[發明專利]一種用于地質取心勘探的變頻電驅動頂驅式巖心鉆機

有效

• 申請號: 201310732037.9
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103711431A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 劉躍進;潘飛;姜德英;劉曉陽;黃洪波;朱江龍;沈懷浦;何磊;臧臣坤;薛智武;楊碩
• 申請（專利權）人: 北京中核大地礦業勘查開發有限公司;中國地質裝備總公司
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B3/02;E21B44/00
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

技術領域

本發明涉及一種地質鉆探設備，具體涉及一種用于地質取心勘探的變頻電驅動頂驅式巖心鉆機。

背景技術

隨著國民經濟的快速發展，社會對各種資源的需求相應提高，而隨著自然資源的不斷減少，深層勘探找礦成為主要攻堅對象。為了應對地表資源的快速較少，未來勘查重點將由淺表逐步轉向深部勘查與開發以發掘第二找礦空間資源的潛力。

目前，傳統巖心鉆機主要包括機械立軸式巖心鉆機和液壓動力頭式巖心鉆機。機械立軸式巖心鉆機大多采用電動機或內燃機提供動力，通過離合器、變速箱、分動箱等機械傳動形式驅動鉆機的回轉器、卷揚機作業，通過液壓傳動驅動給進系統作業。由于機械立軸式巖心鉆機的主要執行元件為機械傳動與變速，造成其傳動效率較低、變速機構復雜，從而造成了能耗大低效率的缺陷；而液壓給進系統受液壓缸行程限制，需要頻繁倒桿，容易造成孔底巖心堵塞，使得輔助工作時間加長，并且回轉器不能兼作擰卸工具，使得機械立軸式巖心鉆機的作業效率和作業安全性能受到了很大的限制。

液壓動力頭式巖心鉆機，其回轉、給進和升降鉆具等機構均用液壓驅動方式驅動，液壓馬達直接安裝在回轉器或動力頭上，回轉器或動力頭沿導向架移動，這使得液壓傳動效率較低、能耗較大；同時，由于液壓系統缺乏過載能力，處理孔內事故的能力較弱；雖然其給進行程大于機械立軸式巖心鉆機，但其給進行程仍然較小，不能夠滿足復雜的鉆探要求，同時其工作效率低能耗大，增加了工作時間與作業成本。

以上現有的兩種形式巖心鉆機由于受給進系統行程限制，均難以在復雜地層起下鉆中實現長行程立根鉆進、掃孔、倒劃眼等操作；缺少自動擺桿系統，無法實現自動加桿與起下鉆的機械化作業；均缺少對鉆機執行部件的集中操作和監控以及鉆進參數的實時存儲和遠程監控，不能滿足復雜的鉆探要求。

發明內容

本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種用于地質取心勘探的變頻電驅動頂驅式巖心鉆機，該鉆機采用交流變頻電動機驅動實現回轉、提升、給進、打撈等作業，具備長行程導軌和繩速與張力檢測功能，由變頻器控制實現高效低能耗鉆探作業。

為解決上述問題，本發明采用技術方案為：

一種用于地質取心勘探的變頻電驅動頂驅式巖心鉆機，該鉆機包括平臺及平臺上的豎直井架，其特征在于，平臺上設有用于收放繩索的電驅絞車和打撈絞車；井架上設有與井架平行的導軌，導軌通過托架滑車與頂驅連接；頂驅采用頂驅變頻電機通過連接軸直接與鉆桿連接；頂驅、電驅絞車和打撈絞車的電機由電控房中的變頻器驅動，在司鉆房中控制；井架頂端還設有繩索張力與繩速檢測裝置。

本發明為了實現高速驅動鉆桿鉆探，高效循環泥漿，較佳的技術方案有，頂驅電機設有中空的中軸，中軸下端通過中空連接軸與鉆桿連接，中軸上端通過水龍頭與鵝頸管連接，鉆桿、連接軸、中軸、水龍頭和鵝頸管構成泥漿循環系統。

本發明為了實現高效控制鉆機作業，較佳的技術方案還有，司鉆房設置于平臺上，平臺外側地表設置有電控房，電控房中設有動力電源和變頻器，變頻器通過可編程邏輯控制器與司鉆房中的分布式子站連接，分布式子站通過通訊電纜與工程師房連接；變頻器的電源輸出端分別與頂驅、電驅絞車和打撈絞車的電機連接。

本發明為了增大頂驅的作業行程，提高鉆機的作業效率，較佳的技術方案還有，井架頂端設有井架天車，井架天車是由安裝在井架頂部的定滑輪組與游動滑車用鋼絲繩聯系組成的一套滑輪系統；井架下部設反扭矩梁，反扭矩梁固定在井架背面撐梁上；高壓泥漿管線的一端懸掛于頂驅頂部，另一端懸掛于井架側面。

本發明為了實時監測和控制鉆機的工作狀態，較佳的技術方案還有，井架天車上設有用于檢測繩索實時張力的張力傳感器，絞車上還設有繩速傳感器；頂驅上設置有用于控制頂驅工作的頂驅本體箱，頂驅本體箱通過通信線路與可編程邏輯控制器連接。

本發明為了實現人工實時控制鉆機工作，較佳的技術方案還有，司鉆房內設有分布式子站、用于人工操控的觸摸屏和操作臺；電控房內的可編程邏輯控制器通過分布式子站與觸摸屏和操作臺連接；工程師房內的工控機通過通訊電纜與電控房內的可編程邏輯控制器和分布式子站連接。