CN116641661B

CN116641661B - 一种坚硬岩石钻探装置

Info

Publication number: CN116641661B
Application number: CN202310926493.0A
Authority: CN
Inventors: 周涛山; 叶德宏; 姜祖勇; 王小康; 刘璇; 刘伟
Original assignee: Poly Orica Jiangsu Mining Machinery Co ltd
Current assignee: Poly Orica Jiangsu Mining Machinery Co ltd
Priority date: 2023-07-27
Filing date: 2023-07-27
Publication date: 2023-09-26
Anticipated expiration: 2043-07-27
Also published as: CN116641661A

Abstract

本发明公开了一种坚硬岩石钻探装置，属于岩石钻探技术领域，包括放置在开采处附近地面处的固定装置，固定装置用于将整个装置固定在地面上，固定装置上设置有调节装置，调节装置用于调节钻探的位置，调节装置上设置有掘进装置，掘进装置用于进行坚硬岩石钻探工作。本发明设置的固定装置通过四点钻入的方式进行固定且钻入点的位置可以进行局部调节，找到便于钻入的地质结构进行固定，使得装置固定更稳固；掘进装置设置有定径钻探机构和变径钻探机构，首先通过变径钻探机构对岩石进行预开洞，随后通过定径钻探机构对坚硬岩石进行钻探，首先通过预钻探的方式进行一个大直径的开孔，便于后续钻探的深入进行。

Description

一种坚硬岩石钻探装置

技术领域

本发明涉及岩石钻探技术领域，特别涉及一种坚硬岩石钻探装置。

背景技术

岩土工程地质钻探是利用技术手段揭示地层层序、岩土工程特征的一种勘探手段。其目的是通过钻探取样，样品分析，现场工程地质测试等，以获取建筑基础的地质资料和岩土层的各项参数，通常的钻探采用地质钻机进行，但是其结构庞大，搭设周期长使用不便，不适用于小范围，短时间坚硬岩石的钻探，公开号为CN115541302A的中国发明专利公开了一种钻探取样检测装置，解决了现有的钻探取样装置在对需要检测的区域进行钻探时并不能够稳定的问题，但此装置钻探方向有限，不能满足所有方位的钻探工作，且针对坚硬岩石需要先预钻洞方能顺利进行钻探。

发明内容

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种坚硬岩石钻探装置，包括放置在开采处附近地面处的固定装置，所述的固定装置包括底架，底架上固定安装有立柱，所述的固定装置用于将整个装置固定在地面上，所述的固定装置上设置有调节装置，所述的调节装置包括升降框和横动导轨，升降框滑动安装在立柱上，所述的调节装置用于调节钻探的位置，所述的调节装置上设置有掘进装置，所述的掘进装置包括横移块，横移块与横动导轨滑动安装，所述的掘进装置用于进行坚硬岩石钻探工作。

使用时将整个装置放在需要开采坚硬岩石的部位上，通过固定装置将整个装置进行固定，随后通过调节装置来调节掘进装置的平面位置，并通过掘进装置调节掘进角度并对坚硬岩石进行钻探。

进一步地，所述的固定装置包括固定安装正在底架下方的上底柱，上底柱下方固定安装有下底柱，上底柱和下底柱之间固定安装有外斜杆和内斜杆，底架上转动安装有外杆，下底柱上转动安装有下杆，下杆上转动安装有上杆，上杆与外杆转动安装，外杆内滑动安装有内杆，内杆上转动安装有圆座，圆座上固定安装有固定电机，固定电机的输出轴上固定安装有固定钻头。

通过调节外杆与底架的角度，以及内杆和外杆的伸缩程度来调整圆座的位置，配合通过固定电机转动带动固定钻头转动，从而将固定钻头钻入土地或岩石汇总，通过四点的固定钻头钻入，从而固定住底架的位置，从而使得整个装置得以稳定。

进一步地，所述的调节装置包括固定安装在立柱上的电机座，电机座上固定安装有升降电机，升降电机的输出轴上固定安装有升降丝杆，升降丝杆另一端与立柱转动安装，升降框与升降丝杆形成螺纹传动，升降框上设置有翻转机构。

