CN111485886A - 一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，当安装下级支撑筒时，升降底座将下级支撑筒抬升，使下级支撑筒的自锁连接公头与上级的自锁连接母头连接自锁后，上级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头脱离；然后升降底座继续抬升下级支撑筒，使下级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与下级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头；下方支撑筒在升起过程中可通过向上方支撑筒的支护模块施加作用力，使支护杆自动展开。本发明可随着钻头向上钻挖，逐级安装支撑筒，实现支撑筒之间的自锁连接，及支护杆自动展开，保持了钻孔机构工作受力稳定，全程无需人工手动操作，且结构简单可靠，安装拆卸方便。

Description

一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置

技术领域

本发明涉及钻井设备领域，具体来说是一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置。

背景技术

目前，煤炭等矿井开采逐渐向深层和复杂地层发展，对深层和复杂地层资源安全高效开采技术和装备提出了更高的要求和新的挑战。传统的由上而下的钻孔方式会导致钻孔的土壤岩石不易运走，会降低钻挖效率。为了提高矿井孔洞的开挖效率，出现了与传统由上而下采挖方式相反的挖掘方式。在矿井中由下向上钻挖，钻挖掉的岩土由于重力很容易分离，可以大大提高开挖效率。但由下向上钻挖深度过深，钻头直径大于支撑筒直径，容易导致机构受力失稳，会大大减少使用寿命，而且矿井下人工手动操作非常不方便。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，可随着钻头向上钻挖，逐级安装支撑筒，实现支撑筒之间的自锁连接，及支护杆自动展开，保持了钻孔机构工作受力稳定，全程无需人工手动操作，且结构简单可靠，安装拆卸方便。

技术方案：本发明提出一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，包括起重平台模块和多个支撑筒；所述多个支撑筒包括1级支撑筒、2级支撑筒、…、N-1级支撑筒和N级支撑筒，其中N≥2；所述1级支撑筒、2级支撑筒、…、N-1级支撑筒和N级支撑筒由上到下依次排列安装，支撑在钻头下方；

所述起重平台模块包括升降底座和设置在升降底座上方的若干个支撑连接公头；

每个所述支撑筒的筒体顶部设置有若干个自锁连接公头；每个所述支撑筒的筒体底部设置有与自锁连接公头对应的若干个自锁连接母头；所述支撑筒的筒体侧壁设置有与支撑连接公头对应的支撑连接母头；

所述钻头的底部设置有与自锁连接公头对应的若干个自锁连接母头；

当安装1级支撑筒时，首先将1级支撑筒置于所述升降底座上，所述升降底座抬升使1级支撑筒的自锁连接公头与钻头的自锁连接母头连接自锁；然后所述升降底座继续抬升1级支撑筒，使1级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与1级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头；然后升降底座下降；

当i-1级支撑筒安装完成后，i-1级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头连接，其中N≥i≥2；

当安装i级支撑筒时，所述升降底座将i级支撑筒抬升，使i级支撑筒的自锁连接公头与i-1级的自锁连接母头连接自锁后，i-1级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头脱离；然后所述升降底座继续抬升i级支撑筒，使i级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与i级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头；然后升降底座下降；

