆组件105包含有多根钻杆5，多根钻杆5竖向串联构成钻杆组件，动力头驱动钻杆组件旋转；位于钻杆组件最底部一级的钻杆5连接于过渡接头6的顶部，所述过渡接头6的底部经由导向段7和联接筒8与混合联接筒9相连接；导向段7的外壁上通过轴承4套装有环状支撑架3，混合联接筒9底部连接有钻头支架1，所述钻头支架1的底面为刀盘2，所述刀盘2上安装有多个刀具；所述刀盘2上设置有多个长圆形结构的排渣口2.1，且长圆形结构的排渣口2.1沿刀盘2的径向交错布置，多个排渣口2.1随刀盘2旋转时扫过刀盘2正下方的整个作业面；
所述钻杆5包含有外筒5.1，所述外筒5.1的顶部和底部分别安装有上法兰5.2和下法兰5.3，所述上法兰5.2和下法兰5.3内分别嵌置有上固定盘5.4和下固定盘5.5，所述上固定盘5.4和下固定盘5.5之间竖向穿接有排渣管二5.10，所述上固定盘5.4和下固定盘5.5上分别设置有多个穿孔5.6，穿孔5.6内穿接有直列风管5.7，
优选的，所述上固定盘5.4的下底面和下固定盘5.5的上底面上均对应固定设置有多个滑动外筒5.8，上述直列风管5.7的顶部和底部插置于滑动外筒5.8内；且直列风管5.7的外壁与滑动外筒5.8的内壁之间设置有密封圈5.9；从而使得直列风管5.7与上固定盘5.4的下底面和下固定盘5.5之间不是刚性连接，避免应力传递，防止开裂漏气；
进一步的，位于钻杆组件最顶部的钻杆5通过上法兰5.2固定连接至配风轴3上，位于钻杆组件最底部的钻杆5通过下法兰5.3固定连接至过渡接头6的上小法兰盘6.2上；
进一步的，所述过渡接头6包含有上小法兰盘6.2和下大法兰盘6.3，连接锥筒6.1的上开口端固定连接于上小法兰盘6.2上，小开口端固定连接于下大法兰盘6.3上，所述上小法兰盘6.2和下大法兰盘6.3之间穿接有多根过渡风管6.4，多根过渡风管6.4的顶部与位于钻杆组件最底部的钻杆5内的多根直列风管5.7一一对应且相连通，连接锥筒6.1内设置有排渣管三6.5、排渣支管一6.6和排渣连接锥管6.7，所述排渣管三6.5的顶部连接于上小法兰盘6.2上，且排渣管三6.5与位于钻杆组件最底部的钻杆5内的排渣管二5.10相连通，多根排渣支管一6.6的底部连接于下大法兰盘6.3上，且多根排渣支管一6.6顶部经排渣连接锥管6.7汇集连通至排渣管三6.5；
即排渣支管一6.6的顶部连通至排渣连接锥管6.7的底部大头段，所述排渣连接锥管6.7的顶部小头端连通至排渣管三6.5；
进一步的，所述过渡风管6.4穿过联接筒8后连通至混合联接筒9内穿接的末端风管9.4，多根排渣支管一6.6分别穿过联接筒8后连通至混合联接筒9内的排渣支管二9.3；
所述混合联接筒9包含有上法兰盘9.1和下法兰盘9.2，所述上法兰盘9.1和下法兰盘9.2之间连接有多块加强筋板9.5，设置于上法兰盘9.1和下法兰盘9.2之间的多根排渣支管二9.3的顶部分别与多根排渣支管一6.6相对应连通，穿接于上法兰盘9.1上的多根末端风管9.4与过渡风管6.4相连通；所述排渣支管二9.3的底部外壁上套装有进气套9.6，所述排渣支管二9.3的底部设置有多个进气孔9.7，通过进气孔9.7使得排渣支管二9.3内的管腔与进气套9.6内的腔体相连通，所述进气套9.6与末端风管9.4相连通，从而导入高压进气经由进气套9.6和进气孔9.7进入排渣支管二9.3内与泥浆混合；排渣支管二9.3的底部与排渣管一1.1相连通，且排渣支管二9.3与排渣管一1.1一一对应匹配相连；
本发明中钻杆组件105的钻孔步骤为：
