一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，鉆頭、鉆桿、傳動裝置、鉆桿氣動馬達、可伸縮氣腿；可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機的側面還設置有操縱臂、氣動閥門、連通氣動閥門的進氣管路、以及安裝在操縱臂上的指示燈和控制按鈕和正面設置的傳感器和中央控制器，且傳感器設置在鉆桿與頂錨桿鉆機接觸的連接套上；中央控制器接收傳感器發(fā)送的當前推進壓力參量，并判定當前推進壓力參量是否大于壓力閾值；若是，則判定當前圍巖地層為堅硬巖層，并發(fā)送控制指令給氣動閥門降低鉆頭的進給速率；氣動閥門接收中央控制器發(fā)送控制指令后，控制可伸縮氣腿伸縮速率，進而控制鉆頭的進給速率。
【專利說明】一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉆井孔裝備領域，尤其涉及一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨 桿鉆機。

【背景技術】
[0002] 在鉆井作業(yè)中，頂錨桿鉆機通常用于煤礦巷道頂部圍巖的鉆孔作業(yè)。頂錨桿鉆機 既可進行錨桿鉆孔作業(yè)，還可進行錨桿樹脂錨固劑的攪拌工作；同時，也可實現(xiàn)錨桿螺母的 安裝擰緊、對錨桿施加預緊力工作。
[0003] 在現(xiàn)有技術中，大部分錨桿鉆機由氣腿部件、氣動馬達、傳動裝置、操縱臂等組件 實現(xiàn)鉆機的支撐、動力源、帶動鉆桿轉動、鉆機操控與頂進等核心功能。常規(guī)頂錨桿鉆機通 常都設定了恒定不變的進給速率。對于煤礦巷道頂板巖層來說，大都為沉積巖，每層巖層巖 性差異較大，如果在鉆進過程中遇到不同巖層時都采用相同進給速率，這樣造成鉆機鉆進 的靈活性大大降低。例如，在遇到堅硬難鉆的巖層時，采用較快的進給速率，就會造成鉆機 與巖層之間的相互作用力增大，進而造成鉆頭磨損較快，鉆機損壞的風險性加大；而遇到較 松軟易鉆的巖層時，采用較為保守的進給速率，則會花費相對較長的時間，不能提高鉆進效 率。
[0004] 因此，對于常規(guī)頂錨桿鉆機在鉆進過程中不能靈活調節(jié)進給速率所引起的前述問 題與不足，本發(fā)明通過在鉆機上增加頂進推力傳感器，進而可自動調節(jié)頂錨桿鉆機的氣腿 推力來增加或減小頂進推力大小，實現(xiàn)不同巖層中的優(yōu)化鉆孔工作。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，以解決 上述問題。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供了一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，所述可自動調節(jié) 頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機自上而下依次包括鉆頭、鉆桿、傳動裝置、鉆桿氣動馬達、 可伸縮氣腿；所述可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機的側面還設置有操縱臂、氣 動閥門、連通所述氣動閥門的進氣管路、以及安裝在所述操縱臂上的指示燈和控制按鈕和 正面設置的傳感器和中央控制器，且所述傳感器設置在所述鉆桿與頂錨桿鉆機接觸的連接 套上；其中：
[0008] 所述鉆桿的一端與所述鉆頭固定連接，另一端所述傳動裝置之間設置的連接套固 定；所述鉆桿氣動馬達用于驅動所述傳動裝置進而帶動與所述傳動裝置同軸固定連接的所 述鉆桿和鉆頭旋轉鉆孔；
[0009] 所述中央控制器分別與所述傳感器、所述指示燈、所述控制按鈕和所述氣動閥門 電連接；
[0010] 所述傳感器，用于實時采集鉆頭接觸當前圍巖地層后的當前推進壓力參量，并將 當前推進壓力參量發(fā)送給所述中央控制器；
[0011] 所述中央控制器，用于接收所述傳感器發(fā)送的當前推進壓力參量，并判定所述當 前推進壓力參量是否大于壓力閾值；若是，則判定當前圍巖地層為堅硬巖層，并發(fā)送控制指 令給所述氣動閥門降低鉆頭的進給速率；若否，判定當前圍巖地層為松散巖層，并發(fā)送控制 指令給所述氣動閥門增加鉆頭的進給速率；
