CN114293939A - 一种岩心钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种岩心钻机，属于钻井机械技术领域，包括钻台模块、钻机主体模块和司钻控制***，钻机主体模块固定连接于待勘探施工场地上且靠近钻台模块，钻机主体模块有直立和放平两种状态，钻机主体模块呈直立状态时可连接于钻台模块上端，钻机主体模块连接有钻杆并用于勘探铀矿取芯和绳索钻具施工，钻台模块上具有适于避让钻机主体模块钻进的避让空间，钻机主体模块采用电动顶驱钻进，司钻控制***设于钻台模块上，适于控制钻机主体模块运行。本发明提供的一种岩心钻机，具有在勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时自动化程度高，电动顶驱方式钻进动力高，降低劳动强度，提高工作效率，钻进转速高，适于钻进硬岩矿的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于钻井机械技术领域，更具体地说，是涉及一种岩心钻机。
背景技术
铀矿石是具有放射线的危险矿物，可以从其中提取铀的矿物原料，可以用于核工业，包括军用(核弹)和民用(核电站)，还可以从中提取到镭和其他稀有元素。随着核电事业的不断发展，我国对于天然铀的需求量不断加大。对于矿产资源勘探，尤其花岗岩、火山岩等硬岩勘探而言，钻探设备的品质直接影响勘探效率。
现有技术的勘探钻机，对于勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时，自动化程度不高，钻井劳动强度大，工作效率低下；不能满足普通钻井和绳索钻具施工两种工艺要求；钻机动力不足、转速低、扭矩小；对于一些硬岩矿区，当孔深达到四五百米时，钻机转速减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩心钻机，旨在解决现有的钻机勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时自动化程度低，动力低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种岩心钻机，包括：
钻台模块，固定连接于待勘探施工场地上；
钻机主体模块，固定连接于待勘探施工场地上且靠近所述钻台模块，所述钻机主体模块有直立和放平两种状态并可在两种状态之间切换，所述钻机主体模块呈直立状态时可连接于所述钻台模块上端，所述钻机主体模块连接有钻杆并用于勘探铀矿取芯和绳索钻具施工，所述钻台模块上具有适于避让所述钻机主体模块钻进的避让空间，所述钻机主体模块采用电动顶驱钻进；以及
司钻控制***，设于所述钻台模块上，适于控制所述钻机主体模块运行。
在一种可能的实现方式中，所述钻台模块包括：
立根台，所述司钻控制***置于所述立根台上端；
立根盒，连接于所述立根台上端，用于安放钻杆，所述立根盒上具有适于钻杆防滑的防滑纹路；
坡道，连接于所述立根台侧部，用于排放钻杆；
两个斜梯，均连接于所述立根台侧部，用于司钻人员上下所述立根台；以及
钻具拧卸***，连接于所述立根台上端，所述钻机主体模块呈直立状态时所述钻具拧卸***用于与所述钻机主体模块固定连接，所述钻具拧卸***与所述钻机主体模块拆卸分离后，所述钻机主体模块可切换呈放平状态。
在一种可能的实现方式中，所述钻机主体模块包括：
井架，呈竖直状；
天车，包括三组滑轮，均布在所述井架上部，所述滑轮用于导向绳索；
直驱动力头，连接于所述井架中部，所述直驱动力头上连接有钻杆且为电动顶驱钻进，用于为钻杆钻进提供动力；
机械手***，连接于所述井架中部，所述机械手***可在三维空间内移动，用于沿直线方向搬移钻杆；
直驱绞车，连接于所述井架下部，直驱绞车缠绕有与所述天车连接的钢丝绳，所述直驱绞车用于起下钻具施工；
液压***，连接于所述井架下部并位于所述直驱绞车后方，用于为岩心钻机用的液压油提供液压源；
电控配电***，连接于所述井架下部并位于所述液压***后方，为岩心钻机运行的处理单元；以及
直驱泥浆泵，连接于所述井架下部并位于所述电控配电***后方，用于排放钻进过程中产生的泥浆。
在一种可能的实现方式中，所述钻机主体模块还包括连接于待勘探施工场地上的钻机后台，所述井架下端一侧与所述钻机后台一端上部铰接，所述井架可绕铰接处转动且转动后可呈直立状态或放平状态，所述井架下端另一侧用于与所述钻台模块连接，所述直驱绞车、所述液压***、所述电控配电***和所述直驱泥浆泵均设于所述钻机后台上。
