CN113090203A - 一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置及快速起下钻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置及快速起下钻方法，该装置包括吊装机构、夹紧承托机构和钻杆架；吊装机构包括单体液压支柱、导轨、吊臂，用于吊装由多根钻杆组成的多连杆；夹紧承托机构包括夹紧单元、平移单元、转动单元、固定支腿、底座、梁架和铰接支腿，用于配合动力头拧卸多连杆丝扣并辅助多连杆沿轴线平移或转动；钻杆架包括单体架、连接杆以及隔挡块，用于储存多连杆。本发明实现了在起钻或下钻过程中，可一次从钻孔内提出或者下入由多根钻杆组成的多连杆，大幅度提高了起钻或者下钻的效率，减轻了工人的劳动强度。

Description

一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置及快速起下钻方法

技术领域

本发明属于煤矿坑道钻探技术领域，涉及一种快速起下钻装置，尤其是涉及一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置。

背景技术

煤矿坑道钻孔施工过程中，时常会遇到需要频繁起钻(从钻孔内提出所有钻具)、下钻(将所有钻具下入到孔内)的过程。例如，煤矿坑道定向钻孔钻进至目标层位需要取芯时，需要将孔内钻杆柱(包含钻头、螺杆马达等所有钻具)取出，将取芯器安装在钻杆柱前端，重新将带有取芯器的钻杆柱下入孔内。取到煤、岩样后，再将带有取芯器的钻杆柱全部提出孔内，取出煤、岩样。若钻孔需要继续延伸待取其他层位岩芯时，重新下入定向钻具继续钻进。实际取芯过程中，由于复杂的地质条件，一次取芯不一定能成功，需要两次或者多次取芯。当孔深超过300m以上时，单次取芯过程耗用时间较长，工人连续加卸钻杆劳动强度也较大。又如，钻孔施工过程中，孔内掉钻、断钻的事故时有发生。处理此类事故，常用的方法之一是要尽快将孔内的所有钻具取出，在钻杆柱前端连接打捞公锥或者打捞母锥，重新下钻至断钻处。利用打捞公锥或打捞母锥在断钻处强力造扣，拧紧后提出孔内钻具。强力造扣过程中时常发生打捞公锥或者打捞母锥损坏，则需要提出孔内所有钻具更换公锥或者母锥。长距离连续起钻、下钻不仅工人劳动强度大，耗费的大量时间也增加了打捞失败的可能性。

综上所述，亟待研发一种适合于煤矿坑道钻机用的具有快速起下钻功能的装置及快速起下钻方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置及快速起下钻方法，克服了上述技术不足，实现了起钻、下钻的快速性，减轻了工人的劳动强度，提高了起钻、下钻的效率。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，该装置能同时从钻孔内提出或下入多根相连的钻杆；包括吊装机构，以及位于吊装机构下方的夹紧承托机构和钻杆架；

所述吊装机构包括两个竖向的单体液压支柱、垂直连在两个单体液压支柱间的导轨以及吊装在导轨上并能沿导轨移动的吊臂；所述吊臂包括滑移件且滑移件设在所述导轨上、位于滑移件下方并与滑移件连接的定位板、设在定位板下部两侧并对称设置的两个转动臂、分别设于两个转动臂上的两个伸缩臂、设在定位板上部两侧并对称设置的两个第一气动马达、分别缠绕在两个第一气动马达的连接轮上的两根软绳且两根软绳分别经由两个伸缩臂末端的导向轮后分别连接一个吊装套；两个吊装套能吊装多根相连的钻杆后在第一气动马达作用下上提或下放钻杆，且钻杆能随吊臂沿导轨移动以能同时将多根钻杆从夹紧承托机构送至钻杆架或从钻杆架送至夹紧承托机构；

所述夹紧承托机构包括底架、安装在底架上的梁架、安装在梁架上端部的夹紧单元以及依次间隔交替设在梁架上的多个平移单元和转动单元；所述夹紧单元、平移单元和转动单元沿直线布设；所述梁架与底架之间的连接位置可调使梁架的倾角可以适应钻孔施工中不同钻孔倾角；