环状支撑架3的外壁与钻孔的孔壁相接触，高压气体分别通过多根风管竖向导入到钻杆的底部，每根风管分别与一竖向设置的排渣支管相连通，通入排渣支管内的高压气体与管内的泥浆混合后向上排出，并且多根排渣支管在过渡接头内部汇集至同一排渣管后统一向上排出；
具体的讲，上述钻具系统中包含的钻头包含有钻头支架1，所述钻头支架1的底面为刀盘2，所述刀盘2上安装有多个刀具；所述刀盘2上设置有多个长圆形结构的排渣口2.1，且长圆形结构的排渣口2.1沿刀盘2的径向交错布置，多个排渣口2.1随刀盘2旋转时扫过刀盘2正下方的整个作业面；所述钻头支架1内设置有多根排渣管一1.1，所述排渣管一1.1的底部截面为长圆形结构，且排渣管一1.1的底部与长圆形结构的排渣口2.1相连通，排渣管一1.1由底部网上截面渐变直至达到顶部时截面为圆形结构，且排渣管一1.1底部的长圆形结构的面积等于顶部圆形结构的面积，从而使得吸入排渣管一1.1的泥浆等体积导出；
所述刀具包含有滚刀2.2、刮刀2.3和边刀2.4，多个滚刀2.2和多个刮刀2.3交错排布于一与刀盘2同心设置的环面上，且刮刀2.3的刃口高于滚刀2.3最低端；使用时，利用滚刀2.2破碎硬度较高的岩体，当遇到粘性地质层时，粘性物质被滚刀2.2带起后可由后续旋转赶上来的刮刀2.3切割撕裂，从而保证应对各种不同的地质层；所述边刀2.4包含有斜向设置的刀架、以及斜向外安装于刀架上的滚刀；从而避免钻孔边缘的岩石对刀架造成卡滞、甚至损伤；
本发明竖向复合式掘进工艺步骤为：
步骤1、钻杆5就位：一托架2-2位于钻杆仓2-1左上角的工作位；
步骤2、利用机械手101夹持钻杆5并移动至钻杆组件105处进行组装；
步骤2.1、钻杆5抓取；横臂1-11打开的同时斜撑油缸1-5动作使得伸缩机构1-4斜向上动作至水平状态，随后，回转机构1-3旋转使得夹紧器1-9的开口端对准钻杆5，伸缩机构1-4动作带动U形结构的夹紧器1-9的开口端包裹钻杆5；
步骤2.2、提升；关闭横臂1-11，斜撑油缸1-5动作使得伸缩机构1-4斜向上动作，从而带动钻杆5脱离开底座；
步骤2.3、转移；回转机构1-3旋转，从而带动钻杆5移动至钻杆组件105处的安装位；
步骤2.4、定位；先利用夹紧器1-9上的摆动油缸1-10摆动微调，使得钻杆5对准动力头108的中心，然后再利用夹紧器1-9和横臂1-11上安装的多个滚动件1-13旋转钻杆5使得螺栓孔上下对准；
步骤2.5、脱离；钻杆5通过螺栓链接后，操作人员打开横臂1-11，随后伸缩机构1-4收缩离开钻杆5；
步骤3、油缸一2-4动作，将空的托架2-2推动至钻杆仓2-1左下角的空余位；
步骤4、油缸二2-5动作，使得上排托架2-2中紧靠工作位的托架2-2带着其上的钻杆5移动至工作位；
步骤5、油缸三2-6动作，油缸三2-6的活塞杆拉动上排托架2-2中最右端的托架2-2，从而带动上排托架2-2中剩余的托架2-2均向左移动，使得钻杆仓2-1的右上角成为一个空位；
步骤6、油缸四2-7动作，将下排托架2-2中最右端的托架2-2向上推动至钻杆仓2-1的右上角的空位；
步骤7、油缸五2-8动作，油缸五2-8活塞杆拉动下排托架2-2中最左端的空的托架2-2，从而使得空的托架2-2推动下排托架2-2中的剩余托架2-2向右移动；
步骤8、返回步骤1；
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述工艺步骤为：
步骤1、液压油缸通过升降平台对钻杆施加向下的压力，钻杆将压力传导至钻头的嵌岩作业面上；动力头通过钻杆驱动钻头向下掘进钻孔；