在一种可能的实现方式中，所述钻机后台上端连接有多个推顶杆，所述推顶杆的推顶端与所述井架侧部连接，所述推顶杆用于推顶所述井架转动。
在一种可能的实现方式中，所述立根台上设有司钻室、拧管机和操作箱，所述拧管机用于在起下钻具施工时拧卸钻杆，所述钻台模块和所述钻机主体模块均为可拆装组合式结构。
在一种可能的实现方式中，所述井架为两节套装式桅杆井架，所述井架内部嵌套有用于驱动所述直驱动力头升降的升降装置，所述井架上还设有导轨、油缸和二层台，所述直驱动力头在所述导轨上滑动升降，所述油缸用于为所述升降装置提供动力，所述二层台用于摆放立根，所述直驱动力头驱动钻杆钻进后可借助所述升降装置加压钻进。
在一种可能的实现方式中，岩心钻机还包括远程监控***，所述远程控制***与所述司钻控制***无线通讯连接并可相互视频对话，所述远程控制***适于控制所述钻机主体模块运行。
在一种可能的实现方式中，所述直驱动力头采用稀土永磁同步变频直驱电机作为动力，采用水冷方式冷却，所述直驱动力头与所述直驱绞车交替作业；所述直驱绞车采用永磁同步变频直驱电机作为动力，所述直驱泥浆泵采用稀土永磁同步变频直驱电机作为动力；
岩心钻机采用液压钻进、所述直驱绞车起升两种相结合作业方式，所述升降装置用于液压推送所述直驱动力头钻进，以实现加压钻进、减压钻进和浮动钻进三种钻进模式；当处理井下事故时，借助所述直驱绞车或与游车联动提拔钻具。
在一种可能的实现方式中，所述立根台上设有升降器，所述司钻室的底部连接在所述升降器上，所述升降器用于推顶所述司钻室升降。
本发明提供的一种岩心钻机的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种岩心钻机包括钻台模块、钻机主体模块和司钻控制***，钻台模块固定连接于待勘探施工场地上；钻机主体模块固定连接于待勘探施工场地上且靠近钻台模块，钻机主体模块有直立和放平两种状态并可在两种状态之间切换，钻机主体模块呈直立状态时可连接于钻台模块上端，钻机主体模块连接有钻杆并用于勘探铀矿取芯和绳索钻具施工，钻台模块上具有适于避让钻机主体模块钻进的避让空间，钻机主体模块采用电动顶驱钻进，司钻控制***设于钻台模块上，适于控制钻机主体模块运行，解决了现有的钻机勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时自动化程度低，动力低的技术问题，具有在勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时自动化程度高，电动顶驱方式钻进动力高，降低劳动强度，提高工作效率，钻进转速高，适于钻进硬岩矿的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种岩心钻机的结构立面示意图；
图2为图1中的A-A处截面图；
图3为本发明实施例提供的一种岩心钻机的结构平面示意图；
图4为本发明实施例提供的一种岩心钻机的钻机主体模块结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种岩心钻机的钻台模块结构示意图。
附图标记说明：
1、钻台模块；11、立根台；12、立根盒；13、坡道；14、斜梯；15、钻具拧卸***；2、钻机主体模块；21、井架；22、天车；23、直驱动力头；24、机械手***；25、直驱绞车；26、液压***；27、电控配电***；28、直驱泥浆泵；29、钻机后台；3、司钻控制***；4、推顶杆。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的一种岩心钻机进行说明。所述一种岩心钻机，包括钻台模块1、钻机主体模块2和司钻控制***3，钻台模块1固定连接于待勘探施工场地上；钻机主体模块2固定连接于待勘探施工场地上且靠近钻台模块1，钻机主体模块2有直立和放平两种状态并可在两种状态之间切换，钻机主体模块2呈直立状态时可连接于钻台模块1上端，钻机主体模块2连接有钻杆并用于勘探铀矿取芯和绳索钻具施工，钻台模块1上具有适于避让钻机主体模块2钻进的避让空间，钻机主体模块2采用电动顶驱钻进；司钻控制***3设于钻台模块1上，适于控制钻机主体模块2运行。
