安全自动进退钻杆装置

637 编辑：中冶有色技术网来源：四川共拓岩土科技股份有限公司

2023-12-21 10:22:18

权利要求书： 1.一种安全自动进退钻杆的方法，其特征在于，采用一种安全进退钻杆装置进行钻杆进退操作，包括以下步骤：

S1、打开电气控制系统上的QF0、QF1、QF2、PLC和步进驱动以及步进电机上电，按下电机保护器NS1，按下电气控制系统上的启动按钮SB2，钻杆液压泵电机运行，升降钻机头（3）上升至上升限位后停止，操作钻杆旋转供给装置（6）回零位，工作指示灯红灯HR亮；

S2、模式一：进杆钻机作业一段，退杆压水灌浆作业一段，具体步骤如下：S21、按下电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；

S22、解除电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第一根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第一根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第一根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；

S23、当第一根钻杆（7）完成工作深度后，通过升降钻机头（3）带动第一根钻杆（7）上提，当第一根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）冒出井口后，继续上升至钻杆装夹装置（11），当接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置（11）自动夹紧；

S24、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，按下停止按钮SB4，等待压水灌浆；

S25、当压水灌浆结束后，重复第S22步动作，当第一根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）到达井口后，工人将钻杆定位销（9）插入到钻杆卡槽（10）内，以将第一根钻杆（7）定位固定在井口处，操作钻杆卡具（5）使其锥形头从第一根钻杆（7）上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置（6）旋转45°，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第二根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第二根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第二根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；

S3、模式二：进杆钻机作业整个灌浆孔，作业完毕全部退杆，具体操作步骤如下：S31、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；

S32、除锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第一根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第一根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第一根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；

S33、当第一根钻杆（7）完成工作深度后，通过升降钻机头（3）带动第一根钻杆（7）上提，当第一根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）冒出井口后，工人将钻杆定位销（9）插入到钻杆卡槽（10）内，以将第一根钻杆（7）定位固定在井口处，操作钻杆卡具（5）使其锥形头从第一根钻杆（7）上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置（6）旋转45°，升降钻机头（3）沿着导向柱（4）向下运动，同时钻杆卡具（5）旋转，钻杆卡具（5）的锥形头螺纹旋入第二根钻杆（7）的锥形内丝（12）中，随后松开夹持第二根钻杆（7）的钻杆装夹装置（11），第二根钻杆（7）穿过孔口封闭器（8）进入到井口；

S34、作业完毕后，通过升降钻机头（3）带动第一根钻杆（7）上提，当第二根钻杆（7）的钻杆卡槽（10）冒出井口后，工人将钻杆定位销（9）插入到钻杆卡槽（10）内，以将第二根钻杆（7）定位固定在井口处，用夹具将第一根钻杆与第二根钻杆脱开，脱开后操作升降钻机头（3）使其上升，接近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置（11）自动夹紧，夹紧后反向旋转钻杆卡具（5）使其与第一根钻杆脱开，钻杆卡具（5）脱开后钻杆旋转供给装置（6）旋转45°；

S35、不断重复第S34步，直到所有钻杆全部退出，如此循环操作即可将井内所有的钻杆拆卸下来并另外安置。

2.一种安全进退钻杆装置，基于权利要求1所述的一种安全自动进退钻杆的方法，其特征在于，它包括升降钻机头（3）、用于驱动升降钻机头（3）上下运动的钻机机座（1）、设置于井口顶部的孔口封闭器（8），其特征在于：所述升降钻机头（3）的输出轴上连接有钻杆卡具（5），钻杆卡具（5）设置于孔口封闭器（8）的正上方，所述孔口封闭器（8）的右侧设置有钻杆旋转供给装置（6），所述钻杆旋转供给装置（6）上且沿其周向方向设置有多个钻杆装夹装置（11），每个钻杆装夹装置（11）上均夹持有一根钻杆（7），每根钻杆（7）的顶部均开设有沿轴向设置的锥形内丝（12），每根钻杆（7）的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆（7）的上端部的柱面上开设有钻杆卡槽（10）；所述钻机机座（1）上固设有钻机液压机座（2），所述钻机液压机座（2）的顶部固设有导向柱（4）；所述升降钻机头（3）内开设有导向孔，所述导向孔与导向柱（4）滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种安全进退钻杆装置，其特征在于：所述钻机机座（1）设置于孔口封闭器（8）的左侧。

