CN117514007A - 一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，包括锚链、上下油缸、滚轮、送放油缸、倒链、浮动油缸、连接杆、气动马达、导轨、钻机、钻杆、钻头、上套管、下套管、夹转机构；使用时将套管连接、送放装置前移到待连接的套管上方处；下放倒链到套管处，通过捆绑等手段将套管吊起，直到夹转机构可通过上下油缸伸出进行套管的夹持；通过上下油缸的伸缩来满足套管与孔口的高度；通过回转支撑调节套管的倾斜度来满足套管倾斜度与开孔角度一致；控制夹转机构、送放油缸及浮动油缸实现套管的夹持和连接；移动整套装置实现套管送放入孔口；通过控制钻机上的钻杆、钻头顶放套管到要求位置。能够满足大直径套管的起吊、连接及送放需求。

Description

一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置及使用方法

技术领域

本发明涉及煤矿钻探领域，具体地，涉及一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置及使用方法。

背景技术

煤矿钻探领域，履带钻机施工钻孔作业是解决煤矿井下瓦斯突出、冲击地压等有效手段，为了提高瓦斯抽采效率，减少钻孔施工数量，提高钻孔施工效率，高位大直径钻孔逐渐在多矿区推广应用，尤其在两淮、山西等矿区的应用越来越广泛，但是在施工过程中，由于地层的不稳定性，需要下放孔口套管。由于孔口套管直径较大，重量大，同时井下施工条件差，施工空间限制，导致套管下放非常困难，往往通过5-6个人相互配合完成，而且工作效率低，工人劳动强度大，安全系数低。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置及使用方法。

为了实现上述任务，本发明采取以下技术解决方案予以实现：

一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，其特征在于，包括锚链，上下油缸，滚轮；送放油缸，倒链，浮动油缸，连接杆，气动马达，导轨，钻机，钻杆，钻头，上套管，下套管和夹转机构；其中：

所述锚链锚固于顶板上，实现整套装置的悬挂于巷道顶部；

所述气动马达采用井下压缩空气驱动，通过滚轮在导轨上滚动，实现整套装置的前后移动；

所述导轨采用工字钢结构，滚轮嵌入到工字钢内部滚动；

所述送放油缸采用单缸筒双活塞结构，实现下套管送放入孔内以及上套管13的给进连接。

根据本发明，所述上下油缸包括连杆，固定座，回转支撑，转动座，旋转油缸，顶轮，转销；其中：

所述回转支撑安装于固定座和转动座之间，用于实现转动座及下部连接结构的倾斜度调节；

所述上下油缸通过螺栓连接安装于转动座上；

所述倒链置设于转动座上，用于实现上套管和下套管的起吊；

所述顶轮安装于上下油缸的最底部，其安装位置采用一字孔，用于调节夹转机构直径，以此适用多种套管的夹持及连接功能；

所述旋转油缸一端铰接于上下油缸外壁上，另外一端通过转销27连接于夹转机构上，用于实现夹转机构的夹持套管功能需求。

具体地，所述夹转机构包括旋转轴，从动轮，驱动马达，皮带，主动轮，夹持外壳；其中：

所述驱动马达带动主动轮转动，进而驱动皮带转动，由此可实现上套管和下套管的连接；

所述夹持外壳通过转销与旋转油缸连接，同时通过旋转轴连接于上下油缸上，以此实现在旋转油缸的推动作用下，夹持外壳绕旋转轴转动；

所述从动轮通过腰形孔安装于夹持外壳上，主要用于实现皮带的平稳传动，以及皮带的张紧；

进一步地，所述主动轮、从动轮都为皮带轮，可替换为驱动齿轮，所述皮带可替换为链条；

上述用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置的使用方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1：钻机施工后，后移钻机并将套管连接与送放装置前移到待连接的套管上方处；

