CN111305769B - 一种安全自动进退钻杆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全进退钻杆装置，它包括升降钻机头（3）、用于驱动升降钻机头（3）上下运动的钻机机座（1）、设置于井口顶部的孔口封闭器（8），升降钻机头（3）的输出轴上连接有钻杆卡具（5），钻杆卡具（5）设置于孔口封闭器（8）的正上方，所述孔口封闭器（8）的右侧设置有钻杆旋转供给装置（6），钻杆旋转供给装置（6）上且沿其周向方向设置有多个钻杆装夹装置（11），每根钻杆的顶部均开设有沿轴向设置的锥形内丝（12），每根钻杆（7）的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆（7）的上端部的柱面上开设有钻杆卡槽（10）；它还公开了进退钻杆的方法。本发明的有益效果是：安全可靠、减轻工人劳动强度、提高进退钻杆效率。

Description

一种安全自动进退钻杆装置
技术领域
本发明涉及钻井的技术领域，特别是一种安全进退钻杆装置及方法。
背景技术
目前，随着水电项目的单体体量逐年增大，大坝的帷幕灌浆工程也逐渐变多，传统的钻机人工操作，上钻、卡钻、拉钻、下钻等动作均为人工借助其他辅助机具或工具完成，加之钻杆多为2米左右的合金钻杆，质量重，对工人的体力、耐力都有不小的要求。灌浆廊道的狭窄空间不利于灾害疏散，所以钻机作业的现状伴随着极大的安全问题，每年帷幕灌浆作业都伴随着不少人为事故或者机械事故或致伤残或致死亡。从安全角度来讲需要迫切改变现在的作业面貌。从经济效益来讲，钻机作业现况主要特点体现在上下钻体能消耗大，动作繁琐，动作与动作之间衔接性差，导致碎片化时间多，效率低，体能劳动大，易疲乏，易出现人为失误导致事故发生。
但是在完成上钻杆作业后，钻机开始钻孔，操作人员基本上处于待命状态，钻孔一般时间较长，这段时间的工作利用率相对来说降低了很对。所以现阶段帷幕灌浆一台机组是按2人一组配置，人工成本较高，效益、安全指标却低。因此产生了一种急需解决钻孔作业现况的安全进退钻杆装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、安全可靠、减轻工人劳动强度、提高进退钻杆效率、操作简单的安全进退钻杆装置及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种安全进退钻杆装置，它包括升降钻机头、用于驱动升降钻机头上下运动的钻机机座、设置于井口顶部的孔口封闭器，所述升降钻机头的输出轴上连接有钻杆卡具，钻杆卡具设置于孔口封闭器的正上方，所述孔口封闭器的右侧设置有钻杆旋转供给装置，所述钻杆旋转供给装置上且沿其周向方向设置有多个钻杆装夹装置，每个钻杆装夹装置上均夹持有一根钻杆，每根钻杆的顶部均开设有沿轴向设置的锥形内丝，每根钻杆的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆的上端部的柱面上开设有钻杆卡槽。
所述钻机机座上固设有钻机液压机座，所述钻机液压机座的顶部固设有导向柱。
所述升降钻机头内开设有导向孔，所述导向孔与导向柱滑动配合。
所述钻机机座设置于孔口封闭器的左侧。
它还包括电气控制系统，所述电气控制系统与升降钻机头和钻杆旋转供给装置电连接
所述装置安全自动进退钻杆的方法，它包括以下步骤：
S1、打开电气控制系统上的QF0、QF1、QF2、PLC和步进驱动以及步进电机上电，按下电机保护器NS1，按下电气控制系统上的启动按钮SB2，钻杆液压泵电机运行，升降钻机头上升至上升限位后停止，操作钻杆旋转供给装置回零位，工作指示灯红灯HR亮；
S2、模式一：进杆钻机作业一段，退杆压水灌浆作业一段，具体步骤如下：
S21、按下电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；
S22、解除电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第一根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第一根钻杆的钻杆装夹装置，第一根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；
S23、当第一根钻杆完成工作深度后，通过升降钻机头带动第一根钻杆上提，当第一根钻杆的钻杆卡槽冒出井口后，继续上升至钻杆装夹装置，当接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置自动夹紧；
S24、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，按下停止按钮SB4，等待压水灌浆；
S25、当压水灌浆结束后，重复第S22步动作，当第一根钻杆的钻杆卡槽到达井口后，工人将钻杆定位销插入到钻杆卡槽内，以将第一根钻杆定位固定在井口处，操作钻杆卡具使其锥形头从第一根钻杆上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置旋转45°，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第二根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第二根钻杆的钻杆装夹装置，第二根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；
S3、模式二：进杆钻机作业整个灌浆孔，作业完毕全部退杆，具体操作步骤如下：
S31、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；
S32、除锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第一根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第一根钻杆的钻杆装夹装置，第一根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；
S33、当第一根钻杆完成工作深度后，通过升降钻机头带动第一根钻杆上提，当第一根钻杆的钻杆卡槽冒出井口后，工人将钻杆定位销插入到钻杆卡槽内，以将第一根钻杆定位固定在井口处，操作钻杆卡具使其锥形头从第一根钻杆上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置旋转45°，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第二根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第二根钻杆的钻杆装夹装置，第二根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；