本发明提供的一种岩心钻机，与现有技术相比，钻台模块1固定连接于待勘探施工场地上；钻机主体模块2固定连接于待勘探施工场地上且靠近钻台模块1，钻机主体模块2有直立和放平两种状态并可在两种状态之间切换，钻机主体模块2呈直立状态时可连接于钻台模块1上端，钻机主体模块2连接有钻杆并用于勘探铀矿取芯和绳索钻具施工，钻台模块1上具有适于避让钻机主体模块2钻进的避让空间，钻机主体模块2采用电动顶驱钻进，司钻控制***3设于钻台模块1上，适于控制钻机主体模块2运行，解决了现有的钻机勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时自动化程度低，动力低的技术问题，具有在勘探铀矿取芯及后期绳索钻具施工时自动化程度高，电动顶驱方式钻进动力高，降低劳动强度，提高工作效率，钻进转速高，适于钻进硬岩矿的技术效果。
在一些实施例中，请参阅图1至图5，钻台模块1包括立根台11、立根盒12、坡道13、两个斜梯14和钻具拧卸***15，司钻控制***3置于立根台11上端；立根盒12连接于立根台11上端，用于安放钻杆，立根盒12上具有适于钻杆防滑的防滑纹路；坡道13连接于立根台11侧部，用于排放钻杆；两个斜梯14均连接于立根台11侧部，用于司钻人员上下立根台11；钻具拧卸***15连接于立根台11上端，钻机主体模块2呈直立状态时钻具拧卸***15用于与钻机主体模块2固定连接，钻具拧卸***15与钻机主体模块2拆卸分离后，钻机主体模块2可切换呈放平状态。
具体的，立根盒12采用尼龙板整体制作，具有使用寿命长，防滑，自润滑等优点。钻具拧卸***15与传统液压拧管机相比，取消了搓扣装置，提高了拧卸扣效率，改善了密封结构，避免泥浆进入拧管机内部，使用寿命大幅提高。
在一种可能的实现方式中，钻机主体模块2包括井架21、天车22、直驱动力头23、机械手***24、直驱绞车25、液压***26、电控配电***27和直驱泥浆泵28，井架21呈竖直状设置；天车22包括三组滑轮，均布在井架21上部，滑轮用于导向绳索；直驱动力头23连接于井架21中部，直驱动力头23上连接有钻杆且为电动顶驱钻进，用于为钻杆钻进提供动力；机械手***24连接于井架21中部，机械手***24可在三维空间内移动，用于沿直线方向搬移钻杆，正常钻井无需二层台上人；直驱绞车25连接于井架21下部，直驱绞车25上缠绕有与天车22连接的钢丝绳，直驱绞车25用于起下钻具施工；液压***26连接于井架21下部并位于直驱绞车25后方，用于为岩心钻机用的液压油提供液压源；电控配电***27连接于井架21下部并位于液压***26后方，为岩心钻机运行的处理单元；直驱泥浆泵28连接于井架21下部并位于电控配电***27后方，用于排放钻进过程中产生的泥浆。钻具拧卸***15、机械手***24、电控配电***27和直驱泥浆泵28均采用现有技术产品，并可实现相应的动作。
具体的，使用直驱绞车25以后，取消了中间变速箱传动及传动皮带，提高10％效率。直驱电机低速大扭矩的特性，保证了绞车提升能力。尤其是在零速时绞车仍能输出额定拉力，对处理井下钻具事故意义重大。
具体的，液压***26采用液压送钻，可以实现加压钻进、减压钻进、浮动钻进三种钻进模式。在处理井下事故时，可以用起升油缸提拔钻具，还可以与游车联动提拔钻具，增强了处理井下钻具事故的能力。
具体的，直驱泥浆泵28的电动机的转子采用稀土永磁材料，无需励磁，运行稳定可靠；采用L型整体锻造泵头，不仅保留了易损件方便更换的优势，泵头耐压安全性也得到提升，消除了铸造气孔、砂眼，不会出现串水、刺缸现象；采用后置缸套结构，拆装非常方便。
司钻控制***3实现人机界面控制，显著降低了司钻劳动强度，同时实现了司钻控制的小型化和智能化。
在一种可能的实现方式中，钻机主体模块2还包括连接于待勘探施工场地上的钻机后台29，井架21下端一侧与钻机后台29一端上部铰接，井架21可绕铰接处转动且转动后可呈直立状态或放平状态，井架21下端另一侧用于与钻台模块1连接，直驱绞车25、液压***26、电控配电***27和直驱泥浆泵28均设于钻机后台29上。钻机后台29用于支撑在地面上，与钻台模块1处于同一高度。可理解为，钻台模块1起到了对井架21支撑的作用，提高稳定性，防止在钻进过程中发生不稳定的现象。