4.根据权利要求2所述的一种安全进退钻杆装置，其特征在于：它还包括电气控制系统，所述电气控制系统与升降钻机头（3）和钻杆旋转供给装置（6）电连接。

说明书：一种安全自动进退钻杆装置技术领域[0001] 本发明涉及钻井的技术领域，特别是一种安全进退钻杆装置及方法。背景技术[0002] 目前，随着水电项目的单体体量逐年增大，大坝的帷幕灌浆工程也逐渐变多，传统的钻机人工操作，上钻、卡钻、拉钻、下钻等动作均为人工借助其他辅助机具或工具完成，加

之钻杆多为2米左右的合金钻杆，质量重，对工人的体力、耐力都有不小的要求。灌浆廊道的

狭窄空间不利于灾害疏散，所以钻机作业的现状伴随着极大的安全问题，每年帷幕灌浆作

业都伴随着不少人为事故或者机械事故或致伤残或致死亡。从安全角度来讲需要迫切改变

现在的作业面貌。从经济效益来讲，钻机作业现况主要特点体现在上下钻体能消耗大，动作

繁琐，动作与动作之间衔接性差，导致碎片化时间多，效率低，体能劳动大，易疲乏，易出现

人为失误导致事故发生。

[0003] 但是在完成上钻杆作业后，钻机开始钻孔，操作人员基本上处于待命状态，钻孔一般时间较长，这段时间的工作利用率相对来说降低了很对。所以现阶段帷幕灌浆一台机组

是按2人一组配置，人工成本较高，效益、安全指标却低。因此产生了一种急需解决钻孔作业

现况的安全进退钻杆装置。

发明内容[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、安全可靠、减轻工人劳动强度、提高进退钻杆效率、操作简单的安全进退钻杆装置及方法。

[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种安全进退钻杆装置，它包括升降钻机头、用于驱动升降钻机头上下运动的钻机机座、设置于井口顶部的孔口封闭器，所述升降

钻机头的输出轴上连接有钻杆卡具，钻杆卡具设置于孔口封闭器的正上方，所述孔口封闭

器的右侧设置有钻杆旋转供给装置，所述钻杆旋转供给装置上且沿其周向方向设置有多个

钻杆装夹装置，每个钻杆装夹装置上均夹持有一根钻杆，每根钻杆的顶部均开设有沿轴向

设置的锥形内丝，每根钻杆的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆的上端部的柱面上开设

有钻杆卡槽。

[0006] 所述钻机机座上固设有钻机液压机座，所述钻机液压机座的顶部固设有导向柱。[0007] 所述升降钻机头内开设有导向孔，所述导向孔与导向柱滑动配合。[0008] 所述钻机机座设置于孔口封闭器的左侧。[0009] 它还包括电气控制系统，所述电气控制系统与升降钻机头和钻杆旋转供给装置电连接

[0010] 所述装置安全自动进退钻杆的方法，它包括以下步骤：[0011] S1、打开电气控制系统上的QF0、QF1、QF2、PLC和步进驱动以及步进电机上电，按下电机保护器NS1，按下电气控制系统上的启动按钮SB2，钻杆液压泵电机运行，升降钻机头上

升至上升限位后停止，操作钻杆旋转供给装置回零位，工作指示灯红灯HR亮；

[0012] S2、模式一：进杆钻机作业一段，退杆压水灌浆作业一段，具体步骤如下：[0013] S21、按下电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；

[0014] S22、解除电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第

一根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第一根钻杆的钻杆装夹装置，第一根钻杆穿过孔口

封闭器进入到井口；

[0015] S23、当第一根钻杆完成工作深度后，通过升降钻机头带动第一根钻杆上提，当第一根钻杆的钻杆卡槽冒出井口后，继续上升至钻杆装夹装置，当接近开关检测到钻杆后钻

