專利名稱：水平孔鉆機的制作方法
技術領域：
本發明涉及礦山尾礦庫水平排滲技術及設備技術領域，具體的說是一種水平孔鉆機。
背景技術：
水平孔鉆機是施工尾礦壩水平排滲體及輻射井集滲管、排水管的關鍵設備，研發新型的水平孔鉆機對促進我國尾礦排滲技術的發展具有重要的意義。我國的水平孔鉆機研發較國外起步晚，技術相對較落后。應用于尾礦壩水平排滲 體最早的鉆機是以GLP — 150型為代表水平孔設備，該鉆機于1987年在安徽獅子山銅礦進行了我國第一次尾礦壩水平排滲體的施工，設備采用液壓驅動雙油缸給進，電機驅動動力頭回轉實現跟管鉆探方式成孔，當時施工的水平孔深度為50m，跟管管徑為152mm，管內下入DN90mm過濾器。隨著施工過程中鉆探工藝的不斷改進，該鉆機曾經施工過最大孔深為90m的水平排滲孔。鉆機主機自重達3. 2噸，在尾礦壩面搬遷需借助輔助設備移動，主機外形尺寸較大，長X寬為4. 5mX1. 2m，不能適應井下或坑道內作業，采用水循環鉆進，適應于砂土層的鉆探。我國目前現有應用于尾礦庫水平排滲體施工設備還有SPEOl型鉆機和DG50型鉆機SPEOl型鉆機主要性能參數如下1.鉆機液壓缸最大給進推力為2X300kn ;2.最大回撥拉力為2X234kn，電機驅動回轉機構；3.電機驅動回轉最大額定扭矩為2. 2kn.m，齒輪傳動比9. 94，輸出轉速97. 57r/min.輸出轉矩 0. 734kn. m ;4.鉆機外型尺寸為2. 65 X 0. 65m ；該鉆機已知最大施工孔深為80米。鉆機回轉力矩及給進力不足，只能采用小108mm套管配0 50鉆桿鉆進，施工最大排滲管管徑僅為DN75mm，采用水循環鉆進，適應地層為尾砂及粘土層。DG50型鉆機主要技術參數I、鉆孔深度100 m2、鉆孔直徑￠80 ￠178 _3、鉆桿直徑50 4>89 mm4、鉆孔傾角度0 15°5、動力頭額定輸出轉速(正反)25 110 rpm6、動力頭額定輸出扭矩2000 Nm7、動力頭最大給進力600kN8、動力(電機)15 kff9、主機外形尺寸2550X 1150X750 (mm)10、鉆機重量1200 Kg
11、最大部件重量750 Kg該鉆機曾經施工過的最大施工孔深為100米,主機尺寸小,重量輕,但動力不足，采用108mm套管配50鉆桿鉆進,最在施工水平排滲管管徑為DN75mm,采用水循環鉆進，適應地層為尾粉砂及粘土層。以上三種鉆機均存在鉆機動力不足，施工孔深已經不能滿足現有排滲體的發展，適應地層相對較少，只能應用于可切削性能好的砂土層的鉆進，對于地質條件復雜的碎卵石層及基巖層則無法作業。整機動力主機基本為一體，體積大，重量重，搬運運輸困難，挖坑大，放入困難，操作難度大
發明內容

本發明的目的是研究一種模塊化，體積小，施工尾礦排滲管深度不小于160m，便于搬運和使用方便的能適應各類地層鉆探的水平孔鉆機。本發明水平孔鉆機包括三個單獨的模塊部分泵站部分1，操作臺部分2，主機部分3 ；所述的主機部分3包括機架4，機架4的兩邊設置有推進油缸5，推進油缸5中間設置有動力頭6，推進油缸5和動力頭6之間用固定基架連接成一個整體，實現動力頭6與油缸5同步前進與后退的動作，動力頭6的連接頭和鉆具7相連。所述的動力頭6的液壓馬達7通過油管和操作臺的閥門組件相連。推進油缸5通過油管和操作臺的閥門組件相連。所述的動力頭6包括液壓馬達7和變速箱的輸入軸8相連，輸入軸上的齒輪和輸出軸9上的齒輪相嚙合。輸入軸上的齒輪組10和撥叉相連。所述的鉆具7包括鉆頭，螺紋鉆桿、跟進套管、沖擊器，輔助機具包括單向水閥、叉搬、自由鉗、活接頭等。所述的鉆頭是根椐不同的地層選用不同形式的鉆頭，如砂土層選用三翼合金鉆頭，復雜的碎卵石及巖石地層選用球齒合金鉆頭。所述的泵站I包括電氣控制柜13，油箱14，電氣控制柜13和油箱14下有多個電機油泵組15，泵站I內設置有散熱器16。