所述钻杆架包括多个单体架以及设在单体架上的钻杆隔挡块，且相邻单体架间通过连接杆依次连接。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述导轨为三棱柱形结构，所述滑移件包括罩在导轨上方的滑移壳体、安装在滑移壳体内壁且位于导轨两侧面并能沿导轨滑移的滚轮以及设在滑移壳体顶部的固定块；

所述定位板位于导轨下方，定位板上部与所述固定块通过矩形杆连接，以将定位板通过滑移件吊装在导轨上。

具体的，所述两个转动臂分别通过两个第二气动马达与定位板连接，两个第二气动马达能分别带动两个转动臂转动；通过分别控制两个第二气动马达能分别调节两个转动臂的转动角度，以调节两个吊装套吊装的多个相连钻杆的倾角；

所述伸缩臂和转动臂之间通过第一油缸连接，第一油缸的伸缩能带动伸缩臂沿第一油缸轴向伸缩，且两个伸缩臂所连的两个第一油缸能单独控制伸缩臂的伸缩；在伸缩臂末端设有导向轮用以使软绳通过，通过伸缩臂的伸缩能调整两个软绳所连吊装套之间的距离以适应不同长度和数量的钻杆。

具体的，所述吊装套一端设有挂钩，当钻杆置于吊装套内时将挂钩钩在软绳上以固定钻杆；所述吊装套内表面为柔性层以增加与钻杆表面的摩擦力。

具体的，所述底架包括底座、垂直设在底座四角位置上的四个支腿，其中两个支腿为固定支腿并固定在底座上，另两个支腿为铰接支腿并铰接在底座上；

所述梁架位于底座上方并与四个支腿均通过连接件连接，连接件与梁架之间铰接，连接件安装在支腿上，且连接件在四个支腿上的高度可调；

通过倾斜铰接支腿并调节连接件在铰接支腿上的位置，能实现梁架倾角的调节以适应定向钻孔施工中不同钻孔倾角。

具体的，所述夹紧单元包括垂直固定在梁架端部的H型的框架、设在框架的两个框架竖梁之间的左夹紧体和右夹紧体、连在左夹紧体上部和左框架竖梁之间的水平的左上第二油缸、连在右夹紧体上部和右框架竖梁之间的水平的右上第二油缸、连在左夹紧体下部和左框架竖梁之间的水平的左下第二油缸、连在右夹紧体下部和右框架竖梁之间的水平的右下第二油缸；四个第二油缸能控制左夹紧体和右夹紧体的开合以夹紧或松开钻杆。

具体的，所述平移单元和转动单元均用于托举钻杆；

所述平移单元包括安装在梁架上的第一底座、设在第一底座上的第一支架、设在第一支架上的两个相互平行的第一辊子以及连在第一底座和第一支架之间的第三油缸；两个第一辊子的轴向与夹紧承托机构所托举的钻杆垂直；第三油缸的伸缩能带动第一支架及其上的第一辊子升降；当第三油缸伸长至极限位置时，第一辊子能承托其上钻杆沿轴向移动；

所述转动单元包括安装在梁架上的第二底座、设在第二底座上的第二支架、设在第二支架上的两个相互平行的第二辊子以及连在第二底座和第二支架之间的第四油缸；两个第二辊子的轴向与夹紧承托机构所托举的钻杆平行；第四油缸的伸缩能带动第二支架及其上的第二辊子升降；当第四油缸伸长到极限位置时，第二辊子能承托其上钻杆转动。

具体的，所述钻杆隔挡块由尼龙材料制成，钻杆隔挡块的长度方向设有矩形槽，在矩形槽侧壁设有多个弧形凹槽。

一种快速起下钻方法，其特征在于，该方法通过所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置来实现，包括快速起钻过程和快速下钻过程：

A.快速起钻过程包括以下步骤：

步骤A1：将快速起下钻装置设在钻机后端，夹紧单元的中心孔与动力头中心孔重合，并位于动力头中心孔后方延长线上；

步骤A2：将夹紧单元设置为松开状态，平移单元中的第三油缸伸出到极限位置，转动单元中的第四油缸缩回到极限位置；

步骤A3：动力头依次将第一个三连钻杆中的后部钻杆、中间钻杆及前部钻杆提出孔内；动力头夹紧前部钻杆，夹持器夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆，动力头反转将两个钻杆间的丝扣松开2～3扣；

