CN111075366B - 坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，包括水便、后扶正与拧卸机构、回转器、机余钻杆、孔口钻杆和夹持器，所述夹持器用于上卸钻杆时夹紧孔口钻杆，回转器夹紧机余钻杆并带动其回转，实现机余钻杆与孔口钻杆以及机余钻杆与水便的丝扣拧卸，所述后扶正与拧卸机构安装在回转器的后端，所述水便的中间为扁窄结构或外方结构，所述后扶正与拧卸机构包括底板、浮动机构、扶正机构、卡钳板和定位马达。本发明通过扶正机构可将钻杆摆动控制在较小范围，有效提高钻孔质量，避免了钻机失稳，浮动机构补偿可避免丝扣损伤，钻杆自动上卸能有效改善上卸水便导致的恶劣作业环境，降低工人劳动强度，增加安全性。

Description

坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法

技术领域

本发明涉及钻探装备的技术领域，尤其涉及一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法。

背景技术

回转器是坑道钻机主要执行部件，所用钻杆杆径均小于回转器主轴通孔直径，在高速回转过程中，极易产生摆动，引起钻孔质量不佳，甚至钻机失稳。故需对钻杆进行扶正，限制钻杆摆动量。

坑道钻机多采用清水或水基泥浆作为钻孔介质，进行钻头冷却、润滑，携带岩粉，护理孔壁等，甚至作为孔底动力的能量来源，而泥浆通过水便、钻杆输送至井底。正常钻进及孔内事故处理过程中，需频繁上卸水便，且在孔内憋压或钻遇含水地层的情况时，水便拧卸后会产生泥浆倒喷，作业环境恶劣，工人劳动强度大，安全性难以保证。

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，研究设计出一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法，能解决坑道钻机钻杆回转摆动导致钻孔质量差、钻机失稳及频繁上卸水便导致的作业环境差、劳动强度大、安全性差的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，包括水便、后扶正与拧卸机构、回转器、机余钻杆、孔口钻杆和夹持器，所述夹持器用于上卸钻杆时夹紧孔口钻杆，回转器夹紧机余钻杆并带动其回转，实现机余钻杆与孔口钻杆以及机余钻杆与水便的丝扣拧卸，所述后扶正与拧卸机构安装在回转器的后端，所述水便的中间为扁窄结构或外方结构，其特征在于：

所述后扶正与拧卸机构包括底板、浮动机构、扶正机构、卡钳板和定位马达，所述底板安装在回转器的后端，所述浮动机构为多组且两端分别连接底板和扶正机构，所述定位马达安装于扶正机构并卡钳板一端安装在定位马达的输出轴上，从而定位马达的转动能驱动卡钳板进行转动，所述卡钳板的中部设有与水便扁窄处或外方结构配合的方形卡口。

其中：所述卡钳板的另一端设有向扶正板延伸的圆筒状的销轴部，所述销轴部设有供定位销轴穿固的销轴孔，所述扶正机构上对应设有定位销孔，卡钳板转动至销轴部的销轴孔与定位销孔同心时，用定位销轴固定卡钳板，防止拧卸扣过程中产生转动。

其中：以及两个限位座，分别安装在卡钳板的方形卡口两侧，所述水便扁窄处或外方结构设有限位销孔，所述限位座设有销轴孔以配合限位销孔来供一限位销穿固后防止在上卸丝扣时水便甩出。

其中：所述浮动机构共有三组，沿钻杆圆周方向对称分布，各浮动机构包括浮动套、浮动轴、前弹性体和后弹性体，各浮动套的一端安装在底板上，浮动套内设有中空滑动槽且槽底包含供浮动轴的一端伸入的通孔，所述浮动轴伸入浮动套的端部设有贴靠于中空滑动槽内缘的凸缘部，且所述凸缘部和中空滑动槽的槽底之间设有前弹性体，所述凸缘部和底板之间设有后弹性体。

其中：所述扶正机构包括扶正板、扶正轴承和扶正环，所述扶正板为圆环状，其中心设有扶正环，所述扶正环的截面为Π形且容置有扶正轴承从而扶正环在扶正板内转动。

其中：所述扶正环采用耐磨材料制成，机余钻杆穿过扶正环中心与水便联接。

其中：机余钻杆与扶正环为间隙配合，从而将机余钻杆跳动进行有效控制且实现坑道钻机钻杆的后扶正功能。

还公开了一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：钻机钻完一个回次后，定位马达正转驱动卡钳板转动至与回转器中心同心位置，卡钳板卡在水便扁窄处或外方结构；

