[发明专利]超深孔双管钻进定向钻机

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿坑道钻机，特别是一种超深孔双管钻进定向钻机。

背景技术

我国煤矿地质条件及其复杂，并且煤中伴生有大量瓦斯，严重的制约了煤矿的生产效率。而治理瓦斯的有效途径是对煤或岩钻孔进行抽采（放）。实行大面积钻孔进行预抽采是提高煤矿生产率的有效途径。目前煤矿用于瓦斯抽采钻孔的坑道钻机有两种，一种是孔底动力定向钻机；一种是孔口回转动力钻机。它们都无法进行超深孔（1500m以上）定向钻进及软煤层深孔（600m以上）的定向钻进，致使大面积钻孔抽采（放）无法实现。现有钻机无法实现超深孔钻进的根本原因是钻机的扭矩及给进起拔力不足，在1500m以上的孔底遇到抱钻卡钻工况时无法处理。现有的坑道钻机在松软煤层中根本无法突破200m的孔深，主要是因为在松软煤层中钻进易发生塌孔埋钻事故，致使无法继续钻进。

发明内容

本发明的目的是针对上述中存在的不足，提供一种超深孔双管钻进定向钻机。采用两个动力头协同工作来提高输出扭矩及给进力起拔力。使用复合钻进的方法来突破软煤层无法深孔钻进的难题。可实现非软煤层的超深孔（1500m以上）定向钻进及软煤层深孔（600m以上）两种钻杆φ70、φ114的复合定向钻进。如果克服上述钻机的缺点和不足，使钻机能够在非软煤层中进行超深孔双管定向钻进和在软煤层中进行深孔定向钻进，实现大面积的预抽采（放），对提高煤矿生产率意义重大。

