专利名称：辅助司钻系统及钻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿采掘机械领域，具体而言，涉及一种辅助司钻系统及钻机。
背景技术：
采用深孔钻机进行定向钻孔，实现预采预抽，是当前治理高瓦斯矿井的有效方法，尤其适用于快速综掘巷道的预抽。采用的钻孔工艺可以是本煤层钻孔、顶板下探、顶板分支、底板分支等，这些工艺可以解决各种煤质硬度条件下的钻孔抽放问题。然而，在煤矿井下的实际钻进过程中，钻机遇到的地质情况非常复杂，断层、褶皱和软煤层等随时可能引起卡钻。由于矿探提供的地质报告分辨率不足，无法揭示小尺度范围内的断层、褶皱、岩性变化和煤层软硬不同，因此，实际钻孔工作非常依赖于操作人员的 经验和专注。然而每个人都有走神和疏忽大意的时候，尤其是在长期紧张的操作之后，这往往是井下实际钻孔失败的主要原因。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种辅助司钻系统，对钻机钻孔过程进行全面监测，并对卡钻风险进行评估，当存在卡钻风险时，可以进行超越控制，能够降低因人为疏忽导致的卡钻事故，减少钻孔失败、工期延误和工具丢失等现象的发生，避免给客户造成经济和时间上的浪费。另外，本发明还提供了一种钻机，司钻操作台可以自如地摆动到合适的位置和角度，便于操作人员观察。有鉴于此，本发明提供了一种辅助司钻系统，用于钻机，包括检测单元，用于实时检测钻机的工况参数；处理单元，用于将所述工况参数与预设数值进行比较，发出相应的执行命令；执行单元，用于执行所述执行命令。在该技术方案中，检测单元对钻机的工况参数进行实时检测，处理单元将检测单元的检测结果与预设数值进行比较，评估是否存在卡钻风险，存在卡钻风险时，执行单元根据处理单元发出的执行命令进行超越控制，降低了因人为疏忽造成的卡钻事故，减少了钻孔失败、工期延误和工具丢失等现象的发生，避免给客户造成经济和时间上的浪费，提高生产效益。优选地，所述检测单元包括动力头驱动压力检测变送器，所述动力头驱动压力检测变送器安装在所述钻机的动力头液压马达上。动力头驱动压力检测变送器可以实时检测动力头的驱动压力，并将检测到的驱动压力传送至处理单元，为卡钻风险评估提供依据，提高钻孔作业的安全性。优选地，所述检测单元包括推进油缸推进回路压力变送器和/或推进油缸回撤油路压力变送器，所述推进油缸推进回路压力变送器安装在所述钻机的动力头推进油缸的推进回路上，所述推进油缸回撤油路压力变送器安装在所述钻机的所述动力头推进油缸的回撤油路上。这样可以实时检测推进油缸推进油路压力和推进油缸回撤油路压力，为操作人员提供参考，提高钻孔作业的准确性和安全性；同时在出现紧急情况时，进行超越操作，保证
生产安全。优选地，所述检测单元包括泥浆泵出口压力变送器，所述泥浆泵出口压力变送器安装在所述钻机的泥浆泵的出口上。这样可以实时检测泥浆泵出口压力，根据检测到的压力值进行卡钻风险评估，提高钻孔作业的可靠性；同时在出现紧急情况时，进行超越操作，保证生产安全。优选地，所述检测单元包括推进油缸位移传感器，所述推进油缸位移传感器安装在所述钻机的所述动力头推进油缸上。这样可以对推进油缸的位移进行实时检测，进一步保证生产安全，降低事故发生 率。优选地，所述推进油缸位移传感器为磁致伸缩式位移传感器或拉线式位移传感器。磁致伸缩式位移传感器精度高、线性好、可靠性高、抗环境干扰能力强、使用寿命长，拉线式位移传感器结构紧凑、安装尺寸小、测量行程长、测量精度高、温度误差小、使用寿命长。优选地，所述预设数值为钻机在标准状况下的工况参数，所述执行命令包括显示数据、进行或停止超越控制。处理单元对是否存在卡钻风险进行分析，无卡钻风险时，将处理单元的处理结果显示在司钻操作台上；存在卡钻风险时，将结果显示在司钻操作台上，若此时操作人员因疏忽未采取应急措施，执行单元根据执行命令进行超越控制，卡钻风险消除后，停止超越控制。