第二步：夹持器松开，回转器夹紧机余钻杆正转，机余钻杆与水便丝扣卸开，回转器向后移动至机余钻杆与水便丝扣完全脱开；

第三步：拔出定位销，定位马达反转驱动卡钳板转动，水便移离钻杆中心，钻机进行正常上杆作业，新加钻杆丝扣与孔口钻杆丝扣应无重合部分；

第四步：钻机上杆后，新加的钻杆成为机余钻杆，定位马达正转驱动卡钳板转动，水便跟随转动至钻杆中心；

第五步：回转器夹紧机余钻杆反转，机余钻杆与水便丝扣拧紧，定位马达反转驱动卡钳板移离孔口，钻机进行正常钻杆上扣作业。

通过上述内容可知，本发明的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法具有如下效果：

1、有效提高钻孔质量，避免了钻机失稳，还能有效改善上卸水便导致的作业环境，减少劳动强度，提高安全性能。

2、遭遇复杂地层或转速较高钻杆产生径向摆动时，扶正环可将钻杆摆动控制在较小的范围内(即扶正环与钻杆间隙)，并随钻杆转动，实现钻杆后扶正功能。

3、浮动机构补偿丝扣上卸过程中钻杆与水便接头距离的减小和增加，避免丝扣损伤，配合定位马达和回转器转动，实现水便自动上卸，改善作业环境，降低工人劳动强度，增加安全性。

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显示了本发明的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置及方法的结构示意图。

图2显示了本发明中后扶正与拧卸机构的结构示意图。

图3显示了本发明中浮动机构和扶正机构的结构示意图。

图4显示了本发明中坑道钻机正常钻进时后扶正与拧卸机构的示意图。

图5显示了本发明中坑道钻机上卸水便时后扶正与拧卸机构的示意图。

图6显示了本发明中坑道钻机连接水便前或卸开水便后时后扶正与拧卸机构的示意图。

附图标记：

1-水便，2-后扶正与拧卸机构，3-回转器，4-机余钻杆，5-孔口钻杆，6-夹持器，21-底板，22-浮动机构，23-扶正机构，24-定位销，25-限位座，26-限位销，27-卡钳板，28-定位马达，221-浮动套，222-浮动轴，223-前弹性体，224-后弹性体，231-扶正板，232-扶正轴承，233-扶正环。

具体实施方式

参见图1至图3，显示了本发明的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置。

所述坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置包括水便1、后扶正与拧卸机构2、回转器3、机余钻杆4、孔口钻杆5和夹持器6，所述夹持器6为常闭结构，以用于上卸钻杆时夹紧孔口钻杆5，回转器3夹紧机余钻杆4并带动其回转，实现机余钻杆4与孔口钻杆5以及机余钻杆4与水便1的丝扣拧卸，其中，所述回转器3可沿机余钻杆4的轴心方向进行直线移动，所述后扶正与拧卸机构2安装在回转器3的后端，并与回转中心同心，所述回转器3靠近孔口为前端，反之为后端，所述水便1的中间为扁窄结构或外方结构。

其中，本发明的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置均设置于工作台上，工作台上设有平行设置的两导轨，回转器3的底部可设有两对应导轨的导槽，以实现回转器的前后移动，所述夹持器6位于工作台的前端。

其中，所述后扶正与拧卸机构2包括底板21、浮动机构22、扶正机构23、定位销24、限位座25、限位销26、卡钳板27和定位马达28，所述浮动机构22包括浮动套221、浮动轴222、前弹性体223和后弹性体224，所述扶正机构23包括扶正板231、扶正轴承232和扶正环233，所述底板21可通过螺钉等固定安装在回转器3的后端，所述浮动机构为多组且两端分别连接底板和扶正机构，优选的是，所述浮动机构22共有三组，沿钻杆圆周方向对称分布，各浮动机构的浮动套221的一端安装在底板21上，浮动套221内设有中空滑动槽且槽底包含供浮动轴222的一端伸入的通孔，所述浮动轴222伸入浮动套221的端部设有贴靠于中空滑动槽内缘的凸缘部，且所述凸缘部和中空滑动槽的槽底之间设有前弹性体223，所述凸缘部和底板21之间设有后弹性体224，优选的所述前弹性体223和后弹性体224为压缩弹簧，所述浮动轴222的另一端可通过螺钉与扶正板231连接，所述扶正板231为圆环状，其中心设有扶正环233，所述扶正环的截面为Π形且容置有扶正轴承232，从而扶正环233能在扶正板231内转动，且三个浮动轴222能提供前轴的弹性浮动功能。

