CN112610169A - 一种双管钻进用三夹持卸扣器单元、钻机装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双管钻进用三夹持卸扣器单元、钻机装置及方法，包括用于加装钻具的夹持器，所述的夹持器包括夹持本体，所述的夹持本体包括底板和两个相对垂直设置在底板上的固定板，所述的双管钻进用三夹持卸扣单元还包括与所述的夹持器沿加装方向依次连接的第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器，所述的第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器用于拧卸钻具。本发明装置实现了双管钻进工艺中同时自动加装或拧卸钻杆和套管的功能，提高了常用液压松紧型开放式夹持机构自身的对中性，确保了双管钻进中套管和嵌套钻杆的同轴度。

Description

一种双管钻进用三夹持卸扣器单元、钻机装置及方法

技术领域

本发明涉及煤矿钻机技术领域，尤其涉及一种双管钻进用三夹持卸扣器单元、钻机装置及方法。

背景技术

近年来随着钻进工艺技术的进步和钻机自动化程度的提高，对于解决特殊煤层钻孔难、钻孔深度浅等问题以及实现井下自动化钻进、智能化钻进技术的需求越来越迫切。对于配备套管动力头和钻杆动力头的钻机，在双管钻进时必须能实现同时加装钻杆和套管，钻完孔后实现同时拧卸钻杆和套管或单独拧卸钻杆或套管的功能。目前，专门针对煤矿井下双动力头钻机夹持机构的研究较少，常规自动化程度较高的单动力头钻机设备常采用液压松紧型开放式夹持机构实现钻杆的自动加装或拧卸功能，该夹持机构在使用过程中因开口量大、两端负载不均匀存在两侧液压缸伸缩不同步现象，降低了夹持机构自身的对中性；若直接用于双动力头钻机易导致夹持机构夹持中心与双动力头回转中心偏离，影响双管钻进中套管和嵌套钻杆的同轴度，加剧对套管或钻杆两端丝扣的磨损，减少钻具的使用寿命。此外，根据现场使用反馈，常规单动力头钻机即使配备有助于夹持油缸同步作用的分流集流阀，由于液压系统响应时间及分流阀流量匹配的限制，夹持机构的实时对中效果依旧不甚理想、对中精度很低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种双管钻进用三夹持卸扣器单元、钻机装置及方法，解决现有双动力头钻机夹持机构在使用过程中因开口量大、两端负载不均匀存在两侧液压缸伸缩不同步现象等技术问题。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种双管钻进用三夹持卸扣单元，包括用于加装钻具的夹持器，所述的夹持器包括夹持本体，所述的夹持本体包括底板和两个相对垂直设置在底板上的固定板，所述的双管钻进用三夹持卸扣单元还包括与所述的夹持器沿加装方向依次连接的第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器，所述的第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器用于拧卸钻具；

所述的固定板上设置能使钻具通过的贯通凹槽，两个所述的固定板之间形成安装部，所述的安装部内相对同轴设置两个第一夹持油缸，所述的两个第一夹持油缸的轴线与所述的贯通凹槽垂直，靠近所述第一夹持卸扣器一侧的固定板上设置第一凹支撑环；

所述的第一夹持卸扣器包括第一夹持卸扣本体，所述的第一夹持卸扣本体一侧底部设置第一卸扣油缸，所述的第一夹持卸扣本体的两个固定板上分别设置凸支撑环和第二凹支撑环；

所述的凸支撑环嵌入所述的第一凹支撑环内，实现所述的第一夹持卸扣器与所述的夹持器的连接；

所述的第二夹持卸扣器包括与所述的第一夹持卸扣本体结构相同的第二夹持卸扣本体、设置在所述的第二夹持卸扣本体一侧底部的第二卸扣油缸和与所述的第二夹持卸扣本体连接的定位架组件，所述的定位架组件上设置凸出导向块，所述的第二卸扣油缸与所述的第一卸扣油缸设置在贯通凹槽的不同侧；

所述的凸出导向块嵌入所述的第二凹支撑环，实现所述的第一夹持卸扣器与所述的第二夹持卸扣器的连接；

所述的夹持本体的贯通凹槽、第一夹持卸扣本体的贯通凹槽和第二夹持卸扣本体的贯通凹槽同轴，共同用于放置钻具，所述的夹持器、第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器共同实现双管钻进中钻杆与套管的同时加装和拧卸功能。

进一步的，所述的两个第一夹持油缸活塞杆端部分别连接一个第一卡瓦座，所述的第一卡瓦座上固定第一卡瓦，所述的第一卡瓦座底部连接第一齿板，所述的第一卡瓦座、第一卡瓦和第一齿板的数量均为2个，2个所述的第一齿板之间设置一个第一齿轮，2个所述的第一齿板与所述的第一齿轮相啮合，所述的第一卡瓦、第一卡瓦座、第一齿板和第一齿轮均设置在所述的夹持本体的安装部内；

