CN104088584A - 一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，钻头、钻杆、传动装置、钻杆气动马达、可伸缩气腿；可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通气动阀门的进气管路、以及安装在操纵臂上的指示灯和控制按钮和正面设置的传感器和中央控制器，且传感器设置在钻杆与顶锚杆钻机接触的连接套上；中央控制器接收传感器发送的当前推进压力参量，并判定当前推进压力参量是否大于压力阈值；若是，则判定当前围岩地层为坚硬岩层，并发送控制指令给气动阀门降低钻头的进给速率；气动阀门接收中央控制器发送控制指令后，控制可伸缩气腿伸缩速率，进而控制钻头的进给速率。

Description

一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机

技术领域

本发明涉及钻井孔装备领域，尤其涉及一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机。

背景技术

在钻井作业中，顶锚杆钻机通常用于煤矿巷道顶部围岩的钻孔作业。顶锚杆钻机既可进行锚杆钻孔作业，还可进行锚杆树脂锚固剂的搅拌工作；同时，也可实现锚杆螺母的安装拧紧、对锚杆施加预紧力工作。

在现有技术中，大部分锚杆钻机由气腿部件、气动马达、传动装置、操纵臂等组件实现钻机的支撑、动力源、带动钻杆转动、钻机操控与顶进等核心功能。常规顶锚杆钻机通常都设定了恒定不变的进给速率。对于煤矿巷道顶板岩层来说，大都为沉积岩，每层岩层岩性差异较大，如果在钻进过程中遇到不同岩层时都采用相同进给速率，这样造成钻机钻进的灵活性大大降低。例如，在遇到坚硬难钻的岩层时，采用较快的进给速率，就会造成钻机与岩层之间的相互作用力增大，进而造成钻头磨损较快，钻机损坏的风险性加大；而遇到较松软易钻的岩层时，采用较为保守的进给速率，则会花费相对较长的时间，不能提高钻进效率。

因此，对于常规顶锚杆钻机在钻进过程中不能灵活调节进给速率所引起的前述问题与不足，本发明通过在钻机上增加顶进推力传感器，进而可自动调节顶锚杆钻机的气腿推力来增加或减小顶进推力大小，实现不同岩层中的优化钻孔工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，所述可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机自上而下依次包括钻头、钻杆、传动装置、钻杆气动马达、可伸缩气腿；所述可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通所述气动阀门的进气管路、以及安装在所述操纵臂上的指示灯和控制按钮和正面设置的传感器和中央控制器，且所述传感器设置在所述钻杆与顶锚杆钻机接触的连接套上；其中：

所述钻杆的一端与所述钻头固定连接，另一端所述传动装置之间设置的连接套固定；所述钻杆气动马达用于驱动所述传动装置进而带动与所述传动装置同轴固定连接的所述钻杆和钻头旋转钻孔；

所述中央控制器分别与所述传感器、所述指示灯、所述控制按钮和所述气动阀门电连接；

所述传感器，用于实时采集钻头接触当前围岩地层后的当前推进压力参量，并将当前推进压力参量发送给所述中央控制器；

所述中央控制器，用于接收所述传感器发送的当前推进压力参量，并判定所述当前推进压力参量是否大于压力阈值；若是，则判定当前围岩地层为坚硬岩层，并发送控制指令给所述气动阀门降低钻头的进给速率；若否，判定当前围岩地层为松散岩层，并发送控制指令给所述气动阀门增加钻头的进给速率；

