專利名稱：超深孔雙管鉆進定向鉆機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤礦坑道鉆機，特別是一種超深孔雙管鉆進定向鉆機。
背景技術：
我國煤礦地質(zhì)條件及其復雜，并且煤中伴生有大量瓦斯，嚴重的制約了煤礦的生產(chǎn)效率。而治理瓦斯的有效途徑是對煤或巖鉆孔進行抽采(放)。實行大面積鉆孔進行預抽采是提高煤礦生產(chǎn)率的有效途徑。目前煤礦用于瓦斯抽采鉆孔的坑道鉆機有兩種，一種是孔底動力定向鉆機；一種是孔口回轉(zhuǎn)動力鉆機。它們都無法進行超深孔(1500m以上)定向鉆進及軟煤層深孔(600m以上)的定向鉆進，致使大面積鉆孔抽采(放)無法實現(xiàn)。現(xiàn)有鉆機無法實現(xiàn)超深孔鉆進的根本原因是鉆機的扭矩及給進起拔力不足，在1500m以上的孔底遇到抱鉆卡鉆工況時無法處理。現(xiàn)有的坑道鉆機在松軟煤層中根本無法突破200m的孔深，主要是因為在松軟煤層中鉆進易發(fā)生塌孔埋鉆事故，致使無法繼續(xù)鉆進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述中存在的不足，提供一種超深孔雙管鉆進定向鉆機。采用兩個動力頭協(xié)同工作來提高輸出扭矩及給進力起拔力。使用復合鉆進的方法來突破軟煤層無法深孔鉆進的難題?？蓪崿F(xiàn)非軟煤層的超深孔(1500m以上)定向鉆進及軟煤層深孔(600m以上)兩種鉆桿Φ 70、Φ 114的復合定向鉆進。如果克服上述鉆機的缺點和不足，使鉆機能夠在非軟煤層中進行超深孔雙管定向鉆進和在軟煤層中進行深孔定向鉆進，實現(xiàn)大面積的預抽采(放)，對提高煤礦生產(chǎn)率意義重大。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，整機分成兩個部分，一是前車，一是后車，兩車均能單獨行走。前車組成有兩組動 力頭、給進機構、卸扣機構、前夾持器、前車液壓裝置、前車水裝置、前車電氣裝置、隨鉆測斜裝置、前車行走裝置和支護裝置；后車組成有后車電氣裝置、后車行走裝置和后車液壓裝置。其特征是動力頭均由夾持器、減速機、滑車、雙馬達組成，動力頭通過滑車與給進機構的光杠、絲杠連接；給進機構由光杠、絲杠、軸承、端板法蘭及絲杠驅(qū)動馬達組成，光杠通過軸承、端板法蘭、連接件與支撐座連接；絲杠通過聯(lián)軸器與絲杠驅(qū)動馬達連接再通過軸承、端板法蘭、連接件與支撐座連接固定；卸扣機構由卸扣、卸扣油缸組成，卸扣通過連接件與支架連接固定，卸扣油缸通過連接件分別與卸扣、前車架固定；前夾持器通過連接件與支架連接固定；前車液壓裝置由液壓泵組、多流閥、控制閥及液壓管線等組成。液壓泵組通過聯(lián)軸器與前車電機連接。多流閥、控制閥通過連接件直接與前車架固定；前車電氣裝置由電機、電磁啟動器、溫度傳感器、流量傳感器、甲烷傳感器、饋電斷電器組成，其中溫度傳感器、流量傳感器、甲烷傳感器、饋電斷電器通過控制電纜分別與電磁啟動器相連，電機、電磁啟動器通過連接件與前車架固定；隨鉆測斜裝置、前車行走裝置和支護裝置分別通過連接件與前車架固定。后車電氣裝置由電機、電磁啟動器、溫度傳感器組成，溫度傳感器通過控制電纜與電磁啟動器相連，電機、電磁啟動器通過連接件與后車架固定；后車行走裝置和后車液壓裝置分別通過連接件與后車架固定。所述的兩個動力頭采用全液壓控制常開式結構，可以同時進行兩種不同規(guī)格的鉆桿/套管的同步/異步定向鉆進，即雙管復合鉆進方式。該鉆機具有較大的輸出扭矩可達12000Nm和較大給進起拔力可達800kN。兩個動力頭可單獨動作也可協(xié)同工作，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種鉆桿同時鉆進的復合鉆進方式。