所述的两个第一夹持油缸活塞杆相对运动分别带动两个第一卡瓦，进而带动两个第一齿板与所述的第一齿轮相啮合进行同步传动，进而进行加装钻具。

进一步的，所述的底板中心穿设第一中间轴，所述的第一中间轴上依次套设第一短限位环、第一齿轮和第一长限位环，所述的第一短限位环和第一长限位环用于第一齿轮的定位，所述的第一齿轮与所述的第一中间轴之间设置用于为第一齿轮旋转提供润滑和支撑的第一自润滑轴承；

所述的第一夹持油缸、第一卡瓦、第一卡瓦座、第一齿板、第一齿轮、第一中间轴、第一短限位环、第一长限位环和第一自润滑轴承共同组成第一夹持件。

进一步的，所述的第一夹持卸扣器还包括与所述第一夹持件结构相同的第二夹持件，所述的第二夹持卸扣器还包括与所述第一夹持件结构相同的第三夹持件，所述的第一夹持件、第二夹持件和第三夹持件均用于加装钻具。

进一步的，所述的定位架组件两侧均设置凸出导向块，所述的第二夹持卸扣本体两侧均设置第三凹支撑环，所述的定位架组件一侧的凸出导向块嵌入所述的第三凹支撑环，实现定位架组件与第二夹持卸扣本体的连接。

进一步的，所述的第一卸扣油缸的缸杆固定在所述的第一夹持卸扣本体上，在第一卸扣油缸的作用下，所述的第一夹持卸扣器沿所述的第一凹支撑环和所述的第二凹支撑环绕钻具转动，所述的第二夹持卸扣器沿所述的定位架组件上设置的凸出导向块绕钻具转动，分别进行拧卸钻具。

本发明还公开一种双管钻进用三夹持卸扣钻机装置，包括本发明所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，还包括钻机给进机身和液控单元，所述夹持本体、所述的第一夹持卸扣本体和所述的第二夹持卸扣本体均间接与所述的钻机给进机身固定，所述的第一卸扣油缸和第二卸扣油缸均固定在钻机给进机身上，所述的钻机给进机身还与所述的定位架组件固定；

所述的液控单元控制双管钻进用三夹持卸扣单元工作，实现双管钻进中钻具的同时加装和拧卸功能。

具体的，所述的液控单元包括夹持器控制单元和夹持卸扣器控制单元，

所述的夹持卸扣器控制单元包括手动换向阀、顺序阀组、夹持油缸和卸扣油缸，其中顺序阀组包括单向顺序阀a、单向顺序阀b、单向顺序阀c和单向顺序阀d，所述的顺序阀组由并联的两组串联液控线路组成，其中一组串联液控线路由单向顺序阀a和单向顺序阀c串联而成，用来控制夹持油缸的夹紧和张开；另一组串联液控线路由单向顺序阀b和单向顺序阀d串联而成，用来控制卸扣油缸的伸出和缩回；

所述的夹持油缸油口端与顺序阀组出油口端连接，所述的卸扣油缸油口端与顺序阀组出油口端连接，顺序阀组进油口端与手动换向阀连接。

优选的，包括以下步骤：

工作时，将手动换向阀置于前位，单向顺序阀a和单向顺序阀b联动，设定单向顺序阀b的开启压力高于单向顺序阀a的开启压力，通油后，单向顺序阀a首先开启，夹持油缸夹紧，油压上升，单向顺序阀b随后开启，夹持油缸保持夹紧状态，卸扣油缸推出；

将手动换向阀置于后位，单向顺序阀c和单向顺序阀d联动，设定单向顺序阀d的开启压力高于单向顺序阀c的开启压力，通油后，单向顺序阀c 首先开启，夹持油缸松开，油压上升，单向顺序阀d随后开启，夹持油缸保持松开状态，卸扣油缸收回。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明配合双动力头钻机实现双管钻进中钻杆与套管的自动同时加装或拧卸功能，同时能有效提高液压松紧型开放式夹持机构自身的对中性，实现夹持和拧卸动作操作的便利性，确保双管钻进中套管和钻杆的同轴度，有利于双动力头双管钻进工艺的正常实施以及煤矿钻机自动化、智能化的推进。

