一种煤矿井下定向钻机钻进控制阀及方法与流程

本发明涉及钻探机械领域，尤其涉及一种煤矿井下定向钻机钻进控制阀及方法。

背景技术：

1、我国煤炭资源丰富且主要采用井工方式开采，煤矿瓦斯和水害是井下作业的主要灾害源，进行井下钻孔是排除瓦斯和防治水害的有效手段。目前煤矿井下广泛采用定向钻进施工技术进行钻孔，该技术能够对孔底进行精确定向，可实时测量钻孔轨迹，实时调整钻孔轨迹。定向钻机是实施定向钻进施工技术中最为关键的设备，钻机拆装钻杆过程中涉及回转马达和给进起拔油缸动作之间的相互配合，操纵人员需要同时操作多个液压阀控制回转马达旋转和给进起拔油缸伸缩。若司钻人员操作不熟练，将直接影响拆装钻杆速度，降低钻机工作效率；若操作失误，将损坏钻具。定向钻机在正常钻进和拆装钻杆时需要控制回转马达和给进起拔油缸工作在不同状态，例如在正常钻进工况时回转马达有高速和低速两种状态，拆装钻杆时又要求回转马达以更低的速度回转；给进起拔油缸有低速给进和快速给进两种状态，拆装钻杆时又要求给进起拔油缸以更低的速度伸缩，为了实现上述功能液压系统需配置多个阀组，系统复杂、集成度低、空间占用大、操作复杂度高、安装维护困难。

2、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤矿井下定向钻机钻进控制阀及方法，使得定向钻机在拆装钻杆时根据不同工况，自动选择回转马达和给进起拔油缸的工作状态，该控制阀及方法集成了正常钻进和拆装钻杆时相关执行元件所需要的全部控制功能，钻机操作简单，可避免误操作造成钻机事故，劳动强度低；钻机液压系统集成度高、安装维护简单。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、一种煤矿井下定向钻机钻进控制阀，包括第一减压阀、第二减压阀、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第一主输入口、第一主输出口、第一主工作油口、第二主工作油口、第三主工作油口、第四主工作油口、第五主工作油口、第六主工作油口、第七主工作油口、第八主工作油口、第九主工作油口；所述一种煤矿井下定向钻机钻进控制阀还包括有第四减压阀、第一液控换向阀、第一梭阀、第六减压阀、第二液控换向阀、第一单向阀、第二单向阀、第三液控换向阀、第一节流阀；

4、所述第一梭阀、包括有第一输入口、第二输入口和输出口，所述第六减压阀、第四减压阀、第一单向阀、第二单向阀、第一节流阀、第二单向阀和第一节流阀均包括有输出口和输入口，所述第一液控换向阀、第二液控换向阀和第三液控换向阀均包括有第一输入口、第一输出口、第二输入口和第一液控口，所述第三液控换向阀还包括有第二液控口，所述第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀均包括有第一工作油口、第二工作油口、第一输出口和第一输入口；

5、所述第三换向阀的第一工作油口与所述第一梭阀的第一输入口连通；所述第三换向阀的第二工作油口与所述第六减压阀的输入口连通；所述第三换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通，所述第六减压阀的输出口与所述第一梭阀的第二输入口连通；所述第一梭阀的输出口与所述第一液控换向阀的第一输入口连通，所述第四换向阀的第一工作油口分别与所述第一液控换向阀的第一液控口和所述第一单向阀的输入口连通；所述第四换向阀的第二工作油口分别与所述第二液控换向阀的第一液控口和所述第二单向阀的输入口连通；所述第四换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通；

6、所述第四减压阀的输出口分别与所述第一液控换向阀的第二输入口和所述第二液控阀的第二输入口连通；所述第二液控换向阀的第一输入口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通，所述第五换向阀的第一工作油口分别与所述第一单向阀的输出口、所述第三液控换向阀的第一输入口和所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第八主工作油口连通；所述第五换向阀的第二工作油口分别与所述第二单向阀的输出口连通，所述第三液控换向阀的第二输入口和所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第九主工作油口连通；所述第五换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通，所述第三液控换向阀的第一输入口与其第一液控口连通，所述第三液控换向阀的第二输入口与其第二液控口连通；所述第三液控换向阀的第一输出口与所述第一节流阀的输入口连通；所述第一节流阀的输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通，所述第一液控换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第六主工作油口连通；所述第二液控换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第七主工作油口连通。