針對軟煤層易塌孔問題提供了全新的解決方案。所述的動力頭采用全液壓常開式結構，夾持力正常工況600kN。所述的給進機構為液壓馬達驅(qū)動螺旋副進行給進，構成往復式自鎖驅(qū)動裝置。給進機構由光杠、絲杠、軸承、端板法蘭及絲杠驅(qū)動馬達組成。光杠通過軸承、端板法蘭、連接件與支撐座連接；絲杠通過聯(lián)軸器與絲杠驅(qū)動馬達連接再通過軸承、端板法蘭、連接件與支撐座連接固定。驅(qū)動馬達分別驅(qū)動兩個螺旋副給兩個動力頭提供給進起拔力，構成往復式自鎖驅(qū)動裝置。兩個動力頭即可單獨動作，也可同時協(xié)同工作，為雙管復合鉆進提供多種鉆進方式。采用螺旋副傳動既能大行程給進又使結構更加緊湊。同時將給進機構獨立設計，使得強度增加的同時，又便于安裝和維修。所述的卸扣機構、前夾持器及托架。卸扣機構由卸扣和卸扣油缸組成，卸扣通過連接件與支架連接固定，卸扣油缸通過連接件分別與卸扣、前車架固定；前夾持器通過連接件與支架連接固，通過卸扣、前夾持器與雙動力頭組合操作，可實現(xiàn)兩組不同規(guī)格的鉆桿/套管的上卸。托架可為上卸鉆桿提供方便和節(jié)省人力。所述的前車液壓裝置由液壓泵組、多流閥、控制閥及液壓管線等組成。液壓泵組通過聯(lián)軸器與前車電機連接。多流閥、控制閥通過連接件直接與前車架固定。由于采用具有恒功率控制，負載敏感控制和壓力切斷功能的兩聯(lián)串泵和具有負載敏感功能并帶有二次溢流的液壓主閥組成液壓主體部分，實現(xiàn)了液壓裝置在外負載劇烈波動的情況下，髙效穩(wěn)定的工作。為動力頭、給進裝置、前車行走裝置、水裝置和支護裝置提供強大穩(wěn)定的動力。后車液壓裝置由泵組，控制閥和油箱組成，分別用連接件與后車架固定。泵組，控制閥用于為后車行走提供動力，油箱通過管線、快換連接板與前車油路相連，實現(xiàn)前/后車工作狀態(tài)多油量、大動力的提供。所述的操作裝置由各裝置壓力表、操作手柄等組成，用于實際鉆進操作及查看。所述的前車電氣裝置由電機、電磁啟動器、溫度傳感器、流量傳感器、甲烷傳感器、饋電斷電器組成。其中溫度傳感器通過連接件與前車油箱固定，流量傳感器通過螺紋直接與水路連接，甲烷傳感器、饋電斷電器通過連接件與前車架固定。溫度傳感器、流量傳感器、甲烷傳感器、饋電斷電器分別通過控制電纜與電磁啟動器相連，對電動機進行保護的同時，有對整個液壓裝置進行保護。使設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)得到監(jiān)控。前車電機為75KW為前車液壓裝置提供動力。后車電氣裝置由電機、電磁啟動器、溫度傳感器組成。電機、電磁啟動器通過連接件與后車架固定。溫度傳感器通過連接件與后車油箱連接，通過控制電纜與電磁啟動器相連，可做到監(jiān)控狀態(tài)及液壓油路的保護。后車電機為200KW為后車行走及鉆機打鉆提供動力。所述的隨鉆測斜裝置采用計算機和測量探管組成，信號通過鉆桿中的電纜傳輸。計算機接收電纜傳回的信號，對鉆孔軌跡進行監(jiān)測，提高探放準確率。所述的前/后車行走裝置由履帶、驅(qū)動輪、導向輪、支撐輪、托鏈輪、液壓馬達、行走減速機和履帶架組成，行走減速機帶有機械式離合裝置及常閉式駐車制動裝置，行走減速機兩個法蘭分別與驅(qū)動鏈輪和履帶架聯(lián)接在一起。整體通過連接件將履帶架與前/后車架固定，實現(xiàn)前/后車獨立自由行走。所述的支護裝置由8個支撐油缸、2個地錨缸組成，分別通過連接件與前車架固定。其中支撐油缸分別是下支撐4個二級油缸，上支撐2個，每個油缸可提供350kN的支撐力；前支撐2個，每個提供400KN支撐力。地錨缸2個，每個油缸可提供200kN的拉緊力。提供穩(wěn)定工作狀態(tài)的同時，為鉆進提供支護保證，對施鉆人員給予保護。
