CN113914777A - 掘支同步的反井钻机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种掘支同步的反井钻机及其施工方法，其中，掘支同步的反井钻机包括地上主机和井下主机，井下主机包括钻杆、可变径刀盘、连接立柱、可折叠集渣装置、稳定器和后配套装置，连接立柱的上端与可变径刀盘固接，下端与可折叠集渣装置枢接。在稳定器的下方固接有溜渣装置，后配套装置的上端固定在稳定器的底部，并在后配套装置上设有支护装置。在反井钻机正常开挖的状态下，开挖的渣土能沿中间通道和溜渣装置下落。在反井钻机下放井下主机的状态下，可变径刀盘的直径能缩小，且可折叠集渣装置的直径能缩小。本发明在反井钻机扩孔施工过程中能实现同步支护，且能有效解决同步支护带来的刀盘无法下放、渣土下落损伤井壁和后配套装置的问题。

Description

掘支同步的反井钻机及其施工方法

技术领域

本发明是关于反井钻机技术领域，尤其涉及一种掘支同步的反井钻机及其施工方法。

背景技术

目前反井钻机施工，开挖完成后，再进行支护，如遇不稳定地层，容易出现坍塌。若采用开挖和支护同步进行，井壁支护后，刀盘直径大于井壁直径，无法下放井下主机进行检修以及换刀；同时，开挖的渣土会直接落在支护后的井壁以及后配套装置上，容易损伤井壁以及后配套装置。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种掘支同步的反井钻机及其施工方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掘支同步的反井钻机及其施工方法，在反井钻机扩孔施工过程中能实现同步支护，且能有效解决同步支护带来的刀盘无法下放、渣土下落损伤井壁和后配套装置的问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种掘支同步的反井钻机，包括上下连接的地上主机和井下主机，井下主机包括从上至下顺序设置的钻杆、可变径刀盘、连接立柱、可折叠集渣装置、稳定器和后配套装置；钻杆的两端分别与地上主机和可变径刀盘固接，连接立柱的上端与可变径刀盘固接，下端与可折叠集渣装置枢接；稳定器的数量为至少两个，各稳定器周向间隔设置，可折叠集渣装置的底部与各稳定器均固接；在稳定器的下方固接有溜渣装置，溜渣装置能与可折叠集渣装置的中间通道连通；后配套装置的上端固定在稳定器的底部，并在后配套装置上设有支护装置；在反井钻机正常开挖的状态下，开挖的渣土能沿中间通道和溜渣装置下落；在反井钻机下放井下主机的状态下，可变径刀盘的直径能缩小，且可折叠集渣装置的直径能缩小。

在本发明的一较佳实施方式中，可变径刀盘包括中心块和多个边块，钻杆的下端和连接立柱的上端均与中心块固接，中心块和边块的顶面上均设有滚刀；多个边块沿中心块的周向均匀围绕在中心块的外周，且边块与中心块铰接，边块能向靠近中心块中心的方向摆动，以缩小可变径刀盘的直径。

在本发明的一较佳实施方式中，中心块包括中心块体以及设在中心块体底部外周的延伸板，钻杆的下端和连接立柱的上端均与中心块体固接，滚刀设在中心块体上，边块设在延伸板上，边块的底部内侧与延伸板铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，在中心块体的侧面对应每个边块的位置均设有一凹槽，边块的一部分能在边块摆动时容设在凹槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，在中心块体上设有贯穿其顶面和底面的多个第一通孔，在中心块体上且对应凹槽的区域设有上下贯通中心块体的多个第二通孔。

在本发明的一较佳实施方式中，可变径刀盘还包括驱动装置，驱动装置与边块连接，并能驱动边块摆动。

在本发明的一较佳实施方式中，可折叠集渣装置包括底部平台；在底部平台上设有周向间隔的多个上部集渣板以及周向间隔的多个下部集渣板，多个下部集渣板均位于多个上部集渣板的外周，且各下部集渣板与各上部集渣板沿周向交错设置；在反井钻机正常开挖的状态下，上部集渣板与相邻的下部集渣板贴合，各上部集渣板与各下部集渣板能围合形成周向封闭的环状锥形结构；在反井钻机下放井下主机的状态下，各上部集渣板和各下部集渣板均能向内收拢，以缩小可折叠集渣装置的直径；底部平台与稳定器固接，且底部平台的顶部与连接立柱枢接，在底部平台上开设有上下贯通底部平台的集渣通道，集渣通道能与各上部集渣板和各下部集渣板围合的内部区域以及溜渣装置连通，各上部集渣板和各下部集渣板围合的内部区域与集渣通道构成中间通道。

在本发明的一较佳实施方式中，底部平台包括底板、内环板和外环板，上部集渣板和下部集渣板均设在底板上；内环板和外环板均固设在底板的底部，外环板间隔套设在内环板的外侧；外环板插设在各稳定器围成的中心通道内，底板的底部通过加强板与稳定器的壳体顶面固接；在底板上且对应外环板和内环板之间的环形区域开设有多个过渣孔，过渣孔和环形区域构成集渣通道，底板的顶部中心与连接立柱枢接。