另一方面，本发明还提供了一种钻机，包括钻机本体、泥浆泵、动力头液压马达、动力头推进油缸和司钻操作台，还包括上述的辅助司钻系统，处理单元连接至所述司钻操作台。对动力头的驱动压力、动力头推进油缸推进回路和回撤油路的压力、泥浆泵的出口压力、动力头推进油缸的位移进行实时检测，对钻机钻孔过程进行全面监测，并将检测到的数据传递至司钻操作台，供操作人员参考，在发生紧急情况时，处理单元可以进行超越控制，避免生产事故的发生。优选地，所述司钻操作台通过多关节机械手臂与所述钻机本体相连。司钻操作台通过多关节机械手臂与钻机本体相连，司钻操作台可以自如地摆动到合适的位置和角度，便于操作人员观察。优选地，所述钻机为井下用水平钻机。综上所述，本发明提供的辅助司钻系统可以对钻机钻孔过程进行全面监测，并对卡钻风险进行评估，当存在卡钻风险时，可以进行超越控制，降低了因操作人员疏忽造成的卡钻风险，减少了钻孔失败、工期延误和工具丢失等现象的发生，避免了给客户造成经济上和时间上的损失，本发明提供的钻机，司钻操作台可以自如地摆动到合适的位置和角度，便于操作人员观察。还可以将本发明提供的钻机应用于其他的机械设备当中，在此无法穷举，不再赘述，但其应用均应在本发明的保护范围之内。
图I是根据本发明所述钻机一个实施例的结构示意图；图2是根据本发明所述辅助司钻系统一个实施例的结构示意图。其中，图I至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为I泥浆泵2动力头液压马达3电控系统4动力头推进油缸5本体操作台6随钻测量系统7钻杆8前夹持器9钻头10司钻操作台11行走部12动力头驱动压力检测变送器
13推进油缸推进回路压力变送器14推进油缸位移传感器15推进油缸回撤油路压力变送器16泥浆泵出口压力变送器
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。如图2所示，本发明提供了一种辅助司钻系统，用于钻机，包括检测单元，用于实时检测钻机的工况参数；处理单元，用于将所述工况参数与预设数值进行比较，发出相应的执行命令；执行单元，用于执行所述执行命令。在该技术方案中，检测单元对钻机的工况参数进行实时检测，处理单元将检测单元的检测结果与预设数值进行比较，评估是否存在卡钻危险，存在卡钻风险时，执行单元根据处理单元发出的执行命令进行超越控制，降低了因人为疏忽造成的卡钻事故，减少了因钻孔失败、工期延误和工具丢失带来的损失，避免给客户造成经济和时间上的浪费。在一种具体实施方式
中，所述检测单元包括动力头驱动压力检测变送器12，所述动力头驱动压力检测变送器12安装在所述钻机的动力头液压马达2上。动力头驱动压力检测变送器可以实时检测动力头的驱动压力，并将检测到的驱动压力传送至处理单元，为卡钻风险评估提供依据，提高自动化程度，降低对操作人员的经验要求，保证作业的安全可靠性。在第二种具体实施方式
中，所述检测单元包括推进油缸推进回路压力变送器13和/或推进油缸回撤油路压力变送器15，所述推进油缸推进回路压力变送器13安装在所述钻机的动力头推进油缸4的推进回路上，所述推进油缸回撤油路压力变送器15安装在所述钻机的所述动力头推进油缸4的回撤油路上。这样可以实时检测推进油缸推进油路的压力和推进油缸回撤油路的压力，为操作人员提供参考，处理单元对检测到的油路压力进行分析，以评估是否存在发生卡钻的风险，同时在出现紧急情况时，进行超越操作，保证生产安全。
在第三种具体实施方式
中，所述检测单元包括泥浆泵出口压力变送器16，所述泥浆泵出口压力变送器16安装在所述钻机的泥浆泵I的出口上。这样可以实时检测泥浆泵的出口压力，根据检测到的压力值进行卡钻风险评估。在第四种具体实施方式