在一种可能的实现方式中，钻机后台29上端连接有多个推顶杆4，推顶杆4的推顶端与井架21侧部连接，推顶杆4用于推顶井架21转动。推顶杆4为液压推杆或液压伸缩油缸，与液压***16通过管路连通，液压***26向推顶杆杆4上提供液压动力，可实现推顶杆4的伸缩，进而调节了井架21的转动角度。通常情况下，井架21的转动角度为0-90°，通过推顶件4的伸缩，可实现在直立状态和放平状态两者之间切换动作。在本实施例中，推顶杆4的数量为2个。
在一种可能的实现方式中，立根台11上设有司钻室、拧管机和操作箱，拧管机用于在起下钻具施工时拧卸钻杆，钻台模块1和钻机主体模块2均为可拆装组合式结构。司钻室、拧管机和操作箱均采用现有技术中的产品，其实现的功能和作用可与现有技术相同，在此不再赘述。可拆装组合式结构可以整体吊装、运输，长途运输可将两个模块分别拆解，分体运输，满足公路、铁路运输要求。钻机采用数字化检测技术，可以对孔深、钻头位置、钩载、钻压、游车高度、泵压、泵量、转速、扭矩等数据远程实时监控、存储及远程传输。
为了实现直驱动力头23升降，驱动钻杆钻进，在一种可能的实现方式中，井架21为两节套装式桅杆井架21，井架21内部嵌套有用于驱动直驱动力头23升降的升降装置，井架21上还设有导轨、油缸和二层台，直驱动力头23在导轨上滑动升降，油缸用于为升降装置提供动力，二层台用于摆放立根，直驱动力头3驱动钻杆钻进后可借助升降装置加压钻进。通过油缸推顶升降装置，升降装置推顶直驱动力头23，直驱动力头23推顶钻杆钻进，该油缸与液压***26通过管路相互连通，液压***26用于向油缸上泵送液压油并提供驱动动力。先是通过直驱动力头3驱动钻杆钻进，后期是通过升降装置驱动直驱动力头3继续钻进，实现了电动钻进和液压钻进的两种作业方式，即能实现电动顶驱钻进过程中的加压和减压功能，又能在起下钻具施工时，充分发挥电动直驱绞车25的优势，极大提高起下钻具施工效率。
具体的，升降装置可采用现有技术中的升降推杆或液压推杆，也可以直接与液压***26连通，通过液压***26向升降装置上提供液压油和动力，此时可不采用油缸驱动。
为了实现岩心钻机可以远程操控和视频交流对话，在一种可能的实现方式中，岩心钻机还包括远程监控***(在图中未示出)，远程控制***与司钻控制***3无线通讯连接并可相互视频对话，远程控制***适于控制钻机主体模块2运行。远程监控***包括移动终端，移动终端与司钻控制***3之间可通过如4G等网络实现无线通讯连接，在移动终端上也可以看到本发明钻机的动作过程和远程控制该发明。
在一种可能的实现方式中，直驱动力头23采用稀土永磁同步变频直驱电机作为动力，采用水冷方式冷却，直驱动力头23与直驱绞车25交替作业；直驱绞车25采用永磁同步变频直驱电机作为动力，直驱泥浆泵28采用稀土永磁同步变频直驱电机作为动力。本发明的钻进方式采用电动、直驱技术，能够实现安全、高效、智能的技术效果。本发明的岩心钻机集机、电、液、数字技术于一体，实现接单根动作自动化，预留二层台无人操作接口。钻机规模化以后，可实现钻机参数远程传输及视频交流，实现钻机的远程化监控，减少钻机故障率，提高生产效率，最终完善为“智能化”钻机。该发明为新设计的XD-10DK模块式电动顶驱钻机，满足勘探铀矿普钻取芯及后期绳索取芯施工的各项要求。
采用直驱动力头23以后，取消了高故障的齿轮箱结构，极大地降低了设备故障率；具有开合功能，实现钻井与起下钻两条线路作业，即保证了钻进作业的可控性，又保证了起下钻的高效率。
在一种可能的实现方式中，立根台11上设有升降器，司钻室的底部连接在升降器上，升降器用于推顶司钻室升降。该升降器为现有技术中的一种升降器，一般选用液压升降方式，用液压驱动动作，与液压***26通过管路实现连通，通过向升降器中泵送液压油，方可实现升降。
本发明的钻机采用液压钻进、绞车起升相结合两种作业方式，即能实现顶驱钻进过程中的加压和减压功能；又能在起下钻具时，充分发挥电动绞车的优势，极大提高起下钻的效率。钻台模块1整体式结构，储存和搬运时以立根台作为一个整体共同完成，能够有效节约储存搬运空间，并减少储运成本；通过升降器升降，可使司钻室上下起升，整个升降过程安全，快捷、平稳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种岩心钻机，其特征在于，包括：
钻台模块，固定连接于待勘探施工场地上；
钻机主体模块，固定连接于待勘探施工场地上且靠近所述钻台模块，所述钻机主体模块有直立和放平两种状态并可在两种状态之间切换，所述钻机主体模块呈直立状态时可连接于所述钻台模块上端，所述钻机主体模块连接有钻杆并用于勘探铀矿取芯和绳索钻具施工，所述钻台模块上具有适于避让所述钻机主体模块钻进的避让空间，所述钻机主体模块采用电动顶驱钻进；以及