7、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一液控换向阀还包括有第一换向位和第二换向位、；所述第一液控换向阀处于第一换向位时，所述第一液控换向阀的第一输入口和第一输出口连通，所述第一液控换向阀的第二输入口封闭；所述第一液控换向阀处于第二换向位时，所述第一液控换向阀的第二输入口与第一输出口连通，所述第一液控换向阀的第一输入口封闭；

8、所述第二液控换向阀还包括第一换向位和第二换向位；所述第二液控换向阀处于第一换向位时，所述第二液控换向阀的第一输入口和第一输出口连通，所述第二液控换向阀的第二输入口封闭；所述第二液控换向阀处于第二换向位时，所述第二液控换向阀的第二输入口和第一输出口连通，所述第二液控换向阀的第一输入口封闭；

9、所述第三液控换向阀包括第一换向位、第二换向位和第三换向位；所述第三液控换向阀处于第一换向位时，所述第三液控换向阀的第一输入口封闭，所述第三液控换向阀的第一输出口与第二输入口连通；所述第三液控换向阀处于第二换向位时，所述第三液控换向阀的第二输入口封闭，所述第三液控换向阀的第一输出口与第一输入口连通；所述第三液控换向阀处于第三换向位时，所述第三液控换向阀的第一输入口、第一输出口与第二输入口均封闭。

10、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第三换向阀包括有；

11、第一换向位，所述第三换向阀处于第一换向位时，所述第三换向阀的第一输入口和第二工作油口连通，所述第三换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

12、第二换向位，所述第三换向阀处于第二换向位时，所述第三换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第三换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

13、第三换向位，所述第三换向阀处于第三换向位时，所述第三换向阀的第一输入口封闭，所述第三换向阀的第一工作油口和第二工作油口均与第一输出口连通。

14、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第四换向阀包括有；

15、第一换向位，所述第四换向阀处于第一换向位时，所述第四换向阀的第一输入口与第二工作油口连通，所述第四换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

16、第二换向位，所述第四换向阀处于第二换向位时，所述第四换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第四换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

17、第三换向位，所述第四换向阀处于第三换向位时，所述第四换向阀的第一输入口封闭，所述第四换向阀的第一工作油口和第二工作油口均与第一输出口连通。

18、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第五换向阀包括有；

19、第一换向位，所述第五换向阀处于第一换向位时，所述第五换向阀的第一输入口与第二工作油口连通，所述第五换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

20、第二换向位，所述第五换向阀处于第二换向位时，所述第五换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第五换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

21、第三换向位，所述第五换向阀处于第三换向位时，所述第五换向阀的第一输入口、第一输出口、第一工作油口、第二工作油口均封闭。

22、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一减压阀、第二减压阀均包括有输入口和输出口，所述第一换向阀、第二换向阀均包括有第一工作油口、第二工作油口、第一输出口和第一输入口；

23、所述第一减压阀的输入口分别与所述第二减压阀的输入口和所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输入口连通；所述第一减压阀的输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主工作油口连通；所述第二减压阀的输出口分别与所述第一换向阀的第一输入口和所述第二换向阀的第一输入口连通；所述第一换向阀的第一输出口和所述第二换向阀的第一输出口均与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通；所述第一换向阀的第一工作油口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第二主工作油口连通；所述第一换向阀的第二工作油口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第三主工作油口连通；所述第二换向阀的第一工作油口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第四主工作油口连通；所述第二换向阀的第二工作油口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第五主工作油口连通。

24、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一换向阀还包括有；

25、第一换向位，所述第一换向阀处于第一换向位时，所述第一换向阀的第一输入口与第二工作油口连通，所述第一换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

26、第二换向位，所述第一换向阀处于第二换向位时，所述第一换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第一换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

27、第三换向位，所述第一换向阀处于第三换向位时，所述第一换向阀的第一输入口封闭，所述第一换向阀的第一工作油口和第二工作油口均与第一输出口连通。

28、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第二换向阀包括有；

29、第一换向位，所述第二换向阀处于第一换向位时，所述第二换向阀的第一输入口与第二工作油口连通，所述第二换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

30、第二换向位，所述第二换向阀处于第二换向位时，所述第二换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第二换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

31、第三换向位，所述第二换向阀处于第三换向位时，所述第二换向阀的第一输入口封闭，所述第二换向阀的第一工作油口和第二工作油口均与第一输出口连通。

32、在本发明的一个或多个实施方式中，所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀还包括有第三减压阀，所述第三减压阀包括有输入口和输出口，所述第三减压阀的输入口与所述的煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输入口连通，所述第三减压阀的输出口与所述第三换向阀的第一输入口连通。

