CN109707366A - 一种钻机角度在线精确测控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻机角度在线精确测控装置及方法，所述的测控装置包括显示屏、钻机本体，参数测量传感器装置；所述的参数测量传感器装置安装在钻机本体的各个工作机构上；所述的参数测量传感器装置与显示屏之间通过电缆连接；所述的参数测量传感器装置包括以下任意一种或几种的组合：倾角传感器、方位角传感器、横滚俯仰角传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、位移传感器。其优点表现在：本发明的一种钻机角度在线精确测控装置及方法，能够实现快速开孔，并能快速精确测量并调整角度，安全性好，钻孔效率高，节省人力成本。

Description

一种钻机角度在线精确测控装置及方法

技术领域

本发明涉及钻机角度技术领域，具体地说，是一种钻机角度在线精确测控装置及方法。

背景技术

随着经济建设的飞速发展，工程机械技术领域取得了显著的进步，其中，钻机是在地质勘探中，带动钻具朝任意方向钻进，获取实物地质资料的机械设备。如地下煤矿开采过程中，由于煤层赋存条件复杂多变，重大瓦斯事故时常发生，因此，为预防煤矿局部瓦斯安全事故，做到瓦斯有效抽采与利用，需要在挖掘前使用抽放钻机打探测孔，对矿井下的瓦斯进行探测、释放及利用，以避免瓦斯爆炸事故的发生。

然而，现有技术中关于煤矿井下瓦斯治理钻孔所使用的钻机存在以下缺陷和足：

首先，我国每年煤矿井下瓦斯治理钻孔工程巨大，目前几乎所有的煤矿部采用的都是传统的人工丈量方法标定倾角和方位角，操作程序相当繁琐，稳钻时间长，精度低。即如何快速精确监测控制开孔倾角和方位角成为本领域急需解决的问题。

其次，操纵钻机时，由于对矿井地面坡度等参数不清，常因坡度过大而翻覆；对液压系统油温、系统压力掌握不准确，造成判断失误，急需一种精确监测系统，以供钻工在钻孔作业中做出准确判断。

中国专利文献CN201510911421.4，申请日20151211，专利名称为：一种自行走可变角瓦斯钻机，公开了一种自行走可变角瓦斯钻机，属于煤矿井下设备，瓦斯钻机底盘设置有履带，履带端部设置有底盘升降支架，钻机底盘上面设置有钻机头升降油缸，钻机头底部周边设置有多个抱箍，底盘升降油缸和钻机头升降油缸均与液压装置连接。

上述专利文献的自行走可变角瓦斯钻机，避免瓦斯钻探过程中使用占地大的专用升降设备，为瓦斯钻机配备移动行走装置，通过设置升降装置，能够提高或降低钻机的高度，提高瓦斯钻机的便利性。但是，关于一种能够快速精确测量钻孔倾角和方位角，同时便于准确判断各项参数的技术方案则未见相应的公开。

综上所述，亟需一种能够快速开孔，并能快速精确测量并调整角度的测控装置，而关于这种测控装置目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种能够快速开孔，并能快速精确测量并调整角度的测控装置。

本发明的再一的目的是，提供一种钻机在线测量装置。

本发明的另一的目的是，提供一种钻机角度在线精确测控装置的测量方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种钻机角度在线精确测控装置，所述的测控装置包括显示屏、钻机本体，参数测量传感器装置；所述的参数测量传感器装置安装在钻机本体的各个工作机构上；所述的参数测量传感器装置与显示屏之间通过电缆连接；所述的参数测量传感器装置包括以下任意一种或几种的组合：倾角传感器、方位角传感器、横滚俯仰角传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、位移传感器；

所述的倾角传感器用于测量钻孔倾角；所述的方位角传感器用于测量钻孔方位角；所述的横滚俯仰传感器用于测量钻机横滚角和俯仰角；所述的温度传感器用于测量液压系统油温；所述的压力传感器用于测量液压系统压力；所述的转速传感器用于测量动力头输出转速；所述的位移传感器用于测量动力头位移。