本發(fā)明的有益效果是
1、整體強度高，工作穩(wěn)定，整機功率大。能提供強勁的給進起拔力和輸出扭矩。對孔底事故的處理能力極強。還可用于其它鉆機孔底事故的救援處理；
2、能夠適應松軟煤層的定向鉆進，可有效的解決孔底事故造成的危害，實現(xiàn)松軟煤層的大面積預抽采，有效的提高了軟煤層的采煤效率；
3、能夠?qū)崿F(xiàn)超深孔雙管定向鉆進，不僅用于非軟煤層的大面積預抽采，還可用于礦難受困人員的救助；
4、能夠通過測斜裝置將整個施鉆過程數(shù)據(jù)采集處理，并形成圖像，使得鉆手能夠形象的看到鉆進軌跡的變化，為鉆手調(diào)整施鉆參數(shù)提供依據(jù)，使得鉆進精度得到極大提高；
5、采用兩個動力頭，實現(xiàn)了鉆機在保證轉(zhuǎn)速的情況下輸出足夠的扭矩。并且由于可單獨動作故而能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的鉆進工藝，大大提高了工作效率；
6、采用液壓馬達驅(qū)動螺旋副對動力頭進行給進，由于螺旋副具有自鎖功能，可有效的阻止外力將鉆具退出，為施鉆人員提供更大的安全保護；
7、行走部采用大輸出扭矩的液壓馬達和獨立的履帶結構，降低了故障率，同時加大了行走驅(qū)動力，提聞了爬坡能力；
8、采用的大行程，大支撐力的支護裝置，對巷道的頂、底板適應能力強，不再另需支護，減少了工人勞動強度，同時也提高鉆機超深孔鉆進時穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的前車結構示意圖 圖2是圖1的左視圖
圖3是圖1的俯視圖 圖4是本發(fā)明的后車結構示意圖 圖5是圖4的左視圖 圖6是圖5的俯視圖
具體實施例方式下面結合附圖對本實施例做進一步說明
由圖1-2可知，前車以前車架32為基礎，將各機構組成部分用連接件固定在上面。其中兩側安裝有行走裝置21及地錨缸28 ;其前后各兩個下支撐油缸19,左前方、左后方各一個上支撐油缸2，前方2個前支撐油缸35，分別用于穩(wěn)定鉆機，為鉆進提供支護保證。前車架32右側由前向后依次排列前夾持器3、封堵裝置4、卸扣5、夾持器6、減速機7、滑車8、雙馬達36和托桿機構12。其中夾持器3用連接件固定于前車架32上的支架16上；封堵裝置4通過用連接件固定于卸扣5上。卸扣5由卸扣油缸17提供動力進行卸扣操做。兩組夾持器6、減速機7、滑車8、雙馬達36組成兩組動力頭。動力頭用通過滑車8上的螺紋副、光孔與給進機構上的絲杠7、光杠8連接。前端動力頭用于夾套管13、后端動力頭用于夾鉆桿14，兩組動力頭均通過雙馬達36帶動夾持器6旋轉(zhuǎn)運動，通過絲杠7轉(zhuǎn)動實現(xiàn)進給運動。絲杠7、光杠8、絲杠驅(qū)動馬達15、端板法內(nèi)含軸承I組成給進機構，整體固定于前車架32上的支撐座20及支撐座11上。由液壓驅(qū)動絲杠驅(qū)動馬達15帶動絲杠7轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)動力頭的給進。最后由托桿機構12輔助鉆桿14的上卸。雙動力頭減速機7為雙馬達36，為輸出提供大扭矩，既可單獨工作也可組合工作，增倍提高轉(zhuǎn)矩及起拔力。支護油缸8個、地錨缸2個分別與前車架連接。其中支撐油缸8個分別是下支撐4個，上支撐2個，每個油缸可提供350kN的支撐力；前支撐2個，每個提供400KN支撐力。地錨缸2個，每個油缸可提供200kN的拉緊力。