司钻控制***，设于所述钻台模块上，适于控制所述钻机主体模块运行。
2.如权利要求1所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述钻台模块包括：
立根台，所述司钻控制***置于所述立根台上端；
立根盒，连接于所述立根台上端，用于安放钻杆，所述立根盒上具有适于钻杆防滑的防滑纹路；
坡道，连接于所述立根台侧部，用于排放钻杆；
两个斜梯，均连接于所述立根台侧部，用于司钻人员上下所述立根台；以及
钻具拧卸***，连接于所述立根台上端，所述钻机主体模块呈直立状态时所述钻具拧卸***用于与所述钻机主体模块固定连接，所述钻具拧卸***与所述钻机主体模块拆卸分离后，所述钻机主体模块可切换呈放平状态。
3.如权利要求1所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述钻机主体模块包括：
井架，呈竖直状；
天车，包括三组滑轮，均布在所述井架上部，所述滑轮用于导向绳索；
直驱动力头，连接于所述井架中部，所述直驱动力头上连接有钻杆且为电动顶驱钻进，用于为钻杆钻进提供动力；
机械手***，连接于所述井架中部，所述机械手***可在三维空间内移动，用于沿直线方向搬移钻杆；
直驱绞车，连接于所述井架下部，所述直驱绞车上缠绕有与所述天车连接的钢丝绳，所述直驱绞车用于起下钻具施工；
液压***，连接于所述井架下部并位于所述直驱绞车后方，用于为岩心钻机用的液压油提供液压源；
电控配电***，连接于所述井架下部并位于所述液压***后方，为岩心钻机运行的处理单元；以及
直驱泥浆泵，连接于所述井架下部并位于所述电控配电***后方，用于排放钻进过程中产生的泥浆。
4.如权利要求3所述的一种岩心钻机，其特征在于，还包括连接于待勘探施工场地上的钻机后台，所述井架下端一侧与所述钻机后台一端上部铰接，所述井架可绕铰接处转动且转动后可呈直立状态或放平状态，所述井架下端另一侧用于与所述钻台模块连接，所述直驱绞车、所述液压***、所述电控配电***和所述直驱泥浆泵均设于所述钻机后台上。
5.如权利要求4所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述钻机后台上端连接有多个推顶杆，所述推顶杆的推顶端与所述井架侧部连接，所述推顶杆用于推顶所述井架转动。
6.如权利要求2所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述立根台上设有司钻室、拧管机和操作箱，所述拧管机用于在起下钻具施工时拧卸钻杆，所述钻台模块和所述钻机主体模块均为可拆装组合式结构。
7.如权利要求3所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述井架为两节套装式桅杆井架，所述井架内部嵌套有用于驱动所述直驱动力头升降的升降装置，所述井架上还设有导轨、油缸和二层台，所述直驱动力头在所述导轨上滑动升降，所述油缸用于为所述升降装置提供动力，所述二层台用于摆放立根，所述直驱动力头驱动钻杆钻进后可借助所述升降装置加压钻进。
8.如权利要求1所述的一种岩心钻机，其特征在于，岩心钻机还包括远程监控***，所述远程控制***与所述司钻控制***无线通讯连接并可相互视频对话，所述远程控制***适于控制所述钻机主体模块运行。
9.如权利要求7所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述直驱动力头采用稀土永磁同步变频直驱电机作为动力，采用水冷方式冷却，所述直驱动力头与所述直驱绞车交替作业；所述直驱绞车采用永磁同步变频直驱电机作为动力，所述直驱泥浆泵采用稀土永磁同步变频直驱电机作为动力；
岩心钻机采用液压钻进、所述直驱绞车起升两种相结合作业方式，所述升降装置用于液压推送所述直驱动力头钻进，以实现加压钻进、减压钻进和浮动钻进三种钻进模式；当处理井下事故时，借助所述直驱绞车或与游车联动提拔钻具。
10.如权利要求6所述的一种岩心钻机，其特征在于，所述立根台上设有升降器，所述司钻室的底部连接在所述升降器上，所述升降器用于推顶所述司钻室升降。
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