任意一个或多个所述支撑筒上还设置有支护模块；所述支护模块包括支护杆；

当i-1级支撑筒上设置有支护模块，则

安装i级支撑筒前，支护杆处于收缩状态；安装i级支撑筒后，支护杆转换为展开状态。

进一步，所述支护模块还包括传动机构；所述支护杆连接传动机构的输出端；

当i-1级支撑筒上设置有支护模块，则i级支撑筒的筒体顶部还设置有推杆；

安装i级支撑筒时，推杆上升与传动机构的输入端连接；推杆通过传动机构驱动支护杆展开。

进一步，当i-1级支撑筒上设置有支护模块，该支护模块的传动机构包括

设置在i-1级支撑筒的筒壁上的滑道；所述滑道平行于i-1级支撑筒的轴心线；

设置在滑道内的第一压缩弹簧；所述第一压缩弹簧的上端固定在滑道顶部，且可沿滑道伸缩滑动；

设置在滑道内的齿条；所述齿条的上端连接所述第一压缩弹簧的下端，且可沿滑道滑动；所述齿条的齿布置在齿条的沿i-1级支撑筒的径向向外一侧；

中间齿轮；所述中间齿轮与齿条啮合连接；所述中间齿轮的转轴安装在支撑筒的筒壁上；

外齿轮；所述外齿轮与中间齿轮啮合连接；所述外齿轮的转轴安装在支撑筒的筒壁上；所述支护杆的上端连接在外齿轮上；

安装i级支撑筒前，支护杆的下端靠近支撑筒的筒壁，处于收缩状态；

安装i级支撑筒时，i级支撑筒的筒体顶部的推杆上升，沿滑道底部伸入滑道与齿条的下端相接，推动齿条上移，带动中间齿轮及外齿轮转动，使支护杆转动展开。

进一步，所述支撑连接公头包括水平液压油缸和支撑销；所述水平液压油缸一端固定，另一端连接支撑销；

所述支撑连接母头是设置在每个所述支撑筒的筒体外壁的插槽；

所述水平液压油缸伸出时，支撑销插入插槽内。

进一步，所述自锁连接公头包括固定在支撑筒的筒体顶部的自锁杆；所述自锁杆平行于支撑筒轴心线；所述自锁杆沿支撑筒的径向向外一侧设置有销孔；

所述自锁连接母头包括设置在支撑筒的筒体底部的自锁孔和锁体；所述锁体包括锁舌；所述锁舌可沿自锁孔的径向伸缩，进出自锁孔；所述自锁杆可配合插入自锁孔内；

当所述自锁杆沿自锁孔向上运动，自锁杆上端部与锁舌相接并施加作用力，使锁舌缩回，直至自锁杆向上运动至销孔与锁舌同一高度，锁舌伸出插入销孔中自锁。

进一步，所述锁体还包括平行于锁舌伸缩方向的第二压缩弹簧和平行于锁舌伸缩方向的拉杆；所述拉杆靠近支撑筒的一端固定在锁舌上，另一端伸出至锁体外；所述第二压缩弹簧套装在拉杆外，且靠近支撑筒的一端连接锁舌，另一端连接锁体外壁上；当所述第二压缩弹簧为自然长度时，锁舌的端部伸出在自锁孔内；

当所述自锁杆沿自锁孔向上运动，自锁杆上端部与锁舌相接并施加作用力，使锁舌压缩第二压缩弹簧并缩回，直至自锁杆向上运动至销孔与锁舌同一高度，第二压缩弹簧将锁舌弹出，插入销孔中自锁。

进一步，所述支护杆的下端设置有滚轮。

进一步，所述升降底座上设置有定位座；所述定位座用于定位支撑筒的角度，使自锁连接公头与自锁连接母头，以及支撑连接公头与支撑连接母头一一对应配合。

进一步，所述若干个支撑连接公头对称分布在支撑筒的外周；所述若干自锁连接公头对称分布在支撑筒的外周。

进一步，所述起重平台模块还包括多个竖直的支撑柱和固定在支撑柱上方的支撑台；所述若干个支撑连接公头均安装在支撑台上；

所述升降底座包括起重液压油缸和用于放置支撑筒的托板；所述起重液压油缸驱动托板升降；所述托板上设置有多个导向孔；所述多个导向孔与多个支撑柱一一对应，每个导向孔套装在一个支撑柱外周。

有益效果：本发明可随着钻头向上钻挖，通过起重平台模块逐级起重安装支撑筒，实现支撑筒之间的自锁连接，下方支撑筒在升起过程中可通过向上方支撑筒的支护模块施加作用力，使支护杆自动展开，与矿井内壁相接，用于支护，保持了钻孔机构工作受力稳定，大大改善大直径深孔带来的受力失稳问题，提高了能源资源的安全、高效开发；全程无需人工手动操作，提高效率和降低人工成本，对矿井机械化开拓具有促进作用；此外，本发明结构简单可靠，安装拆卸方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的支撑筒及支护模块的结构示意图；

图3为本发明的具有支护模块的支撑筒的轴测图；

图4为本发明的具有支护模块的支撑筒的俯视图；

图5为本发明的具有支护模块的支撑筒的剖视图；

图6为本发明的未设置支护模块的支撑筒的剖视图；

图7为本发明的起重平台模块的结构示意图；

图8为本发明的升降底座的结构示意图。

具体实施方式

如图1，本发明提出一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，包括起重平台模块和多个支撑筒。

如图7，所述起重平台模块包括升降底座、多个竖直的支撑柱302a和固定在支撑柱302a上方的支撑台302b；所述支撑台302b位于升降底座上方。所述支撑台302b上设置有若干个支撑连接公头。所述支撑连接公头包括水平液压油缸301a和支撑销301b；所述水平液压油缸301a一端固定，另一端连接支撑销301b。