所述的操作臺2輸入部分是通過油管和泵站相連，輸出部分通過油管和主機連接，其中間連接體是操作臺中的閥門組件，這些都是現有技術。所述的主機動力頭6內的輸出軸為中空軸，中空軸的輸入端17通過水管或氣管分別與清水泵或空壓機相連。水平孔鉆機鉆探的實現泵站啟動，電機油泵組回轉產生高壓油，高壓油通過油管與操作臺驅動主機上液壓油缸與動力頭上的液壓馬達；高壓油驅動油缸帶動鉆管具實現前進與后退的動作，高壓油驅動液壓馬達通過變速箱帶動與輸出軸相連的鉆管具實現回轉動作；鉆具由鉆頭、鉆桿、連接件與套管組成，鉆桿置于套管內，前端通過連接件與鉆頭相連，后端與鉆機主機輸出軸相連，鉆桿采用巾50_通用鉆桿，鉆桿中空，循環系統提供高壓循環介質通過中空部分從鉆頭部預設出口出，帶著鉆頭切削下的鉆渣通過套管與鉆桿的環狀間隙排出孔外，鉆管具同步跟進，這樣就實現了鉆探成孔的動作。循環系統本鉆機循環系統為外置式，可根據地層的不同選取不同的循環系統。一般情況下砂、土類松散地層配流量大于20m3/h，揚程在30米以上的高壓清水泵及水管，跟主機回轉動力頭后部連接裝置連接，實現水循環鉆進；在含碎、卵石土層及巖石地層配20m3空壓機及風管與回轉動力頭后部連接處連接實現風動鉆進，此種方式鉆進時需在鉆具端部增加0>146_氣動潛孔錘及球齒鉆頭。本以明的水平孔鉆機有如下優點1.動力強大目前國內已有鉆機最大給進力為600KN,而本鉆機最大給進、回拔力均達到了 1000KN ；2.鉆機實現了模塊化，使動力源與主機分離的方式，主機尺寸小，僅有2700mm X 750mm，可在狹小坑道及井筒內施工；3.循環系統外置，可根據不同地層選用不同的循環系統及鉆具鉆進，增大了地層的適用性；對于普通砂、粘土地層選用清水循環系統跟管鉆進即可，對于含碎、卵石及基巖地層選用配置空壓機和潛孔錘的風動作業方式進行沖擊跟管鉆進；4.鉆機拆卸方便，拆分后鉆機最大重量小于300Kg，適用地形較復雜不適合大型機械進出場的場地；5.根據實際情況酌情考慮增加擰管及導向裝置。鉆機采用全液壓設計，主機部分不采用任何電機、電器部件，利于井下施工安全。


圖1為水平孔鉆機的結構示意圖。圖2為水平孔鉆機的主機圖。圖3為水平孔鉆機的主機動力頭結構圖。圖4為泵站總成圖。圖5為操作臺結構圖。
具體實施例方式根椐附圖1-圖5所示，一種水平孔鉆機包括三個單獨的模塊部分泵站部分1，操作臺部分2，王機部分3 ；所述的主機部分3包括機架4，機架4的兩邊設置有推進油缸5，推進油缸5中間設置有動力頭6，推進油缸5和動力頭6之間用固定基架連接成一個整體，實現動力頭與油缸同步前進與后退的動作，動力頭6的連接頭和鉆具7相連。所述的動力頭6的液壓馬達通過油管和操作臺的閥門組件相連。推進油缸5通過油管和操作臺的閥門組件相連。所述的動力頭6包括液壓馬達7和變速箱的輸入軸8相連，輸入軸上的齒輪和輸出軸9上的齒輪相嚙合。輸入軸上的齒輪組10和撥叉相連。所述的鉆具7包括鉆頭，螺紋鉆桿、跟進套管、沖擊器，輔助機具包括單向水閥、叉搬、自由鉗、活接頭等。所述的鉆頭是根椐不同的地層選用不同形式的鉆頭，如砂土層選用三翼合金鉆頭，復雜的碎卵石及巖石地層選用球齒合金鉆頭，所述的泵站I包括電氣控制柜13，油箱14，電氣控制柜13和油箱14下有多個電機油泵組15，泵站I內設置有散熱器16。所述的操作臺2輸入部分是通過油管和泵站相連，輸出部分通過油管和主機連接，其中間連接體是操作臺中的閥門組件，這些都是現有技術。所述的主機動力頭6內的輸出軸為中空軸，中空軸的輸入端17通過水管或氣管分別與清水泵或空壓機相連。鉆機由三個獨立的模塊件組成，其組成如示意圖1所示，泵站I通過液壓油管與操作臺2的輸入端相連，操作臺2的輸出端通過液壓油管與主機3相連，主機上動力頭輸出軸一端與鉆管具相連，另一端與循環系統相連。