在本发明的一较佳实施方式中，在底部平台上对应每个上部集渣板均设有第一驱动机构和第二驱动机构，对应每个下部集渣板均设有第三驱动机构；第一驱动机构与上部集渣板连接，并能驱动上部集渣板沿底部平台的径向方向摆动；第二驱动机构能驱动上部集渣板上下移动或沿底部平台的径向移动；第三驱动机构与下部集渣板连接，并能驱动下部集渣板沿底部平台的径向方向摆动。

在本发明的一较佳实施方式中，第一驱动机构包括第一连接耳座和第一伸缩缸，第二驱动机构与第一连接耳座连接，并能驱动第一连接耳座上下移动或径向移动；第一伸缩缸的上端与上部集渣板的上部铰接，第一伸缩缸的下端与第一连接耳座铰接，上部集渣板的下部与第一连接耳座铰接。

在本发明的一较佳实施方式中，第二驱动机构包括第二伸缩缸，第二伸缩缸的一端与第一连接耳座固接，另一端与底部平台固接，第二伸缩油缸的轴向沿底部平台的轴向或径向设置。

在本发明的一较佳实施方式中，第二驱动机构还包括上下两端开口的滑移套筒，滑移套筒固设在底部平台上；第一连接耳座能上下滑动地插设在滑移套筒内，第二伸缩缸设在滑移套筒内并位于第一连接耳座的底部，且第二伸缩油缸的轴向沿底部平台的轴向设置，滑移套筒的水平截面内部与第一连接耳座下部的水平截面外部相同。

在本发明的一较佳实施方式中，第二驱动机构还包括上端开口的滑移套筒，滑移套筒固设在底部平台上；第一连接耳座能径向滑动地插设在滑移套筒内，第二伸缩缸设在滑移套筒内并位于第一连接耳座的内侧或外侧，且第二伸缩油缸的轴向沿底部平台的径向设置，滑移套筒沿底部平台周向的宽度与第一连接耳座的宽度相同。

在本发明的一较佳实施方式中，第三驱动机构包括第二连接耳座和第三伸缩缸，第二连接耳座固设在底部平台上，第三伸缩缸的上端与下部集渣板的上部铰接，第三伸缩缸的下端与第二连接耳座铰接，下部集渣板的下部与第二连接耳座铰接。

本发明还提供一种掘支同步的反井钻机的施工方法，采用上述的掘支同步的反井钻机进行施工；

掘支同步的反井钻机进行正常开挖时的方法包括如下步骤：

将稳定器的伸缩结构向外伸出并撑紧在井壁上，可折叠集渣装置的直径与开挖的井壁直径相同；

钻杆带动可变径刀盘旋转，向上进行扩孔，开挖的渣土沿可折叠集渣装置的中间通道落进溜渣装置，然后落至井底；

在开挖时利用支护装置同步支护已开挖的井壁；

掘支同步的反井钻机需要换刀或检修而下放井下主机时的方法包括如下步骤：

将稳定器的伸缩结构向内收回；

将可变径刀盘收回，并使收回后的可变径刀盘的直径小于支护后的井壁直径；

将可折叠集渣装置收回，并使收回后的可折叠集渣装置的直径小于支护后的井壁直径；

将井下主机下放至井底。

由上所述，本发明的反井钻机及其施工方法，不仅在施工过程中可以实现开挖、出渣、支护同步进行，缩短了工期，提高了施工效率和施工安全性，减少了坍塌的风险；同时，采用了可变径刀盘，刀盘可以自动折叠，有效解决了支护后反井钻机刀盘无法下放、无法换刀的问题；采用了可折叠集渣装置，可以进行集渣，使刀盘开挖下来的渣土沿中间通道下落，防止损伤支护后的井壁以及后配套装置；下放井下主机时，可折叠集渣装置可以收回，保证井下主机可以正常下放。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明提供的掘支同步的反井钻机在正常开挖时的结构示意图。

图2：为本发明提供的掘支同步的反井钻机在需要下放井下主机时的结构示意图。

图3：为本发明提供的可变径刀盘与钻杆连接后的示意图。

图4：为本发明提供的可变径刀盘的俯视立体图。

图5：为本发明提供的可变径刀盘在边块收回后的示意图。

图6：为本发明提供的边块的立体图。

图7：为图1中可折叠集渣装置处的局部放大图。

图8：为本发明提供的可折叠集渣装置的结构示意图。

图9：为本发明提供的可折叠集渣装置的俯视立体图。

图10：为本发明提供的可折叠集渣装置在各集渣板收拢后的结构示意图。

图11：为图8中第一驱动机构和第二驱动机构部分的局部放大图。

图12：为图8中第三驱动机构部分的局部放大图。

附图标号说明：

1、地上主机；

2、钻杆；

3、可变径刀盘；31、中心块；311、中心块体；3111、凹槽；3112、第一通孔；3113、第二通孔；3114、接头；312、延伸板；32、边块；321、顶板；322、筋板；323、销轴；33、驱动装置；34、滚刀；