所述定位马达28安装在扶正板231上，卡钳板27为板状且一端可通过螺钉等安装在定位马达28的输出轴上，从而定位马达28的转动能驱动卡钳板27进行转动，所述卡钳板27的另一端设有向扶正板231延伸的圆筒状的销轴部，所述销轴部设有供定位销轴24穿固的销轴孔，所述扶正板231上对应销轴部设有定位销孔，所述卡钳板27的中部设有与水便1扁窄处或外方结构配合的方形卡口，从而卡钳板转动至销轴部与定位销孔相对时可用定位销轴24固定，卡钳板27的方形卡口与水便1扁窄处或外方结构的尺寸配合，可限制水便转动，所述限位座25为两个且分别安装在卡钳板27的方形卡口两侧，所述水便1扁窄处或外方结构对应设有限位销孔，所述限位座25设有销轴孔以配合限位销孔供限位销26穿固后防止在上卸丝扣时水便甩出。

由此，本发明中扶正机构的扶正轴承安装在扶正板孔中心，扶正环与扶正轴承及扶正板配合安装，可绕孔中心转动，所述扶正环采用耐磨材料。机余钻杆穿过扶正环中心与水便联接，机余钻杆与扶正环为间隙配合，钻进过程中，遭遇复杂地层或转速较高钻杆产生径向跳动时，扶正环一方面将机余钻杆跳动控制在较小的范围内(即扶正环与机余钻杆的间隙)，另一方面随机余钻杆转动，实现坑道钻机钻杆的后扶正功能。

本发明中，浮动机构的浮动套与浮动轴配合，浮动轴的凸缘部两端分别安装前、后弹性体，浮动轴在外力作用下，可压缩前、后弹性体沿轴线方向移动。卡钳板的方形卡口卡住水便后，回转器正转实现水便与机余钻杆卸扣，回转器反转实现水便与机余钻杆上扣。上卸扣过程中，回转器夹紧机余钻杆，卡钳卡住水便，浮动机构补偿丝扣上卸过程中钻杆与水便接头距离的减小和增加，避免丝扣损伤。

进一步地，上扣时，机余钻杆与水便接头距离减小至丝扣重合，水便带动卡钳板、扶正机构及浮动轴压缩前弹性体，整体向回转器前端方向移动；卸扣时，钻杆与水便接头距离增大，水便带动卡钳板、扶正机构及浮动轴压缩后弹性体，整体向回转器后端方向移动。

更进一步地，前、后弹性体的压缩量应不小于机余钻杆、水便的丝扣长度。从而通过设置不同内径的扶正轴承、扶正环，可实现不同直径钻杆的扶正。

参见图4至图6所示，本发明还涉及一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸方法，该方法可包括以下步骤：