步骤A4：动力头松开第一个三连钻杆中的前部钻杆，向孔口方向运动到机身前端，夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆并回退至机身后端极限位置；此时第一个三连钻杆穿过夹紧单元的中心孔运动至夹紧单元夹紧三连钻杆中的前部钻杆；动力头夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆正向旋转的同时缓慢向前运动，后部钻杆与前部钻杆之间的丝扣彻底脱开；

步骤A5：将吊装机构移动到夹紧承托单元中三连钻杆的正上方，下放软绳并将吊装套半包在钻杆外壁，人工将挂钩挂在软绳上，控制第一气动马达缠绕软绳，上提三连钻杆；移动吊装机构至钻杆架上方，下放软绳将三连钻杆放置在钻杆架内；

步骤A6：重复上述步骤A3至步骤A5，直至取出需要的钻杆的数量；

B.快速下钻过程包括以下步骤：

步骤B1：快速起下钻装置设在钻机后端，夹紧单元的中心孔与动力头中心孔重合，并位于动力头中心孔后方延长线上；夹持器中穿入一根钻杆I并在钻杆前方连接钻具；动力头中穿入另一根钻杆II；钻杆I与钻杆II之间留有间距；

步骤B2：吊装三连钻杆至夹紧承托机构，夹紧单元夹紧三连钻杆中的前部钻杆；

步骤B3：动力头夹紧钻杆II逆时针旋转并缓慢后退，钻杆II后端母扣与三连钻杆中前部钻杆的公扣相接触并旋合；

步骤B4：转动单元中的第四油缸伸出到极限位置，平移单元中的第三油缸缩回到极限位置，夹紧单元打开；动力头夹紧钻杆II顺时针旋转并缓慢前进，将钻杆I与钻杆II之间的丝扣上紧；动力头沿机身方向往复运动，将三连钻杆平推下入孔内；下入过程中，通过动力头和夹持器之间的配合对钻杆II与前部钻杆之间的丝扣进行紧固，增强旋合丝扣的牢固性；

步骤B5：夹持器夹紧已下入的第一根三连钻杆的中间钻杆，动力头夹紧已下入的第一根三连钻杆的后部钻杆，动力头逆时针旋转并后退，松开中间钻杆与后部钻杆之间的丝扣；

步骤B6：重复上述步骤B2至步骤B5，直至下入需要的钻杆长度。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

1.在起钻或下钻过程中，一次提出或者下入由多根钻杆组成的多连钻杆柱，大幅度的提高了起钻或者下钻的效率。

2.快速起下钻装置可适用于不同钻孔倾角施工，适用面广。

3.快速起下钻装置结构简单，操作简便，减轻了工人劳动强度。

附图说明

图1为快速起下钻装置结构示意图；

图2为图1左视图；

图3为吊装机构结构示意图；

图4为吊臂结构示意图；

图5为滑移件结构示意图；

图6为吊装套结构示意图；

图7为夹紧承托机构结构示意图；

图8为夹紧承托机构在正倾角状态下结构示意图；

图9为夹紧承托机构在负倾角状态下结构示意图；

图10为夹紧单元在夹紧状态下的结构示意图；

图11为夹紧单元在松开状态下的结构示意图；

图12为平移单元结构示意图；

图13为转动单元结构示意图；

图14为钻杆架结构示意图；

图15为单体架结构示意图；

图16为钻杆隔挡块结构示意图；

图17为起钻过程步骤A4示意图；

图18为下钻过程步骤B1示意图。

附图标记含义：

1.吊装机构，2.夹紧承托机构，3.钻杆架，4.钻杆，5.动力头，6.夹持器；

11.单体液压支柱，12.导轨，13.吊臂；131.滑移件，1311.滑移壳体，1312.滚轮，1313.固定块，132.定位板，133.转动臂，134.伸缩臂，135.第一气动马达，136.软绳，137.导向轮，138.吊装套，1381.挂钩，139.第二气动马达；

21.底架，211.底座，212.固定支腿，213.铰接支腿；22.梁架，221.连接件；23.夹紧单元，231.框架，232.左夹紧体，233.右夹紧体，234.第二油缸；24.平移单元，241.第一底座，242.第一支架，243.第一辊子，244.第三油缸；25.转动单元，251.第二底座，252.第二支架，253.第二辊子，254.第四油缸；