S2：套管连接与送放装置以井下压缩空气作为动力源，下放倒链到套管处并起吊，直到夹转机构可通过上下油缸伸出进行套管的夹持；

S3：夹转机构将套管夹持后，通过上下油缸的伸缩来满足套管与孔口的高度；通过回转支撑调节套管的倾斜度来满足套管倾斜度与开孔角度一致；

S4：套管的高度与倾斜度调整完成后，控制夹转机构的液动马达，以此驱动皮带运转并带动套管的回转，同时通过送放油缸及浮动油缸分别实现上套管的移动及螺纹上紧过程中的前后浮动补偿；套管螺纹连接完成后，移动整套装置实现套管送放入孔口，同时控制钻机上的钻杆、钻头前移直到顶到套管上；

S5：用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置松开套管，并撤移到钻机后部，通过控制钻机上的钻杆、钻头顶放套管到要求位置。

进一步地，S4步骤中套管连接方法为：

S4-11：夹转机构通过旋转油缸的作用下，将套管进行夹持；

S4-12：控制夹转机构的液动马达，以此驱动皮带运转，此时通过调节送放油缸活塞杆，实现套管的给进；

S4-13：通过浮动油缸的作用，减小套管连接过程中的丝扣磨损。

进一步优化的，S4步骤中套管送放方法为：

S4-22：上套管及下套管连接好后，通过气动马达采用井下压缩空气驱动，使得整套装置向孔口移动，待下套管靠近孔口后停止；

S4-23：通过上下油缸的伸缩来调节套管与孔口的高度，同时通过回转支撑调节套管的倾斜度，保证套管倾斜度与开孔角度一致；

S4-24：通过送放油缸及浮动油缸同时向孔口运动，以此实现下套管送入孔口；

S4-25：控制钻机上的钻杆、钻头前移直到顶到套管上，松开夹持机构，控制钻机上的钻杆、钻头顶放套管到要求位置。

本发明的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置及使用方法，满足大直径套管的起吊、连接及送放需求，减少了大直径套管施工过程中的工人劳动强度和耗费的时间，提高了套管连接效率，降低了工人劳动强度，为矿山钻探施工领域，提供了一种新的且安全可靠的套管连接与送放装置及使用方法，保证钻探施工的安全性。

附图说明

图1为待吊起套管的示意图；

图2为吊起套管后的示意图；

图3为套管倾斜度调整的示意图；

图4为两套管连接并送放后的示意图；

图5为套管下放的结构示意图；

图6为夹转机构的结构示意图；

图7为夹转机构夹持套管的示意图；

图8为本发明的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置的液压系统示意图。

附图的标记分别表示：1、锚链，2、上下油缸，3、滚轮，4、送放油缸，5、倒链，6、浮动油缸，7、连接杆，8、气动马达，9、导轨，10、钻机，11、钻杆，12、钻头，13、上套管，14、下套管，15、夹转机构，21、连杆，22、固定座，23、回转支撑，24、转动座，25、旋转油缸，26、顶轮，27、转销，151、旋转轴，152、从动轮，153、驱动马达，154、皮带，155、主动轮，156、夹持外壳，111、液压泵，112、移动溢流阀，113、移动工作阀，114、行走马达，115、功能转换阀，116、工作溢流阀，117、空气滤清器，118、吸油滤油器，119、回油滤油器，120、油箱。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

具体实施方式

以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细阐述。

参见图1-5，本实施例给出一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，包括锚链1，上下油缸2，滚轮3；送放油缸4，倒链5，浮动油缸6，连接杆7，气动马达8，导轨9，钻机10，钻杆11，钻头12，上套管13，下套管14和夹转机构15；其中：

所述锚链1锚固于顶板上，实现整套装置的悬挂于巷道顶部；

所述气动马达8采用井下压缩空气驱动，通过滚轮3在导轨9上滚动，实现整套装置的前后移动；

所述导轨9采用工字钢结构，滚轮3嵌入到工字钢内部滚动；

所述送放油缸4采用单缸筒双活塞结构，实现下套管14送放入孔内以及上套管13的给进连接。

本实施例中，所述上下油缸2包括连杆21，固定座22，回转支撑23，转动座24，旋转油缸25，顶轮26，转销27；其中：

所述回转支撑23安装于固定座22和转动座24之间，用于实现转动座24及下部连接结构的倾斜度调节；

所述上下油缸2通过螺栓连接安装于转动座24上；

所述倒链5置设于转动座24上，用于实现上套管13和下套管14的起吊；

所述顶轮26安装于上下油缸2的最底部，其安装位置采用一字孔，用于调节夹转机构15直径，以此适用多种套管的夹持及连接功能；

所述旋转油缸25一端铰接于上下油缸2外壁上，另外一端通过转销27连接于夹转机构15上，用于实现夹转机构15的夹持套管功能需求。

上述实施例的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置(以下简称套管连接与送放装置)的使用方法，包含以下步骤：