33、在本发明的一个或多个实施方式中，所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀还包括有第五减压阀和第一调速阀，所述第五减压阀和第一调速阀均包括有输入口和输出口，所述第五减压阀的输入口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输入口连通；所述第五减压阀的输出口与所述第一调速阀的输入口连通；所述第一调速阀的输出口与所述第四换向阀的第一输入口连通。

34、在本发明的一个或多个实施方式中，所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀还包括有第七减压阀和第二调速阀，所述第七减压阀和第二调速阀均包括有输入口和输出口，所述第七减压阀的输入口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输入口连通，所述第七减压阀的输出口与所述第二调速阀的输入口连通，所述第二调速阀的输出口与所述第五换向阀的第一输入口连通。

35、在本发明的一个或多个实施方式中，所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀还包括有第八减压阀、第七换向阀、第十一主工作油口和第十二主工作油口，所述第八减压阀包括有输入口和输出口，所述第七换向阀包括有第一工作油口、第二工作油口、第一输入口和第一输出口，所述第八减压阀的输入口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输入口连通；所述第八减压阀的输出口与所述第七换向阀的第一输入口连通；所述第八换向阀的第一工作油口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第十一主工作油口连通；所述第八换向阀的第二工作油口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第十二主工作油口连通；所述第八换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通。

36、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第七换向阀包括有；

37、第一换向位，所述第七换向阀处于第一换向位时，所述第七换向阀的第一输入口与第二工作油口连通，所述第七换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

38、第二换向位，所述第七换向阀处于第二换向位时，所述第七换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第七换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

39、第三换向位，所述第七换向阀处于第三换向位时，所述第七换向阀的第一输入口封闭，所述第七换向阀的第一工作油口和第二工作油口均与第一输出口连通。

40、在本发明的一个或多个实施方式中，所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀还包括有第三减压阀、第六换向阀、给进起拔油缸和第十主工作油口，所述第三减压阀包括有输入口和输出口，所述第六换向阀包括有第一工作油口、第二工作油口、第一输入口和第一输出口，所述给进起拔油缸包括有主阀、第一输入口和第二输入口，所述主阀包括有第一液控口或第二液控口，所述回转马达控制阀包括有第一液控口和第二液控口；

41、所述第三减压阀的输入口与所述的煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输入口连通；所述第三减压阀的输出口与所述第六换向阀的第一输入口连通；所述第六换向阀的第一工作油口封闭；所述第六换向阀的第二工作油口分别与所述第三换向阀的第一输入口和所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第十主工作油口连通；所述第六换向阀的第一输出口与所述煤矿井下定向钻机钻进控制阀的第一主输出口连通。

42、在本发明的一个或多个实施方式中，所述第六换向阀包括有；

43、第一换向位，所述第六换向阀处于第一换向位时，所述第六换向阀的第一输入口与第二工作油口连通，所述第六换向阀的第一工作油口与第一输出口连通；

44、第二换向位，所述第六换向阀处于第二换向位时，所述第六换向阀的第一输入口与第一工作油口连通，所述第六换向阀的第二工作油口与第一输出口连通；

45、第三换向位，所述第六换向阀处于第三换向位时，所述第六换向阀的第一输入口封闭，所述第六换向阀的第一工作油口和第二工作油口均与第一输出口连通。

46、一种煤矿井下定向钻机钻进控制方法，包括下述步骤；

47、s1、拆钻杆工况时，控制回转马达低速反向转动，操作所述第四换向阀使其处于第一换向位，压力油从所述第四换向阀的第二工作油口流出后推动所述第二液控换向阀换向至第二换向位，经过所述第四减压阀减压后的压力油，通过所述第二液控换向阀后，到达回转马达控制阀的第二液控口，从而控制回转马达低速反向转动；

48、s2、拆钻杆工况时，给进起拔油缸慢速起拔，同时压力油从所述第四换向阀的第二工作油口流出后，到达所述第三液控换向阀的第二液控口，从而推动第三液控换向阀处于第二换向位，压力油从所述第四换向阀的第二工作油口流出后，到达给进起拔油缸的第二输入口，从而实现给进起拔油缸慢速起拔；