附图说明

附图1是本发明的双管钻进用三夹持器及卸扣器结构示意图；

附图2是本发明的夹持器结构示意图；

附图3是本发明的夹持器局部剖视图；

附图4是本发明的夹持器剖视图；

附图5是本发明的第一夹持卸扣器结构示意图；

附图6是本发明的第一夹持卸扣器局部剖视图；

附图7是本发明的第一夹持卸扣器剖视图；

附图8是本发明的第二夹持卸扣器结构示意图；

附图9是本发明的双管钻进用顺序阀组原理图；

图中各标号表示为：

1-1、孔内套管；1-2、套管；1-3、主动套管；2、夹持器；2-1、第一夹持油缸；2-2、夹持本体；2-3、第一凹支撑环；2-4、第一卡瓦；2-4-1、第一卡瓦座；2-5、第一防尘板；2-6、第一齿轮；2-6-1、第一长限位环；2-6-2、第一短限位环；2-6-3、第一中间轴；2-6-4、第一自润滑轴承；2-7、第一齿板； 2-8、第一油杯；3-1、孔内钻杆；3-2、钻杆；3-3、主动钻杆；4、第一夹持卸扣器；4-1、第一夹持卸扣本体；4-2、第二防尘板；4-3、第二卡瓦；4-3-1、第二卡瓦座；4-4、第二夹持油缸；4-4-1、第二油杯；4-4-2、支座；4-5、凸支撑环；4-6、第一卸扣油缸；4-7、第二齿轮；4-7-1、第二长限位环；4-7-2、第二短限位环；4-7-3、第二中间轴；4-7-4、第二自润滑轴承；4-8、第二齿板； 4-9、第二凹支撑环；5、第二夹持卸扣器；5-1、第二夹持卸扣本体；5-2、定位架组件；5-2-1、凸出导向块；5-3、第二卸扣油缸；6、手动换向阀；7、顺序阀组；8、夹持油缸；9、卸扣油缸。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明中所用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”“内部”、“外部”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。

在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，以夹持器为例，“固定板上设置能使钻具通过的贯通凹槽，两个固定板之间形成安装部，安装部内相对同轴设置两个第一夹持油缸，两个第一夹持油缸的轴线与所述的贯通凹槽垂直”是指在夹持器本体的安装部内，如图1所示，钻具的钻杆或套管沿长度方向可以穿过贯通凹槽，两个第一夹持油缸的轴线与钻具的轴线垂直，可以对钻具进行夹持。第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器的夹持油缸的设置方式与之相同。

“与夹持器沿加装方向依次连接的第一夹持卸扣器和第二夹持卸扣器”中的加装方向是指钻具的设置方向，与贯通凹槽的方向一致。

实施例1：

如图1至图9所示，本实施例提供一种双管钻进用三夹持卸扣单元，用于煤矿井下双动力头钻机双管钻进或单杆钻进中精准夹持钻具、辅助上卸套管和钻杆操作。包括用于加装钻具的夹持器2，夹持器2包括夹持本体2-2，夹持本体2-2包括底板和两个相对垂直设置在底板上的固定板，双管钻进用三夹持卸扣单元还包括与夹持器2沿加装方向依次连接的第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5，第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5用于拧卸钻具；

夹持器2、第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5都具有同步功能，三者的同步原理相同，均采用齿轮、齿板啮合传动方式，均采用两个液压缸对夹的结构，其开口量由液压缸行程决定，因此开口量较大，夹持范围较广。

在本实施例中，固定板上设置能使钻具通过的贯通凹槽，两个固定板之间形成安装部，安装部内相对同轴设置两个第一夹持油缸2-1，具体的是，第一夹持油缸2-1穿过油缸座进行固定，油缸座图2中未标出，油缸座与底板垂直。两个第一夹持油缸2-1的轴线与贯通凹槽垂直，这样两个第一夹持油缸 2-1可以很好的将贯通凹槽内穿过的钻具进行夹持，靠近第一夹持卸扣器4一侧的固定板上设置第一凹支撑环2-3；

第一夹持卸扣器4包括第一夹持卸扣本体4-1，第一夹持卸扣本体4-1一侧底部设置第一卸扣油缸4-6，第一夹持卸扣本体4-1的两个固定板上分别设置凸支撑环4-5和第二凹支撑环4-9；

凸支撑环4-5嵌入第一凹支撑环2-3内，实现第一夹持卸扣器4与夹持器的连接；

第二夹持卸扣器5包括与第一夹持卸扣本体4-1结构相同的第二夹持卸扣本体5-1、设置在第二夹持卸扣本体5-1一侧底部的第二卸扣油缸5-3和与第二夹持卸扣本体5-1连接的定位架组件5-2，定位架组件5-2上设置凸出导向块5-2-1，第二卸扣油缸5-3与第一卸扣油缸4-6设置在贯通凹槽的不同侧；第一夹持卸扣本体4-1和第二夹持卸扣本体5-1的设置方式相同。

凸出导向块5-2-1嵌入第二凹支撑环4-9，实现第一夹持卸扣器4与第二夹持卸扣器5的连接；

夹持本体2-2的贯通凹槽、第一夹持卸扣本体4-1的贯通凹槽和第二夹持卸扣本体5-1的贯通凹槽同轴，夹持器2、第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5共同实现双管钻进中钻杆与套管的同时加装和拧卸功能。贯通凹槽的同轴设置，可以更好的实现钻杆和套管的同轴套设。

进一步的，两个第一夹持油缸2-1活塞杆端部分别连接一个第一卡瓦座 2-4-1，第一卡瓦座2-4-1上固定第一卡瓦2-4，第一卡瓦座2-4-1底部连接第一齿板2-7，第一卡瓦座2-4-1、第一卡瓦2-4和第一齿板2-7的数量均为2个， 2个第一齿板2-7之间设置一个第一齿轮2-6，2个第一齿板2-7与第一齿轮 2-6相啮合，第一卡瓦2-4、第一卡瓦座2-4-1、第一齿板2-7和第一齿轮2-6 均设置在夹持本体2-2的安装部内；第一齿板2-7与第一卡瓦座2-4-1接触面分别设计有止扣以限定二者安装位置。