进一步地，所述的翻转机构包括固定安装在升降框上的电机外座，电机外座上固定安装有盖电机，盖电机的输出轴上固定安装有盖丝杆，电机外座上滑动安装有滑柱，滑柱上固定安装有移动上盖，移动上盖与盖丝杆形成螺纹传动，电机外座上固定安装有下柱卡，下柱卡上转动安装有转杆，转杆上设置有纵横机构。

进一步地，所述的纵横机构包括固定安装在转杆上的内架，内架上固定安装有前进电机，前进电机的输出轴上固定安装有前进丝杆，前进丝杆另一端与内架转动安装，内架上滑动安装有主动滑块和被动滑块，主动滑块与前进丝杆形成螺纹传动，被动滑块和主动滑块之间固定安装有横动导轨，被动滑块上固定安装有横动电机，横动电机的输出轴上固定安装有横动丝杆，横动丝杆另一端与主动滑块转动安装。

进一步地，所述的立柱上滑动安装有四根升降框，四个升降框上分别设置有四个翻转机构。

升降电机转动可带动升降丝杆转动，从而带动升降框沿着立柱进行升降，前进电机转动可带动前进丝杆转动，从而带动主动滑块和被动滑块沿着内架进行滑动，通过横动电机转动可带动横动丝杆转动，从而带动掘进装置沿着横动导轨滑动，即通过升降电机、横动电机和前进电机的转动来调节掘进装置的位置，当某根升降框上的盖电机转动带动盖丝杆转动可带动移动上盖在下柱卡上滑动，滑柱在电机外座内滑动，移动上盖到达下柱卡上方，此时转杆被下柱卡和移动上盖包裹，另外三个盖电机不转动，移动上盖均不位于下柱卡上部，此刻可将转杆沿着下柱卡转动，从而调节转杆和内架的翻转角度，进行钻探角度的调节，需要哪边翻转，就只有哪边的盖电机转动，带动移动上盖到达下柱卡上方，其余三边的移动上盖均不位于下柱卡上部。

进一步地，所述的掘进装置包括固定安装在横移块上的调节电机，调节电机的电机轴上固定安装有调节丝杆，调节丝杆与横移块转动安装，横移块上滑动安装有升降块，升降块与调节丝杆形成螺纹传动，升降块上固定安装有换刀电机，换刀电机的输出轴上固定安装有换刀块，换刀块与升降块转动安装，换刀块上固定安装有掘进电缸，换刀块上固定安装有下钻电机，下钻电机的输出轴上固定安装有侧锥齿轮，换刀块上转动安装有连接盘，连接盘上固定安装有底锥齿轮，侧锥齿轮与底锥齿轮啮合，掘进电缸上设置有定径钻探机构，连接盘上设置有变径钻探机构。

进一步地，所述的定径钻探机构包括固定安装在掘进电缸顶部的钻电机座，钻电机座内固定安装有钻进电机，钻进电机的输出轴上固定安装有主钻头。

进一步地，所述的变径钻探机构包括固定安装在连接盘上的电机筒，电机筒内固定安装有变径电机，变径电机的输出轴上固定安装有变径丝杆，变径丝杆上固定安装有前钻头，电机筒上转动安装有变径刀，变径刀上转动安装有钻头连杆，钻头连杆上转动安装有内螺纹圈，内螺纹圈与变径丝杆形成螺纹传动。