49、s3、装钻杆工况时，控制回转马达低速正转，操作所述第四换向阀使其处于第二换向位，压力油通过所述第四换向阀的第一工作油口流出后推动所述第一液控换向阀换向至第二换向位，经过所述第四减压阀减压后的压力油，通过所述第一液控换向阀后，到达回转马达控制阀的第一液控口，从而控制回转马达低速正向转动；

50、s4、装钻杆工况时，给进起拔油缸慢速给进，压力油从所述第四换向阀的第一工作油口流出后，到达所述第三液控换向阀的第一液控口，从而推动第三液控换向阀处于第一换向位，压力油从所述第四换向阀的第一工作油口流出后，到达给进起拔油缸的第一输入口，从而实现给进起拔油缸慢速给进；

51、s5、钻机钻进工况时，回转马达的高速正转，操作所述第三换向阀使其处于第二换向位，压力油从所述第三换向阀的第一工作油口流出，压力油经过所述第一梭阀和所述第一液控换向阀到达回转马达控制阀的第一液控口，压力油推动回转马达控制阀正常换向，从而实现回转马达的高速正转；

52、s6、钻机钻进工况时，给进起拔油缸快速给进或快速起拔，操作所述第七换向阀使其处于第一换向位或第二换向位，压力油通过所述第七换向阀进入给进起拔油缸主阀的第一液控口或第二液控口，推动给进起拔油缸主阀换向，从而实现给进起拔油缸快速给进或快速起拔。

53、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述和步骤中进行控制回转马达的转速时，控制钻杆拆装动作，调节所述第四减压阀的输出压力，可控制回转马达的转速；

54、在所述和步骤中进行控制给进起拔油缸的工作压力和速度时，控制钻杆拆装动作，调节所述第五减压阀的输出压力和所述第一调速阀的流量，可控制给进起拔油缸的工作压力和速度。

55、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述步骤中操作所述第五换向阀使其处于第一换向位，液压油经所述第五换向阀的第二工作油口流出后到达给进起拔油缸的第二输入口，从而实现给进起拔油缸的慢速起拔；

56、在所述步骤中操作所述第五换向阀使其处于第二换向位，液压油经所述第五换向阀的第一工作油口流出后到达给进起拔油缸的第一输入口，从而实现给进起拔油缸的慢速给进；调节所述第七减压阀的输出压力和所述第二调速阀的流量，可控制给进起拔油缸慢速工作时的压力和速度。

57、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述步骤中操作所述第三换向阀使其处于第一换向位，压力油从所述第三换向阀的第二工作油口流出，经过所述第六减压阀减压，再经过所述第一梭阀和所述第一液控换向阀到达回转马达控制阀的第一液控口，压力油推动回转马达控制阀轻微换向，从而实现回转马达的低速正转。

58、在本发明的一个或多个实施方式中，通过操纵所述第一换向阀使其处于第一换向位或第二换向位，从而实现夹持器的打开或关闭，通过操纵所述第二换向阀使其处于第一换向位或第二换向位，从而实现卡盘的打开或关闭，调节所述第二减压阀的输出压力控制夹持器打开和关闭压力，调节所述第二减压阀的输出压力控制卡盘的关闭压力。

59、在本发明的一个或多个实施方式中，还包括有下述步骤；

60、s21、打开制动器；通过操纵所述第六换向阀使其处于第一换向位，压力油经过所述第六换向阀的第二工作油口流出，到达制动器控制油口，从而实现打开制动器；

61、s22、关闭制动器；操纵所述第六换向阀使其处于第三换向位，压力油经过所述第六换向阀的第一输出口回油，从而实现关闭制动器。

62、在本发明的一个或多个实施方式中，在所述步骤中进行制动器关闭时，需先操纵所述第六换向阀使其处于第一换向位，才能操作第三换向阀实现回转马达的正向旋转。

63、与现有技术相比，本发明的具有以下益处；

64、1.控制阀及方法实现了拆装钻杆时回转马达与给进油缸的联动，可根据实际工况自动选择回转马达和给进起拔油缸的工作状态，同时也能调节回转马达和给进起拔油缸的运动速度，能有效避免误操作，提高拆装钻杆速度。

65、2.控制阀及方法实现了钻机钻进工作时相关执行元件的全部控制功能，如夹持器的打开和关闭、卡盘的打开和关闭、制动器的打开和关闭、回转马达的高速和低速旋转、拆装钻杆时回转马达和给进起拔油缸的联动、给进起拔油缸的低速给进和高速给进，钻机液压系统集成度高、安装维护简单。