步骤2、当钻杆向下行程达到最大位置时，动力头停止工作，松开动力头与最上端钻杆的连接；
步骤3、钻杆就位：竖向装载有钻杆的托架位于钻杆仓左上角的工作位；
步骤4、利用机械手夹持钻杆并移动至动力头和最上端钻杆之间进行组装；
步骤5、油缸一动作，将空的托架推动至钻杆仓左下角的空余位；
步骤6、油缸二动作，使得上排托架中紧靠工作位的托架带着其上的钻杆移动至工作位；
步骤7、油缸三动作，油缸三的活塞杆拉动上排托架中最右端的托架，从而带动上排托架中剩余的托架均向左移动，使得钻杆仓的右上角成为一个空位；
步骤8、油缸四动作，将下排托架(2-2)中最右端的托架(2-2)向上推动至钻杆仓(2-1)的右上角的空位；
步骤9、油缸五(2-8)动作，油缸五(2-8)活塞杆拉动下排托架(2-2)中最左端的空的托架(2-2)，从而使得空的托架(2-2)推动下排托架(2-2)中的剩余托架(2-2)向右移动；
步骤10、返回步骤1。
2.如权利要求1所述一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：
所述步骤1的局部具体步骤为：
步骤1.1、表面破碎：钻头工作面上的切削刀具与岩石的接触压力小于岩石硬度时，切削刀具不能压入岩石时，岩石的破碎由接触摩擦引起；
步骤1.2、疲劳破碎：液压油缸加压使得钻头工作面上的钻压继续增加，但接触压力仍小于岩石硬度，切削刀具使岩石晶间联系破坏；
步骤1.3、体积破碎：液压油缸加压使得钻头工作面上的钻压进一步增加，切削刀具与岩石的接触压力大于岩石硬度，切削刀具切入岩石，切下岩屑实现破碎。
3.如权利要求1所述一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述工艺基于一种竖向复合式掘进系统，所述系统包含有钻机底盘(103)，机械手(101)安装于钻机底盘(103)上，所述钻杆移动装置(102)位于钻机底盘(103)上旁，两个封口平台(104)滑动设置于钻机底盘(103)上，且两个封口平台(104)之间竖向夹持有钻杆组件(105)，龙门架(106)安装于钻机底盘(103)上，且龙门架(106)上的动力头(108)驱动钻杆组件(105)；所述龙门架(106)的底部通过销轴与钻机底盘(103)相铰接，翻转油缸(107)的两端分别与龙门架(106)和钻机底盘(103)相铰接；龙门架(106)的竖杆内侧竖向设置有导轨，横向水平设置的升降台(109)的左右两端分别滑动于龙门架(106)两侧导轨内，竖向设置的液压油缸(110)的活塞杆与升降台(109)相连接，安装于升降台(109)上的动力头(108)驱动钻杆组件(105)。
4.如权利要求3所述一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述机械手(101)包含有固定于钻机底盘(103)上的基座(1-1)，所述基座(1-1)顶部的回转机构(1-3)安装有支架(1-2)，伸缩机构(1-4)通过横向设置的销轴铰接于支架(1-2)上，所述伸缩机构(1-4)的伸缩臂上安装有平衡件(1-6)，斜撑油缸(1-5)左右对称设置有两组，且斜撑油缸(1-5)的缸座铰接于支架(1-2)，斜撑油缸(1-5)的伸缩臂铰接于伸缩机构(1-4)上；
