一种适应多种断面尺寸的矿山或隧道的模块化救援钻机的制作方法

本发明属于矿山开采或隧道建设安全保障装备领域，涉及应急救援装备的研究、开发与应用，尤其涉及一种适应多种断面尺寸的矿山或隧道的模块化救援钻机。

背景技术：

1、随着经济的快速发展，每年矿山巷道和隧道的掘进量近两万公里，矿山(隧道)“关门塌方”事故时有发生。人员被困时，通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。目前，矿井坍塌事故救援仍以开挖小导洞、绕巷掘进等为主，施工效率低，安全性差。当井下、隧道具备施工条件时，采用井下救援钻机构建穿过坍塌段的大直径救援通道最为直接、最为安全、最为高效。

2、大直径钻孔后期要作为逃生通道，其直径一般需要超过600mm，需要钻机具备较大的能力，钻机的体积尺寸也就比较大，而巷道内使用则需要钻机的体积尽量小，因此需要解决钻机小尺寸设计和大能力输出矛盾，矿井巷道狭小空间钻具快速运输装卸、钻渣的快速清运及各辅助作业系统的高效协同作业等问题。因此，迫切需要开展满足适应多种断面尺寸的矿山(隧道)模块化救援钻机的研发工作，为矿山(隧道)应急救援提供装备支撑。

3、同时，该钻机也可拓展应用煤矿井下连通巷、通风孔、排水孔、电缆布设孔等工程领域，尤其适用于复杂地质条件下的施工，具有一定的市场应用前景。

技术实现思路

1、为了解决现有矿山或隧道“关门塌方”事故救援施工效率低、安全性差、钻机小尺寸设计和大能力输出矛盾等问题，本发明的目的在于，提供一种适应多种断面尺寸的矿山或隧道的模块化救援钻机。

2、为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

3、一种适应多种断面尺寸的矿山或隧道的模块化救援钻机，其特征在于，包括的模块有：套管回转驱动装置、螺旋钻杆回转驱动装置、多段组合式推进装置、套管推进驱动装置、螺旋钻杆推进驱动装置、套管扶正装置、套管夹持装置、多段组合式钻具运移装置、支撑稳固装置、履带式运移平台、钻具转运平台、套管前扶正装置、多段组合式皮带输送机、动力泵车、钻具多功能搬运车、控制系统，其中：

4、套管回转驱动装置、螺旋钻杆回转驱动装置安装在多段组合式推进装置的导轨上，套管扶正装置安装在多段组合式推进装置的导轨前端，支撑稳固装置的三角架安装在多段组合式推进装置的导轨后端；

5、套管推进驱动装置的大油缸缸杆耳座铰接在套管扶正装置上，大油缸缸筒耳座安装在套管回转驱动装置上；

6、螺旋钻杆推进驱动装置的小油缸缸杆耳座铰接在套管扶正装置上、小油缸缸筒耳座安装在螺旋钻杆回转驱动装置上；

7、套管夹持装置安装在套管扶正装置前端，分为左对顶机构和右对顶机构，以套管扶正装置轴心为中心对称安装，通过两侧油缸对顶实现套管的夹持；

8、多段组合式推进装置安装在履带式运移平台上或放置于救援现场地面；钻具转运平台在施工过程中放置于多段组合式推进装置的后端，套管前扶正装置放置于多段组合式推进装置的前端，多段组合式皮带输送机放置于多段组合式推进装置或履带式运移平台的下方；

9、动力泵车放置于钻机的一侧，控制系统集成动力泵车上，通过传感器反馈钻机、套管前扶正装置、多段组合式皮带输送机、钻具多功能搬运车的信号，并通过电液系统实施控制；钻具多功能搬运车在施工过程中处于钻机后端，负责套管的调运和钻渣的运输。

10、所述套管回转驱动装置、螺旋钻杆回转驱动装置均通过液压马达驱动齿轮，齿轮驱动主轴，主轴带动套管和螺旋钻杆回转，为套管和螺旋钻杆前端的切削工具提供回转动力。

11、所述套管扶正装置用于加卸钻具过程中的套管扶正，保证钻具快速加卸；

12、所述套管前扶正装置用于钻进过程中孔口钻具的扶正，防止钻孔偏斜。

13、所述钻具转运平台用于钻具由多功能作业车和多段组合式钻具运移装置之间的转运。

14、根据本发明，所述多段组合式推进装置包括第一导向段、第二导向段、第三导向段，每个导向段均加工有导轨，并通过连接板将每个导向段依次连接，第一导向段的导轨一端加工有插接凸台、第二导向段的导轨两端分别加工插接凹槽和插接凸台，第三导向段的导轨一端加工有插接凹槽，导向段依次连接过程中，凸台插入凹槽中，保证导向段连接的精确度、导轨的平整度和强度。多段组合式推进装置的底部两侧各均匀安装有7个调平机构，可通过液压或电驱获得动力，通过电液控制系统实现多段组合式推进装置的倾斜角度调整。调平机构中的执行部件拆除后形成安装孔，采用螺栓穿过安装孔，可将多段组合式推进装置固定在履带式运移平台上。