中，所述检测单元包括推进油缸位移传感器14，所述推进油缸位移传感器14安装在所述钻机的所述动力头推进油缸4上。这样可以对推进油缸的位移进行实时检测，进一步保证生产安全，降低事故发生率。优选地，所述推进油缸位移传感器14为磁致伸缩式位移传感器或拉线式位移传感器。
磁致伸缩式位移传感器精度高、线性好、可靠性高、抗环境干扰能力强、使用寿命长，拉线式位移传感器结构紧凑、安装尺寸小、测量行程长、测量精度高、温度误差小、使用寿命长。钻机钻孔时，根据具体实际情况，选用合适的位移传感器。本领域的技术人员应当理解，同时采用动力头驱动压力检测变送器12、推进油缸推进回路压力变送器13、推进油缸回撤油路压力变送器15、泥浆泵出口压力变送器16、推进油缸位移传感器14中的全部或部分传感器的方案，也应当包含在本发明的保护范围之内。优选地，所述预设数值为钻机在标准状况下的工况参数，所述执行命令包括显示数据、进行或停止超越控制。所述预设数值为钻机在正常工作时的工况参数,在本实施例中，工况参数包括钻机钻孔时的动力头的驱动压力、动力头推进油缸推进回路和回撤油路的压力、泥浆泵出口压力、动力头推进油缸的位移等参数。处理单元对是否存在卡钻风险进行分析，无卡钻风险时，将处理单元的处理结果显示在司钻操作台上，供操作人员参考；存在卡钻风险时，将结果显示在司钻操作台上，若此时操作人员因疏忽未采取应急措施，执行单元根据执行命令进行超越控制，卡钻风险消除后，停止超越控制。如图I所示，本发明还提供了一种钻机，包括钻机本体、泥浆泵I、动力头液压马达
2、动力头推进油缸4和司钻操作台10，还包括上述的辅助司钻系统，处理单元连接至所述司钻操作台10。对动力头的驱动压力、动力头推进油缸推进回路和回撤油路的压力、泥浆泵出口压力、动力头推进油缸的位移进行实时检测，对钻机钻孔过程进行全面监测，并将检测到的数据传递至司钻操作台，供操作人员参考，发生紧急情况时，处理单元可以进行超越控制，避免生产事故的发生。优选地，所述司钻操作台10通过多关节机械手臂与所述钻机本体相连。司钻操作台通过多关节机械手臂与钻机本体相连，司钻操作台可以自如地摆动到合适的位置和角度，便于操作人员观察。优选地，所述钻机为井下用水平钻机。如图I和图2所示，泥浆泵I安装在钻机的后身，便于与水箱相连。动力头液压马达2安装在动力头减速器上，由动力头推进油缸4牵引，实现钻机的各个钻孔动作。电控系统3布置在钻机一侧，本体操作台布置在钻机一侧靠中部的位置，旁边是随钻测量系统6。钻杆7 —端由动力头夹持，另一端由前夹持器8夹持。钻头9可以是普通旋转牙轮钻头，也可以是孔底螺杆钻具。司钻操作台10采用多关节机械手臂与钻机本体相连，行走部11用来实现钻机的前后移动。动力头驱动压力检测变送器12、推进油缸推进回路压力变送器13、推进油缸回撤油路压力变送器15、泥浆泵出口压力变送器16均采用高灵敏度、高采样频率、符合煤安认证的紧凑型压力变送器，使用CAN总线传输协议。推进油缸位移传感器14采用磁致伸缩式位移传感器或拉线式位移传感器，也使用CAN总线传输协议。钻机电控系统(即处理单元)3负责接收各传感器反馈回来的检测信号，将接收到的检测信号与预设数值进行比较，对钻杆7和钻头9的卡钻风险进行判断和决策，最后再根据判断和决策结果，在司钻操作台10上进行报警显示，并控制相应的电磁液压阀组进行超越控制。辅助司钻系统的使用过程如下在正常钻孔过程中，钻机的电控系统3会实时检测并存储动力头驱动压力检测变送器12、推进油缸推进回路压力变送器13、推进油缸位移传感器14、推进油缸回撤油路压力变送器15和泥浆泵出口压力变送器16的数值，并将上述
