CN102979455A

CN102979455A - 水平孔钻机

Info

Publication number: CN102979455A
Application number: CN2012104744098A
Authority: CN
Inventors: 张明云; 刘耀峰; 万凯军; 叶方俊; 黄小徐; 陈洪全; 刘术湘; 徐牧民; 曹小宇; 曾治国; 于浩; 郑郧
Original assignee: Wuhan Surveying Geotechnical Research Institute Co Ltd of MCC
Current assignee: Wuhan Surveying Geotechnical Research Institute Co Ltd of MCC
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-03-20

Abstract

一种水平孔钻机，包括:三个单独的模块部分：泵站部分（1），操作台部分（2），主机部分（3），所述的主机部分包括：基架（4），基架（4）的两边设置有推进油缸（5），推进油缸（5）中间设置有动力头（6），动力头（6）的连接头和钻具（7）相连。所述的动力头（6）的液压马达通过油管和操作台的阀门组件相连。推进油缸（5）通过油管和操作台的阀门组件相连。其优点是：1.动力强大：最大给进力为600KN，回拔力均达到了1000KN;2.钻机实现了模块化，使动力源与主机分离的方式，主机尺寸小;3循环***外置;4钻机拆缷方便，适用地形较复杂不适合大型机械进出场的场地;5钻机采用全液压设计，主机部分不采用任何电机、电器部件，利于井下施工安全。

Description

水平孔钻机

技术领域

本发明涉及矿山尾矿库水平排渗技术及设备技术领域，具体的说是一种水平孔钻机。

背景技术

水平孔钻机是施工尾矿坝水平排渗体及辐射井集渗管、排水管的关键设备，研发新型的水平孔钻机对促进我国尾矿排渗技术的发展具有重要的意义。

我国的水平孔钻机研发较国外起步晚，技术相对较落后。应用于尾矿坝水平排渗体最早的钻机是以GLP一150型为代表水平孔设备，该钻机于1987年在安徽狮子山铜矿进行了我国第一次尾矿坝水平排渗体的施工，设备采用液压驱动双油缸给进，电机驱动动力头回转实现跟管钻探方式成孔，当时施工的水平孔深度为50m，跟管管径为152mm，管内下入DN90mm过滤器。随着施工过程中钻探工艺的不断改进，该钻机曾经施工过最大孔深为90m的水平排渗孔。钻机主机自重达3.2吨，在尾矿坝面搬迁需借助辅助设备移动，主机外形尺寸较大，长×宽为4.5m×1.2m，不能适应井下或坑道内作业，采用水循环钻进，适应于砂土层的钻探。

我国目前现有应用于尾矿库水平排渗体施工设备还有SPE01型钻机和DG50型钻机SPE01型钻机主要性能参数如下：

1.钻机液压缸最大给进推力为2×300kn；

2.最大回拨拉力为：2×234kn，电机驱动回转机构；

3.电机驱动回转最大额定扭矩为2.2kn.m，齿轮传动比9.94，输出转速97.57r/min.输出转矩0.734kn.m；

4.钻机外型尺寸为2.65×0.65m；

该钻机已知最大施工孔深为80米。钻机回转力矩及给进力不足，只能采用φ108mm套管配φ50钻杆钻进，施工最大排渗管管径仅为DN75mm，采用水循环钻进，适应地层为尾砂及粘土层。

DG50型钻机主要技术参数

1、钻孔深度 100 m

2、钻孔直径 φ80～φ178 mm

3、钻杆直径 φ50～φ89 mm

4、钻孔倾角度 0～15°

5、动力头额定输出转速（正反） 25～110 rpm

6、动力头额定输出扭矩 2000 Nm

7、动力头最大给进力 600kN

8、动力（电机） 15 kW

9、主机外形尺寸 2550×1150×750（mm）

10、钻机重量 1200 Kg

11、最大部件重量 750 Kg

该钻机曾经施工过的最大施工孔深为100米，主机尺寸小，重量轻，但动力不足，采用φ108mm套管配φ50钻杆钻进，最在施工水平排渗管管径为DN75mm，采用水循环钻进，适应地层为尾粉砂及粘土层。