前/后車行走裝置配有液壓馬達、行走減速機、驅(qū)動輪，行走減速機帶有機械式離合裝置及常閉式駐車制動裝置，行走減速機兩個法蘭分別與驅(qū)動鏈輪和履帶架聯(lián)接在一起。前車架32左側由前向后依次排列為操縱機構22、測斜裝置用電腦箱24、電磁啟動器27和水裝置30。操縱機構22包括壓力表及各種操縱手柄，從而實現(xiàn)打鉆過程中對各液壓元件所需的控制及執(zhí)行。電磁啟動器27分別與液壓油箱中的溫度傳感器23、水裝置中的流量傳感器25和饋電斷電器33、甲烷傳感器34相連，實現(xiàn)實時監(jiān)控和保護。前車架32中部安裝有前車電機31和液壓泵組29。液壓泵組29用聯(lián)軸器37與電機31相連。為整個前車的水裝置及行走提供動力。由圖3可知，后車以后車架42為基礎，將各機構組成部分用連接件固定在上面。其中后車架42兩側安裝有行走機構41 ;后車架42右側依次排列為電磁啟動器39、后車油箱40。左側依次排列為后車操縱機構43、后車油箱40,操縱機構主要用于后車行走的操縱。中部依次排列為后車電機44、液壓泵組46和冷卻器47。后車電機44通過聯(lián)軸器45和液壓泵組46相連，為后車行走及鉆進提供動力。前車和后車通過快換連接板18和快換連接板38用管線將油路相連，實現(xiàn)前/后車工作狀態(tài)多油量、大動力的提供。
權利要求
1.一種超深孔雙管鉆進定向鉆機，包括前車和后車兩部分，前車組成有兩組動力頭、給進機構、卸扣機構、前夾持器、前車液壓裝置、前車水裝置、前車電氣裝置、隨鉆測斜裝置、前車行走裝置和支護裝置；后車組成有后車電氣裝置、后車行走裝置和后車液壓裝置，整機分成前車和后車兩部分，都能單獨行走，其特征是，前車兩組動力頭均由夾持器、減速機、滑車、雙馬達組成，動力頭通過滑車與給進機構的光杠、絲杠連接；由于有前、后兩組動力頭，可以同時進行兩種不同規(guī)格的鉆桿/套管的定向鉆進，即雙管復合鉆進方式。
2.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的動力頭采用全液壓常開式結構，夾持力正常工況600kN。
3.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的給進機構由光杠、絲杠、軸承、端板法蘭及絲杠驅(qū)動馬達組成，光杠通過軸承、端板法蘭、連接件與支撐座連接；絲杠通過聯(lián)軸器與絲杠驅(qū)動馬達連接再通過軸承、端板法蘭、連接件與支撐座連接固定，驅(qū)動馬達分別驅(qū)動兩個螺旋副給兩個動力頭提供給進起拔力，構成往復式自鎖驅(qū)動裝置。
4.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的卸扣機構由卸扣和卸扣油缸組成，卸扣通過連接件與支架連接固定，卸扣油缸通過連接件分別與卸扣、前車架固定；前夾持器通過連接件與支架連接固，通過卸扣、前夾持器與雙動力頭組合操作，可實現(xiàn)兩組不同規(guī)格的鉆桿/套管的上卸。
5.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的前車液壓裝置由液壓泵組、多流閥、控制閥及液壓管線等組成；液壓泵組通過聯(lián)軸器與前車電機連接，多流閥、控制閥通過連接件直接與前車架固定。
6.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的后車液壓裝置由泵組，控制閥和油箱組成，分別用連接件與后車架固定；泵組，控制閥用于為后車行走提供動力，油箱通過管線、快換連接板與前車油路相連，實現(xiàn)前/后車工作狀態(tài)多油量、大動力的提供。