所述气动阀门，用于接收所述中央控制器发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

较佳地，所述气动阀门，还用于接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

较佳地，所述传感器为压力传感器。

较佳地，所述中央控制器包括本安电源模块，光电隔耦合模块，控制器模块，指示灯接口模块，控制按钮接口模块，电平转换模块，数据采集模块。

较佳地，所述中央控制器，还用于在接收到需要停机的信号后，发送停机指令，并控制所述气动阀门关闭，进而切断所述进气管路的进气操作。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明提供的一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，分析上述结构原理可知：本发明的基本原理，位于顶锚杆钻机钻杆上的压力传感器采集顶锚杆钻机的推进压力，根据推进压力判断当前围岩地层，当顶进推力过大时表明当前岩层为坚硬岩层，此时为保护钻机应降低推进速率以保护钻机；当推进速率过小时标明当前岩层为松散岩层，此时可提高推进速率以提高钻机的钻孔效率。中央控制器通过控制可伸缩气腿的进气阀门来控制气腿的伸缩，进而控制钻机的推进速率。中央控制器根据进给速率(顶进推力，即顶进推力与钻头进给速率呈正相关性)状态来自动调节气腿的伸缩，使得钻机钻头与岩层之间保持一定大小的相互作用力，维持正常接触状态进行钻进作用。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机控制流程结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机中的中央控制器的结构原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

参见图1，本发明实施例一提供了一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，所述可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机自上而下依次包括钻头1、钻杆2、传动装置3、钻杆气动马达4、可伸缩气腿5；所述可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂6、气动阀门7、连通所述气动阀门7的进气管路8、以及安装在所述操纵臂6上的指示灯9和控制按钮10和正面设置的传感器11和中央控制器12，且所述传感器11设置在所述钻杆与顶锚杆钻机接触的连接套上；其中：

所述钻杆的一端与所述钻头固定连接，另一端所述传动装置之间设置的连接套固定；所述钻杆气动马达用于驱动所述传动装置进而带动与所述传动装置同轴固定连接的所述钻杆和钻头旋转钻孔；

所述中央控制器12分别与所述传感器、所述指示灯、所述控制按钮和所述气动阀门电连接；

所述传感器11，用于实时采集钻头接触当前围岩地层后的当前推进压力参量，并将当前推进压力参量发送给所述中央控制器；

所述中央控制器12，用于接收所述传感器发送的当前推进压力参量，并判定所述当前推进压力参量是否大于压力阈值；若是，则判定当前围岩地层为坚硬岩层，并发送控制指令给所述气动阀门降低钻头的进给速率；若否，判定当前围岩地层为松散岩层，并发送控制指令给所述气动阀门增加钻头的进给速率；

所述气动阀门7，用于接收所述中央控制器发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

分析上述结构可知：中央控制器作为核心控制和运算处理器件；其可以接收压力传感器发来的检测信号，识别压力传感器发送的检测数据；中央控制器结合检测数据对当前围岩地层进行判断和识别，并最终做出相应的反馈调节钻头钻进的控制；具体地，中央控制器接收所述传感器发送的当前推进压力参量，并判定当前推进压力参量是否大于压力阈值；若是，则判定当前围岩地层为坚硬岩层，并发送控制指令给所述气动阀门降低钻头的进给速率(目的是通过降低钻头的进给速率减少钻头磨损，保证钻机的使用寿命和钻进质量)；若否，判定当前围岩地层为松散岩层，并发送控制指令给所述气动阀门增加钻头的进给速率；(在松散岩层可以通过控制实时适当地加快钻头的进给速率，进而进一步地提升钻井作业的效率。)

另外，上述中央控制器是通过气动阀门间接对钻头的进给速率进行控制的；具体地，所述气动阀门接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

作为一种优选的可实施方式，所述传感器11最好选取为压力传感器。

参见图3，所述中央控制器12包括本安电源模块，光电隔耦合模块，控制器模块，指示灯接口模块，控制按钮接口模块，电平转换模块，数据采集模块。

需要说明的是，本安电源模块、控制器模块，电平转换模块，数据采集模块、光电隔耦合模块依次顺序电连接，且所述控制器模块还与所述指示灯接口模块，控制按钮接口模块电连接。

需要说明的是，气动阀门(除了用于接收中央控制器控制指令外)，还用于接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

即该控制信号可以由控制按钮进行控制，这样一来除了可实现自动反馈控制之外，还可以通过控制按钮进行人工手动控制。当中央控制器结合检测数据对当前围岩地层进行判断和识别，对于坚硬岩层或松散岩层可以通过不同的指示灯进行显示，这样一来工作人员便可以根据实际需要对钻机进行手动的控制了(包括通过气动阀门进行进给速率的调节)。另外，所述中央控制器还用于在接收到需要停机的信号后，发送停机指令，并控制所述气动阀门关闭，进而切断所述进气管路的进气操作。该停机信号的控制也可以通过控制按钮进行手动控制。