4、连接立柱；

5、可折叠集渣装置；51、底部平台；511、集渣通道；52、下部集渣板；53、上部集渣板；54、第一驱动机构；541、第一连接耳座；542、第一伸缩缸；55、第二驱动机构；551、滑移套筒；56、第三驱动机构；561、第二连接耳座；562、第三伸缩缸；57、底板；571、过渣孔；572、加强板；581、内环板；582、外环板；59、轴承；

6、稳定器；

7、溜渣装置；

8、支护装置；

9、后配套装置。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图12所示，本实施例提供一种掘支同步的反井钻机，包括上下连接的地上主机1和井下主机，井下主机包括从上至下顺序设置的钻杆2、可变径刀盘3、连接立柱4、可折叠集渣装置5、稳定器6和后配套装置9，钻杆2的两端分别与地上主机1和可变径刀盘3固接，连接立柱4的上端与可变径刀盘3固接，下端与可折叠集渣装置5枢接(例如两者通过轴承59连接，轴承59外圈转动，内圈静止，连接立柱4与轴承59的外圈连接，可折叠集渣装置5与轴承59的内圈连接)。稳定器6的数量为至少两个，各稳定器6周向间隔设置，可折叠集渣装置5的底部与各稳定器6均固接(一般可折叠集渣装置5的底部与稳定器6的上部固接)。

在稳定器6的下方固接有溜渣装置7，溜渣装置7能与可折叠集渣装置5的中间通道连通。后配套装置9的上端固定在稳定器6的底部，并在后配套装置9上设有支护装置8。在反井钻机正常开挖的状态下，开挖的渣土能沿中间通道和溜渣装置7下落；在反井钻机下放井下主机的状态下，可变径刀盘3的直径能缩小，且可折叠集渣装置5的直径能缩小。

使用时，地上主机1位于地面上。反井钻机正常开挖时，各稳定器6(现有结构)的伸缩结构向外伸出并撑紧在井壁上，起到稳定刀头的作用；钻杆2带动可变径刀盘3一起旋转，可变径刀盘3向上进行扩孔，各稳定器6撑紧井壁的同时随可变径刀盘3一起向上移动；可折叠集渣装置5也会随可变径刀盘3一起向上移动，但可折叠集渣装置5保持周向不动，且此时可折叠集渣装置5的直径与开挖的井壁直径相同，如图1所示，可变径刀盘3开挖的渣土可沿可折叠集渣装置5的中间通道落进溜渣装置7，然后落到井底，有效避免砸伤刚支护的井壁以及后配套装置9；在开挖时可以利用支护装置8进行同步支护。

反井钻机需要换刀或检修而下放井下主机时，各稳定器6的伸缩结构向内收回，可变径刀盘3收回，可折叠集渣装置5折叠收回，如图2所示，整个可变径刀盘3的直径小于支护后的井壁直径，整个可折叠集渣装置5的直径小于支护后的井壁直径，井下主机可以下放到井底进行换刀或者检修。文中所说的井下主机包括钻杆2、可变径刀盘3、连接立柱4、可折叠集渣装置5、稳定器6、溜渣装置7、支护装置8和后配套装置9。

由此，本实施例中的反井钻机，不仅在施工过程中可以实现开挖、出渣、支护同步进行，缩短了工期，提高了施工效率和施工安全性，减少了坍塌的风险；同时，采用了可变径刀盘3，刀盘可以自动折叠，有效解决了支护后反井钻机刀盘无法下放、无法换刀的问题；采用了可折叠集渣装置5，可以进行集渣，使刀盘开挖下来的渣土沿中间通道下落，防止损伤支护后的井壁以及后配套装置9；下放井下主机时，可折叠集渣装置5可以收回，保证井下主机可以正常下放。

在具体实现方式中，为了便于实现可变径刀盘3的自动折叠，如图3至图6所示，可变径刀盘3包括中心块31和多个边块32，钻杆2的下端和连接立柱4的上端均与中心块31固接，中心块31和边块32的顶面上均设有滚刀34。多个边块32沿中心块31的周向均匀围绕在中心块31的外周，且边块32与中心块31铰接，边块32能向靠近中心块31中心的方向摆动，以缩小可变径刀盘3的直径。

一般在中心块31的顶部中心设有接头3114，用于与钻杆2连接固定。反井钻机正常施工时，可变径刀盘3向上扩孔，边块32位于图3所示位置；需要下放井下主机时，边块32向靠近中心块31中心的方向摆动，边块32收回处于如图5所示位置，以使可变径刀盘3的直径小于支护后的井壁直径，使井下主机可顺利下放。