[0012] 所述氣動閥門，用于接收所述中央控制器發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿 伸縮速率，進而控制所述鉆頭的進給速率。
[0013] 較佳地，所述氣動閥門，還用于接收控制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣 腿伸縮速率，進而控制所述鉆頭的進給速率。
[0014] 較佳地，所述傳感器為壓力傳感器。
[0015] 較佳地，所述中央控制器包括本安電源模塊，光電隔耦合模塊，控制器模塊，指示 燈接口模塊，控制按鈕接口模塊，電平轉換模塊，數(shù)據(jù)采集模塊。
[0016] 較佳地，所述中央控制器，還用于在接收到需要停機的信號后，發(fā)送停機指令，并 控制所述氣動閥門關閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例的優(yōu)點在于：
[0018] 本發(fā)明提供的一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，分析上述結構原 理可知：本發(fā)明的基本原理，位于頂錨桿鉆機鉆桿上的壓力傳感器采集頂錨桿鉆機的推進 壓力，根據(jù)推進壓力判斷當前圍巖地層，當頂進推力過大時表明當前巖層為堅硬巖層，此時 為保護鉆機應降低推進速率以保護鉆機；當推進速率過小時標明當前巖層為松散巖層，此 時可提高推進速率以提高鉆機的鉆孔效率。中央控制器通過控制可伸縮氣腿的進氣閥門來 控制氣腿的伸縮，進而控制鉆機的推進速率。中央控制器根據(jù)進給速率（頂進推力，即頂進 推力與鉆頭進給速率呈正相關性）狀態(tài)來自動調節(jié)氣腿的伸縮，使得鉆機鉆頭與巖層之間 保持一定大小的相互作用力，維持正常接觸狀態(tài)進行鉆進作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實施例一提供的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機的結 構示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明實施例一提供的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機控制 流程結構示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明實施例一提供的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機中的 中央控制器的結構原理示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面通過具體的實施例子并結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0023] 實施例一
[0024] 參見圖1，本發(fā)明實施例一提供了一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆 機，所述可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機自上而下依次包括鉆頭1、鉆桿2、傳 動裝置3、鉆桿氣動馬達4、可伸縮氣腿5 ;所述可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機 的側面還設置有操縱臂6、氣動閥門7、連通所述氣動閥門7的進氣管路8、以及安裝在所述 操縱臂6上的指示燈9和控制按鈕10和正面設置的傳感器11和中央控制器12,且所述傳 感器11設置在所述鉆桿與頂錨桿鉆機接觸的連接套上；其中：
[0025] 所述鉆桿的一端與所述鉆頭固定連接，另一端所述傳動裝置之間設置的連接套固 定；所述鉆桿氣動馬達用于驅動所述傳動裝置進而帶動與所述傳動裝置同軸固定連接的所 述鉆桿和鉆頭旋轉鉆孔；
[0026] 所述中央控制器12分別與所述傳感器、所述指示燈、所述控制按鈕和所述氣動閥 門電連接；
