专利名称：超深孔定向钻机的制作方法
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技术中存在的不足，提供一种超深孔定向钻机，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、Φ89 的复合定向钻进。采用四个动力头协同工作，提高输出扭矩及给进力起拔力。使钻机能够在非软煤层中进行超深孔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包括四个动力头、给进机构、液压装置、电气装置、随钻测斜装置、行走部和支护装置，整机分成前车和后车两部分都能单独行走，前车本体部两侧安装有行走履带；其前后各两个下支撑油缸，右前方一个上支撑，后方两个上支撑油缸，分别固定于本体部上；左侧安装有操纵箱和由计算机构成的测斜上位机，在测斜上位机的旁边固定有真空电磁启动器和液压散热器；右侧是给进机构，四个动力头安装在两个导向光杠上，其两侧安装有四根螺旋丝杠，通过螺旋副与动力头相连，他们与前后立板及底板构成了给机构主体。在前后立板外侧各安装有两个液压马达，为螺旋丝杠提供动力；在前车本体部的中间安装有前车动力源，其构成是电动机加一个液压泵，在泵与本体部间布置有液压油箱。后车本体部两侧安装有行走履带；在后车本体部的右侧安装有真空电磁启动器、散热器；右侧安装有泥浆泵和泥浆泵马达；后车本体部的中间安装有电动机和三联液压泵；在电动机的旁边安装有液压油箱。工作液压站位于后车中，通过油管及快换接头与前车相连接。所述超深孔定向钻机的前车和后车可分别进行单独的行走，到达钻场后可通过液压胶管将前后车的液压系统连接起来，构成本发明的超深孔及软煤层深孔定向钻机整体功能。所述巷道适应性增强。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1040kN。四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。所述动力头采用多弹簧增力卡紧液压释放的常闭式结构，加持力可达320kN，由于不像液压夹紧存在泄露所以夹持力特别稳定并且随着给进阻力的增加夹紧力增大。其配有两档机械变速箱，可以输出不同转数和扭矩，来适应不同的钻进工况。所述四个液压马达分别驱动四个螺旋副给四个动力头提供给进起拔力，四个动力头即可单独动作，也可同时协同工作。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。所述液压系统采用三联串泵和具有负载敏感功能并带有二次溢流的液压主阀，液压主体部分。三联串泵具有恒功率控制，恒压控制和压力切断功能。实现了液压系统在外负载剧烈波动的情况下，髙效稳定的工作。所述电气系统采用温度传感器、流量传感器、液位传感、电流传感器、电压传感器分别与PLC控制器相连，对电动机进行保护的同时，有对整个液压系统进行保护。使设备运转状态得到监控。所述随钻测斜系统采用计算机和测量探管组成，信号通过钻杆中的电缆传输。对钻孔轨迹进行监测。所述行走部配有液压马达、行走减速机、驱动链轮，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。所述支撑装置具有八个油缸，下支撑四个，上支撑四个，每个油缸可提供350kN 的支撑力，分别与机架连接。提供稳定工作状态的同时，对施钻人员给予保护。本发明的有益效果是
1、整体强度高，工作稳定，整机功率大。能提供强劲的给进起拔力和输出扭矩。对孔底事故的处理能力极强。还可用于其它钻机孔底事故的救援处理。2、能够适应松软煤层的定向钻进，可有效的解决孔底事故造成的危害，实现松软煤层的大面积预抽采，有效的提高了软煤层的采煤效率。3、能够实现超深孔定向钻进，不仅用于非软煤层的的大面积预抽采，还可用于矿难受困人员的救助，开辟救援通道。4、能够通过测斜装置将整个施钻过程数据采集处理，并形成图像，使得钻手能够形象的看到钻进轨迹的变化，为钻手调整施钻参数提供依据，使得钻进精度得到极大提高。5、采用四个动力头，实现了钻机在保证转速的情况下输出足够的扭矩。并且由于可单独动作故而能够实现复杂的钻进工艺，大大提高了工作效率。6、采用液压马达驱动螺旋副对动力头进行给进，由于螺旋副具有自锁功能，可有效的阻止外力将钻具退出，为施钻人员提供更大的安全保护。7、行走部采用大输出扭矩的液压马达和独立的履带结构，降低了故障率，同时加大了行走驱动力，提高了爬坡能力。8、采用的大行程，大支撑力的支护装置，对巷道的顶、底板适应能力强，不再另需支护，减少了工人劳动强度，同时也提高钻机超深孔钻进时稳定性。
图1是本发明前车结构示意图的。
图2是本发明后车结构示意图的。
具体实施例方式下面结合附图对本实施例做进一步说明。由图1可知，前车本体部4两侧安装有行走履带2 ；履带前后各两个下支撑油缸13 和两个上支撑油缸14，分别固定于本体部上4，在14上端安装有脚盘7 ；左侧为操纵箱1，接着安装由计算机构成的测斜上位机3，旁边固定有真空电磁启动器6和液压散热器；右侧为给进机构12，其构成为四个动力头8安装在两个导向光杠上10，其两侧安装有四根螺旋丝杠11，通过螺旋副与动力头相连，他们与前后立板及底板构成了给机构主体。在前后立板外侧各安装有两个液压马达，为螺旋丝杠提供动力；在前车本体部的中间安装有前车动力源， 其构成为电动机9加一个液压泵，在泵与本体部间布置有散热器5。由图2可知，本发明的超深孔定向钻机，后车本体部19两侧安装有行走履带20 ； 在后车本体部的右侧安装有真空电磁启动器21、散热器；右侧安装有泥浆泵和泥浆泵马达；后车本体部的中间安装有电动机16和三联液压泵17;在电动机的旁边安装有液压油箱 18 ；行走控制手柄15控制后车行走。本发明的超深孔定向钻机的前车和后车可分别进行单独的行走，到达钻场后可通过液压胶管将前后车的液压系统连接起来，构成本发明的超深孔及软煤层深孔定向钻机整体功能。本发明的工作过程