第一步：钻机钻完一个回次后，定位马达正转驱动卡钳板转动至与回转器中心同心位置，卡钳板卡在水便扁窄处或外方结构，插入定位销及限位销，限制水便转动，避免水便甩出；

第二步：夹持器松开，回转器夹紧机余钻杆正转，机余钻杆与水便丝扣卸开，回转器向后移动至机余钻杆与水便丝扣完全脱开；

第三步：拔出定位销，定位马达反转驱动卡钳板转动，水便移离钻杆中心，钻机进行正常上杆作业，新加钻杆丝扣与孔口钻杆丝扣应无重合部分；

第四步：钻机上杆后，新加的钻杆成为机余钻杆，定位马达正转驱动卡钳板转动，水便跟随转动至钻杆中心，插入定位销；

第五步：回转器夹紧机余钻杆反转，机余钻杆与水便丝扣拧紧，拔出限位销及定位销，定位马达反转驱动卡钳板移离孔口，钻机进行正常钻杆上扣作业。

第六步：以上为正常钻进过程的操作步骤，提钻过程不需频繁上卸水便，事故处理需进行冲孔时步骤同上，故不赘述。

由此可见，本发明的优点在于：

1、有效提高钻孔质量，避免了钻机失稳，还能有效改善上卸水便导致的作业环境，减少劳动强度，提高安全性能。

2、遭遇复杂地层或转速较高钻杆产生径向摆动时，扶正环可将钻杆摆动控制在较小的范围内(即扶正环与钻杆间隙)，并随钻杆转动，实现钻杆后扶正功能。

3、浮动机构补偿丝扣上卸过程中钻杆与水便接头距离的减小和增加，避免丝扣损伤，配合定位马达和回转器转动，实现水便自动上卸，改善作业环境，降低工人劳动强度，增加安全性。

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 (6)

1.一种坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，包括水便、后扶正与拧卸机构、回转器、机余钻杆、孔口钻杆和夹持器，所述夹持器用于上卸钻杆时夹紧孔口钻杆，回转器夹紧机余钻杆并带动其回转，实现机余钻杆与孔口钻杆以及机余钻杆与水便的丝扣拧卸，所述后扶正与拧卸机构安装在回转器的后端，所述水便的中间为扁窄结构或外方结构，其特征在于：

所述后扶正与拧卸机构包括底板、浮动机构、扶正机构、卡钳板和定位马达，所述底板安装在回转器的后端，所述浮动机构为多组且两端分别连接底板和扶正机构，所述定位马达安装于扶正机构且卡钳板的一端安装在定位马达的输出轴上，从而定位马达的转动能驱动卡钳板进行转动，所述卡钳板的中部设有与水便扁窄处或外方结构配合的方形卡口；

所述扶正机构包括扶正板、扶正轴承和扶正环，所述扶正板为圆环状，其中心设有扶正环，所述扶正环的截面为Π形且容置有扶正轴承从而扶正环在扶正板内转动所述卡钳板的另一端设有向扶正板延伸的圆筒状的销轴部，所述销轴部设有供定位销轴穿固的销轴孔，所述扶正机构上对应设有定位销孔，卡钳板转动至销轴部的销轴孔与定位销孔同心时，用定位销轴固定卡钳板，防止拧卸扣过程中产生转动。

2.如权利要求1所述的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，其特征在于：以及两个限位座，分别安装在卡钳板的方形卡口两侧，所述水便扁窄处或外方结构设有限位销孔，所述限位座设有销轴孔以配合限位销孔来供一限位销穿固后防止在上卸丝扣时水便甩出。

3.如权利要求1所述的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，其特征在于：所述浮动机构共有三组，沿钻杆圆周方向对称分布，各浮动机构包括浮动套、浮动轴、前弹性体和后弹性体，各浮动套的一端安装在底板上，浮动套内设有中空滑动槽且槽底包含供浮动轴的一端伸入的通孔，所述浮动轴伸入浮动套的端部设有贴靠于中空滑动槽内缘的凸缘部，且所述凸缘部和中空滑动槽的槽底之间设有前弹性体，所述凸缘部和底板之间设有后弹性体。

4.如权利要求1所述的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，其特征在于：所述扶正环采用耐磨材料制成，机余钻杆穿过扶正环中心与水便联接。

5.如权利要求1所述的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置，其特征在于：机余钻杆与扶正环为间隙配合，从而将机余钻杆跳动进行有效控制且实现坑道钻机钻杆的后扶正功能。

6.一种如权利要求1-5中任一所述的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸装置的坑道钻机钻杆后扶正与水便自动上卸方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：钻机钻完一个回次后，定位马达正转驱动卡钳板转动至与回转器中心同心位置，卡钳板卡在水便扁窄处或外方结构；

第二步：夹持器松开，回转器夹紧机余钻杆正转，机余钻杆与水便丝扣卸开，回转器向后移动至机余钻杆与水便丝扣完全脱开；

第三步：拔出定位销，定位马达反转驱动卡钳板转动，水便移离钻杆中心，钻机进行正常上杆作业，新加钻杆丝扣与孔口钻杆丝扣应无重合部分；

第四步：钻机上杆后，新加的钻杆成为机余钻杆，定位马达正转驱动卡钳板转动，水便跟随转动至钻杆中心；

第五步：回转器夹紧机余钻杆反转，机余钻杆与水便丝扣拧紧，定位马达反转驱动卡钳板移离孔口，钻机进行正常钻杆上扣作业。

Images