S34、作业完毕后，通过升降钻机头带动第一根钻杆上提，当第二根钻杆的钻杆卡槽冒出井口后，工人将钻杆定位销插入到钻杆卡槽内，以将第二根钻杆定位固定在井口处，用夹具将第一根钻杆与第二根钻杆脱开，脱开后操作升降钻机头使其上升，接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置自动夹紧，夹紧后反向旋转钻杆卡具使其与第一根钻杆脱开，钻杆卡具脱开后钻杆旋转供给装置旋转45°；
S35、不断重复第S34、步，直到所有钻杆全部退出，如此循环操作即可将井内所有的钻杆拆卸下来并另外安置。
本发明具有以下优点：本发明结构紧凑、安全可靠、减轻工人劳动强度、提高进退钻杆效率、操作简单。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为图1的俯视图；
图3 为图1的I部局部放大视图；
图4 为电气控制系统的电气原理图；
图中，1-钻机机座，2-钻机液压机座，3-升降钻机头，4-导向柱，5-钻杆卡具，6-钻杆旋转供给装置，7-钻杆，8-孔口封闭器，9-钻杆定位销，10-钻杆卡槽，11-钻杆装夹装置，12-锥形内丝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1~3所示，一种安全进退钻杆装置，它包括升降钻机头3、用于驱动升降钻机头3上下运动的钻机机座1、设置于井口顶部的孔口封闭器8，所述升降钻机头3的输出轴上连接有钻杆卡具5，钻杆卡具5设置于孔口封闭器8的正上方，所述孔口封闭器8的右侧设置有钻杆旋转供给装置6，所述钻杆旋转供给装置6上且沿其周向方向设置有多个钻杆装夹装置11，每个钻杆装夹装置11上均夹持有一根钻杆7，每根钻杆7的顶部均开设有沿轴向设置的锥形内丝12，每根钻杆7的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆7的上端部的柱面上开设有钻杆卡槽10。
如图1所示，所述钻机机座1上固设有钻机液压机座2，所述钻机液压机座2的顶部固设有导向柱4，所述升降钻机头3内开设有导向孔，所述导向孔与导向柱4滑动配合。所述钻机机座1设置于孔口封闭器8的左侧。它还包括电气控制系统，所述电气控制系统与升降钻机头3和钻杆旋转供给装置6电连接
所述装置安全自动进退钻杆的方法，它包括以下步骤：
S1、打开电气控制系统上的QF0、QF1、QF2、PLC和步进驱动以及步进电机上电，按下电机保护器NS1，按下电气控制系统上的启动按钮SB2，钻杆液压泵电机运行，升降钻机头3上升至上升限位后停止，操作钻杆旋转供给装置6回零位，工作指示灯红灯HR亮；
S2、模式一：进杆钻机作业一段，退杆压水灌浆作业一段，具体步骤如下：
S21、按下电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；
S22、解除电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第一根钻杆7的锥形内丝12中，随后松开夹持第一根钻杆7的钻杆装夹装置11，第一根钻杆7穿过孔口封闭器8进入到井口；
S23、当第一根钻杆7完成工作深度后，通过升降钻机头3带动第一根钻杆7上提，当第一根钻杆7的钻杆卡槽10冒出井口后，继续上升至钻杆装夹装置11，当接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置11自动夹紧；
S24、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，按下停止按钮SB4，等待压水灌浆；
S25、当压水灌浆结束后，重复第S22步动作，当第一根钻杆7的钻杆卡槽10到达井口后，工人将钻杆定位销9插入到钻杆卡槽10内，以将第一根钻杆7定位固定在井口处，操作钻杆卡具5使其锥形头从第一根钻杆7上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置6旋转45°，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第二根钻杆7的锥形内丝12中，随后松开夹持第二根钻杆7的钻杆装夹装置11，第二根钻杆7穿过孔口封闭器8进入到井口；
S3、模式二：进杆钻机作业整个灌浆孔，作业完毕全部退杆，具体操作步骤如下：
S31、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；
S32、除锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第一根钻杆7的锥形内丝12中，随后松开夹持第一根钻杆7的钻杆装夹装置11，第一根钻杆7穿过孔口封闭器8进入到井口；
S33、当第一根钻杆7完成工作深度后，通过升降钻机头3带动第一根钻杆7上提，当第一根钻杆7的钻杆卡槽10冒出井口后，工人将钻杆定位销9插入到钻杆卡槽10内，以将第一根钻杆7定位固定在井口处，操作钻杆卡具5使其锥形头从第一根钻杆7上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置6旋转45°，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第二根钻杆7的锥形内丝12中，随后松开夹持第二根钻杆7的钻杆装夹装置11，第二根钻杆7穿过孔口封闭器8进入到井口；
S34、作业完毕后，通过升降钻机头3带动第一根钻杆7上提，当第二根钻杆7的钻杆卡槽10冒出井口后，工人将钻杆定位销9插入到钻杆卡槽10内，以将第二根钻杆7定位固定在井口处，用夹具将第一根钻杆与第二根钻杆脱开，脱开后操作升降钻机头3使其上升，接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置11自动夹紧，夹紧后反向旋转钻杆卡具5使其与第一根钻杆脱开，钻杆卡具5脱开后钻杆旋转供给装置6旋转45°；
S35、不断重复第S34、步，直到所有钻杆全部退出，如此循环操作即可将井内所有的钻杆拆卸下来并另外安置。
由此可知，整个钻进和退杆作业中，动作与动作之间通过电气控制系统来控制，衔接性高，从而极大减少了碎片化时间，提高了进退钻杆效率，减轻了工人的劳动强度。此外，减少了人工参与量，提高了进退钻杆的安全性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种安全自动进退钻杆的方法，其特征在于，采用一种安全进退钻杆装置进行钻杆进退操作，包括以下步骤：