如图8，所述升降底座包括起重液压油缸303a和用于放置支撑筒的托板303b；所述起重液压油缸303a驱动托板303b升降；所述托板303b上设置有多个导向孔303c；所述多个导向孔303c与多个支撑柱302a一一对应，每个导向孔303c套装在一个支撑柱302a外周。

所述多个支撑筒包括1级支撑筒、2级支撑筒、…、N-1级支撑筒和N级支撑筒，其中N≥2；所述1级支撑筒、2级支撑筒、…、N-1级支撑筒和N级支撑筒由上到下依次排列安装，支撑在钻头4下方。

每个所述支撑筒的筒体侧壁设置有与支撑连接公头对应的支撑连接母头。本实施例中所述支撑连接母头是设置在每个所述支撑筒的筒体外壁的环形的插槽202。所述水平液压油缸301a伸出时，支撑销301b插入插槽202内。

每个所述支撑筒的筒体顶部设置有若干个自锁连接公头；所述自锁连接公头包括固定在支撑筒的筒体顶部的自锁杆203；所述自锁杆203平行于支撑筒轴心线；所述自锁杆203沿支撑筒的径向向外一侧设置有销孔203a。

每个所述支撑筒的筒体底部设置有与自锁连接公头对应的若干个自锁连接母头；所述自锁连接母头包括设置在支撑筒的筒体底部的自锁孔204和锁体。所述自锁杆203可配合插入自锁孔204内。

所述锁体包括锁舌205a，还包括平行于锁舌205a伸缩方向的第二压缩弹簧205b和平行于锁舌205a伸缩方向的拉杆205c；所述拉杆205c靠近支撑筒的一端固定在锁舌205a上，另一端伸出至锁体外；所述第二压缩弹簧205b套装在拉杆205c外，且靠近支撑筒的一端连接锁舌205a，另一端连接锁体外壁上。当所述第二压缩弹簧205b为自然长度时，锁舌205a的端部伸出在自锁孔204内；

当所述自锁杆203沿自锁孔204向上运动，自锁杆203上端部与锁舌205a相接并施加作用力，使锁舌205a压缩第二压缩弹簧205b并缩回，直至自锁杆203向上运动至销孔203a与锁舌205a同一高度，第二压缩弹簧205b将锁舌205a弹出，插入销孔203a中自锁。

本实施例中，锁舌205a和/或自锁杆203的接触面上设置有斜坡面，便于自锁杆203上端部与锁舌205a相接并施加作用力，使锁舌205a压缩第二压缩弹簧205b并缩回。

所述钻头4的底部也设置有与自锁连接公头对应的若干个自锁连接母头。

当需要分解两个连接的支撑筒，只需将所述拉杆205c伸出至锁体外的另一端向外拔即可。

当安装1级支撑筒时，首先将1级支撑筒置于所述升降底座上，所述升降底座抬升使1级支撑筒的自锁连接公头与钻头4的自锁连接母头连接自锁；然后所述升降底座继续抬升1级支撑筒，使1级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与1级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头4；然后升降底座下降。

当i-1级支撑筒安装完成后，i-1级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头连接，其中N≥i≥2。

当安装i级支撑筒时，所述升降底座将i级支撑筒抬升，使i级支撑筒的自锁连接公头与i-1级的自锁连接母头连接自锁后，i-1级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头脱离；然后所述升降底座继续抬升i级支撑筒，使i级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与i级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头4；然后升降底座下降。

所述升降底座上设置有定位座303d。所述定位座303d可采用多个定位销，支撑筒底部对应设置定位孔，用于定位支撑筒的角度，使自锁连接公头与自锁连接母头，以及支撑连接公头与支撑连接母头一一对应配合。

如图2至图5，任意一个或多个所述支撑筒上还设置有支护模块；所述支护模块包括支护杆101和传动机构。当i-1级支撑筒上设置有支护模块，该支护模块的传动机构包括

设置在i-1级支撑筒的筒壁上的滑道102；所述滑道102平行于i-1级支撑筒的轴心线；

设置在滑道102内的第一压缩弹簧103；所述第一压缩弹簧103的上端固定在滑道102顶部，且可沿滑道102伸缩滑动；

设置在滑道102内的齿条104；所述齿条104的上端连接所述第一压缩弹簧103的下端，且可沿滑道102滑动；所述齿条104的齿布置在齿条104的沿i-1级支撑筒的径向向外一侧；

