一种开挖式自动化辐射井水平钻机制造技术

本发明专利技术公开了一种开挖式自动化辐射井水平钻机，它包括回转工作台及其驱动部件Ⅰ，回转工作台通过转动部件安装在底座上且在驱动部件Ⅰ的驱动下回转工作台可在360度范围内调整方向；矩形框架及其支撑部件Ⅱ，矩形框架通过滑动机构Ⅰ安装在回转工作台上，动力头总成，所述动力头总成通过滑动机构Ⅱ和进给油缸安装在矩形框架上，且所述动力头总成夹持钻杆并驱动钻杆进行转动和直线进给；还包括钻杆供应总成及其驱动部件Ⅱ、钻杆抓取部件，和钻杆夹持部件。本发明专利技术结构简单紧凑，可自动换向，且采用模块化的装杆装置，缩短整个换杆周期，可以适用于开挖工作方式的井下工作环境。

A Horizontal Drilling Machine for Excavating Automatic Radiation Wells

The invention discloses a horizontal drilling rig for digging automatic radial well, which comprises a rotary table and its driving component I. The rotary table is installed on the base through the rotating component and can adjust the direction within 360 degrees under the driving component I. The rectangular frame and its supporting component II and the rectangular frame are installed on the rotary table through the sliding mechanism I. The power head assembly is mounted on a rectangular frame through a sliding mechanism II and a feed cylinder, and the power head assembly clamps the drill pipe and drives the drill pipe to rotate and feed in a straight line. The power head assembly also includes the drill pipe supply assembly and its driving component II, the drill pipe grasping component, and the drill pipe clamping component. The invention has simple and compact structure, can automatically change direction, adopts modular rod loading device, shortens the whole rod changing period, and can be applied to the underground working environment of excavation mode.