1、将本发明钻机前后车开至钻场处调整好方向，将前后车用液压胶管按照标号进行连
接；
2、打开电源电动机工作，检查压力表压力，操纵下支护油缸手柄，将下支撑伸出，使履带离开地面达到需要高度调平机身，然后操纵上支护油缸手柄，使上支护油缸与巷道顶板形成支护；
3、将前两个动力头夹持器打开，装入事先连接好的动力钻具，同时将后两个动力头开至最后端，然后从二三动力头间装入Φ89钻杆，前两个动力头负责夹持和拧紧Φ89钻杆， 后两个动力头负责夹持和拧紧Φ 70钻杆；
4、开动泥浆泵马达和螺旋副马达进行钻进，在钻进时Φ70钻杆采用定向钻进，Φ89钻杆采用螺旋钻进；
5、动力钻具上的测量下位机将采集的数据通过Φ70钻杆输送到钻机上的上位机进行运算处理后显示。工作是动力头根据需要可单独动作，也可协同工作，在钻进Φ70钻杆的同时将 Φ 89钻打入，对其进行保护性钻进。一旦发生塌孔埋钻时Φ 89钻杆可将其旋转钻开，对事故进行处理，使其能够继续钻进。强有利的支护装置对于此类钻进能够提供足够的钻机稳定力，使钻进过程平稳。液压系统的负载敏感功能使得整机在钻进时保持最佳的钻进效率， 同时液压泵的恒功率控制、恒压控制、压力切断及负载敏感主阀上的二次溢流阀，对整个液压系统提供足够的安全保障，避免由于超深孔及软煤层深孔钻进中复杂外负载波动引起的液压元件损坏。PLC控制器的运用使得流量传感器、液位传感器、温度传感器及电流电压传感器发出的信号得到处理，并反馈给液压及电气系统，并对电动机做出保护。
权利要求
1.一种超深孔定向钻机，包括四个动力头、给进机构、液压装置、电气装置、随钻测斜装置、行走部和支护装置，其特征是，整机分成前车和后车两部分都能单独行走，前车本体部两侧安装有行走履带；其前后各两个下支撑油缸，右前方一个上支撑，后方两个上支撑油缸，分别固定于本体部上；左侧为操纵箱，和由计算机构成的测斜上位机，旁边固定有真空电磁启动器和液压散热器；右侧为给进机构，四个动力头安装在两个导向光杠上，其两侧安装有四根螺旋丝杠，通过螺旋副与动力头相连，他们与前后立板及底板构成了给机构主体， 在前后立板外侧各安装有两个液压马达，为螺旋丝杠提供动力；在前车本体部的中间安装有前车动力源，其构成是电动机加一个液压泵，在泵与本体部间布置有液压油箱，后车本体部两侧安装有行走履带；在后车本体部的右侧安装有真空电磁启动器、散热器；右侧安装有泥浆泵和泥浆泵马达；后车本体部的中间安装有电动机和三联液压泵；在电动机的旁边安装有液压油箱，工作液压站位于后车中，通过油管及快换接头与前车相连接。
2.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是动力头采用多弹簧增力卡紧液压释放的常闭式结构。
3.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是动力头减速器为机械式两档变速输出，提供两档扭矩。
4.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是给进机构具有独立结构，装配后整体安装在机架上。
5.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是液压系统具备负载敏感功能及恒功率控制，带有压力切断和恒压控制，多路主阀上装有二次溢流阀。
6.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是电气系统具有温度传感器、流量传感器、液位传感、电流传感器、电压传感器分别与PLC控制器相连。
7.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是随钻测斜系统由孔底下位机和机载上位机及钻杆中的电缆构成。
8.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是行走部配有液压马达、行走减速机、驱动链轮，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。
9.根据权利要求1所述的超深孔定向钻机，其特征是支护装置具有八个油缸，下支撑四个，上支撑四个，每个油缸可提供350kN的支撑力，分别与机架连接。
全文摘要
本发明提供一种可以在非软煤层中进行超深孔定向钻进及在软煤层中进行深孔定向钻进的钻机。解决了现有钻机不能进行超深孔定向钻进和在软煤层中进行深孔定向钻进的问题。采用四个动力头合成输出扭矩；采用复合钻进方式既孔底动力定向钻进+孔口回转钻进，能够克服软煤层塌孔问题提高钻进效率；钻机采用分体自走式结构，整机分成两块能单独行走，使整机尺寸得到控制，提高了对巷道的适应性；钻机给进机构用液压马达驱动螺旋副提供给进力，使四个动力头在同一个轴线上实现大行程单独动作，钻机机体强度高，带有支护油缸和锚固环，设备工作稳定性高。
文档编号E21B47/022GK102425373SQ20111027866
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者刘永文, 刘金茂, 孙晓雪, 张贵才, 曲凯, 王玲, 董然, 谭青, 辛浩然, 高志 申请人:沈阳北方重矿机械有限公司