其工作原理如下泵站啟動，電機油泵組回轉產生高壓油，高壓油通過油管與操作臺驅動主機上液壓油缸與動力頭上的液壓馬達；高壓油驅動油缸帶動鉆管具實現前進與后退的動作，高壓油驅動液壓馬達通過變速箱帶動與輸出軸相連的鉆管具實現回轉動作；鉆具由鉆頭、鉆桿、 連接件與套管組成，鉆桿置于套管內，前端通過連接件與鉆頭相連，后端與鉆機主機輸出軸相連，鉆桿采用050mm通用鉆桿，鉆桿中空，循環系統提供高壓循環介質通過中空部分從鉆頭部預設出口出，帶著鉆頭切削下的鉆渣通過套管與鉆桿的環狀間隙排出孔外，鉆管具同步跟進，這樣就實現了鉆探成孔的動作本新型鉆機適用于我國各類礦山尾礦壩水平排滲體及輻射井工程的施工，該設備能滿足在尾礦砂類地層水平跟管鉆探160米以上，具有動力大，體積小等諸多優點。鉆機基本性能參數如下I、鉆孔深度芎160 m2、鉆孔直徑￠80 ￠178 _3、鉆桿直徑50 4>89 mm4、鉆孔傾角度一5 15。5、動力頭額定輸出轉速(正反)25 110 rpm6、動力頭額定輸出扭矩4500 Nm7、動力頭最大給進力IOOOkN8、動力(電機)33 kff9、主機外形最大尺寸2700X750X450 (mm)鉆機驗證本鉆機針對國內現有尾礦庫水平排滲體的施工而研發，主要用于滿足輻射井工程的施工，同時兼顧在壩面外的水平排滲孔施工，可應用于尾礦類地層及各種類型尾礦壩初期壩的水平鉆探需要，目前該鉆機已經在南京冶山鐵礦尾礦庫、河南欒川輻射井工程及貴州華金礦業丫他金礦尾礦庫水平孔工程進行了驗證，取得了良好的效果。
權利要求
1.一種水平孔鉆機包括三個單獨的模塊部分泵站部分(1)，操作臺部分(2)，其特征在于還有主機部分(3)，所述的主機部分包括機架(4)，機架(4)的兩邊設置有推進油缸(5)，推進油缸(5)中間設置有動力頭(6)，推進油缸(5)和動力頭(6)之間用固定基架連接成一個整體，動力頭(6)的連接頭和鉆具(7)相連；所述的動力頭(6)的液壓馬達通過油管和操作臺的閥門組件相連；推進油缸(5)通過油管和操作臺的閥門組件相連。
2.如權利要求I所述的一種水平孔鉆機，其特征在于所述的動力頭(6)包括液壓馬達(7 )和變速箱的輸入軸(8 )相連，輸入軸上的齒輪和輸出軸(9 )上的齒輪相嚙合；輸入軸上的齒輪組(10)和撥叉相連。
3.如權利要求I所述的一種水平孔鉆機，其特征在于所述的泵站(I)包括外殼，夕卜殼內設置有電氣控制柜(13)，油箱(14)，電氣控制柜(13)和油箱(14)下有多個電機油泵組(15)，泵站(I)內設置有散熱器(16)。
4.如權利要求I所述的一種水平孔鉆機，其特征在于所述的主機動力頭(6)內的輸出軸為中空軸，中空軸的輸入端(17)通過水管和氣管分別與清水泵或空壓機相連。
全文摘要
一種水平孔鉆機，包括:三個單獨的模塊部分泵站部分(1)，操作臺部分(2)，主機部分(3)，所述的主機部分包括基架(4)，基架(4)的兩邊設置有推進油缸(5)，推進油缸(5)中間設置有動力頭(6)，動力頭(6)的連接頭和鉆具(7)相連。所述的動力頭(6)的液壓馬達通過油管和操作臺的閥門組件相連。推進油缸(5)通過油管和操作臺的閥門組件相連。其優點是1.動力強大最大給進力為600KN，回拔力均達到了1000KN;2.鉆機實現了模塊化，使動力源與主機分離的方式，主機尺寸小;3循環系統外置;4鉆機拆缷方便，適用地形較復雜不適合大型機械進出場的場地;5鉆機采用全液壓設計，主機部分不采用任何電機、電器部件，利于井下施工安全。
文檔編號E21B7/04GK102979455SQ201210474409
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者張明云, 劉耀峰, 萬凱軍, 葉方俊, 黃小徐, 陳洪全, 劉術湘, 徐牧民, 曹小宇, 曾治國, 于浩, 鄭鄖 申請人:中冶集團武漢勘察研究院有限公司