进一步地，为了避免可变径刀盘3向上进行扩孔时边块32转动，如图4所示，中心块31包括中心块体311以及设在中心块体311底部外周的延伸板312，钻杆2的下端和连接立柱4的上端均与中心块体311固接，滚刀34设在中心块体311上，边块32设在延伸板312上，边块32的底部内侧与延伸板312铰接。

在可变径刀盘3向上进行扩孔时，上部土体会对可变径刀盘3产生向下的力，延伸板312的存在可以承托边块32，抵抗土体对边块32向下的压力，防止边块32向外摆动；同时因上部土体对边块32的下压作用，且边块32下端与延伸板312贴合，边块32也不会向内摆动，在扩孔阶段边块32与中心块31相对固定，保证了扩孔效果。对于中心块体311和延伸板312的形状可以根据实际需要而定，例如本实施例中，中心块体311为矩形块体，延伸板312包括围绕在矩形块体底部四周的四个矩形板体，四个边块32分别设在对应的矩形板体上。当然，根据边块32的数量不同，延伸板312也可以采用其他的形状，本实施例仅为举例说明。

在实际应用中，为保证掘进效果，各滚刀34之间的间距不宜过大，因此，边块32与中心块体311的间距不宜过大，为了保证可变径刀盘3折叠时边块32能正常收回不与中心块体311出现干涉，如图4示，在中心块体311的侧面对应每个边块32的位置均设有一凹槽3111，边块32的一部分能在边块32摆动时容设在凹槽3111内，以在边块32向内摆动时提供容纳空间。

一般为了在可变径刀盘3向上扩孔时防止渣土落在可变径刀盘3上，如图4所示，在中心块体311上设有贯穿其顶面和底面的多个第一通孔3112，在中心块体311上且对应凹槽3111的区域设有上下贯通中心块体311的多个第二通孔3113。利用第一通孔3112和第二通孔3113可以在开挖过程中使得渣土落下去，不会落在可变径刀盘3上。

进一步地，为了提高边块32与延伸板312铰接位置的承受力，如图6所示，边块32包括顶板321以及设在顶板321下方的多个筋板322，顶板321的板面平行于延伸板312的板面，滚刀34设在顶板321上。多个筋板322平行间隔设置，筋板322的板面垂直于顶板321的板面，多个筋板322通过一销轴323与设在延伸板312上的支座铰接。

具体筋板322的数量根据实际需要而定，例如本实施例中边块32包括四个筋板322。销轴323的方向也按照能使边块32向靠近中心块体311的方向设置，例如按照图3和图4中示出的中心块体311为矩形块体时，销轴323的轴向平行于延伸板312的上表面并平行于中心块体311的相应侧面。

对于筋板322的形状也根据实际需要而定，本实施例中筋板322的板面形状优选为直角梯形，直角梯形的上底(即较短的底边)和下底(即较长的底边)分别靠近延伸板312和顶板321设置，直角梯形的直角边靠近中心块体311设置。采用直角梯形，一方面可以使得边块32受力更好，另一方面可以在保证边块32收回时可变径刀盘3直径缩小，不易碰到井壁。

进一步地，在可变径刀盘3向上扩孔时，因土体对边块32的下压力以及延伸板312对边块32的承托力，使得边块32相对于中心块31保持不动。在一个可行的实施例中，在下放刀盘时，无需油缸伸缩控制，支护后的井壁会将边块32顶起，使得边块32自动绕销轴323摆动，边块32收回，使可变径刀盘3顺利下放。

在一个优选的实施例中，为了在下放可变径刀盘3时使边块32更好地收回，保证可变径刀盘3顺利下放，可变径刀盘3还包括驱动装置33，驱动装置33与边块32连接，并能驱动边块32摆动。

例如，驱动装置33为伸缩油缸，伸缩油缸的一端与中心块31铰接(具体是与中心块体311铰接)，另一端与边块32铰接(具体是与顶板321铰接)。在刀盘向上扩孔时，因边块32相对中心块31保持不动，伸缩油缸无需受力；在下放刀盘时，先利用伸缩油缸的活塞杆收回，带动边块32收回，使得可变径刀盘3直径小于支护后的井壁直径，之后可变径刀盘3可以顺利下放，操作更加可靠。一般为使边块32摆动更加稳定，可以按照图4中示出的在边块32的两侧各设有一个伸缩油缸。当然，驱动装置33也可以采用其他的动力装置，只要便于驱动边块32摆动即可。

本实施例中的可变径刀盘3是一种可折叠刀盘，结构简单，通过中心块31和边块32的配合，需要下放井下主机时，边块32能向靠近中心块31中心的方向摆动，可变径刀盘3自动折叠，边块32收回，自动化程度高，使可变径刀盘3的直径小于支护后的井壁直径，有效解决了支护后反井钻机刀盘无法下放、无法换刀的问题。当然，根据需要，可变径刀盘3也可以采用其他的结构形式，只要能在下放井下主机时缩小直径即可，本实施例仅为举例说明。

