大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机

921 编辑：中冶有色技术网来源：山西开源益通矿业设备制造有限公司

2023-12-18 15:21:22

权利要求书： 1.一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，包括：自动行走系统、主轴双维调节系统、大功率驱动系统和大直径组合钻具（5），所述自动行走系统包括：履带底盘（1）和机架（2），所述履带底盘（1）设置于所述机架（2）的下端，所述机架（2）的上端设置有所述主轴双维调节系统；

所述大功率驱动系统包括：动力头（3）、大功率驱动电机、液压系统和多组液压马达，所述动力头（3）上装有多组液压马达，所述液压马达驱动所述动力头（3）的主轴（4）运动，所述大功率驱动电机通过液压系统驱动所述液压马达；

所述主轴双维调节系统包括：水平回转机构和倾角调节机构，所述水平回转机构设置于所述机架（2）的上方，所述倾角调节机构设置于所述水平回转机构的上方，所述倾角调节机构的上设置有所述动力头（3）；

所述大直径组合钻具（5）包括：前导引钻具、多层扩孔钻头（6）、稳定钻杆（7）和螺旋钻杆组（8），所述稳定钻杆（7）的后端通过螺旋钻杆组（8）与所述动力头（3）的主轴（4）相连接，所述稳定钻杆（7）的前端设有多层扩孔钻头（6），多层扩孔钻头（6）的前端设有前导引钻具。

2.根据权利要求1所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述多层扩孔钻头（6）为多个扩孔钻头（9）沿轴向串接而成的塔式结构，其中最大的扩孔钻头（9）切削直径大于150mm。

3.根据权利要求1所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述前导引钻具包括：导引钻杆（10）和导引钻头（11），所述多层扩孔钻头（6）的前端安装有所述导引钻杆（10），所述导引钻杆（10）的前端安装有所述导引钻头（11）。

4.根据权利要求1所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述水平回转机构包括：回转装置A（12）和立柱（13），所述回转装置A（12）包括：转盘A（14）、回转装置壳体A（15）、固定法兰A（16）、转轴A（17）、蜗轮A（18）和蜗杆A（19），回转装置壳体A（15）的下端设置有固定法兰A（16），所述固定法兰A（16）与所述机架（2）的上端通过螺栓连接，所述转轴A（17）的下端与回转装置壳体A（15）转动连接，所述转轴A（17）的上端与转盘A（14）同轴固定连接，所述蜗轮A（18）同轴固定设置于所述转轴A（17）的中部，所述蜗杆A（19）转动设置于回转装置壳体A（15）中，所述蜗杆A（19）与蜗轮A（18）相啮合，所述蜗杆A（19）的一端伸出回转装置壳体A（15）且连接有转向液压马达（20），所述转盘A（14）的上端设置有两个立柱（13），所述立柱（13）上均设有滑块（21），两个滑块（21）之间通过横梁（22）连接，所述横梁（22）上设置有安装座（23），所述安装座（23）的侧端设置有倾角调节机构，所述安装座（23）的下端连接有驱动油缸（24），所述驱动油缸（24）驱动安装座（23）和滑块（21）上下运动。

5.根据权利要求4所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述倾角调节机构包括：回转装置B（25）和动力头安装桅杆（26），所述回转装置B（25）包括：转盘B、回转装置壳体B、固定法兰B、转轴B、蜗轮B和蜗杆B，所述回转装置B的结构与所述回转装置A的结构相同，所述固定法兰B与所述安装座（23）的侧端相连接，所述回转装置B（25）沿竖直平面设置，所述转盘B的侧端设置有动力头安装桅杆（26），所述动力头（3）设置于所述动力头安装桅杆（26）上。

6.根据权利要求5所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述自动行走系统还包括：支撑机构，所述支撑机构包括：油缸和支撑部，所述油缸推动所述支撑部运动，所述支撑机构分为：下支撑机构（27）、上支撑机构（28）和横向支撑机构（29），所述下支撑机构（27）沿竖直方向设置于所述机架（2）的拐角处，所述上支撑机构（28）沿竖直方向设置于所述立柱（13）的上端，所述机架（2）相对的两侧端均沿水平方向设有横向支撑机构（29）。

7.根据权利要求2所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述多层扩孔钻头（6）的相邻两层扩孔钻头之间距离不小于0.2米。

8.根据权利要求1所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述大功率驱动电机的功率大于160kW。

9.根据权利要求1所述的一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，其特征在于，所述螺旋钻杆组（8）由多节螺旋钻杆依次串接在一起，螺旋钻杆的两端均设置有接头。