以上三种钻机均存在钻机动力不足，施工孔深已经不能满足现有排渗体的发展，适应地层相对较少，只能应用于可切削性能好的砂土层的钻进，对于地质条件复杂的碎卵石层及基岩层则无法作业。整机动力主机基本为一体，体积大，重量重，搬运运输困难，挖坑大，放入困难，操作难度大。

发明内容

本发明的目的是研究一种模块化，体积小，施工尾矿排渗管深度不小于160m，便于搬运和使用方便的能适应各类地层钻探的水平孔钻机。

本发明水平孔钻机包括三个单独的模块部分：泵站部分1，操作台部分2，主机部分3；

所述的主机部分3包括：机架4，机架4的两边设置有推进油缸5，推进油缸5中间设置有动力头6，推进油缸5和动力头6之间用固定基架连接成一个整体，实现动力头6与油缸5同步前进与后退的动作，动力头6的连接头和钻具7相连。所述的动力头6的液压马达7通过油管和操作台的阀门组件相连。推进油缸5通过油管和操作台的阀门组件相连。

所述的动力头6包括：液压马达7和变速箱的输入轴8相连，输入轴上的齿轮和输出轴9上的齿轮相啮合。输入轴上的齿轮组10和拨叉相连。

所述的钻具7包括：钻头，螺纹钻杆、跟进套管、冲击器，辅助机具包括单向水阀、叉搬、自由钳、活接头等。

所述的钻头是根椐不同的地层选用不同形式的钻头，如砂土层选用三翼合金钻头，复杂的碎卵石及岩石地层选用球齿合金钻头。

所述的泵站1包括：电气控制柜13，油箱14，电气控制柜13和油箱14下有多个电机油泵组15，泵站1内设置有散热器16。

所述的操作台2输入部分是通过油管和泵站相连，输出部分通过油管和主机连接，其中间连接体是操作台中的阀门组件，这些都是现有技术。

所述的主机动力头6内的输出轴为中空轴，中空轴的输入端17通过水管或气管分别与清水泵或空压机相连。

水平孔钻机钻探的实现:泵站启动，电机油泵组回转产生高压油，高压油通过油管与操作台驱动主机上液压油缸与动力头上的液压马达；高压油驱动油缸带动钻管具实现前进与后退的动作，高压油驱动液压马达通过变速箱带动与输出轴相连的钻管具实现回转动作；钻具由钻头、钻杆、连接件与套管组成，钻杆置于套管内，前端通过连接件与钻头相连，后端与钻机主机输出轴相连，钻杆采用Ф50mm通用钻杆，钻杆中空，循环***提供高压循环介质通过中空部分从钻头部预设出口出，带着钻头切削下的钻渣通过套管与钻杆的环状间隙排出孔外，钻管具同步跟进，这样就实现了钻探成孔的动作。

循环***：本钻机循环***为外置式，可根据地层的不同选取不同的循环***。一般情况下砂、土类松散地层配流量大于20m³/h，扬程在30米以上的高压清水泵及水管，跟主机回转动力头后部连接装置连接，实现水循环钻进；在含碎、卵石土层及岩石地层配20m³空压机及风管与回转动力头后部连接处连接实现风动钻进，此种方式钻进时需在钻具端部增加Ф146mm气动潜孔锤及球齿钻头。

本以明的水平孔钻机有如下优点：

1.动力强大：目前国内已有钻机最大给进力为600KN，而本钻机最大给进、回拔力均达到了1000KN；

2.钻机实现了模块化，使动力源与主机分离的方式，主机尺寸小，仅有2700mm×750mm，可在狭小坑道及井筒内施工；

3.循环***外置，可根据不同地层选用不同的循环***及钻具钻进，增大了地层的适用性；对于普通砂、粘土地层选用清水循环***跟管钻进即可，对于含碎、卵石及基岩地层选用配置空压机和潜孔锤的风动作业方式进行冲击跟管钻进；

4.钻机拆缷方便，拆分后钻机最大重量小于300Kg，适用地形较复杂不适合大型机械进出场的场地；

5.根据实际情况酌情考虑增加拧管及导向装置。钻机采用全液压设计，主机部分不采用任何电机、电器部件，利于井下施工安全。

附图说明

图1为水平孔钻机的结构示意图。

图2为水平孔钻机的主机图。

图3为水平孔钻机的主机动力头结构图。

图4为泵站总成图。

图5为操作台结构图。

具体实施方式

根椐附图1-图5所示，一种水平孔钻机包括三个单独的模块部分：泵站部分1，操作台部分2，主机部分3；

所述的主机部分3包括：机架4，机架4的两边设置有推进油缸5，推进油缸5中间设置有动力头6，推进油缸5和动力头6之间用固定基架连接成一个整体，实现动力头与油缸同步前进与后退的动作，动力头6的连接头和钻具7相连。所述的动力头6的液压马达通过油管和操作台的阀门组件相连。推进油缸5通过油管和操作台的阀门组件相连。