31.单体架，32.钻杆隔挡块，321.矩形槽，322.弧形凹槽；33.连接杆；

41.后部钻杆，42.中部钻杆，43.前部钻杆。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，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。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，该装置能同时从钻孔内提出或下入多根相连的钻杆；如图1和图2所示，包括吊装机构1，以及位于吊装机构1下方的夹紧承托机构2和钻杆架3。

如图3所示，吊装机构1包括两个竖向的单体液压支柱11、垂直连在两个单体液压支柱11间的导轨12以及吊装在导轨12上并能沿导轨12移动的吊臂13；其中，吊装机构1工作过程中，单体液压支柱11下端放置在坑道地面上，上端顶紧巷道顶板。

如图4所示，吊臂13包括滑移件131且滑移件131设在导轨12上、位于滑移件131下方并与滑移件131连接的定位板132、设在定位板132下部两侧并对称设置的两个转动臂133、分别设于两个转动臂133上的两个伸缩臂134、设在定位板132上部两侧并对称设置的两个第一气动马达135、分别缠绕在两个第一气动马达135的连接轮上的两根软绳136且两根软绳136分别经由两个伸缩臂134末端的导向轮137后分别连接一个吊装套138；两个吊装套138能吊装多根相连的钻杆后在第一气动马达135作用下上提或下放钻杆，且钻杆能随吊臂13沿导轨12移动以能同时将多根钻杆从夹紧承托机构2送至钻杆架3或从钻杆架3送至夹紧承托机构2。

如图7、图8和图9所示，夹紧承托机构2包括底架21、安装在底架21上的梁架22、安装在梁架22上端部的夹紧单元23以及依次间隔交替设在梁架22上的多个平移单元24和转动单元25；夹紧单元23、平移单元24和转动单元25沿直线布设；梁架22与底架21之间的连接位置可调使梁架22的倾角可以适应钻孔施工中不同钻孔倾角。

如图14、图15和图16所示，钻杆架3包括多个单体架31以及设在单体架31上的钻杆隔挡块32，且相邻单体架31间通过连接杆33依次连接。

本实施例中，如图5所示，导轨12为三棱柱形结构，滑移件131包括罩在导轨12上方的滑移壳体、安装在滑移壳体内壁且位于导轨12两侧面并能沿导轨12滑移的滚轮以及设在滑移壳体顶部的固定块。

定位板132位于导轨12下方，定位板132上部与固定块通过矩形杆连接，矩形杆上部横杆穿过固定块，矩形杆下部横杆穿过定位板上端，以将定位板132通过滑移件131吊装在导轨12上。

如图4所示，两个转动臂133分别通过两个第二气动马达139与定位板132连接，两个第二气动马达139能分别带动两个转动臂133转动；通过分别控制两个第二气动马达139能分别调节两个转动臂133的转动角度，以调节两个吊装套138吊装的多个相连钻杆的倾角。

伸缩臂134和转动臂133之间通过第一油缸连接，第一油缸的伸缩能带动伸缩臂134沿第一油缸轴向伸缩，且两个伸缩臂134所连的两个第一油缸能单独控制伸缩臂134的伸缩；在伸缩臂134末端设有导向轮用以使软绳136通过，通过伸缩臂134的伸缩能调整两个软绳136所连吊装套138之间的距离以适应不同长度和数量的钻杆。

如图6，吊装套138一端设有挂钩，当钻杆置于吊装套138内时将挂钩钩在软绳136上以固定钻杆；吊装套138内表面为柔性层以增加与钻杆表面的摩擦力。

如图7，底架21包括底座211、垂直设在底座211四角位置上的四个支腿，其中两个支腿为固定支腿212并固定在底座211上，另两个支腿为铰接支腿213并铰接在底座211上。

梁架22位于底座211上方并与四个支腿均通过连接件221连接，连接件211与梁架22之间铰接，连接件221安装在支腿上，且连接件221在四个支腿上的高度可调。

通过倾斜铰接支腿213并调节连接件221在铰接支腿213上的位置，能实现梁架22倾角的调节以适应定向钻孔施工中不同钻孔倾角。如图8所示为施工正倾角钻孔时夹紧承托机构的状态示意图，如图9所示为施工负倾角钻孔时夹紧承托机构的状态示意图。