说明书：一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机技术领域[0001] 本实用新型属于矿用坑道钻孔设备技术领域，具体涉及本煤层大孔径瓦斯抽排孔钻孔施工设备领域。背景技术[0002] 长期以来，瓦斯灾害一直影响着煤矿的安全生产。尤其在高瓦斯矿井，瓦斯治理不仅成本高，而且常常因不能及时与原煤生产工作相衔接制约着煤矿的生产。因此高瓦斯矿井力求通过高效的抽放技术和先进的装备缓和生产和瓦斯防治工作之间的矛盾，提高煤矿的经济效益。[0003] 用钻孔抽放本煤层瓦斯是目前国内常用而用效的方法，具有施工速度快，钻场布置机动灵活等特点，但由于钻孔直径小，孔壁产生的裂隙小，抽采半径小，施工进尺量大；而国内现有设备在完成大直径、大深度的钻孔工作，效率低下，工人劳动强度大，影响生产效率。实用新型内容

[0004] 本实用新型克服了现有技术存在的不足，提供了一种适用于钻孔孔径大于150mm，深度大于150m的大孔径本煤层瓦斯抽排孔钻机。[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：[0006] 一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，包括：自动行走系统、主轴双维调节系统、大功率驱动系统和大直径组合钻具，所述自动行走系统包括：履带底盘和机架，所述履带底盘设置于所述机架的下端，所述机架的上端设置有所述主轴双维调节系统，所述机架用于承载主轴双维调节系统，自行行走系统实现钻机自行就位，履带的承压面积大，适用于坑道内复杂的底板条件；[0007] 所述大功率驱动系统包括：动力头、大功率驱动电机、液压系统和多组液压马达，所述动力头上装有多组液压马达，所述液压马达驱动所述动力头的主轴运动，所述大功率驱动电机通过液压系统驱动所述液压马达，进而驱动动力头的主轴运动，为大直径组合钻具提供可靠的驱动转矩；[0008] 所述主轴双维调节系统包括：水平回转机构和倾角调节机构，所述水平回转机构设置于所述机架的上方，所述倾角调节机构设置于所述水平回转机构的上方，所述倾角调节机构的上设置有所述动力头，所述水平调节机构用于实现钻杆机构在水平方向上转动，所述角度调节机构用于调节支撑台上下倾角；[0009] 所述大直径组合钻具包括：前导引钻具、多层扩孔钻头、稳定钻杆和螺旋钻杆组，所述稳定钻杆的后端通过螺旋钻杆组与所述动力头的主轴相连接，所述稳定钻杆的前端设有多层扩孔钻头，多层扩孔钻头的前端设有前导引钻具。[0010] 进一步地，所述多层扩孔钻头为多个扩孔钻头沿轴向串接而成的塔式结构，其中最大的扩孔钻头切削直径大于150mm，通过设置多层扩孔钻头改善切削局部状态，减小钻孔抗力。[0011] 进一步地，所述前导引钻具包括：导引钻杆和导引钻头，所述多层扩孔钻头的前端安装有所述导引钻杆，所述导引钻杆的前端安装有所述导引钻头，通过设置前导引钻具提高钻孔轨迹直线度，减小靶向误差。[0012] 进一步地，所述水平回转机构包括：回转装置A和立柱，所述回转装置A包括：转盘A、回转装置壳体A、固定法兰A、转轴A、蜗轮A和蜗杆A，回转装置壳体A的下端设置有固定法兰A，所述固定法兰A与所述机架的上端通过螺栓连接，固定法兰A的形状可根据实际装配情况，选取合适的法兰，所述转轴A的下端与回转装置壳体A转动连接，所述转轴A的上端与转盘A同轴固定连接，所述蜗轮A同轴固定设置于所述转轴A的中部，所述蜗杆A转动设置于回转装置壳体A中，所述蜗杆A与蜗轮A相啮合，所述蜗杆A的一端伸出回转装置壳体A且连接有转向液压马达，所述蜗杆A由转向液压马达驱动旋转，所述转盘A的上端设置有两个立柱，所述立柱上均设有滑块，两个滑块之间通过横梁连接，所述横梁上设置有安装座，所述安装座的侧端设置有倾角调节机构，所述安装座的下端连接有驱动油缸，所述驱动油缸驱动安装座和滑块上下运动，回转装置采用蜗轮蜗杆结构可以实现转盘的转动，并且蜗轮蜗杆可以实现自锁，能防止反作用力下回转装置的反向运动。