专利名称：一次成井专用钻机及其工作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿、金属等矿山井下用的钻孔设备。
背景技术：
在煤矿井下，需要施工多个煤仓、矸石仓、溜煤眼等筒状硐室，这种硐室的垂直深度一般在10米以上，施工方法有钻井法、普通爆破法和超深孔一次爆破成井法。与本申请有关的技术是超深孔一次爆破成井法(简称超深孔一次成井法)。该方法是按照筒状硐室断面大小，把所需要的炮孔由上向下一次钻通(也可以由下向上一次钻通)，而后由下向上顺序微差爆破，全断面一次爆破成形。爆破完成后，上部支护，下部出矸，随出矸随支护。因此，利用超深孔一次成井技术施工筒状硐室，相对于普通爆破法和钻井法，具有安全、工期短、费用低、施工工序简单、投入劳动力少等优点。超深孔一次成井法的主要工序之一是钻孔，钻孔的速度和质量直接影响一次成井技术的广泛推广。由于没有超深孔一次成井的专用钻机，所以大多使用探水钻机。探水钻机采用切削式破岩、水力排粉，钻一个直径70mm、长度IOm的孔需要3 4小时，每米钻孔成本在200元以上，钻孔速度慢、成本高。有的采用地面冲击式钻机，虽然钻孔速度快、成本低，但由于利用风压排粉，环境污染严重，不能直接在井下使用；另外地面深孔钻机体积大，重量大，井下运输困难，且不适用于巷道小空间作业。
发明内容
本发明为解决煤矿井下超深孔(也就是大于IOm的孔)一次成井法施工硐室的上述技术问题，提出了一种适用于井下使用的冲击旋转式超深孔一次成井法专用钻机。为达到上述目的，本发明的一次成井专用钻机是由凿岩机、固定凿岩机的机架、凿岩机操纵系统和排尘系统组成；所述的凿岩机选用能同时提供旋转力矩和冲击力的链条导轨式凿岩机，该凿岩机采用无阀式配气机构和高速比回转减速机构；钻头采用直径70 90mm的冲击钻头，钻杆采用长度1 1. 5m的可接长钻杆；所述的机架的构造是，它包括用槽钢加工而成的立式导轨，立式导轨顶部连接有方形水平板，方形水平顶板的四角设有带尖脚的单体液压支柱，立式导轨底部连接有三角水平板，三角水平板的三个角上设有尖锥；立式导轨的一端设有风马达，风马达轴上设有主动链轮，立式导轨的另一端设有回头链轮，通过主动链轮和回头链轮挂上链条，链条上安装有固定凿岩机的滑座；立式导轨的下端头还设有卡钎器；所述的操纵系统包括气量调节阀和压风管路，气量调节阀是在阀体上设有三路气道和操作手柄；第一路进入凿岩机，产生回转力矩和冲击力；第二路进入风马达，使链条带动凿岩机上下移动；第三路通过钻机轴孔-钻杆中心孔-钻头孔进入孔底吹出岩粉；所述的排尘系统主要由捕尘器、旋风除尘器、风管和水池组成；所述捕尘器是置于钻孔口的罩体；旋风除尘器选用半圆周蜗旋切向进入式除尘器；旋风除尘器进口用风管与捕尘器连通、出口用风管与水池连通。旋风除尘器进行一级粗除尘和提供负压，细尘送入水池进一步净化，保证了钻孔工作时的岩尘净化效果。本发明专用钻机的工作方法是，第一步在工作地点将机架竖起，给每个单体液压支柱加压，直到单体液压支柱的尖脚全部插进顶板，尖锥端插入底板。第二步将凿岩机安装在机架链条的滑座上；将操作系统和风压动力系统用风管连接；将捕尘器置于钻孔位置，将钻杆钻头端插入捕尘器顶孔，钻杆尾端插入钻机轴套。第三步将捕尘器、旋风除尘器和水池用风管连通并把风管插入水池水下；准备工作。第四步操作操纵阀以旋转、冲击方式进行钻孔，同时启动旋风除尘器将排出的岩粉除尘净化。第五步当钻孔达到一根钻杆深度时，利用钻机的卡钎器与回转主轴正反转的配合，接长新的钻杆。第六步钻孔结束后，利用回转主轴的正反转、卡钎器作用以及链条回转三者配合依次卸下钻杆，直到把钻头提出孔外。移位后继续进行另一炮孔的钻孔工作。本发明一次成井专用钻机的优点为(1)利用冲击旋转式破岩方法，破岩效率高、钻孔速度快、费用低；(2)本发明钻机为可组装式，体积小，重量轻，适用于井下运输；(3)采用带单体液压支柱的机架作为固定结构和支撑结构，体积小，适用于井下小空间作业；(4)采用高效二级除尘系统，污染小；(5)采用链条式推动系统，较汽缸式推动系统使用寿命长，移动速度稳定。
图1为本发明的一次成井专用钻机构造示意图；图2为本发明的机架构造示意图。图例说明1-单体液压支柱，2-方形水平板，3-机架，3a_回头链轮，3b_链条，4-导轨，5-滑座，6-凿岩机，7-钻杆，8-风马达，9-卡钎器，10-三角水平底座，11-尖锥，12-捕尘器，13-旋风除尘器，14-水池，15-风管。