本发明的目的是这样实现的，整机分成两个部分，一是前车，一是后车，两车均能单独行走。前车组成有两组动力头、给进机构、卸扣机构、前夹持器、前车液压装置、前车水装置、前车电气装置、随钻测斜装置、前车行走装置和支护装置；后车组成有后车电气装置、后车行走装置和后车液压装置。其特征是：动力头均由夹持器、减速机、滑车、双马达组成，动力头通过滑车与给进机构的光杠、丝杠连接；给进机构由光杠、丝杠、轴承、端板法兰及丝杠驱动马达组成，光杠通过轴承、端板法兰、连接件与支撑座连接；丝杠通过联轴器与丝杠驱动马达连接再通过轴承、端板法兰、连接件与支撑座连接固定；卸扣机构由卸扣、卸扣油缸组成，卸扣通过连接件与支架连接固定，卸扣油缸通过连接件分别与卸扣、前车架固定；前夹持器通过连接件与支架连接固定；前车液压装置由液压泵组、多流阀、控制阀及液压管线等组成。液压泵组通过联轴器与前车电机连接。多流阀、控制阀通过连接件直接与前车架固定；前车电气装置由电机、电磁启动器、温度传感器、流量传感器、甲烷传感器、馈电断电器组成，其中温度传感器、流量传感器、甲烷传感器、馈电断电器通过控制电缆分别与电磁启动器相连，电机、电磁启动器通过连接件与前车架固定；随钻测斜装置、前车行走装置和支护装置分别通过连接件与前车架固定。后车电气装置由电机、电磁启动器、温度传感器组成，温度传感器通过控制电缆与电磁启动器相连，电机、电磁启动器通过连接件与后车架固定；后车行走装置和后车液压装置分别通过连接件与后车架固定。所述的两个动力头采用全液压控制常开式结构，可以同时进行两种不同规格的钻杆/套管的同步/异步定向钻进，即双管复合钻进方式。该钻机具有较大的输出扭矩可达12000Nm和较大给进起拔力可达800kN。两个动力头可单独动作也可协同工作，能够实现两种钻杆同时钻进的复合钻进方式。针对软煤层易塌孔问题提供了全新的解决方案。所述的动力头采用全液压常开式结构，夹持力正常工况600kN。所述的给进机构为液压马达驱动螺旋副进行给进，构成往复式自锁驱动装置。给进机构由光杠、丝杠、轴承、端板法兰及丝杠驱动马达组成。光杠通过轴承、端板法兰、连接件与支撑座连接；丝杠通过联轴器与丝杠驱动马达连接再通过轴承、端板法兰、连接件与支撑座连接固定。驱动马达分别驱动两个螺旋副给两个动力头提供给进起拔力，构成往复式自锁驱动装置。两个动力头即可单独动作，也可同时协同工作，为双管复合钻进提供多种钻进方式。采用螺旋副传动既能大行程给进又使结构更加紧凑。同时将给进机构独立设计，使得强度增加的同时，又便于安装和维修。所述的卸扣机构、前夹持器及托架。卸扣机构由卸扣和卸扣油缸组成，卸扣通过连接件与支架连接固定，卸扣油缸通过连接件分别与卸扣、前车架固定；前夹持器通过连接件与支架连接固，通过卸扣、前夹持器与双动力头组合操作，可实现两组不同规格的钻杆/套管的上卸。托架可为上卸钻杆提供方便和节省人力。所述的前车液压装置由液压泵组、多流阀、控制阀及液压管线等组成。液压泵组通过联轴器与前车电机连接。多流阀、控制阀通过连接件直接与前车架固定。由于采用具有恒功率控制，负载敏感控制和压力切断功能的两联串泵和具有负载敏感功能并带有二次溢流的液压主阀组成液压主体部分，实现了液压装置在外负载剧烈波动的情况下，髙效稳定的工作。为动力头、给进装置、前车行走装置、水装置和支护装置提供强大稳定的动力。后车液压装置由泵组，控制阀和油箱组成，分别用连接件与后车架固定。泵组，控制阀用于为后车行走提供动力，油箱通过管线、快换连接板与前车油路相连，实现前/后车工作状态多油量、大动力的提供。所述的操作装置由各装置压力表、操作手柄等组成，用于实际钻进操作及查看。所述的前车电气装置由电机、电磁启动器、温度传感器、流量传感器、甲烷传感器、馈电断电器组成。其中温度传感器通过连接件与前车油箱固定，流量传感器通过螺纹直接与水路连接，甲烷传感器、馈电断电器通过连接件与前车架固定。温度传感器、流量传感器、甲烷传感器、馈电断电器分别通过控制电缆与电磁启动器相连，对电动机进行保护的同时，有对整个液压装置进行保护。使设备运转状态得到监控。前车电机为75KW为前车液压装置提供动力。后车电气装置由电机、电磁启动器、温度传感器组成。电机、电磁启动器通过连接件与后车架固定。温度传感器通过连接件与后车油箱连接，通过控制电缆与电磁启动器相连，可做到监控状态及液压油路的保护。后车电机为200KW为后车行走及钻机打钻提供动力。所述的随钻测斜装置采用计算机和测量探管组成，信号通过钻杆中的电缆传输。计算机接收电缆传回的信号，对钻孔轨迹进行监测，提高探放准确率。所述的前/后车行走装置由履带、驱动轮、导向轮、支撑轮、托链轮、液压马达、行走减速机和履带架组成，行走减速机带有机械式离合装置及常闭式驻车制动装置，行走减速机两个法兰分别与驱动链轮和履带架联接在一起。整体通过连接件将履带架与前/后车架固定，实现前/后车独立自由行走。所述的支护装置由8个支撑油缸、2个地锚缸组成，分别通过连接件与前车架固定。其中支撑油缸分别是下支撑4个二级油缸，上支撑2个，每个油缸可提供350kN的支撑力；前支撑2个，每个提供400KN支撑力。地锚缸2个，每个油缸可提供200kN的拉紧力。提供稳定工作状态的同时，为钻进提供支护保证，对施钻人员给予保护。