S1：钻机10施工后，后移钻机10并将套管连接与送放装置前移到待连接的套管上方处；

S2：套管连接与送放装置以井下压缩空气作为动力源，下放倒链5到套管处并起吊，直到夹转机构15可通过上下油缸2伸出进行套管的夹持；

S3：夹转机构15将套管夹持后，通过上下油缸2的伸缩来满足套管与孔口的高度；通过回转支撑23调节套管的倾斜度来满足套管倾斜度与开孔角度一致；

S4：套管的高度与倾斜度调整完成后，控制夹转机构15的液动马达，以此驱动皮带154运转并带动套管的回转，同时通过送放油缸4及浮动油缸6分别实现上套管13的移动及螺纹上紧过程中的前后浮动补偿；套管螺纹连接完成后，移动整套装置实现套管送放入孔口，同时控制钻机10上的钻杆11、钻头12前移直到顶到套管上；

S5：套管连接、送放装置松开套管，并撤移到钻机后部，通过控制钻机10上的钻杆11、钻头12顶放套管到要求位置。

作为其中一种实施方式，套管连接过程中应用方式如下：

如图6-7所示，所述夹转机构15包括旋转轴151，从动轮152，驱动马达153，皮带154，主动轮155，夹持外壳156；驱动马达153带动主动轮155转动，进而驱动皮带154转动，由此可实现上套管13和下套管14的连接；夹持外壳156通过转销27与旋转油缸25连接，同时通过旋转轴151连接于上下油缸2上，以此实现在旋转油缸25的推动作用下，夹持外壳156绕旋转轴151转动；从动轮152通过腰形孔安装于夹持外壳156上，主要用于实现皮带154的平稳传动，以及皮带154的张紧。

在实际的制作中，所述主动轮155、从动轮152都为皮带轮，可替换为驱动齿轮，所述皮带154可替换为链条。

本实施例中，用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置的液压系统如下：

如图8所示，气动马达8在井下压缩空气作用下开始工作，并驱动液压泵111运行，液压油经吸油滤油器118进入功能转换阀115中；功能转换阀115处于初始位置时，液压油进入移动工作阀113中，通过移动工作阀113切换实现行走马达114正反转，同时通过移动溢流阀112调节装置的移动速度；功能转换阀115处于另一位置时，液压油进入多路阀组中，可控制上下油缸2,送放油缸4,浮动油缸6，旋转油缸25，驱动马达153的动作，同时通过工作溢流阀116调节各动作运行速度；空气滤清器117用于过滤进入油箱120的空气，回油通过回油滤油器119进入油箱120。

本实施例中，套管连接方法为：

S4-11：夹转机构15通过旋转油缸25的作用下，将套管进行夹持；

S4-12：控制夹转机构15的液动马达，以此驱动皮带运转，此时通过调节送放油缸4活塞杆，实现套管的给进；

S4-13：通过浮动油缸6的作用，减小套管连接过程中的丝扣磨损。

本实施例中，套管送放方法为：

S4-22：上套管13及下套管14连接好后，通过气动马达8采用井下压缩空气驱动，使得整套装置向孔口移动，待下套管14靠近孔口后停止；

S4-23：通过上下油缸2的伸缩来调节套管与孔口的高度，同时通过回转支撑23调节套管的倾斜度，保证套管倾斜度与开孔角度一致；

S4-24：通过送放油缸4及浮动油缸6同时向孔口运动，以此实现下套管送入孔口；

S4-25：控制钻机上的钻杆、钻头前移直到顶到套管上，松开夹持机构15，控制钻机10上的钻杆11、钻头12顶放套管到要求位置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，其特征在于，包括锚链，上下油缸，滚轮；送放油缸，倒链，浮动油缸，连接杆，气动马达，导轨，钻机，钻杆，钻头，上套管，下套管和夹转机构；其中：