数据与预设数值进行比较，评估卡钻风险并果断采取应急措施。譬如，如果发现推进油缸位移在很长一段时间里增加的很慢或基本不动，而泥浆泵出口压力又持续增高，辅助司钻系统就会提示有卡钻的风险。如果泥浆泵出口压力达到报警极限，而操作人员又没有采取应急措施，辅助司钻系统会自动停止推进，并开始小距离反复进给和回撤。待各传感器数据恢复正常后，辅助司钻系统停止自动干预。综上所述，本发明提供的辅助司钻系统可以对钻机钻孔过程进行全面监测，并对卡钻风险进行评估，当存在卡钻风险时，可以进行超越控制，降低了因操作人员疏忽造成的卡钻风险，减少了钻孔失败、工期延误和工具丢失等现象的发生，避免了给客户造成经济上和时间上的损失，本发明提供的钻机，司钻操作台可以自如地摆动到合适的位置和角度，便于操作人员观察。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装” “相连” “连接”等术语均应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种辅助司钻系统，用于钻机，其特征在于，包括 检测单元，用于实时检测钻机的工况参数； 处理单元，用于将所述工况参数与预设数值进行比较，发出相应的执行命令； 执行单元，用于执行所述执行命令。
2.根据权利要求I所述的辅助司钻系统，其特征在于，所述检测单元包括动力头驱动压力检测变送器(12)，所述动力头驱动压力检测变送器(12)安装在所述钻机的动力头液压马达(2)上。
3.根据权利要求I所述的辅助司钻系统，其特征在于，所述检测单元包括推进油缸推进回路压力变送器(13)和/或推进油缸回撤油路压力变送器(15)，所述推进油缸推进回路压力变送器(13)安装在所述钻机的动力头推进油缸(4)的推进回路上，所述推进油缸回撤油路压力变送器(15)安装在所述钻机的所述动力头推进油缸(4)的回撤油路上。
4.根据权利要求I所述的辅助司钻系统，其特征在于，所述检测单元包括泥浆泵出口压力变送器(16)，所述泥浆泵出口压力变送器(16)安装在所述钻机的泥浆泵(I)的出口上。
5.根据权利要求I所述的辅助司钻系统，其特征在于，所述检测单元包括推进油缸位移传感器(14)，所述推进油缸位移传感器(14)安装在所述钻机的所述动力头推进油缸(4)上。
6.根据权利要求5所述的辅助司钻系统，其特征在于，所述推进油缸位移传感器(14)为磁致伸缩式位移传感器或拉线式位移传感器。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的辅助司钻系统，其特征在于，所述预设数值为钻机在标准状况下的工况参数，所述执行命令包括显示数据、进行或停止超越控制。
8.一种钻机，包括钻机本体、泥浆泵(I)、动力头液压马达(2)、动力头推进油缸(4)和司钻操作台(10)，其特征在于，还包括权利要求7所述的辅助司钻系统，处理单元连接至所述司钻操作台(10)。
9.根据权利要求8所述的钻机，其特征在于，所述司钻操作台(10)通过多关节机械手臂与所述钻机本体相连。
10.根据权利要求8或9所述的钻机，其特征在于，所述钻机为井下用水平钻机。
全文摘要
本发明提供了一种辅助司钻系统，用于钻机，包括检测单元，用于实时检测钻机的工况参数；处理单元，用于将所述工况参数与预设数值进行比较，发出相应的执行命令；执行单元，用于执行所述执行命令。本发明提供的辅助司钻系统对钻机钻孔过程进行全面监测，并对卡钻风险进行评估，当存在卡钻风险时，可以进行超越控制，降低了因操作人员疏忽造成的卡钻风险，减少了钻孔失败、工期延误和工具丢失等现象的发生，避免了给客户造成经济和时间上的损失。本发明还提供了一种钻机，司钻操作台可以自如地摆动到合适的位置和角度，便于操作人员观察。
文档编号E21B44/00GK102852510SQ20121033045
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者李延富, 杨素玲, 王革 申请人:三一重型装备有限公司