作为一种优选的技术方案，所述的显示屏、倾角传感器、方位角传感器、横滚俯仰角传感器、温度传感器、压力传感器均是本质安全型“i”保护的设备或由隔爆外壳“d”保护的设备。

作为一种优选的技术方案，所述的倾角传感器安装在钻机本体的钻臂上，将钻臂的倾角信号转换成电信号。

作为一种优选的技术方案，所述的测量装置还包括电源，所述的电源可以是外部输入电源，内置动力电池，内置可充电蓄电池。

作为一种优选的技术方案，所述的方位角传感器置于钻机本体上的钻臂上，或者方位角传感器至于钻机本体的下回转器的转动部的任意位置；将钻臂的方位角信号转换成电信号。

作为一种优选的技术方案，所述的电缆为矿用电缆。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

一种钻机在线测量装置，所述的测量装置包括行走机构；所述的行走机构上安装工作平台；所述的工作平台的一端安装操作台；所述的操作台上设有显示屏；所述操作台的一侧安装油箱；所述的工作平台的另一端安装钻臂；所述的钻臂上安装动力头；所述的测控装置还设有基座，所述的基座包括下回转器，提升油缸、滑动轴承座、上回转器、支撑油缸组成；所述的滑动轴承座设置在下回转器上；所述的滑动轴承座中安装有提升油缸和支撑油缸；所述的支撑油缸共有两个，提升油缸介于两个支撑油缸之间；所述的滑动轴承座的一侧面安装上回转器。提升油缸带动滑动轴承座以及钻机主机进行升降运动，实现钻孔高度自动调节。

作为一种优选的技术方案，所述的操作台由高度集成的多路阀，压力表等组成，集成了冷却水接口，高压水接口，高压气体接口。

作为一种优选的技术方案，所述的操作台上还设有调整控制区、转换阀、打钻控制区，通过转换阀将打钻和姿态调节设为互锁的安全模式。

为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：

一种钻机角度在线精确测控装置的测量方法，所述的测量方法包括以下步骤：

步骤S1、操作钻机调至目标孔位；

步骤S2、先对钻机后端进行上支撑调姿态，然后对钻机前端进行上支撑调节动力头的位置；

步骤S3、通过显示屏观察参数测量传感器装置的各项参数进行辅助操作；

步骤S4、将动力头调整至目标参数位置的姿态后，进行下钻和起钻的操作，直至钻孔完成。

本发明优点在于：

1、本发明的一种钻机角度在线精确测控装置及方法，能够实现快速开孔，并能快速精确测量并调整角度，安全性好，钻孔效率高，节省人力成本。

2、通过设计倾角传感器测量钻孔倾角，测量精确，克服了传统技术中人工测量钻孔倾角不准确的问题。

3、通过将倾角传感器和方位角传感共同使用，使得钻孔位置具有定位作用。

4、通过参数测量传感器装置，能够全面地监测钻孔的各项参数，钻孔质量好，安全性高，且提高了钻孔效率。

附图说明

附图1是实施例1中的测控装置的结构框图。

附图2是实施例2中的测控装置的结构框图。

附图3是实施例3中的测控装置的结构框图。

附图4是实施例4中的测控装置的结构框图。

附图5是实施例5中的测控装置的结构框图。

附图6是实施例6中的测控装置的结构框图。

附图7是实施例7中的测控装置的结构框图。

附图8是实施例8中的测控装置的结构框图。

附图9是实施例9中的测控装置的结构框图。

附图10是实施例10中的钻机在线测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.电源 2.显示屏

3.参数测量传感器装置 31.倾角传感器

32.方位角传感器 33.横滚俯仰角传感器

34.温度传感器 35.压力传感器

37.转速传感器 38.位移传感器

4.行走机构 41.钢制履带

5.工作平台 6.泵站

7.操作台 71.调整控制区

72.打钻控制区 8.油箱

9.基座 91.下回转器

92.提升油缸 93.滑动轴承座

94.支撑油缸 10.动力头

11.钻臂

实施例1

请参照图1，图1是实施例1中的测控装置的结构框图。一种钻机角度在线精确测控装置，所述的测控装置包括钻机本体、显示屏2、倾角传感器31；所述的显示屏2设置在钻机本体的操作台7上；所述的倾角传感器31置于钻机本体上的钻臂11上；所述的倾角传感器31与显示屏2之间通过电缆连接；所述的倾角传感器31用于测量钻孔与水平面的夹角。