【技术实现步骤摘要】
一种开挖式自动化辐射井水平钻机
本专利技术涉及一种在辐射井施工过程中铺设水平辐射管的专用工程机械
，具体涉及一种开挖式自动化辐射井水平钻机。
技术介绍
浅层地下水易补给、易抽取，是我国优先开发的地下水资源。辐射井相较普通井，可以极大地增加出水量，宜广泛推广。开挖式自动化辐射井水平钻机应用于在采用开挖方式进行辐射井施工过程中铺设水平辐射管。目前，开挖式辐射井施工通常是通过大型的旋挖钻机旋挖竖井，并铺设竖井管道，管道直径通常在1.5m至4m之间。在竖井施工完成后再进行水平辐射管施工。水平辐射管的施工设备需要吊装至井下，在井下展开水平钻孔工作。通常方法是，通过在地面处，使用起重设备将一个与竖井直径相当的圆形工作平台悬吊在竖井中，并安装在竖井中需要铺设水平辐射孔的水平高度的位置。然后，再将辐射井水平钻机放在该工作平台上，通过液压设备支撑住竖井管壁将钻机固定在要铺设水平辐射管的方向。钻杆通过起重设备运送到井下工作平台上，通过井下工作人员手动装夹。钻杆的长度通常在0.9m至1.2m之间，直径通常在100mm至130mm之间，壁厚在6mm至8mm之间。钻杆通常也是集水管，即钻杆在铺设完成后并不抽出而是作为集水管保留在砂石或土壤中。钻杆上有集水孔，孔的直径通常在10mm至15mm。孔的数量根据当地水文状况有所增减。每条连续的辐射管道的长度根据当地的水文状况有所变化，从几米至几十米不等。在铺管时每根钻杆首尾之间通过螺纹连接。在完成一个方向的辐射孔铺管后需要通过起重设备悬吊水平钻机转换方向，多条辐射管道以竖井轴线为基准进行辐射布置，所以也称为辐射井。在完成一个水平高度全部的辐射孔铺管后，需要通过起重设备悬吊圆形工作平台调整水平高度，进行多层次的辐射管道的铺设。可以看出，目前通常采用的水平钻机以及其工作方式存在诸多不足之处。其一，需要工作人员在井下采用人工方式安装钻杆，也就是是说，需要进行井下作业。其二，在同一水平高度更换钻进方向时，需起重设备悬吊再通过井下工作人员搬动钻机进行换向。这些不足会导致工作人员需要在具有一定危险性的井下长时间工作且工作强度大。通常需要3至4名工作人员在井下配合工作完成铺管工作。另外，纯人工的装杆作业，水平管铺设效率低，工期时间长等结果。由CN1556301A已知一种辐射井水平辐射管全液压施工设备。该设备包括井上与井下两部分，井上部分包括动力站、液压油站与液压泵站，通过高压管道与井下部分相连。井下部分包括机架、液压推进装置、动力头、支撑装置、调平装置等。该钻机应用在竖井井下铺设水平辐射管。工作时，通过调平装置调平钻机并通过支撑装置固定钻机。通过工作人员将钻杆通过螺纹连接安装到动力头主轴上，启动动力头并通过液压推进装置推进动力头，完成一根钻杆的铺设。由CN1556301A可知该钻机缺点在于：该钻机需要工作人员在井下通过人工安装钻杆且在同水平高度换向时需要起重设备配合人工完成操作。存在工作人员井下工作时间长，劳动强度大的不足，导致水平管铺设效率低，工期时间长等结果。由CN104358516A已知一种结构紧凑的微开挖水平钻机，该设备包括液压泵站、液压管道、液压操作台、主机架、可拆卸夹持器、水泥管托架、旋转动力头和顶撑装置。该钻机在开挖井下工作时需要通过顶撑装置固定钻机，通过工作人员人工将钻杆安装在可拆卸夹持器上，通过动力头旋转带动钻杆旋转，通过油缸进给装置推动钻杆，完成一支钻杆钻进。由CN104358516A可知该钻机缺点在于：该钻机同样需要工作人员在井下通过人工安装钻杆且在同水平高度换向时需要起重设备配合人工完成操作。存在工作人员井下工作时间长，劳动强度大的不足，导致水平管铺设效率低，工期时间长等结果。由CN105863513A已知一种水平钻机，该钻机包括钻机本体、钻臂、推拉装置、用于存放钻杆的换杆装置、及夹钳机构。由于存在换杆装置，该钻机可以实现无人换杆。该钻机具备自动装杆的功能，但是向钻杆储存装置中预存装杆会消耗很多时间，使得装杆的全周期变长，装杆效率低。同时，该装杆机构的结构复杂，整个钻机体积庞大，不适用于空间狭小的开挖式井下工作方式。并且该钻机并不具有在同水平高度，自动转向的功能。由CN105863513A可知该钻机缺点在于：该钻机结构复杂，体积庞大，适用于非开挖水平管铺设工作，并不适用于在开挖井下工作，同时预存钻杆消耗时间较长，装杆全周期变长，装杆效率低，且无法在同水平高度换向。由CN20673786U已知一种新型旋转式自动装杆器，该装杆器包括大梁支架、顶杆机构、齿轮箱动力头、虎钳、取杆机构与转臂。该装杆器可以实现钻杆的安装。该装杆器的结构为装杆器与钻机在同水平平行布局，不适用于井下水平方向空间狭小的工作环境。同时，该钻机需要关停钻机再向蓄杆装置中预存钻杆，使得装杆的全周期变长，装杆效率降低。由CN20673786U可知该钻机缺点在于：该钻机结构复杂，且在同水平平行布局装杆器与钻机。适用于非开挖水平管铺设工作，并不适用于在开挖井下工作，且无法在同水平高度换向。由以上水平钻机存在的缺点可以看出：目前存在的适用于开挖工作方式的水平钻机不具备自动装杆能力且也不具备自动转向能力。而具有自动装杆装置的水平钻机因其结构复杂、体积庞大而只能在非开挖工作方式下使用。在工作状况限制的情况下，只能采用开挖工作方式工作就会造成工作人员在井下长时间高强度工作，导致工作效率低，工期时间长等。因此，需要一种可以采用开挖工作方式在井下工作的结构简单、体积小的水平钻机。要求既可以适应井下相对较小的空间，又可以实现钻杆的自动安装，钻机自动换向。
技术实现思路
现有钻机存在诸多不足之处：开挖式辐射井水平钻机需要人工井下操作，人工装杆、人工换向等，不具备装杆、换向装置；非开挖水平钻机目前实现了自动装杆但是钻机结构复杂，钻机体积庞大，并不适用于开挖方式的井下工作环境，且需人工手动向钻杆储存装置中预存钻杆，导致整个装杆周期内效率低。同时，非开挖水平钻机并不具备转向功能，无法改变铺管方向。本专利技术的目的是提供一种开挖式自动化辐射井水平钻机，结构简单紧凑，可自动换向，且采用模块化的装杆装置，缩短整个换杆周期，可以适用于开挖工作方式的井下工作环境，解决以上问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种新型开挖式自动化辐射井水平钻机，包括底座，底座上部通过回转支承轴承与回转工作台连接。底座上部安装回转支承轴承、水平支撑油缸、支腿油缸、齿轮，下部安装有底座伺服液压马达系统。底座伺服液压马达系统由减速器、法兰以及伺服液压马达组成。其中，水平支撑油缸均布在底座的周向，其主要作用是对底座进行固定，将底座固定在竖井的合适深度处，也就是说，在井下工作时底座通过起重设备悬吊在竖井中，通过水平支撑油缸支撑井壁固定。伺服液压马达则通过齿轮传动和回转支承轴承控制回转工作台。也就是说，底座固定到位后，通过伺服液压马达系统带动回转支承轴承旋转从而驱动回转工作台旋转实现钻机转向，实现转向功能。其主要目的是调整回转工作台的方位，以便针对不同方向进行钻孔作业。目前，采用开挖工作方式的井下辐射管铺设施工过程中，需要在井下通过起重设备悬吊一个与竖井直径相当的圆形工作平台用来承载钻机、钻杆以及工作人员。且不论小型开挖式的水平钻机，还是大型的非开挖水平钻机以及装杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开挖式自动化辐射井水平钻机，其特征在于，包括：底座及其支撑部件Ⅰ，底座吊装至竖井内并依靠支撑部件Ⅰ被固定在竖井合适深度；回转工作台及其驱动部件Ⅰ，回转工作台通过转动部件安装在底座上且在驱动部件Ⅰ的驱动下回转工作台可在360度范围内调整方向；矩形框架及其支撑部件Ⅱ，矩形框架通过滑动机构Ⅰ安装在回转工作台上，所述矩形框架上的支撑部件Ⅱ可抵在所述竖井壁上辅助矩形框架的固定；动力头总成，所述动力头总成通过滑动机构Ⅱ和进给油缸安装在矩形框架上，且所述动力头总成夹持钻杆并驱动钻杆进行转动和直线进给；钻杆供应总成及其驱动部件Ⅱ，安装于所述龙门支架上，所述钻杆供应总成上存储有至少三根钻杆，且所述钻杆供应总成在驱动部件Ⅱ的驱动下每次释放一根钻杆；钻杆抓取部件，安装于所述回转平台上，用于抓取钻杆供应总成释放的钻杆，并将钻杆置于动力头总成和钻杆夹持与导向部件之间，钻杆夹持部件，在装杆过程中对钻杆进行辅助夹持。