如图10和11，夹紧单元23包括垂直固定在梁架22端部的H型的框架231包括两个框架竖梁和一个框架横梁，两个框架竖梁分别为左框架竖梁和右框架竖梁、设在框架231的两个框架竖梁之间的左夹紧体232和右夹紧体233、连在左夹紧体232上部和左框架竖梁之间的水平的左上第二油缸、连在右夹紧体233上部和右框架竖梁之间的水平的右上第二油缸、连在左夹紧体232下部和左框架竖梁之间的水平的左下第二油缸、连在右夹紧体233下部和右框架竖梁之间的水平的右下第二油缸；四个第二油缸234能控制左夹紧体232和右夹紧体233的开合以夹紧或松开钻杆。

平移单元24和转动单元25均用于托举钻杆。

如图12，平移单元24包括安装在梁架22上的第一底座241、设在第一底座241上的第一支架242、设在第一支架242上的两个相互平行的第一辊子243以及连在第一底座241和第一支架242之间的第三油缸244；两个第一辊子243的轴向与夹紧承托机构2所托举的钻杆垂直；第三油缸244的伸缩能带动第一支架242及其上的第一辊子243升降；当第三油缸244伸长至极限位置时，第一辊子243能承托其上钻杆沿轴向移动。

如图13，转动单元25包括安装在梁架22上的第二底座251、设在第二底座251上的第二支架252、设在第二支架252上的两个相互平行的第二辊子253以及连在第二底座251和第二支架252之间的第四油缸254；两个第二辊子253的轴向与夹紧承托机构2所托举的钻杆平行；第四油缸254的伸缩能带动第二支架252及其上的第二辊子253升降；当第四油缸254伸长到极限位置时，第二辊子253能承托其上钻杆转动。

本实施例中，控制第三油缸和第四油缸可使得平移单元和转动单元不同时与三连钻杆接触。当需要三连钻杆沿轴向平移时，平移单元与三连钻杆接触；当需要三连钻杆沿轴线转动时，转动单元与三连钻杆接触。

如图16，钻杆隔挡块32由尼龙材料制成，钻杆隔挡块32的长度方向设有矩形槽321，在矩形槽321侧壁设有多个弧形凹槽322。本实施例中，通过4根连接杆及螺栓螺母将2个单体架连接成为一个整体，单体架用于正常钻进时人工摆放单根钻杆；钻杆隔挡块的矩形槽用于在单体架上固定钻杆隔挡块，可与单体架的矩形梁卡紧。工作状态下，弧形凹槽可与钻杆外圆面相接触，用于摆放三连钻杆；弧形凹槽之间设置有一定的间距，用于吊装过程中从三连钻杆之间穿过吊装套后挂好挂钩。

实施例2：

本实施例提供一种快速起下钻方法，该方法通过实施例1中的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置来实现，本实施例中的快速起下钻装置在起钻和下钻过程中，都是以三连钻杆作为一个单位进行起钻或者下钻。在其它实施例中，以其他数量的相连钻杆作为一个单位进行起钻或下钻，均可以通过本发明的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置来实现。

为便于准确描述，三连钻杆4由后部钻杆41、中间钻杆42和前部钻杆43组成。快速起钻前，钻杆4位于钻孔内，钻机位于钻孔孔口与快速起下钻装置之间，为清晰表示，仅以快速起下钻过程中涉及的钻机关键部件动力头及夹持器做代表。动力头5可夹紧钻杆并沿钻杆轴线做顺时针或逆时针运动，用来拧紧或松开钻杆间丝扣，同时动力头5可沿钻机机身做往复运动。夹持器6固定连接于钻机机身前端，其功能是夹紧或松开钻杆，配合动力头5实现拧紧或松开钻杆间丝扣。本实施例快速起下钻过程中，均以三连钻杆作为一次起钻或一次下钻单元。