该实施例需要说明的是：通过设计倾角传感器31测量钻孔倾角，测量精确，克服了传统技术中人工测量钻孔倾角不准确的问题。

实施例2

请参照图2，图2是实施例2中的测控装置的结构框图。一种钻机角度在线精确测控装置，所述的测控装置包括钻机本体、显示屏2、方位角传感器32；所述的显示屏2设置在钻机本体行的操作台7上；所述的方位角传感器32置于钻机本体上的钻臂11上，或者方位角传感器至于钻机本体的下回转器的转动部的任意位置；所述的方位角传感器32用于测量钻孔方位角。本实施例中通过方位角传感器32，使得测量方位更加准确，保证钻孔分布均匀，不易造成串孔现象。

该实施例需要说明的是：通过设计方位角传感器32测量钻孔倾角，测量精确，克服了传统技术中人工测量钻孔方位角不准确的问题。

实施例3

请参照图3，图3是实施例3中的测控装置的结构框图。一种钻机角度在线精确测控装置，所述的测控装置包括钻机本体、显示屏2、倾角传感器31、方位角传感器32；所述的显示屏2设置在钻机本体行的操作台7上；所述的倾角传感器31和方位角传感器32均置于钻机本体上的钻臂11上。

该实施例需要说明的是，该实施例中，通过将倾角传感器31和方位角传感共同使用，使得钻孔位置具有定位作用。

实施例4

请参照图4，图4是实施例4中的测控装置的结构框图。本实施例中，所述的测控装置包括横滚俯仰角传感器33，所述的横滚俯仰角传感器33用于测量钻机横滚角和俯仰角；同时监视钻机自身状态，在横滚角和俯仰角超过设计值的时候可报警，避免钻机因角度过大翻覆。

该实施例需要说明的是：通过设置横滚俯仰传感器，确保钻机能够稳定持续的进行钻孔工作，提高钻孔效率。

实施例5

请参照图5，图5是实施例5中的测控装置的结构框图。本实施例中，所述的测控装置包括温度传感器34；所述的温度传感器34用于监视测量液压系统油温，当液压系统油温过高时可以报警，避免设备超负荷运行。

该实施例需要说明的是：通过温度传感器34，能够实现对温度进行监测，使得钻机使用寿命长。

实施例6

请参照图6，图6是实施例6中的测控装置的结构框图。本实施例中，所述的测控装置包括压力传感器35，所述的压力传感器35用于监视测量液压系统工作压力，为钻工提供参考信息。

该实施例需要说明的是：通过压力传感器35，能够监测油压，保证钻机各工作机构稳定工作。

实施例7

请参照图7，图7是实施例7中的测控装置的结构框图。本实施例中，所述的测控装置包括转速传感器36，所述的转速传感器36用于监视测量动力头10(钻机主回转机构)转速。

该实施例需要说明的是：通过转速传感器36，能够判定转速大小，使得钻孔质量好。

实施例8

请参照图8，图8是实施例8中的测控装置的结构框图。本实施例中，所述的测控装置包括位移传感器37，所述的位移传感器37监视测量动力头10与钻臂11相对位移。

该实施例需要说明是：通过位移传感器37，能够精确判定钻孔位置，钻孔快速而精准。

实施例9

请参照图9，图9是实施例9中的测控装置的结构框图。一种钻机角度在线精确测控装置，所述的测控装置包括电源1、显示屏2、参数测量传感器装置3；所述的参数测量传感器装置3将理信号转换为电信号经电缆传输至显示屏2，显示屏2接收到电信号并经处理计算，并显示结果；所述的参数测量传感器装置3包括倾角传感器31、方位角传感器32、横滚俯仰角传感器33、温度传感器34、压力传感器35、转速传感器36、位移传感器37；所述的电源1可以是外部输入电源1，内置动力电池，内置可充电蓄电池等；所谓内置可以只内置于显示屏2，也可以同时内置于显示屏2和传感器。