中间齿轮105；所述中间齿轮105与齿条104啮合连接；所述中间齿轮105的转轴安装在支撑筒的筒壁上；

外齿轮106；所述外齿轮106与中间齿轮105啮合连接；所述外齿轮106的转轴安装在支撑筒的筒壁上；所述支护杆101的上端连接在外齿轮106上。

当i-1级支撑筒上设置有支护模块，则i级支撑筒的筒体顶部还设置有推杆201。如图6，为便于加工，可在每个支撑筒的筒体顶部设置推杆201，在每个支撑筒的筒体底部设置与推杆201对应的插孔。对于设置有支护模块的支撑筒，滑道102与插孔206连通，设置在插孔206上方。

安装i级支撑筒前，支护杆101的下端靠近支撑筒的筒壁，处于收缩状态；

安装i级支撑筒时，i级支撑筒的筒体顶部的推杆201上升，沿滑道102底部伸入滑道102与齿条104的下端相接，推动齿条104上移，带动中间齿轮105及外齿轮106转动，使支护杆101转动展开，与矿井内壁相接，用于支护，提升稳定性。

实际应用中，可根据需要计算设置有支护模块的支撑筒的比例。通常，每安装3-5个支撑筒后安装一个设置有支护模块的支撑筒即可。

当i-1级支撑筒与i级支撑筒分离时，第一压缩弹簧103推动齿条104下移，带动中间齿轮105及外齿轮106反向转动，使支护杆101转动收缩复位。

所述支护杆101的下端设置有滚轮101a，可降低支护杆101与矿井内壁之间的摩擦力。

本发明可随着钻头4向上钻挖，通过起重平台模块逐级起重安装支撑筒，实现支撑筒之间的自锁连接，下方支撑筒在升起过程中可通过向上方支撑筒的支护模块施加作用力，使支护杆101自动展开，与矿井内壁相接，用于支护，大大改善大直径深孔带来的受力失稳问题，提高了能源资源的安全、高效开发；全程无需人工手动操作，提高效率和降低人工成本，对矿井机械化开拓具有促进作用；此外，本发明结构简单可靠，安装拆卸方便。

Claims (10)

1.一种用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：包括起重平台模块和多个支撑筒；所述多个支撑筒包括1级支撑筒、2级支撑筒、…、N-1级支撑筒和N级支撑筒，其中N≥2；所述1级支撑筒、2级支撑筒、…、N-1级支撑筒和N级支撑筒由上到下依次排列安装，支撑在钻头（4）下方；

所述起重平台模块包括升降底座和设置在升降底座上方的若干个支撑连接公头；

每个所述支撑筒的筒体顶部设置有若干个自锁连接公头；每个所述支撑筒的筒体底部设置有与自锁连接公头对应的若干个自锁连接母头；所述支撑筒的筒体侧壁设置有与支撑连接公头对应的支撑连接母头；

所述钻头（4）的底部设置有与自锁连接公头对应的若干个自锁连接母头；

当安装1级支撑筒时，首先将1级支撑筒置于所述升降底座上，所述升降底座抬升使1级支撑筒的自锁连接公头与钻头（4）的自锁连接母头连接自锁；然后所述升降底座继续抬升1级支撑筒，使1级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与1级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头（4）；然后升降底座下降；

当i-1级支撑筒安装完成后，i-1级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头连接，其中N≥i≥2；

当安装i级支撑筒时，所述升降底座将i级支撑筒抬升，使i级支撑筒的自锁连接公头与i-1级的自锁连接母头连接自锁后，i-1级支撑筒的支撑连接母头与支撑连接公头脱离；然后所述升降底座继续抬升i级支撑筒，使i级支撑筒的支撑连接母头到达支撑连接公头的匹配高度，支撑连接公头与i级支撑筒的支撑连接母头连接，用于支撑钻头（4）；然后升降底座下降；

任意一个或多个所述支撑筒上还设置有支护模块；所述支护模块包括支护杆（101）；

当i-1级支撑筒上设置有支护模块，则

安装i级支撑筒前，支护杆（101）处于收缩状态；安装i级支撑筒后，支护杆（101）转换为展开状态。

2.根据权利要求1所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述支护模块还包括传动机构；所述支护杆（101）连接传动机构的输出端；

当i-1级支撑筒上设置有支护模块，则i级支撑筒的筒体顶部还设置有推杆（201）；

安装i级支撑筒时，推杆（201）上升与传动机构的输入端连接；推杆（201）通过传动机构驱动支护杆（101）展开。

3.根据权利要求2所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：当i-1级支撑筒上设置有支护模块，该支护模块的传动机构包括