本实施例快速起下钻方法包括快速起钻过程和快速下钻过程：

A.快速起钻过程包括以下步骤：

步骤A1：将快速起下钻装置设在钻机后端，夹紧单元的左夹紧体和右夹紧体之间的中心孔与动力头中心孔重合，并位于动力头中心孔后方延长线上；

步骤A2：将夹紧单元设置为松开状态，平移单元中的第三油缸伸出到极限位置，转动单元中的第四油缸缩回到极限位置；

步骤A3：动力头依次将第一个三连钻杆中的后部钻杆、中间钻杆及前部钻杆提出孔内；动力头夹紧前部钻杆，夹持器夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆，动力头反转将两个钻杆间的丝扣松开2～3扣；

步骤A4：动力头松开第一个三连钻杆中的前部钻杆，向孔口方向运动到机身前端，夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆并回退至机身后端极限位置；此时第一个三连钻杆穿过夹紧单元的中心孔运动至夹紧单元夹紧三连钻杆中的前部钻杆；动力头夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆正向旋转的同时缓慢向前运动，后部钻杆与前部钻杆之间的丝扣彻底脱开；

步骤A5：人工将吊装机构移动到夹紧承托单元中三连钻杆的正上方，下放软绳并将吊装套半包在钻杆外壁，人工将挂钩挂在软绳上，控制第一气动马达缠绕软绳，上提三连钻杆；移动吊装机构至钻杆架上方，下放软绳将三连钻杆放置在钻杆架内即钻杆隔档块的弧形凹槽内；摘下挂钩，将吊装套从钻杆上取下，收缩软绳将吊装套提离地面适当高度；

步骤A6：重复上述步骤A3至步骤A5，直至取出需要的钻杆的数量；

B.快速下钻过程包括以下步骤：

步骤B1：快速起下钻装置设在钻机后端，夹紧单元的中心孔与动力头中心孔重合，并位于动力头中心孔后方延长线上；夹持器中穿入一根钻杆I并在钻杆前方连接钻具；动力头中穿入另一根钻杆II；钻杆I与钻杆II之间留有间距；

步骤B2：吊装三连钻杆至夹紧承托机构，夹紧单元夹紧三连钻杆中的前部钻杆；

步骤B3：动力头夹紧钻杆II逆时针旋转并缓慢后退，钻杆II后端母扣与三连钻杆中前部钻杆的公扣相接触并旋合；

步骤B4：转动单元中的第四油缸伸出到极限位置，平移单元中的第三油缸缩回到极限位置，夹紧单元打开；动力头夹紧钻杆II顺时针旋转并缓慢前进，将钻杆I与钻杆II之间的丝扣上紧；动力头沿机身方向往复运动，将三连钻杆平推下入孔内；下入过程中，通过动力头和夹持器之间的配合对钻杆II与前部钻杆之间的丝扣进行紧固，增强旋合丝扣的牢固性；

步骤B5：夹持器夹紧已下入的第一根三连钻杆的中间钻杆，动力头夹紧已下入的第一根三连钻杆的后部钻杆，动力头逆时针旋转并后退，松开中间钻杆与后部钻杆之间的丝扣；

步骤B6：重复上述步骤B2至步骤B5，直至下入需要的钻杆长度。

Claims (9)

1.一种煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，该装置能同时从钻孔内提出或下入多根相连的钻杆；包括吊装机构(1)，以及位于吊装机构(1)下方的夹紧承托机构(2)和钻杆架(3)；

所述吊装机构(1)包括两个竖向的单体液压支柱(11)、垂直连在两个单体液压支柱(11)间的导轨(12)以及吊装在导轨(12)上并能沿导轨(12)移动的吊臂(13)；所述吊臂(13)包括滑移件(131)且滑移件(131)设在所述导轨(12)上、位于滑移件(131)下方并与滑移件(131)连接的定位板(132)、设在定位板(132)下部两侧并对称设置的两个转动臂(133)、分别设于两个转动臂(133)上的两个伸缩臂(134)、设在定位板(132)上部两侧并对称设置的两个第一气动马达(135)、分别缠绕在两个第一气动马达(135)的连接轮上的两根软绳(136)且两根软绳(136)分别经由两个伸缩臂(134)末端的导向轮(137)后分别连接一个吊装套(138)；两个吊装套(138)能吊装多根相连的钻杆后在第一气动马达(135)作用下上提或下放钻杆，且钻杆能随吊臂(13)沿导轨(12)移动以能同时将多根钻杆从夹紧承托机构(2)送至钻杆架(3)或从钻杆架(3)送至夹紧承托机构(2)；