进一步地，为了便于实现可折叠集渣装置5的自动折叠，如图1、图2以及图7至图12所示，可折叠集渣装置5包括底部平台51，在底部平台51上设有周向间隔的多个上部集渣板53以及周向间隔的多个下部集渣板52，多个下部集渣板52均位于多个上部集渣板53的外周，且各下部集渣板52与各上部集渣板53沿周向交错设置。在反井钻机正常开挖的状态下，上部集渣板53与相邻的下部集渣板52贴合，各上部集渣板53与各下部集渣板52能围合形成周向封闭的环状锥形结构。在反井钻机下放井下主机的状态下，各上部集渣板53和各下部集渣板52均能向内收拢，以缩小可折叠集渣装置5的直径。

底部平台51与稳定器6固接，且底部平台51的顶部与连接立柱4枢接，在底部平台51上开设有上下贯通底部平台51的集渣通道511，集渣通道511能与各上部集渣板53和各下部集渣板52围合的内部区域以及溜渣装置7连通，各上部集渣板53和各下部集渣板52围合的内部区域与集渣通道511构成中间通道。

其中，底部平台51的结构形式根据实际需要而定，只要便于与连接立柱4枢接并便于形成集渣通道511即可；例如，如图7所示，底部平台51可以包括底板57、内环板581和外环板582，上部集渣板53和下部集渣板52均设在底板57上。内环板581和外环板582均固设在底板57的底部，外环板582间隔套设在内环板581的外侧。外环板582插设在各稳定器6围成的中心通道内，底板57的底部通过加强板572与稳定器6的壳体顶面固接。在底板57上且对应外环板582和内环板581之间的环形区域开设有多个过渣孔571，过渣孔571和环形区域构成集渣通道511，底板57的顶部中心与连接立柱4枢接。一般底板57的顶部中心通过轴承59与连接立柱4的下端连接(轴承59的内圈与底板57的顶部固定)。

反井钻机正常开挖时，各集渣板处于图8和图9所示位置，各上部集渣板53和各下部集渣板52可连成一个整环，构成环状锥形结构，此时整个可折叠集渣装置5的直径与开挖的井壁直径相同，开挖下来的渣土可沿环状锥形结构的内通孔下落，经集渣通道511和溜渣装置7落至底部，有效避免砸伤刚支护的井壁以及后配套装置9，使开挖、支护同步进行，提高了施工效率。反井钻机需要下放井下主机时，各集渣板向内收拢处于图10所示位置，整个可折叠集渣装置5的直径小于支护后的井壁直径，保证井下主机可以顺利下放。

为了便于驱动各集渣板动作，并防止各集渣板收拢时各集渣板出现干涉，如图8和图10所示，在底部平台51上对应每个上部集渣板53均设有第一驱动机构54和第二驱动机构55，对应每个下部集渣板52均设有第三驱动机构56。第一驱动机构54与上部集渣板53连接，并能驱动上部集渣板53沿底部平台51的径向方向摆动。第二驱动机构55能驱动上部集渣板53上下移动或沿底部平台51的径向移动。第三驱动机构56与下部集渣板52连接，并能驱动下部集渣板52沿底部平台51的径向方向摆动。

其中，第一驱动机构54的数量和第二驱动机构55的数量均与上部集渣板53的数量相同，第三驱动机构56的数量与下部集渣板52相同。反井钻机正常开挖时，第三驱动机构56带动下部集渣板52向外摆动打开，第二驱动机构55带动上部集渣板53向下移动至最底部或者径向向外移动至最外侧，第一驱动机构54带动上部集渣板53向外摆动打开，便可使各上部集渣板53和各下部集渣板52连成环状锥形结构。在反井钻机需要下放井下主机时，第二驱动机构55带动上部集渣板53向上移动至顶部或者径向向内移动至内侧，第一驱动机构54带动上部集渣板53向内摆动收拢，然后第三驱动机构56带动下部集渣板52向内摆动收拢，以缩小整个集渣装置的直径。

在上部集渣板53动作之前，先利用第二驱动机构55带动其上下移动或径向移动，在各集渣板收拢时，可以保证上部集渣板53和下部集渣板52之间留有间隙，有效防止下部集渣板52收拢后，由于直径变化而造成下部集渣板52与上部集渣板53之间相互干涉的问题；同时在反井钻机正常开挖时，也能保证各集渣板连接为一个整环，使得渣土更好地沿环状锥形结构下落，避免渣土落在支护后的井壁及后配套装置9上。

更为具体的，如图8至图12所示，第一驱动机构54包括第一连接耳座541和第一伸缩缸542，第二驱动机构55与第一连接耳座541连接，并能驱动第一连接耳座541上下移动或径向移动。第一伸缩缸542的上端与上部集渣板53的上部铰接，第一伸缩缸542的下端与第一连接耳座541铰接，上部集渣板53的下部与第一连接耳座541铰接。