在另一种实施例中，夹持本体2-2还包括在固定板内侧四周设置有4个卡板，第一卡瓦座2-4-1伸出收回时起导向作用(图4中未标出)，图2中未标出的还有固定在第一齿轮2-6顶端用于加强强度的连接板，还包括通过螺钉与第一齿轮2-6底端固定连接的支撑板(图4中未标出)，连接板和支撑板分别设置在第一齿轮2-6的两端。两个第一夹持油缸2-1活塞杆相对运动分别带动两个第一卡瓦2-4，进而带动两个第一齿板2-7与第一齿轮2-6相啮合进行同步传动，进而进行加装钻具。

更进一步的，底板中心穿设第一中间轴2-6-3，第一中间轴2-6-3上依次套设第一短限位环2-6-2、第一齿轮2-6和第一长限位环2-6-1，第一短限位环 2-6-2和第一长限位环2-6-1用于第一齿轮2-6的定位，第一齿轮2-6与第一中间轴2-6-3之间设置用于为第一齿轮2-6旋转提供润滑和支撑的第一自润滑轴承2-6-4；第一自润滑轴承2-6-4采用过盈配合方式与第一中间轴2-6-3固定。

在本实施例中，需要拆卸第一卡瓦2-4时，将固定用的联接螺栓拆掉即可。第一卡瓦2-4与钻具的接触面为V形平面接触，因此在一定范围内，不同规格的钻具都可用同一种卡瓦夹持，省去更换卡瓦的时间。

第一夹持油缸2-1、第一卡瓦2-4、第一卡瓦座2-4-1、第一齿板2-7、第一齿轮2-6、第一中间轴2-6-3、第一短限位环2-6-2、第一长限位环2-6-1和第一自润滑轴承2-6-4共同组成第一夹持件。

具体的，第一夹持卸扣器4还包括与第一夹持件结构相同的第二夹持件，第二夹持卸扣器5还包括与第一夹持件结构相同的第三夹持件，第一夹持件、第二夹持件和第三夹持件均用于加装钻具。

第一夹持卸扣器4的第二夹持件(同步装置结构)与夹持器2原理相同，均采用齿轮齿板啮合传动方式，从而增加了三夹持机构零部件的互换性，便于更换维修。

具体结合图5～7，第一夹持卸扣器4的两个第二夹持油缸4-4活塞杆相对运动分别带动两个第二卡瓦4-3，进而带动两个第二齿板4-8与第二齿轮4-7 相啮合进行同步传动，进而进行加装钻具；

更具体的，定位架组件5-2两侧均设置凸出导向块5-2-1，第二夹持卸扣本体5-1两侧均设置第三凹支撑环，定位架组件5-2一侧的凸出导向块5-2-1 嵌入第三凹支撑环，实现定位架组件5-2与第二夹持卸扣本体5-1的连接。

可选的，第一卸扣油缸4-6的缸杆固定在第一夹持卸扣本体4-1上，在第一卸扣油缸4-6的作用下，第一夹持卸扣器4沿第一凹支撑环2-3和第二凹支撑环4-9绕钻具转动，在第二卡瓦4-3的作用下，进行拧卸钻具。

第二夹持卸扣器5沿定位架组件5-2上设置的凸出导向块5-2-1绕钻具转动，分别进行拧卸钻具。

可选的，第一凹支撑环2-3、第二凹支撑环4-9和第三凹支撑环均沿半圆形加工有凹槽，因此，第一夹持卸扣器4沿第一凹支撑环2-3的凹槽和第二凹支撑环4-9的凹槽绕钻具转动。第一凹支撑环2-3内侧安装有第一油杯2-8，第二凹支撑环4-9内侧安装有第二油杯4-4-1，第三凹支撑环也做同样的设置，通过油杯定期向上述凹槽内加注润滑脂，减小摩擦阻力，使第一夹持卸扣器4 和第二夹持卸扣器5上、卸扣时工作可靠。第一凹支撑环2-3、第二凹支撑环 4-9和第三凹支撑环均作为易损件进行更换，能有效降低使用成本。

在本实施例中，夹持器2用于夹持孔内套管1-1、第一夹持卸扣器4用于夹持孔内钻杆3-1和第二夹持卸扣器5用于夹持套管1-2。

在另一种本实施例中，第一夹持卸扣本体4-1与夹持本体2-2结构类似，不同的是，夹持本体2-2底部设置有防止夹持器2转动的板，因为夹持器2 在工作中始终需要保持固定，更好的夹持钻具，而第一夹持卸扣本体4-1需要实现卸扣功能，所以，第一夹持卸扣本体4-1两侧的固定板底部无需再设置防止转动的板，第一卸扣油缸4-6的活塞杆推动第一夹持卸扣本体4-1绕两侧支撑环(第一凹支撑环2-3和第二凹支撑环4-9)转动，实现卸扣。第二夹持卸扣本体5-1与第一夹持卸扣本体4-1的结构相同。