所述锚链锚固于顶板上，实现整套装置的悬挂于巷道顶部；

所述气动马达采用井下压缩空气驱动，通过滚轮在导轨上滚动，实现整套装置的前后移动；

所述导轨采用工字钢结构，滚轮3嵌入到工字钢内部滚动；

所述送放油缸采用单缸筒双活塞结构，实现下套管送放入孔内以及上套管的给进连接。

2.如权利要求1所述的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，其特征在于，所述上下油缸包括连杆，固定座，回转支撑，转动座，旋转油缸，顶轮，转销；其中：

所述回转支撑安装于固定座和转动座之间，用于实现转动座及下部连接结构的倾斜度调节；

所述上下油缸通过螺栓连接安装于转动座上；

所述倒链置设于转动座上，用于实现上套管和下套管的起吊；

所述顶轮安装于上下油缸的最底部，其安装位置采用一字孔，用于调节夹转机构直径，以此适用多种套管的夹持及连接功能；

所述旋转油缸一端铰接于上下油缸外壁上，另外一端通过转销连接于夹转机构上，用于实现夹转机构的夹持套管功能需求。

3.如权利要求1所述的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，其特征在于，所述夹转机构包括旋转轴，从动轮，驱动马达，皮带，主动轮和夹持外壳；其中：

所述驱动马达带动主动轮转动，进而驱动皮带转动，由此可实现上套管和下套管的连接；

所述夹持外壳通过转销与旋转油缸连接，同时通过旋转轴连接于上下油缸上，以此实现在旋转油缸的推动作用下，夹持外壳绕旋转轴转动；

所述从动轮通过腰形孔安装于夹持外壳上，主要用于实现皮带的平稳传动，以及皮带的张紧。

4.如权利要求1所述的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置，其特征在于，所述主动轮、从动轮都为皮带轮，可替换为驱动齿轮；所述皮带可替换为链条。

5.权利要求1至4其中之一所述的用于高位大直径钻孔的套管连接与送放装置的使用方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1：钻机施工后，后移钻机并将套管连接与送放装置前移到待连接的套管上方处；

S2：套管连接与送放装置以井下压缩空气作为动力源，下放倒链到套管处并起吊，直到夹转机构可通过上下油缸伸出进行套管的夹持；

S3：夹转机构将套管夹持后，通过上下油缸的伸缩来满足套管与孔口的高度；通过回转支撑调节套管的倾斜度来满足套管倾斜度与开孔角度一致；

S4：套管的高度与倾斜度调整完成后，控制夹转机构的液动马达，以此驱动皮带运转并带动套管的回转，同时通过送放油缸及浮动油缸分别实现上套管的移动及螺纹上紧过程中的前后浮动补偿；套管螺纹连接完成后，移动整套装置实现套管送放入孔口，同时控制钻机上的钻杆、钻头前移直到顶到套管上；

S5：套管连接与送放装置松开套管，并撤移到钻机后部，通过控制钻机上的钻杆、钻头顶放套管到要求位置。

6.如权利要求5所述方法，其特征在于：S4步骤中套管连接方法为：

S4-11：夹转机构通过旋转油缸的作用下，将套管进行夹持；

S4-12：控制夹转机构的液动马达，以此驱动皮带运转，此时通过调节送放油缸活塞杆，实现套管的给进；

S4-13：通过浮动油缸的作用，减小套管连接过程中的丝扣磨损。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：S4步骤中套管送放方法为：

S4-22：上套管及下套管连接好后，通过气动马达8采用井下压缩空气驱动，使得整套装置向孔口移动，待下套管靠近孔口后停止；

S4-23：通过上下油缸的伸缩来调节套管与孔口的高度，同时通过回转支撑调节套管的倾斜度，保证套管倾斜度与开孔角度一致；

S4-24：通过送放油缸及浮动油缸同时向孔口运动，以此实现下套管送入孔口；

S4-25：控制钻机上的钻杆、钻头前移直到顶到套管上，松开夹持机构，控制钻机上的钻杆、钻头顶放套管到要求位置。