所述夹紧承托机构(2)包括底架(21)、安装在底架(21)上的梁架(22)、安装在梁架(22)上端部的夹紧单元(23)以及依次间隔交替设在梁架(22)上的多个平移单元(24)和转动单元(25)；所述夹紧单元(23)、平移单元(24)和转动单元(25)沿直线布设；所述梁架(22)与底架(21)之间的连接位置可调使梁架(22)的倾角可以适应钻孔施工中不同钻孔倾角；

所述钻杆架(3)包括多个单体架(31)以及设在单体架(31)上的钻杆隔挡块(32)，且相邻单体架(31)间通过连接杆(33)依次连接。

2.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述导轨(12)为三棱柱形结构，所述滑移件(131)包括罩在导轨(12)上方的滑移壳体、安装在滑移壳体内壁且位于导轨(12)两侧面并能沿导轨(12)滑移的滚轮以及设在滑移壳体顶部的固定块；

所述定位板(132)位于导轨(12)下方，定位板(132)上部与所述固定块通过矩形杆连接，以将定位板(132)通过滑移件(131)吊装在导轨(12)上。

3.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述两个转动臂(133)分别通过两个第二气动马达(139)与定位板(132)连接，两个第二气动马达(139)能分别带动两个转动臂(133)转动；通过分别控制两个第二气动马达(139)能分别调节两个转动臂(133)的转动角度，以调节两个吊装套(138)吊装的多个相连钻杆的倾角；

所述伸缩臂(134)和转动臂(133)之间通过第一油缸连接，第一油缸的伸缩能带动伸缩臂(134)沿第一油缸轴向伸缩，且两个伸缩臂(134)所连的两个第一油缸能单独控制伸缩臂(134)的伸缩；在伸缩臂(134)末端设有导向轮用以使软绳(136)通过，通过伸缩臂(134)的伸缩能调整两个软绳(136)所连吊装套(138)之间的距离以适应不同长度和数量的钻杆。

4.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述吊装套(138)一端设有挂钩，当钻杆置于吊装套(138)内时将挂钩钩在软绳(136)上以固定钻杆；所述吊装套(138)内表面为柔性层以增加与钻杆表面的摩擦力。

5.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述底架(21)包括底座(211)、垂直设在底座(211)四角位置上的四个支腿，其中两个支腿为固定支腿(212)并固定在底座(211)上，另两个支腿为铰接支腿(213)并铰接在底座(211)上；

所述梁架(22)位于底座(211)上方并与四个支腿均通过连接件(221)连接，连接件(211)与梁架(22)之间铰接，连接件(221)安装在支腿上，且连接件(221)在四个支腿上的高度可调；

通过倾斜铰接支腿(213)并调节连接件(221)在铰接支腿(213)上的位置，能实现梁架(22)倾角的调节以适应定向钻孔施工中不同钻孔倾角。

6.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述夹紧单元(23)包括垂直固定在梁架(22)端部的H型的框架(231)、设在框架(231)的两个框架竖梁之间的左夹紧体(232)和右夹紧体(233)、连在左夹紧体(232)上部和左框架竖梁之间的水平的左上第二油缸、连在右夹紧体(233)上部和右框架竖梁之间的水平的右上第二油缸、连在左夹紧体(232)下部和左框架竖梁之间的水平的左下第二油缸、连在右夹紧体(233)下部和右框架竖梁之间的水平的右下第二油缸；四个第二油缸(234)能控制左夹紧体(232)和右夹紧体(233)的开合以夹紧或松开钻杆。

7.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述平移单元(24)和转动单元(25)均用于托举钻杆；

所述平移单元(24)包括安装在梁架(22)上的第一底座(241)、设在第一底座(241)上的第一支架(242)、设在第一支架(242)上的两个相互平行的第一辊子(243)以及连在第一底座(241)和第一支架(242)之间的第三油缸(244)；两个第一辊子(243)的轴向与夹紧承托机构(2)所托举的钻杆垂直；第三油缸(244)的伸缩能带动第一支架(242)及其上的第一辊子(243)升降；当第三油缸(244)伸长至极限位置时，第一辊子(243)能承托其上钻杆沿轴向移动；