[0027] 所述傳感器11，用于實時采集鉆頭接觸當前圍巖地層后的當前推進壓力參量，并 將當前推進壓力參量發(fā)送給所述中央控制器；
[0028] 所述中央控制器12,用于接收所述傳感器發(fā)送的當前推進壓力參量，并判定所述 當前推進壓力參量是否大于壓力閾值；若是，則判定當前圍巖地層為堅硬巖層，并發(fā)送控制 指令給所述氣動閥門降低鉆頭的進給速率；若否，判定當前圍巖地層為松散巖層，并發(fā)送控 制指令給所述氣動閥門增加鉆頭的進給速率；
[0029] 所述氣動閥門7,用于接收所述中央控制器發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿 伸縮速率，進而控制所述鉆頭的進給速率。
[0030] 分析上述結構可知：中央控制器作為核心控制和運算處理器件；其可以接收壓力 傳感器發(fā)來的檢測信號，識別壓力傳感器發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)；中央控制器結合檢測數(shù)據(jù)對當 前圍巖地層進行判斷和識別，并最終做出相應的反饋調節(jié)鉆頭鉆進的控制；具體地，中央控 制器接收所述傳感器發(fā)送的當前推進壓力參量，并判定當前推進壓力參量是否大于壓力閾 值；若是，則判定當前圍巖地層為堅硬巖層，并發(fā)送控制指令給所述氣動閥門降低鉆頭的 進給速率（目的是通過降低鉆頭的進給速率減少鉆頭磨損，保證鉆機的使用壽命和鉆進質 量）；若否，判定當前圍巖地層為松散巖層，并發(fā)送控制指令給所述氣動閥門增加鉆頭的進 給速率；（在松散巖層可以通過控制實時適當?shù)丶涌煦@頭的進給速率，進而進一步地提升 鉆井作業(yè)的效率。）
[0031] 另外，上述中央控制器是通過氣動閥門間接對鉆頭的進給速率進行控制的；具體 地，所述氣動閥門接收控制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿伸縮速率，進而控制 所述鉆頭的進給速率。
[0032] 作為一種優(yōu)選的可實施方式，所述傳感器11最好選取為壓力傳感器。
[0033] 參見圖3,所述中央控制器12包括本安電源模塊，光電隔耦合模塊，控制器模塊， 指示燈接口模塊，控制按鈕接口模塊，電平轉換模塊，數(shù)據(jù)采集模塊。
[0034] 需要說明的是，本安電源模塊、控制器模塊，電平轉換模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、光電隔 耦合模塊依次順序電連接，且所述控制器模塊還與所述指示燈接口模塊，控制按鈕接口模 塊電連接。
[0035] 需要說明的是，氣動閥門（除了用于接收中央控制器控制指令外），還用于接收控 制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿伸縮速率，進而控制所述鉆頭的進給速率。
[0036] 即該控制信號可以由控制按鈕進行控制，這樣一來除了可實現(xiàn)自動反饋控制之 夕卜，還可以通過控制按鈕進行人工手動控制。當中央控制器結合檢測數(shù)據(jù)對當前圍巖地層 進行判斷和識別，對于堅硬巖層或松散巖層可以通過不同的指示燈進行顯示，這樣一來工 作人員便可以根據(jù)實際需要對鉆機進行手動的控制了（包括通過氣動閥門進行進給速率 的調節(jié)）。另外，所述中央控制器還用于在接收到需要停機的信號后，發(fā)送停機指令，并控制 所述氣動閥門關閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。該停機信號的控制也可以通過控 制按鈕進行手動控制。
[0037] 下面對本發(fā)明實施例提供的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機的具體 結構原理做進一步說明：
[0038] 本發(fā)明的基本原理，位于頂錨桿鉆機鉆桿上的壓力傳感器采集頂錨桿鉆機的推進 壓力，根據(jù)推進壓力判斷當前圍巖地層，當頂進推力過大時表明當前巖層為堅硬巖層，此時 為保護鉆機應降低推進速率以保護鉆機；當推進速率過小時標明當前巖層為松散巖層，此 時可提高推進速率以提高鉆機的鉆孔效率。中央控制器通過控制可伸縮氣腿的進氣閥門來 控制氣腿的伸縮，進而控制鉆機的推進速率。