下面对本发明实施例提供的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的具体结构原理做进一步说明：

本发明的基本原理，位于顶锚杆钻机钻杆上的压力传感器采集顶锚杆钻机的推进压力，根据推进压力判断当前围岩地层，当顶进推力过大时表明当前岩层为坚硬岩层，此时为保护钻机应降低推进速率以保护钻机；当推进速率过小时标明当前岩层为松散岩层，此时可提高推进速率以提高钻机的钻孔效率。中央控制器通过控制可伸缩气腿的进气阀门来控制气腿的伸缩，进而控制钻机的推进速率。

中央控制器根据顶进推力状态来自动调节气腿的伸缩，使得钻机钻头与岩层之间保持一定大小的相互作用力，也即钻机的顶进推力。

参见图1-2，在附图中描述的智能锚杆钻机包括钻头，钻杆气动马达，可伸缩气腿，进气管路，气动阀门，操纵臂，指示灯，控制按钮，传感器组件，中央控制器组件。同传统锚杆钻机不同之处在于，本专利所提出的智能锚杆钻机新增了压力传感器，中央控制器。压力传感器设置在钻杆与顶锚杆钻机接触的连接套上，另一侧和中央控制器相连；中央控制器设置在锚杆钻机身上，分别与压力传感器和锚杆钻机的指示灯，控制按钮及气动阀门相连。压力传感器将监测到的推进压力参量传入中央控制器，中央控制器对当前推进压力进行数据处理后得到顶锚杆钻机的顶进推力进行控制。

在本发明实施例提供的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，可有效地针对于不同岩层进行优化钻孔工作。既可以灵活调节进给速率，还可以减少钻头的磨损保障钻井效果，节约钻井作业成本。

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。

Claims (5)

1.一种可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，其特征在于，所述可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机自上而下依次包括钻头、钻杆、传动装置、钻杆气动马达、可伸缩气腿；所述可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机的侧面还设置有操纵臂、气动阀门、连通所述气动阀门的进气管路、以及安装在所述操纵臂上的指示灯和控制按钮和正面设置的传感器和中央控制器，且所述传感器设置在所述钻杆与顶锚杆钻机接触的连接套上；其中：

所述钻杆的一端与所述钻头固定连接，另一端所述传动装置之间设置的连接套固定；所述钻杆气动马达用于驱动所述传动装置进而带动与所述传动装置同轴固定连接的所述钻杆和钻头旋转钻孔；

所述中央控制器分别与所述传感器、所述指示灯、所述控制按钮和所述气动阀门电连接；

所述传感器，用于实时采集钻头接触当前围岩地层后的当前推进压力参量，并将当前推进压力参量发送给所述中央控制器；

所述中央控制器，用于接收所述传感器发送的当前推进压力参量，并判定所述当前推进压力参量是否大于压力阈值；若是，则判定当前围岩地层为坚硬岩层，并发送控制指令给所述气动阀门降低钻头的进给速率；若否，判定当前围岩地层为松散岩层，并发送控制指令给所述气动阀门增加钻头的进给速率；

所述气动阀门，用于接收所述中央控制器发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

2.如权利要求1所述的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，其特征在于，

所述气动阀门，还用于接收控制按钮发送控制指令后，控制所述可伸缩气腿伸缩速率，进而控制所述钻头的进给速率。

3.如权利要求1所述的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，其特征在于，

所述传感器为压力传感器。

4.如权利要求1所述的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，其特征在于，

所述中央控制器包括本安电源模块，光电隔耦合模块，控制器模块，指示灯接口模块，控制按钮接口模块，电平转换模块，数据采集模块。

5.如权利要求1所述的可自动调节顶进推力的智能气动顶锚杆钻机，其特征在于，

所述中央控制器，还用于在接收到需要停机的信号后，发送停机指令，并控制所述气动阀门关闭，进而切断所述进气管路的进气操作。