夹持本体2-2、第一夹持卸扣本体4-1与第二夹持卸扣本体5-1共同通过如图1中的底部的长方形底板进行固定，然后与机身连接。

实施例2

本实施例公开公开一种双管钻进用三夹持卸扣钻机装置，包括本发明双管钻进用三夹持卸扣单元，还包括钻机给进机身和液控单元，夹持本体2-2、第一夹持卸扣本体4-1和第二夹持卸扣本体5-1均间接与钻机给进机身固定，第一卸扣油缸4-6和第二卸扣油缸5-3均固定在钻机给进机身上，钻机给进机身还与定位架组件5-2固定；

液控单元控制双管钻进用三夹持卸扣单元工作，实现双管钻进中钻杆与套管的同时加装和拧卸功能。

液控单元包括夹持器控制单元和夹持卸扣器控制单元，夹持卸扣器控制单元包括两个相同的第一夹持卸扣器控制单元和第二夹持卸扣器控制单元；第一夹持卸扣器控制单元和第二夹持卸扣器的控制原理一样，夹持器控制单元没有卸扣这一环节。

以单个夹持卸扣器控制单元为例，包括手动换向阀6、顺序阀组7、夹持油缸和卸扣油缸，其中顺序阀组7包括单向顺序阀a、单向顺序阀b、单向顺序阀c和单向顺序阀d，顺序阀组7由并联的两组串联液控线路组成，其中一组串联液控线路由单向顺序阀a和单向顺序阀c串联而成，用来控制夹持油缸 8的夹紧和张开；另一组串联液控线路由单向顺序阀b和单向顺序阀d串联而成，用来控制卸扣油缸9的伸出和缩回；夹持油缸8油口端与顺序阀组7出油口端连接，卸扣油缸9油口端与顺序阀组7出油口端连接，顺序阀组7进油口端与手动换向阀6连接。

实施例3

本实施例还提供了一种双管钻进用三夹持卸扣钻机装置的工作方法，包括以下步骤：

工作时，将手动换向阀6置于前位，单向顺序阀a和单向顺序阀b联动，设定单向顺序阀b的开启压力高于单向顺序阀a的开启压力，通油后，单向顺序阀a首先开启，夹持油缸8夹紧，油压上升，单向顺序阀b随后开启，夹持油缸8保持夹紧状态，卸扣油缸9推出；

将手动换向阀6置于后位，单向顺序阀c和单向顺序阀d联动，设定单向顺序阀d的开启压力高于单向顺序阀c的开启压力，通油后，单向顺序阀c 首先开启，夹持油缸8松开，油压上升，单向顺序阀d随后开启，夹持油缸8 保持松开状态，卸扣油缸9收回。

针对夹持卸扣器拧卸钻杆或套管丝扣过程，传统液压系统通过两个手动换向阀6分别对其进行控制，即夹持卸扣器夹紧→卸扣油缸推出卸松丝扣→夹持卸扣器张开→卸扣油缸收回四步来完成卸扣过程，由于每一步都需要操作一次换向阀，操作步骤多、过程较为繁琐。本发明中的液控单元简化了卸扣过程和操作步骤。

通过设定单向顺序阀组7不同压力开启值，再与手动换向阀6和执行元件连接，以实现夹持卸扣器和卸扣油缸的两组顺序联动，将传统的四步操作简化为两步，只使用一个手动换向阀6就可实现卸扣联动功能，即将手动换向阀6置于前位，夹持卸扣器夹紧和卸扣油缸推出顺序联动；将手动换向阀6 置于后位，夹持卸扣器松开和卸扣油缸收回顺序联动。

一种双管钻进用三夹持卸扣单元是由双动力头钻机液压油路的液压油驱动的，配合钻机主机上的其他部件，可实现双动力头双管钻进过程中对不同施工工艺的需求。

例如：在双管钻进过程中，需要同时加装套管1-2和钻杆3-2时，一次完整的工艺过程中，双管钻进用三夹持卸扣单元与主机上其他部件配合使用情况如下：

(1)、钻机正常打钻，三夹持卸扣单元张开，调整套管1-2位置，使主动套管1-3与孔内套管1-1联接端丝扣处于夹持器2和第一夹持卸扣器4之间；

(2)、第一夹持卸扣器4与第二夹持卸扣器5维持张开状态，夹持器2 夹紧孔内套管1-1，随后主动套管1-3卸掉与孔内套管1-1联接端丝扣；

(3)、调整钻杆3-2位置，使主动钻杆3-3与孔内钻杆3-1联接端丝扣处于第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5之间；