所述的显示屏2、倾角传感器31、方位角传感器32、横滚俯仰角传感器33、温度传感器34、压力传感器35均是本质安全型“i”保护的设备或由隔爆外壳“d”保护的设备。

所述的倾角传感器31用于测量钻孔倾角；所述的方位角传感器32用于测量钻孔方位角；所述的横滚俯仰传感器用于测量钻机横滚角和俯仰角；所述的温度传感器34用于测量液压系统油温；所述的压力传感器35用于测量液压系统压力；所述的转速传感器36用于测量动力头10输出转速；所述的位移传感器37用于测量动力头10位移。

该实施例需要说明的是：通过参数测量传感器装置3，实现快速开孔，并能快速精确测量并调整角度，安全性好，钻孔效率高。

实施例10

请参照图10，图10是实施例10中的钻机在线测量装置的结构示意图。一种钻机在线测量装置，所述的测量装置包括行走机构4；所述的行走机构4上安装工作平台5；所述的工作平台5的一端安装操作台7；所述的操作台7上设有显示屏2；所述操作台7的一侧安装油箱8；所述的工作平台5的另一端安装钻臂11；所述的钻臂11上安装动力头10。

本实施例中的行走机构4中设有钢制履带41，具备足够支撑力；并在行走机构4中设有两个双速液压马达，可实现变速自动行驶，并可在30度以下的爬坡能力，有效解决传统钻机难翻越的问题。

本实施例中的操作台7是钻机的控制装置，由高度集成的多路阀，压力表等组成，集成了冷却水接口，高压水接口，高压气体接口，可随时切换，操作简单方便。所述的操作台7上还设有调整控制区71、转换阀、打钻控制区72，通过转换阀将打钻和姿态调节设为互锁的安全模式，有效避免误操作。

本实施例中的测量装置设有泵站6，泵站6采用防爆电机提供动力，并直连传动双联柱塞泵，为钻机液压机构提供动力。直连传动效率更高，安全可靠。而传统钻机采用皮带形式提供动力，存在安全隐患。

本实施例中的测量装置设有基座9，所述的基座9包括下回转器91，提升油缸92、滑动轴承座93、上回转器、支撑油缸94组成；所述的滑动轴承座93设置在下回转器91上；所述的滑动轴承座93中安装有提升油缸92和支撑油缸94；所述的支撑油缸94共有两个，提升油缸92介于两个支撑油缸94之间；所述的滑动轴承座93的一侧面安装上回转器。提升油缸92带动滑动轴承座93以及钻机主机进行升降运动，实现钻孔高度自动调节。满足不同高度钻孔需求。所述的下回转器91实现钻机平面360°自动旋转功能；所述的上回转器实现钻机立面360°自动旋转功能。所述的上回转器和下回转器91相配合，可实现空间范围内任一方向的旋转，满足任一夹角和倾角和钻孔需求；所述的支撑油缸94可向上支撑，当支撑油缸94的上部与巷道顶板抵接时，可为钻机提供强有力的支撑。所述的提升油缸92和支撑油缸94提供液压锁，在系统失去动力时，能保持原状态，避免发生安全事故。

本实施例中动力头10配备无极调速变量马达，实现无极调速功能，使得钻机钻孔强劲有力，能适用于各种地质结构的钻孔作业。动力头10上设有卡盘，卡盘采用液压机械的结构形式，使用寿命长，使用成本低，降低安全风险。所述的动力头10一端安装长臂式液压夹持器，在钻机作业过程中，若遇失电、失压等突发异常情况，会自动制动转矩，防止动力头10失压后坠的安全事故的发生。