所述的钻头是根椐不同的地层选用不同形式的钻头，如砂土层选用三翼合金钻头，复杂的碎卵石及岩石地层选用球齿合金钻头，

所述的主机动力头6内的输出轴为中空轴，中空轴的输入端17 通过水管或气管分别与清水泵或空压机相连。

钻机由三个独立的模块件组成，其组成如示意图1所示，泵站1通过液压油管与操作台2的输入端相连，操作台2的输出端通过液压油管与主机3相连，主机上动力头输出轴一端与钻管具相连，另一端与循环***相连。其工作原理如下：

泵站启动，电机油泵组回转产生高压油，高压油通过油管与操作台驱动主机上液压油缸与动力头上的液压马达；高压油驱动油缸带动钻管具实现前进与后退的动作，高压油驱动液压马达通过变速箱带动与输出轴相连的钻管具实现回转动作；钻具由钻头、钻杆、连接件与套管组成，钻杆置于套管内，前端通过连接件与钻头相连，后端与钻机主机输出轴相连，钻杆采用Ф50mm通用钻杆，钻杆中空，循环***提供高压循环介质通过中空部分从钻头部预设出口出，带着钻头切削下的钻渣通过套管与钻杆的环状间隙排出孔外，钻管具同步跟进，这样就实现了钻探成孔的动作

本新型钻机适用于我国各类矿山尾矿坝水平排渗体及辐射井工程的施工，该设备能满足在尾矿砂类地层水平跟管钻探160米以上，具有动力大，体积小等诸多优点。钻机基本性能参数如下：

1、钻孔深度 ≧160 m

2、钻孔直径 φ80～φ178 mm

3、钻杆直径 φ50～φ89 mm

4、钻孔倾角度一5～15°

5、动力头额定输出转速（正反） 25～110 rpm

6、动力头额定输出扭矩 4500 Nm

7、动力头最大给进力 1000kN

8、动力（电机） 33 kW

9、主机外形最大尺寸 2700×750×450（mm）

钻机验证：

本钻机针对国内现有尾矿库水平排渗体的施工而研发，主要用于满足辐射井工程的施工，同时兼顾在坝面外的水平排渗孔施工，可应用于尾矿类地层及各种类型尾矿坝初期坝的水平钻探需要，目前该钻机已经在南京冶山铁矿尾矿库、河南栾川辐射井工程及贵州华金矿业丫他金矿尾矿库水平孔工程进行了验证，取得了良好的效果。

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Claims

1. 一种水平孔钻机包括:三个单独的模块部分：泵站部分（1），操作台部分（2），其特征在于:还有主机部分（3），所述的主机部分包括：机架（4），机架（4）的两边设置有推进油缸（5），推进油缸（5）中间设置有动力头（6），推进油缸（5）和动力头（6）之间用固定基架连接成一个整体，动力头（6）的连接头和钻具（7）相连；所述的动力头（6）的液压马达通过油管和操作台的阀门组件相连；推进油缸（5）通过油管和操作台的阀门组件相连。

2.如权利要求1所述的一种水平孔钻机，其特征在于:所述的动力头（6）包括：液压马达（7）和变速箱的输入轴（8）相连，输入轴上的齿轮和输出轴（9）上的齿轮相啮合；输入轴上的齿轮组（10）和拨叉相连。

3.如权利要求1所述的一种水平孔钻机，其特征在于:所述的泵站（1）包括：外壳，外壳内设置有电气控制柜（13），油箱（14），电气控制柜（13）和油箱（14）下有多个电机油泵组（15），泵站（1）内设置有散热器（16）。

4.如权利要求1所述的一种水平孔钻机，其特征在于:所述的主机动力头（6）内的输出轴为中空轴，中空轴的输入端（17）通过水管和气管分别与清水泵或空压机相连。