第二驱动机构55包括第二伸缩缸，第二伸缩缸的一端与第一连接耳座541固接，另一端与底部平台51固接，第二伸缩油缸的轴向沿底部平台51的轴向或径向设置。第三驱动机构56包括第二连接耳座561和第三伸缩缸562，第二连接耳座561固设在底部平台51上，第三伸缩缸562的上端与下部集渣板52的上部铰接，第三伸缩缸562的下端与第二连接耳座561铰接，下部集渣板52的下部与第二连接耳座561铰接。

可以理解，第一伸缩缸542的上端通过相应的支座与上部集渣板53铰接，上部集渣板53的下部通过相应的支座与第一连接耳座541铰接。第三伸缩缸562的上端通过相应的支座与下部集渣板52铰接，下部集渣板52的下部通过相应的支座与第二连接耳座561铰接。一般第一伸缩缸542、第二伸缩缸和第三伸缩缸562均为伸缩油缸。通过第一伸缩缸542、第二伸缩缸和第三伸缩缸562的活塞杆伸缩移动便可实现上部集渣板53或下部集渣板52的相应动作。

在一可选的实施例中，第二驱动机构55还包括上下两端开口的滑移套筒551，滑移套筒551固设在底部平台51上。第一连接耳座541能上下滑动地插设在滑移套筒551内，第二伸缩缸设在滑移套筒551内并位于第一连接耳座541的底部，且第二伸缩油缸的轴向沿底部平台51的轴向设置(即竖直设置)，滑移套筒551的水平截面内部与第一连接耳座541下部的水平截面外部相同，如图8、图10和图11所示，即滑移套筒551的内部轮廓形状和大小与第一连接耳座541下部的外部轮廓形状和大小相同，以在第一连接耳座541上下滑移升降时利用滑移套筒551起到导向作用，结构更加稳定。

例如，可以按照图10和图11中示出的滑移套筒551为由四个侧板围合构成的矩形筒体，第一连接耳座541的下部为矩形座体；再例如，滑移套筒551也可以为圆柱形筒体，第一连接耳座541的下部为圆柱形座体；当然，根据需要滑移套筒551以及第一连接耳座541的下部也可以采用其他相匹配的形状，本发明对此不进行限定。

在另一可选的实施例中，第二驱动机构55还包括上端开口的滑移套筒551，滑移套筒551固设在底部平台51上。第一连接耳座541能径向滑动(具体是沿底部平台51的径向滑动)地插设在滑移套筒551内，第二伸缩缸设在滑移套筒551内并位于第一连接耳座541的内侧或外侧，且第二伸缩油缸的轴向沿底部平台51的径向设置，滑移套筒551沿底部平台51周向的宽度与第一连接耳座541的宽度相同，以利用滑移套筒551对第一连接耳座541的径向滑移起到导向作用，结构更加稳定。

另外，第二伸缩缸的另一端可以直接与底部平台51固定，也可以将第二伸缩缸的另一端与滑移套筒551的内壁固定来间接与底部平台51固定。对于滑移套筒551的底部是否开口、其径向两侧是全封闭还是远离第二伸缩缸的一侧开口，滑移套筒551和第一连接耳座541沿底部平台51径向的长度大小关系，第一连接耳座541是仅在滑移套筒551内滑移，还是可以露出滑移套筒551，均可以根据实际需要而定。上述的第一驱动机构54、第二驱动机构55和第三驱动机构56具体均是设在底板57上，底板57一般为圆形板体，也可以是其他形状。

当然，上述的第一驱动机构54、第二驱动机构55和第三驱动机构56也可以采用其他的结构形式，本实施例仅为举例说明。

对于上部集渣板53和下部集渣板52的形状可以根据实际需要而定，只要相互不会干涉且能围合构成上述的环状锥形结构即可，例如本实施例中，上部集渣板53为扇状弧形板，下部集渣板52为矩形弧形板。

本实施例中的可折叠集渣装置5，通过多个上部集渣板53和多个下部集渣板52的配合，在反井钻机正常开挖时，各集渣板能围合构成环状锥形结构，可以使刀盘开挖下来的渣土沿可折叠集渣装置5的中间通道和溜渣装置7下落，开挖的渣土不会直接落在支护后的井壁以及后配套装置9上，防止损伤支护后的井壁以及后配套装置9。需要下放井下主机时，各集渣板又可向内收拢，实现集渣装置的折叠，以缩小集渣装置的直径，使得可折叠集渣装置5的直径小于支护后的井壁直径，保证了井下主机可以正常下放。同时，整个可折叠集渣装置5采用了上下分块设计，包括多个上部集渣板53和多个下部集渣板52，很好地避免了可折叠集渣装置5折叠后各集渣板之间相互干涉的问题。整个可折叠集渣装置5可以使反井钻机施工实现开挖、支护同步进行，一次成井，大大提高施工效率，检修时可以下放井下主机；且自动化程度高，可减少人工作业，更加安全、高效。当然，根据需要，可折叠集渣装置5也可以采用其他的结构形式，只要能在下放井下主机时缩小直径即可，本实施例仅为举例说明。