本发明的一种钻机角度在线精确测控装置的测量方法，所述的测量方法包括以下步骤：

步骤S1、操作钻机调至目标孔位；

步骤S2、先对钻机后端进行上支撑调姿态，然后对钻机前端进行上支撑调节动力头10的位置；

步骤S3、通过显示屏2观察参数测量传感器装置3的各项参数进行辅助操作；

步骤S4、将动力头10调整至目标参数位置的姿态后，进行下钻和起钻的操作，直至钻孔完成。

本发明的一种钻机角度在线精确测控装置及方法，能够实现快速开孔，并能快速精确测量并调整角度，安全性好，钻孔效率高，节省人力成；通过设计倾角传感器31测量钻孔倾角，测量精确，克服了传统技术中人工测量钻孔倾角不准确的问题；通过将倾角传感器31和方位角传感共同使用，使得钻孔位置具有定位作用；通过参数测量传感器装置3，能够全面地监测钻孔的各项参数，钻孔质量好，安全性高，且提高了钻孔效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钻机角度在线精确测控装置，其特征在于，所述的测控装置包括显示屏、钻机本体，参数测量传感器装置；所述的参数测量传感器装置安装在钻机本体的各个工作机构上；所述的参数测量传感器装置与显示屏之间通过电缆连接；所述的参数测量传感器装置包括以下任意一种或几种的组合：倾角传感器、方位角传感器、横滚俯仰角传感器、温度传感器、压力传感器、转速传感器、位移传感器；

所述的倾角传感器用于测量钻孔倾角；所述的方位角传感器用于测量钻孔方位角；所述的横滚俯仰传感器用于测量钻机横滚角和俯仰角；所述的温度传感器用于测量液压系统油温；所述的压力传感器用于测量液压系统压力；所述的转速传感器用于测量动力头输出转速；所述的位移传感器用于测量动力头位移。

2.根据权利要求1所述的钻机角度在线精确测控装置，其特征在于，所述的显示屏、倾角传感器、方位角传感器、横滚俯仰角传感器、温度传感器、压力传感器均是本质安全型“i”保护的设备或由隔爆外壳“d”保护的设备。

3.根据权利要求1所述的钻机角度在线精确测控装置，其特征在于，所述的倾角传感器安装在钻机本体的钻臂上，将钻臂的倾角信号转换成电信号。

4.根据权利要求1所述的钻机角度在线精确测控装置，其特征在于，所述的测量装置还包括电源，所述的电源可以是外部输入电源，内置动力电池，内置可充电蓄电池。

5.根据权利要求1所述的钻机角度在线精确测控装置，其特征在于，所述的方位角传感器置于钻机本体上的钻臂上，或者方位角传感器至于钻机本体的下回转器的转动部的任意位置；将钻臂的方位角信号转换成电信号。

6.根据权利要求1所述的钻机角度在线精确测控装置，其特征在于，所述的电缆为矿用电缆。

7.一种钻机在线测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括行走机构；所述的行走机构上安装工作平台；所述的工作平台的一端安装操作台；所述的操作台上设有显示屏；所述操作台的一侧安装油箱；所述的工作平台的另一端安装钻臂；所述的钻臂上安装动力头；所述的测控装置还设有基座，所述的基座包括下回转器，提升油缸、滑动轴承座、上回转器、支撑油缸组成；所述的滑动轴承座设置在下回转器上；所述的滑动轴承座中安装有提升油缸和支撑油缸；所述的支撑油缸共有两个，提升油缸介于两个支撑油缸之间；所述的滑动轴承座的一侧面安装上回转器；提升油缸带动滑动轴承座以及钻机主机进行升降运动，实现钻孔高度自动调节。

8.根据权利要求7所述的钻机在线测量装置，其特征在于，所述的操作台由高度集成的多路阀，压力表组成，集成了冷却水接口，高压水接口，高压气体接口。

9.根据权利要求7所述的钻机在线测量装置，其特征在于，所述的操作台上还设有调整控制区、转换阀、打钻控制区，通过转换阀将打钻和姿态调节设为互锁的安全模式。

10.一种钻机角度在线精确测控装置的测量方法，其特征在于，所述的测量方法包括以下步骤：

步骤S1、操作钻机调至目标孔位；

步骤S2、先对钻机后端进行上支撑调姿态，然后对钻机前端进行上支撑调节动力头的位置；

步骤S3、通过显示屏观察参数测量传感器装置的各项参数进行辅助操作；

步骤S4、将动力头调整至目标参数位置的姿态后，进行下钻和起钻的操作，直至钻孔完成。