(4)、夹持器2维持闭合状态，第一夹持卸扣器4夹紧孔内钻杆3-1，第二夹持卸扣器5维持张开状态，主动钻杆3-3卸掉与孔内钻杆3-1联接端丝扣；

(5)、调整待加装套管1-2和待加装钻杆3-2的位置，使待加装套管1-2 和钻杆3-2以嵌套形式被送至孔内套管1-1和孔内钻杆3-1后端；

(6)、夹持器2和第一夹持卸扣器4维持闭合状态，第二夹持卸扣器5 夹紧待加装套管1-2；

(7)、主动钻杆3-3依次拧紧待加装钻杆3-2与主动钻杆3-3联接端和孔内钻杆3-1联接端丝扣；第一夹持卸扣器4张开；

(8)、夹持器2和第二夹持卸扣器5维持闭合状态，第一夹持卸扣器4 维持张开状态，主动套管1-3拧紧待加装套管1-2与主动套管1-3联接端丝扣；第二夹持卸扣器5张开；

(9)、主动套管1-3再次拧紧夹持器2中孔内套管1-1与待加装套管1-2 联接端丝扣，夹持器2张开，此时三夹持器2及卸扣器均张开，完成一次套管1-2和钻杆3-2加装作业。

双管钻进作业完成，需要同时拧卸套管1-2和钻杆3-2时，一次完整的工艺过程中，双管钻进用三夹持卸扣单元与主机上其他部件配合使用情况如下：

(1)、夹持器2及第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5均张开，调整套管1-2位置使待卸套管1-2与孔内套管1-1联接端丝扣处于夹持器2和第一夹持卸扣器4之间；

(2)、夹持器2夹紧孔内套管1-1，第一夹持卸扣器4卸松待卸套管1-2 与孔内套管1-1联接端丝扣；

(3)、夹持器2维持闭合状态，第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5 维持张开状态，主动套管1-3卸掉待卸套管1-2与孔内套管1-1联接端丝扣；

(4)、调整钻杆3-2位置使待卸钻杆3-2与孔内钻杆3-1联接端丝扣位于第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5之间；

(5)、夹持器2继续维持闭合状态，第一夹持卸扣器4夹紧孔内钻杆3-1；第二夹持卸扣器5卸松待卸钻杆3-2与孔内钻杆3-1联接端丝扣；随后主动钻杆3-3卸掉待卸钻杆3-2与孔内钻杆3-1联接端丝扣；

(6)、夹持器2和第一夹持卸扣器4继续处于闭合状态，第二夹持卸扣器5夹紧待卸钻杆3-2，主动钻杆3-3卸松与待卸钻杆3-2联接端丝扣，第二夹持卸扣器5张开，待卸钻杆3-2随主动钻杆3-3起拔；

(7)、夹持器2和第一夹持卸扣器4仍处于闭合状态，第二夹持卸扣器5 处于张开状态，调整套管1-2位置，使待卸套管1-2处于第二夹持卸扣器5 卡瓦之间；

(8)、第二夹持卸扣器5夹紧待卸套管1-2，主动套管1-3卸掉与待卸套管1-2联接端丝扣；

(9)、夹持器2及第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5均处于闭合状态，主动钻杆3-3卸掉与待卸钻杆3-2联接端丝扣；

(10)、待卸套管1-2与待卸钻杆3-2两端丝扣均被拧开，夹持器2夹紧孔内套管1-1，第一夹持卸扣器4夹紧孔内钻杆3-1，第二夹持卸扣器5夹紧待卸套管1-2；

(11)、第二夹持卸扣器5张开松开待卸套管1-2，待卸套管1-2和待卸钻杆3-2被取下，完成一次套管1-2与钻杆3-2的同时拧卸作业，此时，夹持器2和第一夹持卸扣器4维持闭合状态，第二夹持卸扣器5保持张开状态。

套管1-2钻进困难，需要单独加装钻杆3-2继续钻进时，先同时拆掉一根套管1-2和钻杆3-2，再单独加装钻杆3-2，具体拆卸工艺同上。单独加装钻杆3-2此时双管钻进用三夹持卸扣单元与主机上其他部件配合使用情况如下：

(1)夹持器2维持夹紧孔内套管1-1，第一夹持卸扣器4夹紧孔内钻杆 3-1，将待加装钻杆3-2送至第二夹持卸扣器5卡瓦之间；

(2)第二夹持卸扣器5夹紧待加装钻杆3-2，主动钻杆3-3拧紧与待加装钻杆3-2联接端丝扣；

(3)第二夹持卸扣器5松开待加装钻杆3-2，主动钻杆3-3继续拧紧孔内钻杆3-1与待加装钻杆3-2联接端丝扣；

(4)第一夹持卸扣器4张开松开待加装钻杆3-2，完成一次单独加装钻杆3-2作业，此时夹持器2维持夹紧状态，第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5处于张开状态。

钻机提钻作业，当需要单独拧卸钻杆3-2时夹持器2及第一夹持卸扣器4 和第二夹持卸扣器5与主机上其他部件配合使用情况如下：

(1)夹持器2及第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5处于张开状态，调整套管1-2的位置，使主动套管1-3与孔内套管1-1联接端丝扣处于夹持器2和第一夹持卸扣器4之间；