[0013] 所述倾角调节机构包括：回转装置B和动力头安装桅杆，所述回转装置B包括：转盘B、回转装置壳体B、固定法兰B、转轴B、蜗轮B和蜗杆B，所述回转装置B的结构与所述回转装置A的结构相同，为了便于回转装置B的安装，所述安装座的侧端设置有与固定法兰B相配合的连接法兰，所述固定法兰B与所述安装座的侧端连接法兰通过螺栓连接，所述回转装置B沿竖直平面设置，转盘B在竖直平面内转动，所述转盘B的侧端设置有动力头安装桅杆，所述动力头设置于所述动力头安装桅杆上，动力头安装桅杆为现有动力头的常用安装结构，动力头可在动力头安装桅杆上滑动进而对动力头位置进行调整，通过转盘B的转动带动动力头安装桅杆的转动，进而对动力头的主轴的倾角进行调整，矿洞内的地形复杂，一定的倾角调节角度有利于补偿钻具重力带来的轨迹下沉，减小靶向误差。[0014] 进一步地，所述自动行走系统还包括：支撑机构，所述支撑机构包括：油缸和支撑部，所述油缸推动所述支撑部运动，所述支撑机构分为：下支撑机构、上支撑机构和横向支撑机构，所述下支撑机构沿竖直方向设置于所述机架的拐角处，所述上支撑机构沿竖直方向设置于所述立柱的上端，所述机架相对的两侧端均沿水平方向设有横向支撑机构，通过下支撑机构、上支撑机构实现对钻机的上下方向支撑稳定，通过横向支撑机构实现对钻机的水平方向支撑稳定。[0015] 进一步地，所述多层扩孔钻头的相邻两层扩孔钻头之间距离不小于0.2米，各层钻头与煤层表面形成较大的空间，在扩孔钻头的轴向力挤压下，为煤层崩裂创造条件，提高了扩孔的效率。[0016] 进一步地，所述大功率驱动电机的功率大于160kW，大功率驱动电机通过液压系统为液压马达提供充足的动力，进而为动力头主轴提供可靠的驱动转矩。[0017] 进一步地，所述螺旋钻杆组由多节螺旋钻杆依次串接在一起，螺旋钻杆的两端均设置有接头，该结构方便增加螺旋钻杆的长度，以完成不同深度的钻孔工作，同时螺旋钻杆方便钻孔和扩孔期间煤渣的排出，防止煤渣过多造成阻塞影响钻孔效率。[0018] 本实用新型与现有技术相比具备以下有益效果。[0019] 本实用新型采用了大功率驱动系统和大直径组合钻具，大功率驱动系统为钻具工作提供可靠的驱动转矩，大直径组合钻具通过设置多层扩孔钻头，实现大孔径瓦斯抽排孔的一次成型，不需要后续扩孔，极大的提高了钻孔效率，通过设置螺旋钻杆组，方便增加螺旋钻杆的长度，以完成大深度的钻孔工作。附图说明[0020] 下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。[0021] 图1为本实用新型的结构示意图。[0022] 图2为本实用新型水平回转机构的俯视图。[0023] 图3为本实用新型回转装置A的剖视图。[0024] 图4为本实用新型立柱和滑块的结构示意图。[0025] 图5为本实用新型倾角调节机构的主视图。[0026] 图6为本实用新型倾角调节机构的侧视图。[0027] 图7为本实用新型大直径组合钻具的结构示意图。[0028] 图中：1为履带底盘，2为机架，3为动力头，4为主轴，5为大直径组合钻具，6为多层扩孔钻头，7为稳定钻杆，8为螺旋钻杆组，9为扩孔钻头，10为导引钻杆，11为导引钻头，12为回转装置A，13为立柱，14为转盘A，15为回转装置壳体A，16为固定法兰A，17为转轴A，18为蜗轮A，19为蜗杆A，20为转向液压马达，21为滑块，22为横梁，23为安装座，24为驱动油缸，25为回转装置B，26为动力头安装桅杆，27为下支撑机构，28为上支撑机构，29为横向支撑机构。具体实施方式[0029] 下面结合具体实施例做进一步的说明。