进一步地，上述的溜渣装置7为两端开口的筒状结构，其上部一般为直径向下渐缩的锥形状，以便于更好的进行溜渣。支护装置8和后配套装置9的结构为现有技术，后配套装置9包括后配套平台以及设在后配套平台上的相关设备，例如湿喷机械手、泵站、卷扬提升机等设备，后配套平台直接固定在各稳定器6的下方。支护装置8可以根据支护方式需要采用相应的支护设备，支护方法包括但不限于挂网、打锚杆、浇筑混凝土等形式；可通过设在后配套平台上的提升设备进行人员和物料的提升。

进一步地，本实施例还提供一种掘支同步的反井钻机的施工方法，采用上述的掘支同步的反井钻机进行施工；

该掘支同步的反井钻机进行正常开挖时的方法包括如下步骤：

将稳定器6的伸缩结构向外伸出并撑紧在井壁上，可折叠集渣装置5的直径与开挖的井壁直径相同；

钻杆2带动可变径刀盘3旋转，向上进行扩孔，开挖的渣土沿可折叠集渣装置5的中间通道落进溜渣装置7，然后落至井底；

在开挖时利用支护装置8同步支护已开挖的井壁；

该掘支同步的反井钻机需要换刀或检修而下放井下主机时的方法包括如下步骤：

将稳定器6的伸缩结构向内收回；

将可变径刀盘3收回，并使收回后的可变径刀盘3的直径小于支护后的井壁直径；

将可折叠集渣装置5收回，并使收回后的可折叠集渣装置5的直径小于支护后的井壁直径；

将井下主机下放至井底。

更详细的工作过程以及各部件的结构和工作过程在上述对反井钻机的介绍中已经详细描述，在此不再赘述。

整个反井钻机及其施工方法，能实现同步支护，且能有效解决同步支护带来的刀盘无法下放、渣土下落损伤井壁和后配套装置9的问题，自动化程度高，减少了人工作业，更加安全和高效。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (15)

1.一种掘支同步的反井钻机，其特征在于，包括上下连接的地上主机和井下主机，所述井下主机包括从上至下顺序设置钻杆、可变径刀盘、连接立柱、可折叠集渣装置、稳定器和后配套装置；

所述钻杆的两端分别与所述地上主机和所述可变径刀盘固接，所述连接立柱的上端与所述可变径刀盘固接，下端与所述可折叠集渣装置枢接；所述稳定器的数量为至少两个，各所述稳定器周向间隔设置，所述可折叠集渣装置的底部与各所述稳定器均固接；在所述稳定器的下方固接有溜渣装置，所述溜渣装置能与所述可折叠集渣装置的中间通道连通；所述后配套装置的上端固定在所述稳定器的底部，并在所述后配套装置上设有支护装置；

在反井钻机正常开挖的状态下，开挖的渣土能沿所述中间通道和所述溜渣装置下落；在反井钻机下放所述井下主机的状态下，所述可变径刀盘的直径能缩小，且所述可折叠集渣装置的直径能缩小。

2.如权利要求1所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述可变径刀盘包括中心块和多个边块，所述钻杆的下端和所述连接立柱的上端均与所述中心块固接，所述中心块和所述边块的顶面上均设有滚刀；多个所述边块沿所述中心块的周向均匀围绕在所述中心块的外周，且所述边块与所述中心块铰接，所述边块能向靠近所述中心块中心的方向摆动，以缩小所述可变径刀盘的直径。

3.如权利要求2所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述中心块包括中心块体以及设在所述中心块体底部外周的延伸板，所述钻杆的下端和所述连接立柱的上端均与所述中心块体固接，所述滚刀设在所述中心块体上，所述边块设在所述延伸板上，所述边块的底部内侧与所述延伸板铰接。

4.如权利要求3所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

在所述中心块体的侧面对应每个所述边块的位置均设有一凹槽，所述边块的一部分能在所述边块摆动时容设在所述凹槽内。

5.如权利要求4所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

在所述中心块体上设有贯穿其顶面和底面的多个第一通孔，在所述中心块体上且对应所述凹槽的区域设有上下贯通所述中心块体的多个第二通孔。

6.如权利要求2所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述可变径刀盘还包括驱动装置，所述驱动装置与所述边块连接，并能驱动所述边块摆动。

7.如权利要求1所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，所述可折叠集渣装置包括底部平台；

在所述底部平台上设有周向间隔的多个上部集渣板以及周向间隔的多个下部集渣板，多个所述下部集渣板均位于多个所述上部集渣板的外周，且各所述下部集渣板与各所述上部集渣板沿周向交错设置；在反井钻机正常开挖的状态下，所述上部集渣板与相邻的所述下部集渣板贴合，各所述上部集渣板与各所述下部集渣板能围合形成周向封闭的环状锥形结构；在反井钻机下放所述井下主机的状态下，各所述上部集渣板和各所述下部集渣板均能向内收拢，以缩小所述可折叠集渣装置的直径；