所述转动单元(25)包括安装在梁架(22)上的第二底座(251)、设在第二底座(251)上的第二支架(252)、设在第二支架(252)上的两个相互平行的第二辊子(253)以及连在第二底座(251)和第二支架(252)之间的第四油缸(254)；两个第二辊子(253)的轴向与夹紧承托机构(2)所托举的钻杆平行；第四油缸(254)的伸缩能带动第二支架(252)及其上的第二辊子(253)升降；当第四油缸(254)伸长到极限位置时，第二辊子(253)能承托其上钻杆转动。

8.如权利要求1所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置，其特征在于，所述钻杆隔挡块(32)由尼龙材料制成，钻杆隔挡块(32)的长度方向设有矩形槽(321)，在矩形槽(321)侧壁设有多个弧形凹槽(322)。

9.一种快速起下钻方法，其特征在于，该方法通过权利要求1至8任一权利要求所述的煤矿坑道钻机用快速起下钻装置来实现，包括快速起钻过程和快速下钻过程：

A.快速起钻过程包括以下步骤：

步骤A1：将快速起下钻装置设在钻机后端，夹紧单元的中心孔与动力头中心孔重合，并位于动力头中心孔后方延长线上；

步骤A2：将夹紧单元设置为松开状态，平移单元中的第三油缸伸出到极限位置，转动单元中的第四油缸缩回到极限位置；

步骤A3：动力头依次将第一个三连钻杆中的后部钻杆、中间钻杆及前部钻杆提出孔内；动力头夹紧前部钻杆，夹持器夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆，动力头反转将两个钻杆间的丝扣松开2～3扣；

步骤A4：动力头松开第一个三连钻杆中的前部钻杆，向孔口方向运动到机身前端，夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆并回退至机身后端极限位置；此时第一个三连钻杆穿过夹紧单元的中心孔运动至夹紧单元夹紧三连钻杆中的前部钻杆；动力头夹紧第二个三连钻杆中的后部钻杆正向旋转的同时缓慢向前运动，后部钻杆与前部钻杆之间的丝扣彻底脱开；

步骤A5：将吊装机构移动到夹紧承托单元中三连钻杆的正上方，下放软绳并将吊装套半包在钻杆外壁，人工将挂钩挂在软绳上，控制第一气动马达缠绕软绳，上提三连钻杆；移动吊装机构至钻杆架上方，下放软绳将三连钻杆放置在钻杆架内；

步骤A6：重复上述步骤A3至步骤A5，直至取出需要的钻杆的数量；

B.快速下钻过程包括以下步骤：

步骤B1：快速起下钻装置设在钻机后端，夹紧单元的中心孔与动力头中心孔重合，并位于动力头中心孔后方延长线上；夹持器中穿入一根钻杆I并在钻杆前方连接钻具；动力头中穿入另一根钻杆II；钻杆I与钻杆II之间留有间距；

步骤B2：吊装三连钻杆至夹紧承托机构，夹紧单元夹紧三连钻杆中的前部钻杆；

步骤B3：动力头夹紧钻杆II逆时针旋转并缓慢后退，钻杆II后端母扣与三连钻杆中前部钻杆的公扣相接触并旋合；

步骤B4：转动单元中的第四油缸伸出到极限位置，平移单元中的第三油缸缩回到极限位置，夹紧单元打开；动力头夹紧钻杆II顺时针旋转并缓慢前进，将钻杆I与钻杆II之间的丝扣上紧；动力头沿机身方向往复运动，将三连钻杆平推下入孔内；下入过程中，通过动力头和夹持器之间的配合对钻杆II与前部钻杆之间的丝扣进行紧固，增强旋合丝扣的牢固性；

步骤B5：夹持器夹紧已下入的第一根三连钻杆的中间钻杆，动力头夹紧已下入的第一根三连钻杆的后部钻杆，动力头逆时针旋转并后退，松开中间钻杆与后部钻杆之间的丝扣；

步骤B6：重复上述步骤B2至步骤B5，直至下入需要的钻杆长度。

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