当掘进装置的位置调整好后，首先使用变径钻探机构进行预钻洞，便于后续定径钻探机构的掘进，通过调节电机转动带动调节丝杆转动，从而带动升降块沿着横移块下降，使得前钻头与岩石接触，下钻电机转动带动连接盘转动，从而带动整个变径钻探机构转动，同时在钻孔过程中，同时配合调节电机的转动使得升降块整体下降，进行钻洞，同时通过变径电机转动可带动内螺纹圈在变径丝杆的螺纹上滑动，从而通过钻头连杆带动变径刀绕着电机筒转动，从而使得变径刀张开，来实现变径，从而配合前钻头的钻探在岩石上首先钻出一个大直径孔洞，预钻洞完成后，调节电机反转带动变径钻探机构退出岩石，配合升降电机的转动，将整个掘进装置提升到一定高度，随后换刀电机转动带动换刀块转动，使得主钻头朝下，而前钻头朝上，此时升降电机转动带动主钻头与预钻洞的孔洞接触，随后钻进电机转动带动主钻头转动，同时配合掘进电缸的伸长，带动主钻头钻探进入岩石中，对岩石进行钻探。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明设置的固定装置通过四点钻入的方式进行固定且钻入点的位置可以进行局部调节，找到便于钻入的地质结构进行固定，使得装置固定更稳固；（2）本发明设置的调节装置可对掘进装置的各方向的位置进行调节，并通过翻转机构能够调节掘进的角度，能够进行更高效率更有针对性的岩石钻探工作；（3）本发明设置的掘进装置设置有定径钻探机构和变径钻探机构，首先通过变径钻探机构对岩石进行预开洞，随后通过定径钻探机构对坚硬岩石进行钻探，首先通过预钻探的方式进行一个大直径的开孔，便于后续钻探的深入进行。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明固定装置结构示意图。

图3为本发明调节装置结构示意图。

图4为本发明纵横机构结构示意图。

图5为本发明翻转机构结构示意图。

图6为本发明掘进装置结构示意图。

图7为本发明定径钻探机构结构示意图。

图8为本发明换刀块内部结构示意图。

图9为本发明变径钻探机构结构示意图一。

图10为本发明变径钻探机构结构示意图二。

附图标号：101-底架；102-立柱；103-外斜杆；104-内斜杆；105-上底柱；106-下底柱；107-下杆；108-上杆；109-外杆；110-内杆；111-圆座；112-固定电机；113-固定钻头；201-升降电机；202-电机座；203-升降丝杆；204-升降框；205-横动电机；206-被动滑块；207-主动滑块；208-前进电机；209-前进丝杆；210-内架；211-转杆；212-横动丝杆；213-横动导轨；214-盖电机；215-电机外座；216-移动上盖；217-滑柱；218-盖丝杆；219-下柱卡；301-横移块；302-调节电机；303-调节丝杆；304-升降块；305-换刀电机；306-换刀块；307-下钻电机；308-掘进电缸；309-钻电机座；310-主钻头；311-钻进电机；312-侧锥齿轮；313-底锥齿轮；314-电机筒；315-连接盘；316-变径刀；317-变径电机；318-变径丝杆；319-前钻头；320-钻头连杆；321-内螺纹圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

实施例：参考图1-图10，一种坚硬岩石钻探装置，包括放置在开采处附近地面处的固定装置，固定装置包括底架101，底架101上固定安装有立柱102，固定装置用于将整个装置固定在地面上，固定装置上设置有调节装置，调节装置包括升降框204和横动导轨213，升降框204滑动安装在立柱102上，调节装置用于调节钻探的位置，调节装置上设置有掘进装置，掘进装置包括横移块301，横移块301与横动导轨213滑动安装，掘进装置用于进行坚硬岩石钻探工作。

如图2所示，固定装置包括固定安装正在底架101下方的上底柱105，上底柱105下方固定安装有下底柱106，上底柱105和下底柱106之间固定安装有外斜杆103和内斜杆104，底架101上转动安装有外杆109，下底柱106上转动安装有下杆107，下杆107上转动安装有上杆108，上杆108与外杆109转动安装，外杆109内滑动安装有内杆110，内杆110上转动安装有圆座111，圆座111上固定安装有固定电机112，固定电机112的输出轴上固定安装有固定钻头113。

通过调节外杆109与底架101的角度，以及内杆110和外杆109的伸缩程度来调整圆座111的位置，配合通过固定电机112转动带动固定钻头113转动，从而将固定钻头113钻入土地或岩石汇总，通过四点的固定钻头113钻入，从而固定住底架101的位置，从而使得整个装置得以稳定。

如图3-图5所示，调节装置包括固定安装在立柱102上的电机座202，电机座202上固定安装有升降电机201，升降电机201的输出轴上固定安装有升降丝杆203，升降丝杆203另一端与立柱102转动安装，升降框204与升降丝杆203形成螺纹传动，升降框204上设置有翻转机构。