15、具体地，所述多段组合式钻具运移装置，包括第一运移段、第二运移段、第三运移段、第四运移段，每个运移段均加工有齿条，并通过连接板将每个运移段依次连接，每节运移段采用与多段组合式推进装置相同的插接方式连接，以保证连接精度和强度。

16、其中，所述运移装置高度调节臂、运移装置高度调节油缸配套使用，各有4个，分布于多段组合式推进装置的4个角上，一端连接在导轨面上，一端连接在多段组合式钻具运移装置的下端面，支撑多段组合式钻具运移装置吊运钻具过程中的自重和钻具重量。

17、所述运移装置高度调节臂、运移装置高度调节油缸同时属于支撑稳固装置的一部分，辅助实现钻机上下方向的稳固。

18、具体地，套管推进驱动装置、螺旋钻杆推进驱动装置，大油缸、小油缸均有左右两组，分别安装在套管推进驱动装置、螺旋钻杆推进驱动装置的两侧，且两侧大油缸、小油缸安装的上下顺序相反，使两只大油缸、两只小油缸轴线形成的平面尽量靠近套管推进驱动装置、螺旋钻杆推进驱动装置主轴的轴线，防止推进、起拔过程中出现偏载。

19、所述两侧大油缸、小油缸的伸长、回缩分别实现套管回转驱动装置、螺旋钻杆回转驱动装置的起拔、给进，主轴带动套管和螺旋钻杆起拔、给进，配合套管和螺旋钻杆回转运动，实现坍塌体高效钻进。

20、具体地，所述支撑稳固装置包括三角架、前稳固油缸、后稳固油缸、侧稳固油缸、上稳固螺杆、运移装置高度调节油缸、调平机构；其中：

21、三角架安装在多段组合式推进装置的导轨后端，前稳固油缸左右各一个，一端铰接在多段组合式推进装置的前端面，另一端连接抓地装置，支撑在地面上；后稳固油缸左右各一个，一端铰接在多段组合式推进装置的后端面，另一端连接抓地装置，支撑在地面上；侧稳固油缸左右各一个，一端铰接在三角架的后端面，另一端连接抓地装置，支撑在巷道的侧壁；上稳固螺杆共4个，对称安装在多段组合式钻具运移装置的上端面；调平机构左右各7个，均匀安装在多段组合式推进装置的底部。

22、具体地，所述支撑稳固装置对钻机的具体稳固过程为：调整调平机构调节钻机多段组合式推进装置整体的角度，运移装置高度调节油缸将运移装置升至巷道最高位置，并用销子锁紧，分别调节4个上稳固螺杆至上部抓地装置与巷道顶板接触，最后整体伸长调平机构，实现上稳固螺杆上的抓地装置在巷道顶板上的可靠稳固；调整前稳固油缸为套管和螺旋钻杆起拔提供反作用力，调整后稳固油缸为套管和螺旋钻杆给进提供反作用力，调整侧稳固油缸为钻机的倾覆力矩提供反作用力。通过上述过程，实现钻机前后、左右、上下6个方向的稳固。

23、具体地，多段组合式皮带输送机至少由第一输送段、第二输送段、第三输送段组成，每段皮带输送机均由马达链条机构独立驱动，第三输送段通过支撑架将一端支撑起来形成斜面，利于将渣土输送至指定容器中。或者根据给进行程的长度相应调整段数。

24、具体地，所述控制系统可以通过遥控的方式实现对钻机、套管前扶正装置、多段组合式皮带输送机、钻具多功能搬运车几个独立部分的联合控制。

25、本发明的适应多种断面尺寸的矿山或隧道模块化救援钻机，具有以下有益效果：

26、大直径跟管钻机采用模块化设计，通过不同的组合型式适应不同断面尺寸的矿山(隧道)救援钻孔施工，覆盖范围广，施工效率高、安全性好，解决了钻机小尺寸设计和大能力输出矛盾的问题。同时规定了各模块之间的快速拆解和连接形式和方法，为矿山、隧道钻孔救援提供指导和技术装备支撑。