(2)夹持器2夹紧孔内套管1-1，主动套管1-3卸掉与孔内套管1-1联接端丝扣；

(3)调整钻杆3-2的位置，使待卸钻杆3-2与孔内钻杆3-1联接端丝扣处于第一夹持卸扣器4和第二夹持卸扣器5之间；

(4)夹持器2维持夹紧状态，第一夹持卸扣器4伸出夹紧孔内钻杆3-1，第二夹持卸扣器5卸松待卸钻杆3-2与孔内钻杆3-1联接端丝扣并松开待卸钻杆3-2，主动钻杆3-3卸掉待卸钻杆3-2与孔内钻杆3-1联接端丝扣；

(5)夹持器2和第一夹持卸扣器4继续维持夹紧状态，第二夹持卸扣器 5再次夹紧待卸钻杆3-2，主动钻杆3-3卸掉与待卸钻杆3-2联接端丝扣；

(6)第二夹持卸扣器5张开松开待卸钻杆3-2，待卸钻杆3-2被取下，完成一次单独拆卸钻杆3-2流程，此时夹持器2和第一夹持卸扣器4处于夹紧孔内套管1-1和孔内钻杆3-1状态，第二夹持卸扣器5处于张开状态。

本发明装置配合双动力头钻机实现了双管钻进工艺中同时自动加装或拧卸钻杆3-2和套管1-2的功能，同时也提高了常用液压松紧型开放式夹持机构自身的对中性，确保了双管钻进中套管1-2和嵌套钻杆3-2的同轴度，有利于双动力头双管钻进工艺的正常实施以及煤矿钻机自动化、智能化的推进。

Claims (9)

1.一种双管钻进用三夹持卸扣单元，包括用于加装钻具的夹持器(2)，所述的夹持器(2)包括夹持本体(2-2)，所述的夹持本体(2-2)包括底板和两个相对垂直设置在底板上的固定板，其特征在于，所述的双管钻进用三夹持卸扣单元还包括与所述的夹持器(2)沿加装方向依次连接的第一夹持卸扣器(4)和第二夹持卸扣器(5)，所述的第一夹持卸扣器(4)和第二夹持卸扣器(5)用于拧卸钻具；

所述的固定板上设置能使钻具通过的贯通凹槽，两个所述的固定板之间形成安装部，所述的安装部内相对同轴设置两个第一夹持油缸(2-1)，所述的两个第一夹持油缸(2-1)的轴线与所述的贯通凹槽垂直，靠近所述第一夹持卸扣器(4)一侧的固定板上设置第一凹支撑环(2-3)；

所述的第一夹持卸扣器(4)包括第一夹持卸扣本体(4-1)，所述的第一夹持卸扣本体(4-1)一侧底部设置第一卸扣油缸(4-6)，所述的第一夹持卸扣本体(4-1)的两个固定板上分别设置凸支撑环(4-5)和第二凹支撑环(4-9)；

所述的凸支撑环(4-5)嵌入所述的第一凹支撑环(2-3)内，实现所述的第一夹持卸扣器(4)与所述的夹持器(2)的连接；

所述的第二夹持卸扣器(5)包括与所述的第一夹持卸扣本体(4-1)结构相同的第二夹持卸扣本体(5-1)、设置在所述的第二夹持卸扣本体(5-1)一侧底部的第二卸扣油缸(5-3)和与所述的第二夹持卸扣本体(5-1)连接的定位架组件(5-2)，所述的定位架组件(5-2)上设置凸出导向块(5-2-1)，所述的第二卸扣油缸(5-3)与所述的第一卸扣油缸(4-6)设置在贯通凹槽的不同侧；

所述的凸出导向块(5-2-1)嵌入所述的第二凹支撑环(4-9)，实现所述的第一夹持卸扣器(4)与所述的第二夹持卸扣器(5)的连接；

所述的夹持本体(2-2)的贯通凹槽、第一夹持卸扣本体(4-1)的贯通凹槽和第二夹持卸扣本体(5-1)的贯通凹槽同轴，共同用于放置钻具，所述的夹持器(2)、第一夹持卸扣器(4)和第二夹持卸扣器(5)共同实现双管钻进中钻杆(3-2)与套管(1-2)的同时加装和拧卸功能。

2.如权利要求1所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，其特征在于，所述的两个第一夹持油缸(2-1)活塞杆端部分别连接一个第一卡瓦座(2-4-1)，所述的第一卡瓦座(2-4-1)上固定第一卡瓦(2-4)，所述的第一卡瓦座(2-4-1)底部连接第一齿板(2-7)，所述的第一卡瓦座(2-4-1)、第一卡瓦(2-4)和第一齿板(2-7)的数量均为2个，2个所述的第一齿板(2-7)之间设置一个第一齿轮(2-6)，2个所述的第一齿板(2-7)与所述的第一齿轮(2-6)相啮合，所述的第一卡瓦(2-4)、第一卡瓦座(2-4-1)、第一齿板(2-7)和第一齿轮(2-6)均设置在所述的夹持本体(2-2)的安装部内；