具体实施例方式如图1所示，超深孔一次成井专用钻机，它是由凿岩机6、固定凿岩机的机架3、凿岩机操纵系统和排尘系统组成；所述的凿岩机6选用能同时提供旋转力矩和冲击力的链条导轨式凿岩机，该凿岩机采用无阀式配气机构和高速比回转减速机构；钻头采用直径70 90mm的冲击钻头，钻杆7采用长度1 1. 5m的可接长钻杆；所述的机架3的构造，它包括用槽钢加工而成的立式导轨4，立式导轨4顶部连接有方形水平板2，方形水平板2的四角设有带尖脚的单体液压支柱1，立式导轨4底部连接有三角水平底座10，三角水平底座10的三个角上设有尖锥11 ；立式导轨4的一端设有风马达8，风马达8轴上设有主动链轮，立式导轨的另一端设有回头链轮3a，通过主动链轮和回头链轮3a挂上链条3b (如图2所示)，链条北上安装有固定凿岩机的滑座5 ；立式导轨4的下端头还设有卡钎器9 ；所述的操纵系统包括气量调节阀和压风管路(图中未画出)，气量调节阀是在阀体上设有三路气道和操作手柄；第一路进入凿岩机6，产生回转力矩和冲击力；第二路进入风马达8，使链条北带动凿岩机6上下移动；第三路通过钻机轴孔-钻杆中心孔-钻头孔进入孔底吹出岩粉；所述的排尘系统主要由捕尘器12、旋风除尘器13、风管15和水池14组成；所述捕尘器12是置于钻孔口的罩体；旋风除尘器13选用半圆周蜗旋切向进入式除尘器；旋风除尘器13进口用风管与捕尘器12连通、出口用风管15与水池14连通。旋风除尘器13进行一级粗除尘和提供负压，细尘送入水池14进一步净化，保证了钻孔工作时的岩尘净化效^ ο这种专用钻机的操作方法是，第一步在工作地点将机架3竖起，给每个单体液压支柱1加压，直到单体液压支柱1的尖脚全部插进顶板，尖锥端插入底板。第二步将凿岩机6安装在机架链条的滑座5上；将操作系统和风压动力系统用风管连接；将捕尘器12置于钻孔位置，将钻杆7的钻头端插入捕尘器12顶孔，钻杆7尾端插入钻机轴套。第三步将捕尘器12、旋风除尘器13和水池14用风管15连通，并把风管15插入水池14水下；准备工作。第四步操作操纵阀以旋转、冲击方式进行钻孔，同时启动旋风除尘器13将排出的岩粉除尘净化。第五步当钻孔达到一根钻杆深度时，利用钻机的卡钎器9、钻机回转主轴正反转以及链条: 回转三者的配合，接长新的钻杆7。第六步钻孔结束后，利用卡钎器9、回转主轴的正反转以及链条北回转三者配合依次卸下钻杆7，直到把钻头提出孔外。移位后继续进行另一炮孔的钻孔工作。
权利要求
1.一次成井专用钻机，其特征在于，它是由凿岩机、固定凿岩机的机架、凿岩机操纵系统和排尘系统组成；其中所述的凿岩机选用能同时提供旋转力矩和冲击力的链条导轨式凿岩机，该凿岩机采用无阀式配气机构和高速比回转减速机构；钻头采用直径70 90mm的冲击钻头，钻杆采用长度1 1. 5m的可接长钻杆；所述的机架的构造是，它包括用槽钢加工而成的立式导轨，立式导轨顶部连接有方形水平板，方形水平顶板的四角设有带尖脚的单体液压支柱，立式导轨底部连接有三角水平板，三角水平板的三个角上设有尖锥；立式导轨的一端设有风马达，风马达轴上设有主动链轮，立式导轨的另一端设有回头链轮，通过主动链轮和回头链轮挂上链条，链条上安装有固定凿岩机的滑座；立式导轨的下端头还设有卡钎器；所述的操纵系统包括气量调节阀和压风管路，气量调节阀是在阀体上设有三路气道和操作手柄；第一路进入凿岩机，产生回转力矩和冲击力；第二路进入风马达，使链条带动凿岩机上下移动；第三路通过钻机轴孔-钻杆中心孔-钻头孔进入孔底吹出岩粉；所述的排尘系统主要由捕尘器、旋风除尘器、风管和水池组成；所述捕尘器是置于钻孔口的罩体；旋风除尘器选用半圆周蜗旋切向进入式除尘器；旋风除尘器进口用风管与捕尘器连通，出口用风管与水池连通。
2.一种如权利要求1所述的专用钻机的工作方法，其特征在于，步骤如下第一步在工作地点将机架竖起，给每个单体液压支柱加压，直到单体液压支柱的尖脚全部插进顶板，尖锥端插入底板；第二步将凿岩机安装在机架链条的滑座上；将操作系统和风压动力系统用风管连接；将捕尘器置于钻孔位置，将钻杆钻头端插入捕尘器顶孔，钻杆尾端插入钻机轴套；第三步将捕尘器、旋风除尘器和水池用风管连通并把风管插入水池水下；准备工作；第四步操作操纵阀以旋转、冲击方式进行钻孔，同时启动旋风除尘器将排出的岩粉除尘净化；第五步当钻孔达到一根钻杆深度时，利用钻机的卡钎器与回转主轴正反转的配合，接长新的钻杆；第六步钻孔结束后，利用回转主轴的正反转、卡钎器作用以及链条回转三者配合依次卸下钻杆，直到把钻头提出孔外；移位后继续进行另一炮孔的钻孔工作。
全文摘要
本发明公开了一次成井专用钻机及其工作方法，它是由凿岩机、固定凿岩机的机架、凿岩机操纵系统和排尘系统组成；通过上述各部件实现了超深孔的一次爆破成井，破岩效率高、钻孔速度快、费用低。
文档编号E21B21/01GK102383727SQ20111028292
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月12日 优先权日2011年9月12日
发明者刘洪强, 李廷春, 赵锦桥, 郑小平 申请人:山东科技大学