设置在i-1级支撑筒的筒壁上的滑道（102）；所述滑道（102）平行于i-1级支撑筒的轴心线；

设置在滑道（102）内的第一压缩弹簧（103）；所述第一压缩弹簧（103）的上端固定在滑道（102）顶部，且可沿滑道（102）伸缩滑动；

设置在滑道（102）内的齿条（104）；所述齿条（104）的上端连接所述第一压缩弹簧（103）的下端，且可沿滑道（102）滑动；所述齿条（104）的齿布置在齿条（104）的沿i-1级支撑筒的径向向外一侧；

中间齿轮（105）；所述中间齿轮（105）与齿条（104）啮合连接；所述中间齿轮（105）的转轴安装在支撑筒的筒壁上；

外齿轮（106）；所述外齿轮（106）与中间齿轮（105）啮合连接；所述外齿轮（106）的转轴安装在支撑筒的筒壁上；所述支护杆（101）的上端连接在外齿轮（106）上；

安装i级支撑筒前，支护杆（101）的下端靠近支撑筒的筒壁，处于收缩状态；

安装i级支撑筒时，i级支撑筒的筒体顶部的推杆（201）上升，沿滑道（102）底部伸入滑道（102）与齿条（104）的下端相接，推动齿条（104）上移，带动中间齿轮（105）及外齿轮（106）转动，使支护杆（101）转动展开。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述支撑连接公头包括水平液压油缸（301a）和支撑销（301b）；所述水平液压油缸（301a）一端固定，另一端连接支撑销（301b）；

所述支撑连接母头是设置在每个所述支撑筒的筒体外壁的插槽（202）；

所述水平液压油缸（301a）伸出时，支撑销（301b）插入插槽（202）内。

5.根据权利要求4所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述自锁连接公头包括固定在支撑筒的筒体顶部的自锁杆（203）；所述自锁杆（203）平行于支撑筒轴心线；所述自锁杆（203）沿支撑筒的径向向外一侧设置有销孔（203a）；

所述自锁连接母头包括设置在支撑筒的筒体底部的自锁孔（204）和锁体；所述锁体包括锁舌（205a）；所述锁舌（205a）可沿自锁孔（204）的径向伸缩，进出自锁孔（204）；所述自锁杆（203）可配合插入自锁孔（204）内；

当所述自锁杆（203）沿自锁孔（204）向上运动，自锁杆（203）上端部与锁舌（205a）相接并施加作用力，使锁舌（205a）缩回，直至自锁杆（203）向上运动至销孔（203a）与锁舌（205a）同一高度，锁舌（205a）伸出插入销孔（203a）中自锁。

6.根据权利要求5所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述锁体还包括平行于锁舌（205a）伸缩方向的第二压缩弹簧（205b）和平行于锁舌（205a）伸缩方向的拉杆（205c）；所述拉杆（205c）靠近支撑筒的一端固定在锁舌（205a）上，另一端伸出至锁体外；所述第二压缩弹簧（205b）套装在拉杆（205c）外，且靠近支撑筒的一端连接锁舌（205a），另一端连接锁体外壁上；当所述第二压缩弹簧（205b）为自然长度时，锁舌（205a）的端部伸出在自锁孔（204）内；

当所述自锁杆（203）沿自锁孔（204）向上运动，自锁杆（203）上端部与锁舌（205a）相接并施加作用力，使锁舌（205a）压缩第二压缩弹簧（205b）并缩回，直至自锁杆（203）向上运动至销孔（203a）与锁舌（205a）同一高度，第二压缩弹簧（205b）将锁舌（205a）弹出，插入销孔（203a）中自锁。

7.根据权利要求1所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述支护杆（101）的下端设置有滚轮（101a）。

8.根据权利要求1所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述升降底座上设置有定位座（303d）；所述定位座（303d）用于定位支撑筒的角度，使自锁连接公头与自锁连接母头，以及支撑连接公头与支撑连接母头一一对应配合。

9.根据权利要求1所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于：所述若干个支撑连接公头对称分布在支撑筒的外周；所述若干自锁连接公头对称分布在支撑筒的外周。

10. 根据权利要求1所述的用于由下向上钻挖的钻头支撑装置，其特征在于： 所述起重平台模块还包括多个竖直的支撑柱（302a）和固定在支撑柱（302a）上方的支撑台（302b）；所述若干个支撑连接公头均安装在支撑台（302b）上；

所述升降底座包括起重液压油缸（303a）和用于放置支撑筒的托板（303b）；所述起重液压油缸（303a）驱动托板（303b）升降；所述托板（303b）上设置有多个导向孔（303c）；所述多个导向孔（303c）与多个支撑柱（302a）一一对应，每个导向孔（303c）套装在一个支撑柱（302a）外周。

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