[0030] 如图所示，一种大孔径本煤层瓦斯抽排孔高效钻机，包括：自动行走系统、主轴双维调节系统、大功率驱动系统和大直径组合钻具5，所述自动行走系统包括：履带底盘1、机架2和支撑机构，所述履带底盘1设置于所述机架2的下端，所述机架2的上端设置有所述主轴双维调节系统，所述支撑机构包括：油缸和支撑部，所述油缸推动所述支撑部运动，所述支撑机构分为：下支撑机构27、上支撑机构28和横向支撑机构29，所述下支撑机构27沿竖直方向设置于所述机架2的拐角处，所述上支撑机构28沿竖直方向设置于所述立柱13的上端，所述机架2相对的两侧端均沿水平方向设有横向支撑机构29。[0031] 所述大功率驱动系统包括：动力头3、大功率驱动电机、液压系统和多组液压马达，所述动力头3上装有多组液压马达，所述液压马达驱动所述动力头3的主轴4运动，所述大功率驱动电机通过液压系统驱动所述液压马达，所述大功率驱动电机的功率为200kW。[0032] 所述主轴双维调节系统包括：水平回转机构和倾角调节机构，所述水平回转机构设置于所述机架2的上方，所述倾角调节机构设置于所述水平回转机构的上方，所述倾角调节机构的上设置有所述动力头3；[0033] 所述水平回转机构包括：回转装置A12和立柱13，所述回转装置A12包括：转盘A14、回转装置壳体A15、固定法兰A16、转轴A17、蜗轮A18和蜗杆A19，回转装置壳体A15的下端设置有固定法兰A16，所述固定法兰A16与所述机架2的上端通过螺栓连接，所述转轴A17的下端与回转装置壳体A15转动连接，所述转轴A17的上端与转盘A14同轴固定连接，所述蜗轮A18同轴固定设置于所述转轴A17的中部，所述蜗杆A19转动设置于回转装置壳体A15中，所述蜗杆A19与蜗轮A18相啮合，所述蜗杆A19的一端伸出回转装置壳体A15且连接有转向液压马达20，所述转盘A14的上端设置有两个立柱13，所述立柱13上均设有滑块21，两个滑块21之间通过横梁22连接，所述横梁22上设置有安装座23，所述安装座23的侧端设置有倾角调节机构，所述安装座23的下端连接有驱动油缸24，所述驱动油缸24驱动安装座23和滑块21上下运动。[0034] 所述倾角调节机构包括：回转装置B25和动力头安装桅杆26，所述回转装置B25包括：转盘B、回转装置壳体B、固定法兰B、转轴B、蜗轮B和蜗杆B，所述回转装置B的结构与所述回转装置A的结构相同，所述固定法兰B与所述安装座23的侧端相连接，所述回转装置B25沿竖直平面设置，所述转盘B的侧端设置有动力头安装桅杆26，所述动力头3设置于所述动力头安装桅杆26上。[0035] 所述大直径组合钻具5包括：前导引钻具、多层扩孔钻头6、稳定钻杆7和螺旋钻杆组8，所述稳定钻杆7的后端通过螺旋钻杆组8与所述动力头3的主轴4相连接，所述稳定钻杆7的前端设有多层扩孔钻头6，多层扩孔钻头6的前端设有前导引钻具，所述多层扩孔钻头6为三个扩孔钻头9沿轴向串接而成的塔式结构，其中最大的扩孔钻头9切削直径大于150mm，所述多层扩孔钻头6的相邻两层扩孔钻头之间距离不小于0.2米。

[0036] 所述前导引钻具包括：导引钻杆10和导引钻头11，所述多层扩孔钻头6的前端安装有所述导引钻杆10，所述导引钻杆10的前端安装有所述导引钻头11。[0037] 所述螺旋钻杆组8由多节螺旋钻杆依次串接在一起，螺旋钻杆的两端均设置有接头。[0038] 本实用新型的工作原理如下：[0039] 本实用新型设置大直径组合钻具实现大孔径瓦斯抽排孔的钻孔工作，通过设置多层扩孔钻头，实现大孔径瓦斯抽排孔的一次钻孔成型，通过螺旋钻杆组实现不同深度的钻孔工作，大功率驱动系统为钻具工作提供可靠的驱动转矩，以保证钻孔的工作顺利完成。[0040] 本实用新型设置有主轴双维调节系统，其中水平回转机构和倾角调节机构均由回转装置实现角度调节功能，液压马达驱动蜗杆转动，进而带动蜗轮和转轴转动，转轴的一端与转盘固定连接，进而带动转盘转动，进而实现水平转角调节和倾角调节。[0041] 上述实施方式仅示例性说明本实用新型的原理及其效果，而非用于限制本实用新型。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。