杆装夹装置自动夹紧；

[0016] S24、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，按下停止按钮SB4，等待压水灌浆；[0017] S25、当压水灌浆结束后，重复第S22步动作，当第一根钻杆的钻杆卡槽到达井口后，工人将钻杆定位销插入到钻杆卡槽内，以将第一根钻杆定位固定在井口处，操作钻杆卡

具使其锥形头从第一根钻杆上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋

转供给装置旋转45°，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥

形头螺纹旋入第二根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第二根钻杆的钻杆装夹装置，第二

根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；

[0018] S3、模式二：进杆钻机作业整个灌浆孔，作业完毕全部退杆，具体操作步骤如下：[0019] S31、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；

[0020] S32、除锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第一根钻杆的锥形内丝

中，随后松开夹持第一根钻杆的钻杆装夹装置，第一根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；

[0021] S33、当第一根钻杆完成工作深度后，通过升降钻机头带动第一根钻杆上提，当第一根钻杆的钻杆卡槽冒出井口后，工人将钻杆定位销插入到钻杆卡槽内，以将第一根钻杆

定位固定在井口处，操作钻杆卡具使其锥形头从第一根钻杆上脱开，脱开后操作其上升复

位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置旋转45°，升降钻机头沿着导向柱向下运动，同

时钻杆卡具旋转，钻杆卡具的锥形头螺纹旋入第二根钻杆的锥形内丝中，随后松开夹持第

二根钻杆的钻杆装夹装置，第二根钻杆穿过孔口封闭器进入到井口；

[0022] S34、作业完毕后，通过升降钻机头带动第一根钻杆上提，当第二根钻杆的钻杆卡槽冒出井口后，工人将钻杆定位销插入到钻杆卡槽内，以将第二根钻杆定位固定在井口处，

用夹具将第一根钻杆与第二根钻杆脱开，脱开后操作升降钻机头使其上升，接近开关检测

到钻杆后钻杆装夹装置自动夹紧，夹紧后反向旋转钻杆卡具使其与第一根钻杆脱开，钻杆

卡具脱开后钻杆旋转供给装置旋转45°；

[0023] S35、不断重复第S34、步，直到所有钻杆全部退出，如此循环操作即可将井内所有的钻杆拆卸下来并另外安置。

[0024] 本发明具有以下优点：本发明结构紧凑、安全可靠、减轻工人劳动强度、提高进退钻杆效率、操作简单。

附图说明[0025] 图1为本发明的结构示意图；[0026] 图2为图1的俯视图；[0027] 图3为图1的I部局部放大视图；[0028] 图4为电气控制系统的电气原理图；[0029] 图中，1?钻机机座，2?钻机液压机座，3?升降钻机头，4?导向柱，5?钻杆卡具，6?钻杆旋转供给装置，7?钻杆，8?孔口封闭器，9?钻杆定位销，10?钻杆卡槽，11?钻杆装夹装置，

12?锥形内丝。

具体实施方式[0030] 下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：[0031] 如图1 3所示，一种安全进退钻杆装置，它包括升降钻机头3、用于驱动升降钻机头~

3上下运动的钻机机座1、设置于井口顶部的孔口封闭器8，所述升降钻机头3的输出轴上连

接有钻杆卡具5，钻杆卡具5设置于孔口封闭器8的正上方，所述孔口封闭器8的右侧设置有

钻杆旋转供给装置6，所述钻杆旋转供给装置6上且沿其周向方向设置有多个钻杆装夹装置

11，每个钻杆装夹装置11上均夹持有一根钻杆7，每根钻杆7的顶部均开设有沿轴向设置的

锥形内丝12，每根钻杆7的底部柱面上均开设有锥形外丝，钻杆7的上端部的柱面上开设有

钻杆卡槽10。

[0032] 如图1所示，所述钻机机座1上固设有钻机液压机座2，所述钻机液压机座2的顶部固设有导向柱4，所述升降钻机头3内开设有导向孔，所述导向孔与导向柱4滑动配合。所述

钻机机座1设置于孔口封闭器8的左侧。它还包括电气控制系统，所述电气控制系统与升降

钻机头3和钻杆旋转供给装置6电连接

[0033] 所述装置安全自动进退钻杆的方法，它包括以下步骤：[0034] S1、打开电气控制系统上的QF0、QF1、QF2、PLC和步进驱动以及步进电机上电，按下电机保护器NS1，按下电气控制系统上的启动按钮SB2，钻杆液压泵电机运行，升降钻机头3