如图4、图5所示，翻转机构包括固定安装在升降框204上的电机外座215，电机外座215上固定安装有盖电机214，盖电机214的输出轴上固定安装有盖丝杆218，电机外座215上滑动安装有滑柱217，滑柱217上固定安装有移动上盖216，移动上盖216与盖丝杆218形成螺纹传动，电机外座215上固定安装有下柱卡219，下柱卡219上转动安装有转杆211，转杆211上设置有纵横机构。

如图3、图4、图5所示，纵横机构包括固定安装在转杆211上的内架210，内架210上固定安装有前进电机208，前进电机208的输出轴上固定安装有前进丝杆209，前进丝杆209另一端与内架210转动安装，内架210上滑动安装有主动滑块207和被动滑块206，主动滑块207与前进丝杆209形成螺纹传动，被动滑块206和主动滑块207之间固定安装有横动导轨213，被动滑块206上固定安装有横动电机205，横动电机205的输出轴上固定安装有横动丝杆212，横动丝杆212另一端与主动滑块207转动安装。

如图3所示，立柱102上滑动安装有四根升降框204，四个升降框204上分别设置有四个翻转机构。

升降电机201转动可带动升降丝杆203转动，从而带动升降框204沿着立柱102进行升降，前进电机208转动可带动前进丝杆209转动，从而带动主动滑块207和被动滑块206沿着内架210进行滑动，通过横动电机205转动可带动横动丝杆212转动，从而带动掘进装置沿着横动导轨213滑动，即通过升降电机201、横动电机205和前进电机208的转动来调节掘进装置的位置，当某根升降框204上的盖电机214转动带动盖丝杆218转动可带动移动上盖216在下柱卡219上滑动，滑柱217在电机外座215内滑动，移动上盖216到达下柱卡219上方，此时转杆211被下柱卡219和移动上盖216包裹，另外三个盖电机214不转动，移动上盖216均不位于下柱卡219上部，此刻可将转杆211沿着下柱卡219转动，从而调节转杆211和内架210的翻转角度，进行钻探角度的调节，需要哪边翻转，就只有哪边的盖电机214转动，带动移动上盖216到达下柱卡219上方，其余三边的移动上盖216均不位于下柱卡219上部。

如图6-图10所示，掘进装置包括固定安装在横移块301上的调节电机302，调节电机302的电机轴上固定安装有调节丝杆303，调节丝杆303与横移块301转动安装，横移块301上滑动安装有升降块304，升降块304与调节丝杆303形成螺纹传动，升降块304上固定安装有换刀电机305，换刀电机305的输出轴上固定安装有换刀块306，换刀块306与升降块304转动安装，换刀块306上固定安装有掘进电缸308，换刀块306上固定安装有下钻电机307，下钻电机307的输出轴上固定安装有侧锥齿轮312，换刀块306上转动安装有连接盘315，连接盘315上固定安装有底锥齿轮313，侧锥齿轮312与底锥齿轮313啮合，掘进电缸308上设置有定径钻探机构，连接盘315上设置有变径钻探机构。

如图7所示，定径钻探机构包括固定安装在掘进电缸308顶部的钻电机座309，钻电机座309内固定安装有钻进电机311，钻进电机311的输出轴上固定安装有主钻头310。

如图9、图10所示，变径钻探机构包括固定安装在连接盘315上的电机筒314，电机筒314内固定安装有变径电机317，变径电机317的输出轴上固定安装有变径丝杆318，变径丝杆318上固定安装有前钻头319，电机筒314上转动安装有变径刀316，变径刀316上转动安装有钻头连杆320，钻头连杆320上转动安装有内螺纹圈321，内螺纹圈321与变径丝杆318形成螺纹传动。