所述底部平台与所述稳定器固接，且所述底部平台的顶部与所述连接立柱枢接，在所述底部平台上开设有上下贯通所述底部平台的集渣通道，所述集渣通道能与各所述上部集渣板和各所述下部集渣板围合的内部区域以及所述溜渣装置连通，各所述上部集渣板和各所述下部集渣板围合的内部区域与所述集渣通道构成所述中间通道。

8.如权利要求7所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述底部平台包括底板、内环板和外环板，所述上部集渣板和所述下部集渣板均设在所述底板上；所述内环板和所述外环板均固设在所述底板的底部，所述外环板间隔套设在所述内环板的外侧；所述外环板插设在各所述稳定器围成的中心通道内，所述底板的底部通过加强板与所述稳定器的壳体顶面固接；在所述底板上且对应所述外环板和所述内环板之间的环形区域开设有多个过渣孔，所述过渣孔和所述环形区域构成所述集渣通道，所述底板的顶部中心与所述连接立柱枢接。

9.如权利要求7所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

在所述底部平台上对应每个所述上部集渣板均设有第一驱动机构和第二驱动机构，对应每个所述下部集渣板均设有第三驱动机构；

所述第一驱动机构与所述上部集渣板连接，并能驱动所述上部集渣板沿所述底部平台的径向方向摆动；所述第二驱动机构能驱动所述上部集渣板上下移动或沿所述底部平台的径向移动；所述第三驱动机构与所述下部集渣板连接，并能驱动所述下部集渣板沿所述底部平台的径向方向摆动。

10.如权利要求9所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述第一驱动机构包括第一连接耳座和第一伸缩缸，所述第二驱动机构与所述第一连接耳座连接，并能驱动所述第一连接耳座上下移动或径向移动；所述第一伸缩缸的上端与所述上部集渣板的上部铰接，所述第一伸缩缸的下端与所述第一连接耳座铰接，所述上部集渣板的下部与所述第一连接耳座铰接。

11.如权利要求10所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述第二驱动机构包括第二伸缩缸，所述第二伸缩缸的一端与所述第一连接耳座固接，另一端与所述底部平台固接，所述第二伸缩油缸的轴向沿所述底部平台的轴向或径向设置。

12.如权利要求11所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述第二驱动机构还包括上下两端开口的滑移套筒，所述滑移套筒固设在所述底部平台上；所述第一连接耳座能上下滑动地插设在所述滑移套筒内，所述第二伸缩缸设在所述滑移套筒内并位于所述第一连接耳座的底部，且所述第二伸缩油缸的轴向沿所述底部平台的轴向设置，所述滑移套筒的水平截面内部与所述第一连接耳座下部的水平截面外部相同。

13.如权利要求11所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述第二驱动机构还包括上端开口的滑移套筒，所述滑移套筒固设在所述底部平台上；所述第一连接耳座能径向滑动地插设在所述滑移套筒内，所述第二伸缩缸设在所述滑移套筒内并位于所述第一连接耳座的内侧或外侧，且所述第二伸缩油缸的轴向沿所述底部平台的径向设置，所述滑移套筒沿所述底部平台周向的宽度与所述第一连接耳座的宽度相同。

14.如权利要求11所述的掘支同步的反井钻机，其特征在于，

所述第三驱动机构包括第二连接耳座和第三伸缩缸，所述第二连接耳座固设在所述底部平台上，所述第三伸缩缸的上端与所述下部集渣板的上部铰接，所述第三伸缩缸的下端与所述第二连接耳座铰接，所述下部集渣板的下部与所述第二连接耳座铰接。

15.一种掘支同步的反井钻机的施工方法，其特征在于，采用如权利要求1至14任一项所述的掘支同步的反井钻机进行施工；

所述掘支同步的反井钻机进行正常开挖时的方法包括如下步骤：

将所述稳定器的伸缩结构向外伸出并撑紧在井壁上，所述可折叠集渣装置的直径与开挖的井壁直径相同；

所述钻杆带动所述可变径刀盘旋转，向上进行扩孔，开挖的渣土沿所述可折叠集渣装置的中间通道落进所述溜渣装置，然后落至井底；

在开挖时利用所述支护装置同步支护已开挖的井壁；

所述掘支同步的反井钻机需要换刀或检修而下放所述井下主机时的方法包括如下步骤：

将所述稳定器的伸缩结构向内收回；

将所述可变径刀盘收回，并使收回后的所述可变径刀盘的直径小于支护后的井壁直径；

将所述可折叠集渣装置收回，并使收回后的所述可折叠集渣装置的直径小于支护后的井壁直径；

将所述井下主机下放至井底。

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