上述平衡件(1-6)通过一横向设置的销轴铰接有连接件(1-7)，所述连接件(1-7)通过一竖向设置的销轴与夹紧器(1-9)相铰接，平衡油缸(1-8)的缸座铰接于平衡件(1-6)上，所述平衡油缸(1-8)的伸缩臂与连接件(1-7)相铰接，摆动油缸(1-10)的缸座铰接于连接件(1-7)，所述摆动油缸(1-10)的伸缩臂与夹紧器(1-9)相铰接，所述夹紧器(1-9)为U形结构，且夹紧器(1-9)的U形开口端上铰接有横臂(1-11)，所述夹紧器(1-9)和横臂(1-11)上设置有多个滚动件(1-13)；
所述步骤2的具体步骤为：
步骤2.1、钻杆(5)抓取；横臂(1-11)打开的同时斜撑油缸(1-5)动作使得伸缩机构(1-4)斜向上动作至水平状态，随后，回转机构(1-3)旋转使得夹紧器(1-9)的开口端对准钻杆(5)，伸缩机构(1-4)动作带动U形结构的夹紧器(1-9)的开口端包裹钻杆(5)；
步骤2.2、提升；关闭横臂(1-11)，斜撑油缸(1-5)动作使得伸缩机构(1-4)斜向上动作，从而带动钻杆(5)脱离开底座；
步骤2.3、转移；回转机构(1-3)旋转，从而带动钻杆(5)移动至钻杆组件(105)处的安装位；
步骤2.4、定位；先利用夹紧器(1-9)上的摆动油缸(1-10)摆动微调，使得钻杆(5)对准动力头(108)的中心，然后再利用夹紧器(1-9)和横臂(1-11)上安装的多个滚动件(1-13)旋转钻杆(5)使得螺栓孔上下对准；
步骤2.5、脱离；钻杆(5)通过螺栓链接后，操作人员打开横臂(1-11)，随后伸缩机构(1-4)收缩离开钻杆(5)。
5.如权利要求4所述一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述伸缩机构(1-4)为内置有伸缩油缸的箱梁结构，且伸缩油缸得到缸座和活塞杆分别与固定臂和伸缩臂相铰接；上述斜撑油缸(1-5)的伸缩臂铰接于伸缩机构(1-4)的固定臂上。
6.如权利要求4所述一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述支架(1-2)的底部通过回转轴(1-3-3)转动安装于基座(1-1)上，所述基座(1-1)上固定有一固定齿圈(1-3-4)，且回转轴(1-3-3)和固定齿圈(1-3-4)同轴设置，所述支架(1-2)上安装有减速电机(1-3-1)，所述减速电机(1-3-1)的输出轴竖向向下套装有主动齿轮(1-3-2)，所述主动齿轮(1-3-2)与固定齿圈(1-3-4)相啮合，从而通过减速电机(1-3-1)驱动支架(1-2)水平旋转。
7.如权利要求3所述一种竖向复合式掘进工艺，其特征在于：所述钻杆移动装置(102)包含有钻杆仓(2-1)，所述钻杆仓(2-1)内设置有多个托架(2-2)，多个托架(2-2)横向排布成两排，所述托架(2-2)的底部安装有多个万向轮(2-3)，钻杆(5)竖向搁置于托架(2-2)上，所述钻杆仓(2-1)底部设置有环形结构的导轨，所述托架(2-2)底部的万向轮(2-3)滑动于导轨内，所述钻杆仓(2-1)内设置有油缸一(2-4)、油缸二(2-5)、油缸三(2-6)、油缸四(2-7)和油缸五(2-8)，所述油缸一(2-4)和油缸四(2-7)竖向设置，且油缸一(2-4)和油缸四(2-7)分别位于钻杆仓(2-1)的两端，所述油缸二(2-5)和油缸三(2-6)横向设置且位于上排托架(2-2)的下方，所述油缸五(2-8)横向设置且位于下排托架的下方，所述托架(2-2)的底部设置有供油缸的活塞杆插入的推动块。
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