当掘进装置的位置调整好后，首先使用变径钻探机构进行预钻洞，便于后续定径钻探机构的掘进，通过调节电机302转动带动调节丝杆303转动，从而带动升降块304沿着横移块301下降，使得前钻头319与岩石接触，下钻电机307转动带动连接盘315转动，从而带动整个变径钻探机构转动，同时在钻孔过程中，同时配合调节电机302的转动使得升降块304整体下降，进行钻洞，同时通过变径电机317转动可带动内螺纹圈321在变径丝杆318的螺纹上滑动，从而通过钻头连杆320带动变径刀316绕着电机筒314转动，从而使得变径刀316张开，来实现变径，从而配合前钻头319的钻探在岩石上首先钻出一个大直径孔洞，预钻洞完成后，调节电机302反转带动变径钻探机构退出岩石，配合升降电机201的转动，将整个掘进装置提升到一定高度，随后换刀电机305转动带动换刀块306转动，使得主钻头310朝下，而前钻头319朝上，此时升降电机201转动带动主钻头310与预钻洞的孔洞接触，随后钻进电机311转动带动主钻头310转动，同时配合掘进电缸308的伸长，带动主钻头310钻探进入岩石中，对岩石进行钻探。

本发明公开的一种坚硬岩石钻探装置的工作原理为：使用时将整个装置放在需要开采坚硬岩石的部位上，通过调节外杆109与底架101的角度，以及内杆110和外杆109的伸缩程度来调整圆座111的位置，配合通过固定电机112转动带动固定钻头113转动，从而将固定钻头113钻入土地或岩石汇总，通过四点的固定钻头113钻入，从而固定住底架101的位置，从而使得整个装置得以稳定。升降电机201转动可带动升降丝杆203转动，从而带动升降框204沿着立柱102进行升降，前进电机208转动可带动前进丝杆209转动，从而带动主动滑块207和被动滑块206沿着内架210进行滑动，通过横动电机205转动可带动横动丝杆212转动，从而带动掘进装置沿着横动导轨213滑动，即通过升降电机201、横动电机205和前进电机208的转动来调节掘进装置的位置，当某根升降框204上的盖电机214转动带动盖丝杆218转动可带动移动上盖216在下柱卡219上滑动，滑柱217在电机外座215内滑动，移动上盖216到达下柱卡219上方，此时转杆211被下柱卡219和移动上盖216包裹，另外三个盖电机214不转动，移动上盖216均不位于下柱卡219上部，此刻可将转杆211沿着下柱卡219转动，从而调节转杆211和内架210的翻转角度，进行钻探角度的调节。当掘进装置的位置调整好后，首先使用变径钻探机构进行预钻洞，便于后续定径钻探机构的掘进，通过调节电机302转动带动调节丝杆303转动，从而带动升降块304沿着横移块301下降，使得前钻头319与岩石接触，下钻电机307转动带动连接盘315转动，从而带动整个变径钻探机构转动，同时在钻孔过程中，同时配合调节电机302的转动使得升降块304整体下降，进行钻洞，同时通过变径电机317转动可带动内螺纹圈321在变径丝杆318的螺纹上滑动，从而通过钻头连杆320带动变径刀316绕着电机筒314转动，从而使得变径刀316张开，来实现变径，从而配合前钻头319的钻探在岩石上首先钻出一个大直径孔洞，预钻洞完成后，调节电机302反转带动变径钻探机构退出岩石，配合升降电机201的转动，将整个掘进装置提升到一定高度，随后换刀电机305转动带动换刀块306转动，使得主钻头310朝下，而前钻头319朝上，此时升降电机201转动带动主钻头310与预钻洞的孔洞接触，随后钻进电机311转动带动主钻头310转动，同时配合掘进电缸308的伸长，带动主钻头310钻探进入岩石中，对岩石进行钻探。

Claims

1.一种坚硬岩石钻探装置，包括放置在开采处附近地面处的固定装置，其特征在于：所述的固定装置包括底架（101），底架（101）上固定安装有立柱（102），所述的固定装置用于将整个装置固定在地面上，所述的固定装置上设置有调节装置，所述的调节装置包括升降框（204）和横动导轨（213），升降框（204）滑动安装在立柱（102）上，所述的调节装置用于调节钻探的位置，所述的调节装置上设置有掘进装置，所述的掘进装置包括横移块（301），横移块（301）与横动导轨（213）滑动安装，所述的掘进装置用于进行坚硬岩石钻探工作；