7.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的操作裝置由各裝置壓力表、操作手柄等組成，壓力表通過壓力表線與相應管線連接可用于鉆進查看；操作手柄通過液壓油路控制執(zhí)行元件(油缸/馬達)的操作。
8.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的前車電氣裝置由電機、電磁啟動器、溫度傳感器、流量傳感器、甲烷傳感器、饋電斷電器組成；其中溫度傳感器通過連接件與前車油箱固定，流量傳感器通過螺紋直接與水路連接，甲烷傳感器、饋電斷電器通過連接件與前車架固定；溫度傳感器、流量傳感器、甲烷傳感器、饋電斷電器分別通過控制電纜與電磁啟動器相連，對電動機進行保護的同時，有對整個液壓裝置進行保護；使設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)得到監(jiān)控；前車電機為75KW為前車液壓裝置提供動力；后車電氣裝置由電機、電磁啟動器、溫度傳感器組成；電機、電磁啟動器通過連接件與后車架固定；溫度傳感器通過連接件與后車油箱連接，通過控制電纜與電磁啟動器相連，可做到監(jiān)控狀態(tài)及液壓油路的保護；后車電機為200KW為后車行走及鉆機打鉆提供動力。
9.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的隨鉆測斜裝置采用計算機和測量探管組成，信號通過鉆桿中的電纜傳輸；計算機接收電纜傳回的信號，對鉆孔軌跡進行監(jiān)測，提高探放準確率。
10.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的前/后車行走裝置由履帶、驅(qū)動輪、導向輪、支撐輪、托鏈輪、液壓馬達、行走減速機和履帶架組成，行走減速機帶有機械式離合裝置及常閉式駐車制動裝置，行走減速機兩個法蘭分別與驅(qū)動鏈輪和履帶架聯(lián)接在一起；整體通過連接件將履帶架與前/后車架固定，實現(xiàn)前/后車獨立自由行走。
11.根據(jù)權利要求1所述的超深孔雙管鉆進定向鉆機，其特征是，所述的支護裝置由8個支撐油缸、2個地錨缸組成，分別通過連接件與前車架固定，其中支撐油缸分別是下支撐4個二級油缸，上支撐2個，每個油缸可提供350kN的支撐力；前支撐2個，每個提供400KN支撐力，地錨缸2個，每個油缸可提供200kN的拉緊力。
全文摘要
本發(fā)明涉及煤礦坑道鉆機，具體為一種可以在非軟煤層中進行超深孔定向鉆進及在軟煤層中進行深孔雙管定向鉆進的鉆機。該鉆機解決了現(xiàn)有鉆機不能在非軟煤層進行超深孔定向鉆進和在軟煤層中進行深孔定向鉆進的問題。本發(fā)明鉆機采用兩個動力頭與卸扣機構、夾持器相互協(xié)作的方式；本發(fā)明鉆機采用復合鉆進方式既孔底動力定向鉆進+套管回轉(zhuǎn)鉆進和孔內(nèi)排渣技術，能夠克服軟煤層塌孔問題提高鉆進效率；本發(fā)明鉆機采用分體自走式結構，整機分成兩塊能單獨行走，使整機尺寸得到控制，提高了對巷道的適應性；本發(fā)明鉆機給進機構用液壓馬達驅(qū)動螺旋副提供給進力，使兩個動力頭在同一個軸線上實現(xiàn)大行程單獨動作和協(xié)同動作；本發(fā)明鉆機機體強度高，帶有支護油缸和地錨缸，設備工作穩(wěn)定性高。
文檔編號E21B7/04GK103061675SQ201210588390
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權日2012年12月29日
發(fā)明者曲凱, 董然, 高志, 張貴才, 王玲, 孫洋, 劉林山, 陳明非, 汪娜, 尹繼新, 周欣儒 申請人:沈陽北方交通重工集團有限公司