S1、打开电气控制系统上的QF0、QF1、QF2、PLC和步进驱动以及步进电机上电，按下电机保护器NS1，按下电气控制系统上的启动按钮SB2，钻杆液压泵电机运行，升降钻机头（3）上升至上升限位后停止，操作钻杆旋转供给装置（6）回零位，工作指示灯红灯HR亮；
S2、模式一：进杆钻机作业一段，退杆压水灌浆作业一段，具体步骤如下：
S21、按下电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；
S22、解除电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第一根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第一根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第一根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；
S23、当第一根钻杆（7）完成工作深度后，通过升降钻机头（3）带动第一根钻杆（7）上提，当第一根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）冒出井口后，继续上升至钻杆装夹装置（11），当接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置（11）自动夹紧；
S24、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，按下停止按钮SB4，等待压水灌浆；
S25、当压水灌浆结束后，重复第S22步动作，当第一根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）到达井口后，工人将钻杆定位销（9）插入到钻杆卡槽（10）内，以将第一根钻杆（7）定位固定在井口处，操作钻杆卡具（5）使其锥形头从第一根钻杆（7）上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置（6）旋转45°，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第二根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第二根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第二根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；
S3、模式二：进杆钻机作业整个灌浆孔，作业完毕全部退杆，具体操作步骤如下：
S31、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；
S32、除锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第一根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第一根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第一根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；
S33、当第一根钻杆（7）完成工作深度后，通过升降钻机头（3）带动第一根钻杆（7）上提，当第一根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）冒出井口后，工人将钻杆定位销（9）插入到钻杆卡槽（10）内，以将第一根钻杆（7）定位固定在井口处，操作钻杆卡具（5）使其锥形头从第一根钻杆（7）上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置（6）旋转45°，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第二根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第二根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第二根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；
S34、作业完毕后，通过升降钻机头（3）带动第一根钻杆（7）上提，当第二根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）冒出井口后，工人将钻杆定位销（9）插入到钻杆卡槽（10）内，以将第二根钻杆（7）定位固定在井口处，用夹具将第一根钻杆与第二根钻杆脱开，脱开后操作升降钻机头（3）使其上升，接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置（11）自动夹紧，夹紧后反向旋转钻杆卡具（5）使其与第一根钻杆脱开，钻杆卡具（5）脱开后钻杆旋转供给装置（6）旋转45°；
S35、不断重复第S34步，直到所有钻杆全部退出，如此循环操作即可将井内所有的钻杆拆卸下来并另外安置。
2.一种安全进退钻杆装置，基于权利要求1所述的一种安全自动进退钻杆的方法，其特征在于，它包括升降钻机头（3）、用于驱动升降钻机头（3）上下运动的钻机机座（1）、设置于井口顶部的孔口封闭器（8），其特征在于：所述升降钻机头（3）的输出轴上连接有钻杆卡具（5），钻杆卡具（5）设置于孔口封闭器（8）的正上方，所述孔口封闭器（8）的右侧设置有钻杆旋转供给装置（6），所述钻杆旋转供给装置（6）上且沿其周向方向设置有多个钻杆装夹装置（11），每个钻杆装夹装置（11）上均夹持有一根钻杆（7），每根钻杆（7）的顶部均开设有沿轴向设置的锥形内丝（12），每根钻杆（7）的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆（7）的上端部的柱面上开设有钻杆卡槽（10）；所述钻机机座（1）上固设有钻机液压机座（2），所述钻机液压机座（2）的顶部固设有导向柱（4）；所述升降钻机头（3）内开设有导向孔，所述导向孔与导向柱（4）滑动配合。
3.根据权利要求2所述的一种安全进退钻杆装置，其特征在于：所述钻机机座（1）设置于孔口封闭器（8）的左侧。
4.根据权利要求2所述的一种安全进退钻杆装置，其特征在于：它还包括电气控制系统，所述电气控制系统与升降钻机头（3）和钻杆旋转供给装置（6）电连接。
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