上升至上升限位后停止，操作钻杆旋转供给装置6回零位，工作指示灯红灯HR亮；

[0035] S2、模式一：进杆钻机作业一段，退杆压水灌浆作业一段，具体步骤如下：[0036] S21、按下电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；

[0037] S22、解除电气控制系统的锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋

入第一根钻杆7的锥形内丝12中，随后松开夹持第一根钻杆7的钻杆装夹装置11，第一根钻

杆7穿过孔口封闭器8进入到井口；

[0038] S23、当第一根钻杆7完成工作深度后，通过升降钻机头3带动第一根钻杆7上提，当第一根钻杆7的钻杆卡槽10冒出井口后，继续上升至钻杆装夹装置11，当接近开关检测到钻

杆后钻杆装夹装置11自动夹紧；

[0039] S24、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，按下停止按钮SB4，等待压水灌浆；[0040] S25、当压水灌浆结束后，重复第S22步动作，当第一根钻杆7的钻杆卡槽10到达井口后，工人将钻杆定位销9插入到钻杆卡槽10内，以将第一根钻杆7定位固定在井口处，操作

钻杆卡具5使其锥形头从第一根钻杆7上脱开，脱开后操作其上升复位，按下模式一按钮

SB3，钻杆旋转供给装置6旋转45°，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋

转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第二根钻杆7的锥形内丝12中，随后松开夹持第二根钻杆7

的钻杆装夹装置11，第二根钻杆7穿过孔口封闭器8进入到井口；

[0041] S3、模式二：进杆钻机作业整个灌浆孔，作业完毕全部退杆，具体操作步骤如下：[0042] S31、按下锁定按钮SB1，工作指示灯绿灯HG亮，钻机操作人员将钻杆上料到位，钻杆装夹装置上均填装一根钻杆，共计8根；

[0043] S32、除锁定按钮SB1，工作指示灯红灯HR亮，按下模式一按钮SB3，升降钻机头3沿着导向柱4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第一根钻杆7的锥

形内丝12中，随后松开夹持第一根钻杆7的钻杆装夹装置11，第一根钻杆7穿过孔口封闭器8

进入到井口；

[0044] S33、当第一根钻杆7完成工作深度后，通过升降钻机头3带动第一根钻杆7上提，当第一根钻杆7的钻杆卡槽10冒出井口后，工人将钻杆定位销9插入到钻杆卡槽10内，以将第

一根钻杆7定位固定在井口处，操作钻杆卡具5使其锥形头从第一根钻杆7上脱开，脱开后操

作其上升复位，按下模式一按钮SB3，钻杆旋转供给装置6旋转45°，升降钻机头3沿着导向柱

4向下运动，同时钻杆卡具5旋转，钻杆卡具5的锥形头螺纹旋入第二根钻杆7的锥形内丝12

中，随后松开夹持第二根钻杆7的钻杆装夹装置11，第二根钻杆7穿过孔口封闭器8进入到井

口；

[0045] S34、作业完毕后，通过升降钻机头3带动第一根钻杆7上提，当第二根钻杆7的钻杆卡槽10冒出井口后，工人将钻杆定位销9插入到钻杆卡槽10内，以将第二根钻杆7定位固定

在井口处，用夹具将第一根钻杆与第二根钻杆脱开，脱开后操作升降钻机头3使其上升，接

近开关检测到钻杆后钻杆装夹装置11自动夹紧，夹紧后反向旋转钻杆卡具5使其与第一根

钻杆脱开，钻杆卡具5脱开后钻杆旋转供给装置6旋转45°；

[0046] S35、不断重复第S34、步，直到所有钻杆全部退出，如此循环操作即可将井内所有的钻杆拆卸下来并另外安置。

[0047] 由此可知，整个钻进和退杆作业中，动作与动作之间通过电气控制系统来控制，衔接性高，从而极大减少了碎片化时间，提高了进退钻杆效率，减轻了工人的劳动强度。此外，

减少了人工参与量，提高了进退钻杆的安全性。

[0048] 最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可

以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。

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。