[0039] 中央控制器根據(jù)頂進推力狀態(tài)來自動調節(jié)氣腿的伸縮，使得鉆機鉆頭與巖層之間 保持一定大小的相互作用力，也即鉆機的頂進推力。
[0040] 參見圖1-2,在附圖中描述的智能錨桿鉆機包括鉆頭，鉆桿氣動馬達，可伸縮氣腿， 進氣管路，氣動閥門，操縱臂，指示燈，控制按鈕，傳感器組件，中央控制器組件。同傳統(tǒng)錨桿 鉆機不同之處在于，本專利所提出的智能錨桿鉆機新增了壓力傳感器，中央控制器。壓力傳 感器設置在鉆桿與頂錨桿鉆機接觸的連接套上，另一側和中央控制器相連；中央控制器設 置在錨桿鉆機身上，分別與壓力傳感器和錨桿鉆機的指示燈，控制按鈕及氣動閥門相連。壓 力傳感器將監(jiān)測到的推進壓力參量傳入中央控制器，中央控制器對當前推進壓力進行數(shù)據(jù) 處理后得到頂錨桿鉆機的頂進推力進行控制。
[0041] 在本發(fā)明實施例提供的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，可有效地針 對于不同巖層進行優(yōu)化鉆孔工作。既可以靈活調節(jié)進給速率，還可以減少鉆頭的磨損保障 鉆井效果，節(jié)約鉆井作業(yè)成本。
[0042] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，其特征在于，所述可自動調節(jié)頂 進推力的智能氣動頂錨桿鉆機自上而下依次包括鉆頭、鉆桿、傳動裝置、鉆桿氣動馬達、可 伸縮氣腿；所述可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機的側面還設置有操縱臂、氣動 閥門、連通所述氣動閥門的進氣管路、以及安裝在所述操縱臂上的指示燈和控制按鈕和正 面設置的傳感器和中央控制器，且所述傳感器設置在所述鉆桿與頂錨桿鉆機接觸的連接套 上；其中： 所述鉆桿的一端與所述鉆頭固定連接，另一端所述傳動裝置之間設置的連接套固定； 所述鉆桿氣動馬達用于驅動所述傳動裝置進而帶動與所述傳動裝置同軸固定連接的所述 鉆桿和鉆頭旋轉鉆孔； 所述中央控制器分別與所述傳感器、所述指示燈、所述控制按鈕和所述氣動閥門電連 接； 所述傳感器，用于實時采集鉆頭接觸當前圍巖地層后的當前推進壓力參量，并將當前 推進壓力參量發(fā)送給所述中央控制器； 所述中央控制器，用于接收所述傳感器發(fā)送的當前推進壓力參量，并判定所述當前推 進壓力參量是否大于壓力閾值；若是，則判定當前圍巖地層為堅硬巖層，并發(fā)送控制指令給 所述氣動閥門降低鉆頭的進給速率；若否，判定當前圍巖地層為松散巖層，并發(fā)送控制指令 給所述氣動閥門增加鉆頭的進給速率； 所述氣動閥門，用于接收所述中央控制器發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿伸縮 速率，進而控制所述鉆頭的進給速率。
2. 如權利要求1所述的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，其特征在于， 所述氣動閥門，還用于接收控制按鈕發(fā)送控制指令后，控制所述可伸縮氣腿伸縮速率， 進而控制所述鉆頭的進給速率。
3. 如權利要求1所述的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，其特征在于， 所述傳感器為壓力傳感器。
4. 如權利要求1所述的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，其特征在于， 所述中央控制器包括本安電源模塊，光電隔耦合模塊，控制器模塊，指示燈接口模塊， 控制按鈕接口模塊，電平轉換模塊，數(shù)據(jù)采集模塊。
5. 如權利要求1所述的可自動調節(jié)頂進推力的智能氣動頂錨桿鉆機，其特征在于， 所述中央控制器，還用于在接收到需要停機的信號后，發(fā)送停機指令，并控制所述氣動 閥門關閉，進而切斷所述進氣管路的進氣操作。
【文檔編號】E21B3/02GK104088584SQ201410367960
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】吳宇, 曹曉華, 馬利軍, 劉蕾 申請人:江蘇中礦立興能源科技有限公司