所述的固定装置包括固定安装正在底架（101）下方的上底柱（105），上底柱（105）下方固定安装有下底柱（106），上底柱（105）和下底柱（106）之间固定安装有外斜杆（103）和内斜杆（104），底架（101）上转动安装有外杆（109），下底柱（106）上转动安装有下杆（107），下杆（107）上转动安装有上杆（108），上杆（108）与外杆（109）转动安装，外杆（109）内滑动安装有内杆（110），内杆（110）上转动安装有圆座（111），圆座（111）上固定安装有固定电机（112），固定电机（112）的输出轴上固定安装有固定钻头（113）；

所述的掘进装置包括固定安装在横移块（301）上的调节电机（302），调节电机（302）的电机轴上固定安装有调节丝杆（303），调节丝杆（303）与横移块（301）转动安装，横移块（301）上滑动安装有升降块（304），升降块（304）与调节丝杆（303）形成螺纹传动，升降块（304）上固定安装有换刀电机（305），换刀电机（305）的输出轴上固定安装有换刀块（306），换刀块（306）与升降块（304）转动安装，换刀块（306）上固定安装有掘进电缸（308），换刀块（306）上固定安装有下钻电机（307），下钻电机（307）的输出轴上固定安装有侧锥齿轮（312），换刀块（306）上转动安装有连接盘（315），连接盘（315）上固定安装有底锥齿轮（313），侧锥齿轮（312）与底锥齿轮（313）啮合，掘进电缸（308）上设置有定径钻探机构，连接盘（315）上设置有变径钻探机构；

所述的定径钻探机构包括固定安装在掘进电缸（308）顶部的钻电机座（309），钻电机座（309）内固定安装有钻进电机（311），钻进电机（311）的输出轴上固定安装有主钻头（310）；

所述的变径钻探机构包括固定安装在连接盘（315）上的电机筒（314），电机筒（314）内固定安装有变径电机（317），变径电机（317）的输出轴上固定安装有变径丝杆（318），变径丝杆（318）上固定安装有前钻头（319），电机筒（314）上转动安装有变径刀（316），变径刀（316）上转动安装有钻头连杆（320），钻头连杆（320）上转动安装有内螺纹圈（321），内螺纹圈（321）与变径丝杆（318）形成螺纹传动。

2.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石钻探装置，其特征在于：所述的调节装置包括固定安装在立柱（102）上的电机座（202），电机座（202）上固定安装有升降电机（201），升降电机（201）的输出轴上固定安装有升降丝杆（203），升降丝杆（203）另一端与立柱（102）转动安装，升降框（204）与升降丝杆（203）形成螺纹传动，升降框（204）上设置有翻转机构。

3.根据权利要求2所述的一种坚硬岩石钻探装置，其特征在于：所述的翻转机构包括固定安装在升降框（204）上的电机外座（215），电机外座（215）上固定安装有盖电机（214），盖电机（214）的输出轴上固定安装有盖丝杆（218），电机外座（215）上滑动安装有滑柱（217），滑柱（217）上固定安装有移动上盖（216），移动上盖（216）与盖丝杆（218）形成螺纹传动，电机外座（215）上固定安装有下柱卡（219），下柱卡（219）上转动安装有转杆（211），转杆（211）上设置有纵横机构。

4.根据权利要求3所述的一种坚硬岩石钻探装置，其特征在于：所述的纵横机构包括固定安装在转杆（211）上的内架（210），内架（210）上固定安装有前进电机（208），前进电机（208）的输出轴上固定安装有前进丝杆（209），前进丝杆（209）另一端与内架（210）转动安装，内架（210）上滑动安装有主动滑块（207）和被动滑块（206），主动滑块（207）与前进丝杆（209）形成螺纹传动，被动滑块（206）和主动滑块（207）之间固定安装有横动导轨（213），被动滑块（206）上固定安装有横动电机（205），横动电机（205）的输出轴上固定安装有横动丝杆（212），横动丝杆（212）另一端与主动滑块（207）转动安装。

5.根据权利要求3所述的一种坚硬岩石钻探装置，其特征在于：所述的立柱（102）上滑动安装有四根升降框（204），四个升降框（204）上分别设置有四个翻转机构。