所述的两个第一夹持油缸(2-1)活塞杆相对运动分别带动两个第一卡瓦(2-4)，进而带动两个第一齿板(2-7)与所述的第一齿轮(2-6)相啮合进行同步传动，进而进行加装钻具。

3.如权利要求2所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，其特征在于，所述的底板中心穿设第一中间轴(2-6-3)，所述的第一中间轴(2-6-3)上依次套设第一短限位环(2-6-2)、第一齿轮(2-6)和第一长限位环(2-6-1)，所述的第一短限位环(2-6-2)和第一长限位环(2-6-1)用于第一齿轮(2-6)的定位，所述的第一齿轮(2-6)与所述的第一中间轴(2-6-3)之间设置用于为第一齿轮(2-6)旋转提供润滑和支撑的第一自润滑轴承(2-6-4)；

所述的第一夹持油缸(2-1)、第一卡瓦(2-4)、第一卡瓦座(2-4-1)、第一齿板(2-7)、第一齿轮(2-6)、第一中间轴(2-6-3)、第一短限位环(2-6-2)、第一长限位环(2-6-1)和第一自润滑轴承(2-6-4)共同组成第一夹持件。

4.如权利要求1所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，其特征在于，所述的第一夹持卸扣器(4)还包括与所述第一夹持件结构相同的第二夹持件，所述的第二夹持卸扣器(5)还包括与所述第一夹持件结构相同的第三夹持件，所述的第一夹持件、第二夹持件和第三夹持件均用于加装钻具。

5.如权利要求1所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，其特征在于，所述的定位架组件(5-2)两侧均设置凸出导向块(5-2-1)，所述的第二夹持卸扣本体(5-1)两侧均设置第三凹支撑环，所述的定位架组件(5-2)一侧的凸出导向块(5-2-1)嵌入所述的第三凹支撑环，实现定位架组件(5-2)与第二夹持卸扣本体(5-1)的连接。

6.如权利要求2所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，其特征在于，所述的第一卸扣油缸(4-6)的缸杆固定在所述的第一夹持卸扣本体(4-1)上，在第一卸扣油缸(4-6)的作用下，所述的第一夹持卸扣器(4)沿所述的第一凹支撑环(2-3)和所述的第二凹支撑环(4-9)绕钻具转动，所述的第二夹持卸扣器(5)沿所述的定位架组件(5-2)上设置的凸出导向块(5-2-1)绕钻具转动，分别进行拧卸钻具。

7.一种双管钻进用三夹持卸扣钻机装置，其特征在于，包括权利要求1～6任一所述的双管钻进用三夹持卸扣单元，还包括钻机给进机身和液控单元，所述夹持本体(2-2)、所述的第一夹持卸扣本体(4-1)和所述的第二夹持卸扣本体(5-1)均间接与所述的钻机给进机身固定，所述的第一卸扣油缸(4-6)和第二卸扣油缸(5-3)均固定在钻机给进机身上，所述的钻机给进机身还与所述的定位架组件(5-2)固定；

所述的液控单元控制双管钻进用三夹持卸扣单元工作，实现双管钻进中钻具的同时加装和拧卸功能。

8.如权利要求7所述的双管钻进用三夹持卸扣钻机装置，其特征在于，所述的液控单元包括夹持器控制单元和夹持卸扣器控制单元，

所述的夹持卸扣器控制单元包括手动换向阀(6)、顺序阀组(7)、夹持油缸和卸扣油缸，其中顺序阀组(7)包括单向顺序阀a、单向顺序阀b、单向顺序阀c和单向顺序阀d，所述的顺序阀组(7)由并联的两组串联液控线路组成，其中一组串联液控线路由单向顺序阀a和单向顺序阀c串联而成，用来控制夹持油缸的夹紧和张开；另一组串联液控线路由单向顺序阀b和单向顺序阀d串联而成，用来控制卸扣油缸的伸出和缩回；

所述的夹持油缸(8)油口端与顺序阀组(7)出油口端连接，所述的卸扣油缸(9)油口端与顺序阀组(7)出油口端连接，顺序阀组(7)进油口端与手动换向阀(6)连接。

9.权利要求8所述的双管钻进用三夹持卸扣钻机装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

工作时，将手动换向阀(6)置于前位，单向顺序阀a和单向顺序阀b联动，设定单向顺序阀b的开启压力高于单向顺序阀a的开启压力，通油后，单向顺序阀a首先开启，夹持油缸(8)夹紧，油压上升，单向顺序阀b随后开启，夹持油缸(8)保持夹紧状态，卸扣油缸(9)推出；

将手动换向阀(6)置于后位，单向顺序阀c和单向顺序阀d联动，设定单向顺序阀d的开启压力高于单向顺序阀c的开启压力，通油后，单向顺序阀c首先开启，夹持油缸(8)松开，油压上升，单向顺序阀d随后开启，夹持油缸(8)保持松开状态，卸扣油缸(9)收回。

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