【技术特征摘要】
1.一种开挖式自动化辐射井水平钻机，其特征在于，包括：底座及其支撑部件Ⅰ，底座吊装至竖井内并依靠支撑部件Ⅰ被固定在竖井合适深度；回转工作台及其驱动部件Ⅰ，回转工作台通过转动部件安装在底座上且在驱动部件Ⅰ的驱动下回转工作台可在360度范围内调整方向；矩形框架及其支撑部件Ⅱ，矩形框架通过滑动机构Ⅰ安装在回转工作台上，所述矩形框架上的支撑部件Ⅱ可抵在所述竖井壁上辅助矩形框架的固定；动力头总成，所述动力头总成通过滑动机构Ⅱ和进给油缸安装在矩形框架上，且所述动力头总成夹持钻杆并驱动钻杆进行转动和直线进给；钻杆供应总成及其驱动部件Ⅱ，安装于所述龙门支架上，所述钻杆供应总成上存储有至少三根钻杆，且所述钻杆供应总成在驱动部件Ⅱ的驱动下每次释放一根钻杆；钻杆抓取部件，安装于所述回转平台上，用于抓取钻杆供应总成释放的钻杆，并将钻杆置于动力头总成和钻杆夹持与导向部件之间，钻杆夹持部件，在装杆过程中对钻杆进行辅助夹持。2.根据权利要求1所述的一种开挖式自动化辐射井水平钻机，其特征在于，所述钻杆供应总成包括钻杆存储支架、弹性夹和主轴，所述钻杆存储支架均匀的分布于主轴的外围，且在每一钻杆存储支架上设置对钻杆进行装夹的弹性夹，所述主轴通过快速装夹机构可转动的安装在龙门支架上，所述驱动部件Ⅱ安装在龙门支架上且通过摩擦传动驱动主轴转动。3.根据权利要求2所述的一种开挖式自动化辐射井水平钻机，其特征在于，所述弹性夹包括拉簧和舌板，其中舌板在拉簧的预紧作用下对钻杆进行固定，且在每个舌...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙世峰，高常青，刘成浩，刘金松，聂源基，李阳，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37